Бетон в30 прочность мпа: Марки бетона купить в Ставрополе

Бетон товарный ГОСТ 7473 — схемы приемки «А-Б-В-Г» и в чем их отличие

Схема А и схема Б — это схемы контроля приемки по которым работает по умолчанию любой производитель бетона (завод-изготовитель). По этим схемам коэффициент вариации однородности качественных показателей и прочности бетона будет колебаться от 6 до 13%.

Схема В и схема Г — это схемы входного контроля, по которым строители — монолитчики контролируют бетон. И если схема «В» учитывает вариацию/однородность смеси, то схема «Г» ее не учитывает и предполагает под собой максимальные значения для каждого класса бетона.

Контроль и оценка прочности и других показателей смеси и бетона должны обязательно учитывать оценку однородности всех качественных характеристик. Коэффициент вариации прочности бетона — показатель, используемый для контроля качества при изготовлении бетонных смесей. Вместе с показателем прочности в МПа, этот показатель очень важен и указывает нам на однородность качества смеси.

Поэтому на больших стройках или ответственных сооружениях, где нет возможности контролировать и учитывать коэффициент вариации прочности бетона, применяется схема Г, по которой к расчетам принимаются максимально-требуемые значения для каждого класса.

В таблице, размещенной внизу страницы, указаны требуемые значения прочности для каждого класса бетона.

Прочность бетона в данной таблице подразделяется на классы. Цифра рядом с буквой «В» указывает на нагрузку, измеряемую в Мегапаскалях — МПа, которую выдерживает контрольный образец бетона до разрушения. Эталонным считается размер куба 150мм*150мм*150мм. Как правило изготавливают образцы размерами в 100*100*100мм для удобства работы .

Бетон – сложная поликомпонентная система, обладающая достаточно разнородной структурой, даже при высокой культуре производства бетонных и железобетонных конструкций. Разность значений полученных при испытаниях, особенно массивных конструкций, закономерна. Задача как производителя бетона товарного, так и производителей монолитных работ добиться максимальной однородности структуры, что, в свою очередь, обусловит высокое качество изделия/конструкции и обеспечит достижение заданных свойств бетона и долговечность конструкций.

В реальных условия заливки практически невозможно сделать так, чтобы бетонная конструкция показывала постоянную прочность на каждом участке. Для этого и введен коэффициент требуемой прочности, учитывая который, можно гарантировать, что показатель прочности на отдельных участках не будет меньше прочности проектного класса бетона.

При заказе бетона указывайте заранее схему, по которой будет производиться бетон.

Схема «Г» обычно производиться с значительным запасом прочности, что влияет на его конечную стоимость.

Требуемое значение прочности для каждого класса

ПРОЧНОСТЬ, МПа при Коэффициенте вариации, %									Схема Г
№ п/п	Класс (В)	6	7	8	9	10	11	12	13
1	7,5	8,0	8,1	8,2	8,3	8,6	8,9	9,2	9,6
2	10	10,7	10,8	10,9	11,1	11,4	11,8	12,3	12,8
3	12,5	13,4	13,5	13,6	13,9	14,3	14,8	15,4	16,0
4	15	16,1	16,2	16,4	16,7	17,1	17,7	18,5	19,2
5	20	21,4	21,6	21,8	22,2	22,8	23,6	24,6	25,6
6	22,5	24,1	24,3	24,5	25,0	25,7	26,6	27,7	28,8
7	25	26,8	27	27,3	27,8	28,5	29,5	30,8	32,0
8	30	32,1	32,4	32,7	33,3	34,2	35,4	36,9	38,4
9	35	37,5	37,8	38,2	38,9	39,9	41,3	43,1	44,8
10	40	42,8	43,2	43,6	44,4	45,6	47,2	49,2	51,2

Качество бетона и стандартизация правил контроля его прочности

С. А. ПОДМАЗОВА, канд. техн. наук; Н.Н. КУПРИЯНОВ, канд. техн. наук; Б.А. КРЫЛОВ, доктор техн. наук; А.И. САГАЙДАК, канд. техн. наук Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона (НИИЖБ).

Рассматривается фактор комплексного подхода к изготовлению бетона. Только при соблюдении всех составляющих процесса, начиная с процедур контроля прочности бетона и заканчивая соблюдением правил ухода за ним в готовой конструкции, можно рассчитывать на обеспечение надлежащего качества железобетонных изделий.

В течение последних 10–15 лет в Москве и других регионах России бурно развивается монолитное строительство. Проверка поставляемых на строительный объекты бетонных смесей, контроль прочности бетона в монолитных конструкциях, анализ имеющихся дефектов в них указывают на серьезные проблемы с обеспечением качества в монолитном строительстве. Нередко строительным организациям приходится тратить время и средства на усиление и/или ремонт возведенных конструкций.

Для строительства жилых, общественных зданий и объектов транспортной инфраструктуры из монолитного бетона изготавливаются и поставляются на строительные площадки готовые бетонные смеси. По оценке специалистов, ежегодный объем таких поставок в масштабе страны составляет порядка 40 млн м3.

В строительной практике бетонные смеси, в зависимости от требований проекта или условий договора, поставляются с заданной проектной прочностью (обычно назначаемой как класс бетона по прочности на сжатие) и дополнительно, в зависимости от назначения объекта, заданной маркой бетона по водонепроницаемости и маркой по морозостойкости. Все эти показатели должны контролироваться согласно процедурам, указанным в соответствующих стандартах.

В настоящей статье речь будет идти о влиянии систем контроля прочности на качество бетона монолитных и сборных железобетонных конструкций.

Соответствующая идеология контроля прочности, как и любого другого показателя качества, направлена на обеспечение стабильности заданного показателя в рамках допустимого статистического разброса. Так, показатель прочности бетона должен соответствовать средней прочности для заданного класса бетона.

В период централизованного управления экономикой одним из концептуальных требований государственной политики в области строительства была экономия материалов. Практически все научные результаты в строительных НИИ, включая диссертационные работы, должны были заканчиваться показателями достигаемой экономии при применении этого результата на практике — «внедрении», как тогда было принято говорить.

Одним из важнейших фондируемых, т. е. распределяемых централизованно, материалов был цемент. Экономия цемента была одной из главных целей при разработке новых и пересмотре старых стандартов. Поскольку прочность бетона зависит, главным образом, от водоцементного отношения и зависимого от этого показателя расхода цемента на единицу объема, то одной из задач стандартизации была разработка процедур, которые вели бы к снижению расхода цемента. Иными словами, стандарт должен был разрешать легально снижение прочности бетона в конструкции. А иногда не просто разрешать, но и обязывать снизить прочность бетона. Этого подхода не избежали и СНиП «Типовые нормы расхода цемента» и, естественно, стандарты, определяющие правила контроля прочности.

Во всех строительных нормах, вплоть до ГОСТ 26633, регламентировалась минимальная типовая норма расхода цемента, например для армированных железобетонных изделий — 220 кг/м3в нормальных условиях.

Следующий и действующий в настоящее время СНиП 82-02-95 «Федеральные (типовые) элементные нормы расхода цемента при изготовлении бетонных и железобетонных конструкций» был разработан с позиции упрощения назначения теоретического расхода цемента на 1 м³ бетона. Нормы расхода цемента были разработаны из условия приготовления бетонов на портландцементе марки 400 и его разновидностей с определёнными фракцией щебня и модулем крупности песка. При применении других составляющих бетонной смеси следует пользоваться различными поправочными коэффициентами.

Применение химических добавок рекомендуется этим СНиП не для всех бетонов, а только для бетонов, к которым предъявляются требования по морозостойкости и водонепроницаемости. Ограничения по минимальным классам бетона по прочности на сжатие для обеспечения морозостойкости и водонепроницаемости в этом документе отсутствуют. Однако следует отметить, что отсутствие требований по назначению минимальной прочности бетонов, эксплуатирующихся в средах с агрессивным воздействием на конструкции, например дорожные и гидротехнические сооружения (ГОСТ 26633 «Бетоны тяжёлые и мелкозернистые. Технические условия»), частично компенсировались требованиями по обязательному воздухововлечению и ограничению максимального значения водоцементного отношения.

Сравнивая нормы расхода цемента, можно сказать, что за 30 лет рекомендуемые расходы цемента снизились в среднем на 1 7–20% для бетонов всех классов по прочности, морозостойкости и водонепроницаемости при фактически таком же качестве самого цемента.
Стандарт «Бетоны. Правила контроля прочности» насчитывает уже несколько десятилетий своей истории. Так, разработанный в 1972 г. стандарт устанавливал методы контроля прочности и однородности на заводах по производству готовых бетонных смесей и комбинатах по изготовлению сборных железобетонных конструкций.

В этом документе указывалось, что контроль и оценка прочности и однородности бетона должны быть направлены на достижение постоянства показателей, принятых для данной марки бетона.

Оценка прочности бетона должна выполняться сопоставлением фактической средней прочности контрольных образцов бетона в партии с требуемой средней прочностью. Прочность бетона в партии признается отвечающей требуемой, если фактическая средняя прочность бетона в партии не менее требуемой средней партионной прочности. Требуемая прочность бетона определялась как величина, устанавливаемая лабораторией БСУ в процентах от нормируемой прочности с учетом фактической однородности бетона.

В ГОСТе 1980 г. в разделе «Правила приемки бетона по прочности» был сохранен такой же подход к контролю прочности бетона. Но при высокой однородности показателей прочности бетона уже требовалось назначать более низкую прочность, которая была равна или несколько выше требуемой прочности. Например, если за анализируемый предшествующий период на заводе был получен коэффициент вариации прочности Vn=7%, то было достаточно при проектной марке бетона М400, выпускаемой в данный момент (контролируемый период), обеспечить прочность, равную 340 кгс/см2.

В 1980-х годах нормирование бетона по прочности перешло от марок к классам.

В редакции ГОСТ 18105 1986 г. уже указаны классы бетона по прочности и принято, что показатели, которые близки к значению класса, считаются принадлежащими к этому классу. Так, марка бетона М400 примерно соответствует классу бетона В30 (средняя прочность класса 393 кгс/см2 при Vn=13,5%).

В соответствии с требованиями ГОСТ 18105–86, при получении коэффициента вариации прочности за анализируемый (т. е. предшествующий) период производства бетона, например 7%, требуемая средняя прочность класса бетона ВЗО в контролируемый (т. е. текущий) период должна быть равна 32,4 МПа.

Для того чтобы в следующий контролируемый период выпускать бетон с пониженной требуемой прочностью 32,4 МПа, следует разработать состав бетона с обеспечением среднего уровня его прочности, который должен быть выше требуемой всего на 4%. При этом результат по прочности подобранного состава бетона станет известен разработчику лишь через 28 суток.

Указанные 4% — это разрешённая поправка на предполагаемый разброс прочности бетона в серии и/или на возможную ошибку при дозировании составляющих бетонной смеси. Иными словами, стандарт разрешал разрабатывать составы бетона практически на минимально допустимое значение прочности.

Требуемая прочность, согласно этому стандарту, равна минимально допустимому значению фактической прочности бетона в партии, которая вычисляется на основании показателей однородности, полученных на предыдущем этапе процесса производства. Чем выше однородность показателей прочности бетона, тем ближе может быть средняя фактическая (т. е. требуемая) прочность к значению класса. И с такими значениями прочности поставку бетона на объекты строительства стандарт разрешает.

В 2008 г. была подготовлена новая редакция стандарта ГОСТ 18105, где требования к назначению фактической прочности класса не изменились.
Как может влиять на качество бетона монолитных конструкций разрешаемое прежним и только что утверждённым стандартом «вылизывание» всех возможных прочностных запасов бетона на стадии его приготовления? Основное положение ГОСТ 1972 г. говорит о том, что контроль и оценка однородности с применением статистических методов необходимы для достижения постоянства производственного процесса и принятых при расчете величин нормативных сопротивлений. В редакции ГОСТа 2008 г. о постоянстве производственного процесса уже не упоминается, основная цель — обеспечить значения заданного класса бетона по прочности. Например, класс бетона по прочности ВЗО, в зависимости от величины коэффициента вариации, полученного в предшествующий период производства, может быть обеспечен в диапазонах изменения прочности от 32,1 МПа до 42,9 МПа. Оба эти показателя прочности соответствуют значению класса бетона по прочности на сжатие ВЗО, только первый при коэффициенте вариации 7%, второй — 16%.

На предприятии с недостаточно налаженной технологией производства всегда присутствует соблазн указать пониженный коэффициент вариации по результатам заводского контроля прочности, с тем, чтобы подогнать полученную прочность под необходимый класс, согласно требованию заказчика на поставку бетона, при его пониженной фактической и средней прочности. Различные бетоносмесительные узлы могут поставлять на один и тот же объект бетонную смесь, спроектированную на получение прочности в готовой конструкции от 32,1 до 42,9 МПа, и этот бетон будет одного и того же класса по прочности.

Иными словами, при поставке бетонной смеси от нескольких заводов-изготовителей на объект (а это широко распространённая ситуация), величина средней прочности бетона одного и того же класса может существенно различаться. Укладка бетона одного заказанного класса, но с различной средней прочностью приведёт к увеличению разброса прочности бетона в готовой конструкции. Может даже получиться, что проектный класс бетона будет не обеспечен. В реальной практике ощутимые разбросы по прочности в пределах готовой конструкции являются массовым явлением.

Представим, что на объект поставили бетон с одинаковой заводской прочностью 31,2 МПа, что соответствует классу ВЗО при коэффициенте вариации 7%. Бетон уложен в опалубку, укрыт, выдержан в соответствии с правилами производства работ и через 28 суток, будучи проверен не-разрушающими методами, показывает прочность- как раз те самые 31,2 МПа, что были заданы на заводе. Согласно п. 7.4 того же ГОСТ 18105, для того чтобы определить условный класс, эту величину необходимо умножить на 0,8, следовательно, в конструкции условный класс бетона по прочности на сжатие будет равен не ВЗО, а В25, т. е. ниже проектного. Таким образом, минимизация требований по прочности приводит при определённых условиях к необеспечению проектного класса бетона в конструкции.

Выход видится в изменении требований ГОСТ 53231, а именно в том, чтобы изложить требования в стандарте в следующей редакции: состав бетона следует производить с обеспечением средней прочности класса, принятой из предположения, что коэффициент вариации равен 13,5% плюс запас в 10%. Этот подход позволяет быть уверенным в том, что требования к бетону по прочности будут обеспечены после доставки бетонной смеси на стройплощадку. Имеется в виду, что укладка, уплотнение и уход за бетоном в процессе набора прочности даёт дополнительный разброс по прочности бетона в конструкции. Зарубежный опыт монолитного строительства, существующая нормативная база подтверждает целесообразность такого подхода.
Есть ряд бетонно-смесительных узлов, которые уже сегодня выпускают бетон с обеспечением средней прочности класса, исходя из предположения, что коэффициент вариации Vn=13,5%. На объект строительства поставляется бетон с несколько завышенными показателями относительно требуемой прочности, но с большей вероятностью обеспечения проектных характеристик. По этому пути идут БСУ, поставляющие бетон на объекты транспортного строительства. По распоряжению Мостовой инспекции и центральной лаборатории «Мостотреста» номинальный состав бетона разрабатывается на среднюю прочность класса при Vn=13,5% и еще дополнительно 10%. При таком подходе обеспечивается средняя прочность в пределах средней прочности класса при Vn=13,5% и более высокая однородность бетона при всех равных условиях.

Теперь рассмотрим контроль качества бетона сборных конструкций. На ныне действующих предприятиях ЖБИ и ДСК при приемке партии готовых изделий ведется контроль прочности двух видов: при передаче напряжения с упоров форм или стендов на бетон (передаточная прочность) и отпуске продукции потребителю (отпускная прочность). Предприятие при всех условиях должно гарантировать достижение бетоном проектной прочности в возрасте 28 суток.

ГОСТ 1972 г. содержит таблицу 3, где указано, что следует снижать отпускную проектную прочность на 1 5%, если коэффициент вариации не превышает 5%, при испытании одной серии из 6 опытных образцов.
В аналогичном ГОСТе 1980 г. указано, что снижение отпускной или передаточной прочности ниже проектной допустимо, если ведется проверка выполнения технологических требований. В правилах приемки готовой продукции сказано, что если фактическая средняя прочность не ниже требуемой, т. е. если коэффициент вариации в партии равен 5% и ниже, то разрешается, в зависимости от количества испытанных образцов, снижение отпускной и передаточной прочности, соответственно, на 8–18%.
ГОСТ 1986 г. повторяет версию предыдущих стандартов, но дана таблица (приложение 4, справочное), согласно которой в зависимости от нормируемой величины отпускной прочности, от группы цементов по эффективности пропаривания, продолжительности тепловой обработки необходимо назначить отпускную прочность, увеличенную до 45%. В примечании к этой таблице указано, что следует применять следующие технологические приемы: удлинить цикл тепловой обработки, применять добавки-ускорители твердения или применять цементы только I группы эффективности при пропаривании. Все эти предложения практически невыполнимые. И в этом же стандарте, с другой стороны, предлагается при высокой однородности по прочности снижать отпускную или передаточную прочность.

Наконец, в упоминаемом выше ГОСТ 2008 г. «Бетоны. Правила контроля прочности» указаны такие же подходы к назначению отпускной или передаточной прочности. Все эти приёмы, направленные на экономию цемента, ведут к тому, что в конструкции на стадии строительства закладывается пониженный эксплуатационный ресурс. И не случайно обследование и разработка рекомендаций по усилению железобетонных конструкций как монолитных, так и сборных составляют сегодня весомую долю в объеме работ различных проектных и исследовательских организаций.

На основании вышеизложенного для повышения качества бетона конструкций, в первую очередь — показателей качества по прочности, необходимо пересмотреть уровень требований обеспечения прочности как отпускной и передаточной, так и проектной (соответственно классу бетона по прочности).

Анализ методов по определению прочности и назначению рабочего (номинального) состава в зависимости от уровня по лученной однородности по ГОСТ 18105 выпуска 1972, 1980, 1986 и 2008 гг. показывает, что следует разработать другие подходы по назначению рабочего (номинального) состава, а также уровня прочности при назначении отпускной, передаточной и проектной прочности в сборном железобетоне и бетоне, изготовленном из готовых бетонных смесей.

В сборном железобетоне отпускную, передаточную и проектную прочность следует обеспечивать на уровне проектных требований или выше вне зависимости от показателей однородности бетона по прочности, полученной за анализируемый период.

При производстве готовых бетонных смесей (товарного бетона) для монолитных конструкций необходимо в стандарте установить уровень средней прочности и поддерживать ее вне зависимости от показателя однородности бетона по прочности, полученного в анализируемом периоде. Кроме того, следует строго выдерживать правила ухода за бетоном после его укладки.

На заводах сборного железобетона и на бетонно-смесительных узлах контроль прочности с определением однородности бетона по прочности следует проводить с целью оценки стабильности показателей выпускаемой продукции.

Только при комплексном подходе к изготовлению бетона, начиная с процедур контроля его прочности и заканчивая соблюдением правил ухода за бетоном в готовой конструкции, можно рассчитывать на обеспечение надлежащего качества железобетонных конструкций.

Журнал «Технологии бетонов», №5, 2009.

Все публикации
Архив по годам: 2006; 2008; 2013; 2015; 2016; 2018; 2019; 2020;

Бетон. Марки и классы бетона.. Статьи компании «ЧСУП «МоноларСтрой»»

      Марка и класс бетона — основные показатели качества бетонной смеси. Марка бетона М-100 означает средний предел прочности на сжатие в кгс/кв.см. В современном строительстве все чаще используется параметр класс бетона. Класс бетона также как и марка отражает прочность, но не среднее значение, а гарантированный предел прочности.

      Основные марки бетона: М100, М150, М200, М250, М300, М350, М400, М450, М500

      Все марки бетона: от М50 до М1000.

      Основные классы бетона:  B7.5, B10, B12.5, B15, B20, B22.5, B25, B30, B35, B40

      Все классы бетона: от В3.5 до B80.

       Важное значение имеют и такие показатели, как: морозостойкость, подвижность П, водонепроницаемость W.

 

 Таблица сравнения марок и классов бетона.

Класс бетона				Требуемая прочность бетона Rб, МПа         (на сжатие при испытании кубов)	Ближайшая марка бетона, М (кгс/см2)
по ранее действующему ГОСТ 26633-91	по СНБ 5. 03.01-02
	обозначение	характеристики прочности бетона, МПа
		fck нормативное сопративление	fGcube гарантированная прочность
В10	С 8/10	8	10	12,9	М 150
В12,5	С 10/12,5	10	12,5	16,1	М 150
В15	С 12/15	12	15	19,3	М 200
В20	С 16/20	16	20	25,7	М 250
В22,5	С 18/22,5	18	22,5	28,9	М 300
В25	С 20/25	20	25	32,2	М 350
В27,5	С 22/27,5	22	27,5	35,4	М 350
В30	С 25/30	25	30	38,6	М 400
В35	С 28/35	28	35	45	М 450
—	С 30/37	30	37	47,6	М 500
В40	С 32/40	32	40	51,4	М 550
В45	С 35/45	35	45	57,8	М 600
В50	С 40/50	40	50	64,3	М 700
В55	С 45/55	45	55	70,7	М 700
В60	С 50/60	50	60	77,1	М 800

 

 

      Бетон марки М100 в основном используют для устройства подготовки, перед заливкой монолитных плит, ростверков и подушек. Бетонная подготовка – тонкий слой бетонной смеси(50-100 мм), уложенной на грунт. Бетон этой марки используют для установки бордюров. На заводах применяется для производства фундаментных блоков.

       Бетон марки М150 в основном используют для устройства подготовки, для заливки стяжек, фундаментов небольших построек.

       Бетон марки М200 используют при заливке фундаментов, полов, лестниц, и др.
На заводах применяется для производства плит дорожного покрытия.
       Бетон марки М250 используют при заливке фундаментов, полов, лестниц, и др.
Подходит для устройства плит перекрытий.

       Бетон марки М300 по техническим характеристикам отличается от предыдущих марок повышенной морозостойкостью, прочностью и теплопроводностью. Используется в строительстве дорог и зданий.

       Бетон марки М350 чаще всего используют при производстве монолитных плит, колонн, плит перекрытий, фундаментов, стен, балок, бассейнов, других конструкций. На заводах применяется для производства плит для аэродромов, пустотных плит.

       Бетон марки М400 применяется при изготовлении конструкций мостов, банков, гидротехнических сооружений и иных сооружений специального назначения. Для индивидуального строительства такая марка бетона не применяется из-за большой прочности бетона и высокой стоимости данной марки.

       Бетон марки М450 используют в строительстве метро, при изготовлении конструкций мостов, банков, гидротехнических сооружений и иных сооружений специального назначения. Для индивидуального строительства такая марка бетона не применяется из-за большой прочности бетона и высокой стоимости данной марки.

       Бетон марки М500  используется при изготовлении конструкций мостов, гидротехнических сооружений, плотин, дамб и иных сооружений специального назначения.

       Марка и класс бетона определяется не только компонентами(цемент, песок, щебень, гравий, вода), но и соотношением этих компонентов.
 

Таблица пропорций компонентов бетона при использовании
цемента марки М400 (цемент, песок, щебень)

Марка бетона	Массовый состав, Ц:П:Щ (кг)	Объемный состав на 10 л цемента, П:Щ (л)	Количество бетона из 10 л цемента (л)
М100	1 : 4,6 : 7,0	41 : 61	78
М150	1 : 3,5 : 5,7	32 : 50	64
М200	1 : 2,8 : 4,8	25 : 42	54
М250	1 : 2,1 : 3,9	19 : 34	43
М300	1 : 1,9 : 3,7	17 : 32	41
М400	1 : 1,2 : 2,7	11 : 24	31
М450	1 : 1,1 : 2,5	10 : 22	29

 

Таблица пропорций компонентов бетона при использовании
цемента марки М500 (цемент, песок, щебень)

Марка бетона	Массовый состав, Ц:П:Щ (кг)	Объемный состав на 10 л цемента, П:Щ (л)	Количество бетона из 10 л цемента (л)
М100	1 : 5,8 : 8,1	53 : 71	90
М150	1 : 4,5 : 6,6	40 : 58	73
М200	1 : 3,5 : 5,6	32 : 49	62
М250	1 : 2,6 : 4,5	24 : 39	50
М300	1 : 2,4 : 4,3	22 : 37	47
М400	1 : 1,6 : 3,2	14 : 28	36
М450	1 : 1,4 : 2,9	12 : 25	32

 

Таблица пропорций компонентов бетона при использовании
цемента марки М300, М400, М500 (цемент, песок, щебень)

все пропорции указаны по массе на 1 кубический метр готовой бетонной смеси.

Класс и марка бетона	Удобоукладываемость	Марка цемента	Цемент, кг	Вода, кг	Щебень, кг	Песок, кг
В 7,5   М100 М150	Ж2	400	200	158	1 332	737
	П1		200	174	1 250	774
	П2		230	199	1 156	774
	Ж2	300	279	158	1 322	669
	П1		312	175	1 250	675
	П2		360	201	1 153	658
В 15   М200	Ж2	400	235	158	1 332	706
	П1		261	174	1 250	721
	П2		300	199	1 156	714
	Ж2	300	350	160	1 328	603
	П1		387	176	1 245	613
	П2		451	203	1 150	574
В 20   М250	Ж2	500	289	158	1 332	660
	П1		322	175	1 250	666
	П2		374	201	1 153	646
	Ж2	400	346	160	1 328	612
	П1		382	176	1 245	618
	П2		445	203	1 150	585
В 25   М350	Ж2	500	305	158	1 332	647
	П1		340	175	1 250	651
	П2		394	201	1 153	631
	Ж2	400	408	163	1 321	556
	П1		452	180	1 238	555
	П2		466	184	1 164	604
В 30   М400	Ж2	500	357	161	1 327	600
	П1		390	175	1 250	608
	П2		414	184	1 164	646
	Ж2	400	473	167	1 315	495
	П1		491	173	1 252	524
	П2		531	185	1 164	542
В 35   М450	Ж2	500	412	164	1 322	552
	П1		431	171	1 253	581
	П2		469	184	1 164	601
	Ж2	400	507	160	1 328	468
	П1		553	174	1 250	471
	П2		587	183	1 164	503
В 40   М550	Ж2	600	438	157	1 332	535
	П1		482	172	1 253	535
	П2		512	181	1 168	567
	Ж2	500	487	158	1 332	491
	П1		535	173	1 250	489
	П2		568	182	1 168	516
В 45   М600	Ж2	600	433	157	1 332	540
	П1		476	172	1 253	540
	П2		507	181	1 168	571
	Ж2	500	553	164	1 320	429
	П1		598	177	1 244	430
	П2		475	158	1 332	501

 

Прочность бетона на сжатие в МПА таблица ГОСТ по маркам

Прочность бетона в МПа по маркам – один из главных критериев выбора этого материала, от которого будет напрямую зависеть срок службы бетонной конструкции и сохранение целостности на всем протяжении эксплуатации. Этот показатель влияет не только на долговечность и способность выдерживать высокие нагрузки, но и сферу применения изделия. Поэтому выбирая бетон необходимо особе внимание уделять марки и классу, присвоенным бетону в результате проведенного исследования и отображенных в соответствующей документации.

Как определяют марку и класс прочности

Наиболее распространенным вариантом проведения испытания бетона на прочность бетона на сжатие Мпа является использование метода разрушающего контроля. Для определения показателя используют бетонные образцы в форме куба с равным соотношением сторон 15x15x15 см, забор которых осуществляется с заданной области застывшей бетонной массы. Данная процедура проводится только по прошествии 28 суток с момента заливки при нахождении раствора в нормальных естественных условиях. Для определения прочности полученные образцы фиксируются в специальной форме, где подвергаются нагрузке.

Класс бетона

Класс бетона в МПа, обозначаемый буквой «В», отображает кубиковую прочность, определяемую в процессе сжатия образца. Он показывает максимально возможное давление (МПа), которое способен выдержать бетон с допуском вероятного разрушения не больше 5 единиц из 100 образцов, применяемых для проведения испытаний. Класс прочности определяется по итоговому результату в соответствии со СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции». Данный показатель указывается с вероятностью 95% конкретным значением, который может варьироваться в зависимости от качества материала от 0,5 до 120 мегапаскалей.

Если известен класс бетона и ближайшая к нему марка бетона, то поможет определить прочность бетона на сжатие таблица ГОСТ:

Класс бетона	Марка бетона	Прочность (Мпа)
В5	М75	6.42
В10	М150	12.84
В15	М200	19.26
В25	М350	32.11
В35	М450	44.95
В45	М600	57.8

В зависимости от технических и эксплуатационных характеристик, классы бетона по прочности разделяют на несколько категорий:

• конструкционные – имеют прочность бетона В30 в Мпа, но не менее В12;
• конструкционно-теплоизоляционные от В5 до В10;
• теплоизоляционные – до В2;
• для возведения усиленных сооружений – от В45.

Марка бетона

Марка бетона, которая обозначается буквой «М» – максимальный предел прочности образца бетона на сжатие, измеряемое в кгс/см². Данный показатель определяется числовым значением от 50 до 1000 с допуском отклонения около 13.5%. В отличие от класса, гарантирующего 95% обеспеченность бетонной прочности, марка отображает только среднее значение этого параметра, регламентируемого ГОСТ 26633-91, который устанавливает следующее соответствие марок бетона значению его прочности и классу:

Класс бетона	Среднее значение прочности кгс/см²	Класс бетона
М75	65	В5
М150	131	В10
М200	196	В15
М350	327	В25
М450	458	В35
М600	589	В45

В зависимости от назначения и сферы применения, марки бетона делят на три основные группы:

• легкие бетоны – от М5 до М150, предназначенные для возведения несущих конструкций, изготовления перемычек и конструктива, строительства малоэтажных зданий;
• обычные – от М200 до М400, применяемые в ремонтно-строительных работах для организации фундамента, стяжки, пола, отмосток, лестничных маршей, а также возведения несущих конструкций в небольших зданиях и чаш бассейнов;
• тяжелые – от М450, отличающиеся максимальной плотностью и прочностью, поэтому используемые для возведения военных объектов и конструкций особого назначения.

Автор статьи

Виктор Филонцев

Образование:
НИУ МСГУ, Кафедра Технологии вяжущих веществ и бетонов, 2003.

Опыт работы:
12 лет в сфере производства бетона.

Текущая деятельность:
независимые консультации в сфере строительства.

Подробнее

Средняя прочность бетона на сжатие. Классы и марки. Прочность

Класс бетона (В) — показатель прочности бетона на сжатие и определяется значениями от 0,5 до 120, которые показывают выдерживаемое давление в мегапаскалях (МПа), с вероятностью 95%. Например, класс бетона В50 означает, что данный бетон в 95 случаев из 100 выдержит давление на сжатие до 50 МПа.

По прочности на сжатие бетоны подразделяют на классы:

• Теплоизоляционные (В0,35 — B2).
• Конструкционно-теплоизоляционные (В2,5 — В10).
• Конструкционные бетоны (В12,5 — В40).
• Бетоны для усиленных конструкций (от В45 и выше).

Класс бетона по прочности на осевое растяжение

Обозначается «Bt» и соответствует значению прочности бетона на осевое растяжение в МПа с обеспеченностью 0,95 и принимается в пределах от Bt 0,4 до Bt 6.

Марка бетона

Наряду с классом прочность бетона также задается маркой и обозначается латинской буквой «М» . Цифры означают предел прочности на сжатие в кгс/см 2 .

Разница между маркой и классом бетона не только в единицах измерения прочности (МПа и кгс/см 2), но и в гарантии подтверждения этой прочности. Класс бетона гарантирует 95%-ю обеспеченность прочности, в марках используется среднее значение прочности.

Класс бетона прочности по СНБ

Обозначается буквой «С». Цифры характеризуют качество бетона: значение нормативного сопротивления / гарантированная прочность (на осевое сжатие, Н/мм 2 (МПа)).

Например, С20/25: 20 — значение нормативного сопротивления fck, Н/мм 2 , 25 — гарантированная прочность бетона fс, Gcube, Н/мм 2 .

Применение бетонов в зависимости от прочности

Класс бетона по прочности	Ближайшая марка бетона по прочности	Применение
В0,35-B2,5	М5-М35	Применяется для подготовительных работ и не несущих конструкций
В3,5-B5	М50-М75	Применяется для подготовительных работ перед заливкой монолитных плит и лент фундаментов. Также в дорожном строительстве в качестве бетонной подушки и для установки бордюрного камня. Изготовляется на известняковом, гравийном и гранитном щебне.
В7,5	М100	Применяется для подготовительных работ перед заливкой монолитных плит и лент фундаментов. Также в дорожном строительстве в качестве бетонной подушки, для установки бордюрного камня, для изготовлении дорожных плит, фундаментов, отмосток, дорожек и т.д. Может быть использован для малоэтажного строительства (1-2 этажа). Изготовляется на известняковом, гравийном и гранитном щебне.
B10-В12,5	М150	Применяется для изготовления конструктива: перемычки и т.п. Не целесообразно использовать в качестве дорожного покрытия. Может быть использован для малоэтажного строительства (2-3 этажа). Изготовляется на известняковом, гравийном и гранитном щебне.
В15-В22,5	М200-М300	Прочность бетона марки м250 вполне достаточна для решения большинства строительных задач: фундаменты, изготовление бетонных лестниц, подпорных стен, площадок, и т.д. Используется при монолитном строительстве (около 10 этажей). Изготовляется на известняковом, гравийном и гранитном щебне.
В25-В30	М350-М400	Применяется для изготовления монолитных фундаментов, свайно-ростверковых ЖБК, плит перекрытий, колонн, ригелей, балок, монолитных стен, чаш бассейнов и иных ответственных конструкций. Используется при высотном монолитном строительстве (30 этажей). Наиболее используемый бетон при производстве ЖБИ. В частности, из конструкционного бетона м-350 делают аэродромные дорожные плиты ПАГ, предназначенные для эксплуатации в условиях экстремальных нагрузок. Многопустотные плиты перекрытий тоже производятся из этой марки бетона. Производство возможно на гравийном и гранитном щебне.
		Применяется для изготовления мостовых конструкций, гидротехнических сооружений, банковских хранилищ, специальных ЖБК и ЖБИ: колонн, ригелей, балок, чаш бассейнов и иных конструкций со спецтребованиями.
		Применяется для изготовления мостовых конструкций, гидротехнических сооружений, специальных ЖБК, колонн, ригелей, балок, банковских хранилищ, метро, плотин, дамб и иных конструкций со спецтребованиями. Во всех рецептурах, паспортах и сертификатах обозначается как бетон М550. В просторечии за ним укрепилась цифра 500.
		Применяется для изготовления мостовых конструкций, гидротехнических сооружений, специальных ЖБК, колонн, ригелей, балок, банковских хранилищ, метро, плотин, дамб и иных конструкций со спецтребованиями.

Средняя прочность бетона

Среднюю прочность бетона (R) каждого класса определяют при нормативном коэффициенте вариации. Для конструктивных бетонов v=13,5%, для теплоизоляционных бетонов v=18%.

R = В /

где В — значение класса бетона, МПа;
0,0980665 — переходной коэффициент от МПа к кг/см 2 .

Таблица соответствия классов и марок

Класс бетона по прочности (С) по СНБ	Класс бетона по прочности (B) по СНиП (МПа)	Средняя прочность бетона данного класса R		Ближайшая марка бетона по прочности М (кгс/см 2)	Отклонение ближайшей марки бетона от средней прочности класса R — M/R*100%
		МПа	кгс/см 2
—	В 0,35	0,49	5,01	М5	+0,2
—	В 0,75	1,06	10,85	М10	+7,8
—	В 1	1,42	14,47	М15	-0,2
—	В 1,5	2,05	20,85	М25	-1,9
—	В 2	2,84	28,94	М25	+13,6
—	В 2,5	3,21	32,74	М35	-6,9
—	В 3,5	4,50	45,84	М50	-9,1
—	В 5	6,42	65,48	М75	-14,5
—	В 7,5	9,64	98,23	М100	-1,8
С8/10	В10	12,85	130,97	М150	-14,5
С10/12,5	В12,5	16,10	163,71	М150	+8,4
С12/15	В15	19,27	196,45	М200	-1,8
С15/20	В20	25,70	261,93	М250	+4,5
С18/22,5	В22,5	28,90	294,5	М300	+1,9
С20/25	В25	32,40	327,42	М350	-6,9
С25/30	В30	38,54	392,90	М400	-1,8
С30/35	В35	44,96	458,39	М450	+1,8
С32/40	В40	51,39	523,87	М550	-5,1
С35/45	В45	57,82	589,4	М600	+1,8
С40/50	В50	64,24	654,8	М700	+6,9
С45/55	В55	70,66	720,3	М700	-2,8

Определение предварительного состава тяжелого бетона

Цель: Определение удобоукладываемости бетонной смеси, корректировка состава, определение расхода материалов, коэффициент выхода бетона, определение марки бетона (ГОСТ 10180-90).

Прочность бетона характеризуется классом или маркой. Класс бетона представляет собой гарантированную прочность бетона в МПа с обеспеченностью 0,95. Маркой называется нормируемое значение средней прочности бетона (МПа×10).

Класс и марку определяют чаще всего в возрасте 28 сут., хотя в зависимости от времени нагружения конструкций могут и в другом возрасте. Классы назначают при проектировании конструкций с учетом требований стандарта СЭВ 1406-78, марки- без учета требований этого стандарта.

По прочности на сжатие тяжелый бетон подразделяется на классы: В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В22,5; В25; В27,5; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60; В65; В75; В80 или марки: М50; М75; М100; М150; М200; М250; М300; М350; М400; М450; М500; М600; М700; М800, легкий – на классы: В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В17,5; В20; В22,5; В25; В30 или марки: М35; М50; М75; М100; М150; М200; М250; М300; М350; М400; М450; М500.

Между средней прочностью R b и классом бетона В при коэффициенте вариации V=0,135 иммется зависимость:

Оборудования и материалы: проба бетонной смеси, формы для изготовления образцов, гидравлический пресс, штангенциркуль, стальной стержень диаметром 16 мм, кельма, секундомер, лабораторная виброплощадка, камера нормального твердения.

Проведение испытаний. Прочность бетона при сжатии определяют испытанием серии образцов-кубов с размерами ребер 70, 100, 150, 200 и 300 мм или цилиндров диаметром 70, 100, 150 и 200 мм с высотой, равной двум диаметрам. Размеры образцов зависят от крупности щебня (гравия) и принимаются по таблице 1. За эталон принят куб с ребром 150 мм.

При испытании конструкционно- теплоизоляционного бетона на пористых заполнителях изготавливают образцы с наименьшим размером 150 мм независимо от крупности заполнителя.

Таблица 11.1

Размеры образцов в зависимости от крупности щебня (гравия)

Количество образцов в серии зависит от внутри серийного коэффициента вариации и принимается: ≥ 2 при V з ≤5%, 3-4 при 8>V з >5 и 6- при V з >8.

Формы заполняют бетонной смесью слоями по высоте не более 100 мм и независимо от удобоукладываемости штыкуют стержнем диаметром 16 мм от краев к середине формы из расчета один нажим на 10см 2 верхней открытой поверхности.

Бетонные смеси с подвижностью менее 10 см и жесткостью менее 11 с дополнительно уплотняют вибрированием на лабораторной площадке с частотой колебаний 2900±100 и амплитудой 0,5±0,05, причем форма с бетонной смесью должна быть закреплена жестко. Вибрируют до полного уплотнения и прекращают, когда поверхность бетона выравнивается, на ней появится тонкий слой цементного теста и прекратятся выделятся пузырьки воздуха. Поверхность образца заглаживают.

При изготовлении образцов из бетонной смеси жесткостью более 11 с смесь уплотняют вибрированием на виброплощадке с пригрузом, обеспечивающим давление, принятое на производстве, но не менее 0,004 МПа. Бетонной смесью заполняют форму с некоторым избытком, примерно до половины высоты насадки, укладывают сверху пригруз и встряхивают до прекращения оседания пригруза и еще дополнительно 5-10 с.

Образцы для твердения в условиях нормальной влажности вначале хранят в формах, покрытых влажной тканью, при температуре (20±5) 0 С. Для бетонов классов В7,5 и выше их освобождают от форм не ранее чем через 24ч, классов В5 и ниже- через 48-72 ч и затем помещают в камеру с температурой (20±3) 0 С и относительной влажностью воздуха (95±5) 0 С.

Испытания на сжатие выполняют на гидравлическом прессе с точностью показаний ±2%. Пресс должен иметь шаровую опору на одной из опорных плит. Шкалу силоизмерителя пресса выбирают из условия, что разрушающая нагрузка должна находится в интервале 20-80% от максимальной, допускаемой шкалой. Нагрузка должна возрастать непрерывна и равномерно со скоростью (0,6±0,4) МПа/с до разрушения образца.

Образцы – кубы испытывают таким образом, чтобы сжимающая сила была направлена параллельно слоям укладки бетонной смеси в формы, при испытании образцов-цилиндров- перпендикулярно слоям укладки. Далее определяют площадь сдавливания, для чего замеряют размеры образцов с точностью до 1%.

В образцах- кубах каждый линейный размер вычисляют как среднее арифметическое значение из двух измерений посредине противоположных граней. Диаметр образца – цилиндра определяют как среднее арифметическое значение результатов четырех измерений (по два взаимно перпендикулярных измерения диаметра на каждом торце).

Обработка результатов. Предел прочности отдельного образца при сжатии определяют по формуле:

R b . c , =αP/F

где R b . c — предел прочности бетона при сжатии, МПа; Р- разрушающая нагрузка, Н; F- площадь образца, м 2 ; α — масштабный коэффициент для перевода к прочности образца- куба с ребром 15 см, который допускается принимать по Таблице 11.2.

Предел прочности бетона определяют как среднее арифметическое значение пределов прочности испытанных образцов. Результаты испытания записывают в Таблицу 11.3

Таблица 11.2Значения масштабных коэффициентов

Таблица 11.3Определение прочности бетона при сжатии

Прочность – это техническая характеристика, по которой определяется способность выдерживать механические или химические воздействия. Для каждого этапа строительства требуются материалы с разными свойствами. Для заливки фундамента здания и возведения стен применяется бетон разных классов. Если использовать материал с низким прочностным показателем для строительства конструкций, которые будут подвергаться значительным нагрузкам, то это может привести к растрескиванию и разрушению всего объекта.

Как только в сухую смесь добавляется вода, в ней начинается химический процесс. Скорость его протекания может увеличиваться или уменьшаться из-за многих факторов, например, температуры или влажности.

Что влияет на прочность?

На показатель оказывают влияние следующие факторы:

• количество цемента;
• качество смешивания всех компонентов бетонного раствора;
• температура;
• активность цемента;
• влажность;
• пропорции цемента и воды;
• качество всех компонентов;
• плотность.

Также он зависит количества времени, которое прошло с момента заливки, и использовалось ли повторное вибрирование раствора. Наибольшее влияние оказывает активность цемента: чем она выше, тем больше получится прочность.

От количества цемента в смеси также зависит прочность. При повышенном содержании он позволяет увеличить ее. Если же использовать недостаточное количество цемента, то свойства конструкции заметно снижаются. Увеличивается этот показатель лишь до достижения определенного объема цемента. Если засыпать больше нормы, то бетон может стать слишком ползучим и дать сильную усадку.

В растворе не должно быть слишком много воды, так как это приводит к появлению в нем большого количества пор. От качества и свойств всех компонентов напрямую зависит прочность. Если для замешивания использовались мелкозернистые или глинистые наполнители, то она снизится. Поэтому рекомендуется подбирать компоненты с крупными фракциями, так как они значительно лучше скрепляются с цементом.

От однородности замешанной смеси и применения виброуплотнения зависит плотность бетона, а от нее – прочность. Чем он плотнее, тем лучше скрепились между собой частицы всех компонентов.

Способы определения прочности

По прочности на сжатие узнаются эксплуатационные характеристики сооружения и возможные на него нагрузки. Вычисляется этот показатель в лабораториях на специальном оборудовании. Используются контрольные образцы, сделанные из того же раствора, что и отстроенное сооружение.

Также вычисляют ее на территории строящегося объекта, узнать можно разрушаемым или неразрушаемым способами. В первом случае либо разрушается сделанная заранее контрольная проба в виде куба со сторонами 15 см, либо с помощью бура из конструкции берется образец в виде цилиндра. Бетон устанавливается в испытательный пресс, где на него оказывается постоянное и непрерывное давление. Его увеличивают до тех пор, пока проба не начнет разрушаться. Показатель, полученный во время критической нагрузки, применяется для определения прочности. Этот метод разрушения пробы является самым точным.

Для проверки бетона неразрушаемым способом используется специальное оборудование. В зависимости от типа приборов он делится на следующие:

• ультразвуковой;
• ударный;
• частичное разрушение.

При частичном разрушении на бетон оказывают механическое воздействие, из-за чего он частично повреждается. Провести проверку прочности в МПа этим методом можно несколькими способами:

• отрывом;
• скалыванием с отрывом;
• скалыванием.

В первом случае к бетону на клей крепится диск из металла, после чего его отрывают. То усилие, которое потребовалось для его отрыва, и используется для вычисления.

Метод скалывания – разрушение скользящим воздействием со стороны ребра всего сооружения. В момент разрушения регистрируется значение приложенного давления на конструкцию.

Второй способ – скалывание с отрывом – показывает наилучшую точность по сравнению с отрывом или скалыванием. Принцип действия: в бетоне закрепляются анкера, которые впоследствии отрываются от него.

Определение прочности бетона ударным методом возможно следующими путями:

• ударный импульс;
• отскок;
• пластическая деформация.

В первом случае фиксируется количество энергии, создаваемой в момент удара по плоскости. Во втором способе определяется величина отскока ударника. При вычислении методом пластической деформации используются приборы, на конце которых расположены штампы в виде шаров или дисков. Ими ударяют о бетон. По глубине вмятины вычисляются свойства поверхности.

Метод с помощью ультразвуковых волн не является точным, так как результат получается с большими погрешностями.

Набор прочности

Чем больше прошло времени после заливки раствора, тем выше стали его свойства. При оптимальных условиях бетон набирает прочность на 100 % на 28-ой день. На 7-ой день этот показатель составляет от 60 до 80 %, на 3-ий – 30 %.

• n – количество дней;
• Rb(n) – прочность на день n;
• число n не должно быть меньше трех.

Оптимальной температурой является +15-20°C. Если она значительно ниже, то для ускорения процесса затвердения необходимо использовать специальные добавки или дополнительный обогрев оборудованием. Нагревать выше +90°C нельзя.

Поверхность должна быть всегда влажной: если она высохнет, то перестает набираться прочность. Также нельзя допускать замерзания. После полива или нагрева бетон снова начнет повышать свои прочностные характеристики на сжатие.

График, показывающий, сколько времени требуется для достижения максимального значения при определенных условиях:

Марка по прочности на сжатие

Класс бетона показывает, какую максимальную нагрузку в МПа он выдерживает. Обозначается буквой В и цифрами, например, В 30 означает, что куб со сторонами 15 см в 95% случаев способен выдержать давление 25 МПа. Также прочностные свойства на сжатие разделяют по маркам – М и цифрами после нее (М100, М200 и так далее). Эта величина измеряется в кг/см 2 . Диапазон значений марки по прочности – от 50 до 800. Чаще всего в строительстве применяются растворы от 100 и до 500.

Таблица на сжатие по классам в МПа:

Класс (число после буквы – это прочность в МПа)	Марка	Средняя прочность, кг/см 2
В 5	М75	65
В 10	М150	131
В 15	М200	196
В 20	М250	262
В 30	М450	393
В 40	М550	524
В 50	М600	655

М50, М75, М100 подходят для строительства наименее нагружаемых конструкций. М150 обладает более высокими прочностными характеристиками на сжатие, поэтому может применяться для заливки бетонных стяжек пола и сооружения пешеходных дорог. М200 используется практически во всех типах строительных работ – фундаменты, площадки и так далее. М250 – то же самое, что и предыдущая марка, но еще выбирается для межэтажных перекрытий в зданиях с малым числом этажей.

М300 – для заливки монолитных оснований, изготовления плит перекрытий, лестниц и несущих стен. М350 – опорные балки, фундамент и плиты перекрытий для многоэтажных зданий. М400 – создание ЖБИ и зданий с повышенными нагрузками, М450 – плотины и метро. Марка меняется в зависимости от количества содержащегося в нем цемента: чем больше его, тем она выше.

Чтобы перевести марку в класс, используется следующая формула: В = М*0,787/10.

Перед сдачей в эксплуатацию любого здания или другого сооружения из бетона оно обязательно должно быть проверено на прочность.

Прочность — главное свойство бетона

Важнейшим свойством бетона является прочность. Лучше всего бетон сопротивляется сжатию. Поэтому конструкции проектируют таким образом, чтобы бетон воспринимал сжимающие нагрузки. И только в некоторых конструкциях учитывается прочность на растяжение или на растяжение при изгибе.

Прочность при сжатии . Прочность бетона при сжатии характеризуется классом или маркой (которые определяют в возрасте 28 суток). В зависимости от времени нагружения конструкций прочность бетона может определяться и в другом возрасте, например 3; 7; 60; 90; 180 суток.

В целях экономии цемента, полученные значения предела прочности не должны превышать предел прочности, соответствующей классу или марке, более чем на 15%.

Класс представляет собой гарантированную прочность бетона в МПа с обеспеченностью 0,95 и имеет следующие значения: В b 1; В b 1,5; В b 2; В b 2,5; В b 3,5; В b 5; B b 7,5; В b 10; В b 12,5; В b 15; В b 20; В b 25; В b 30; В b 35; В b 40; В b 50; В b 55; В b 60. Маркой называется нормируемое значение средней прочности бетона в кгс/см 2 (МПах10).

Тяжелый бетон имеет следующие марки при сжатии: М b 50; М b 75; М b 100; М b 150; М b 200; М b 250; М b 300; М b 350; М b 400; М b 450; М b 500; М b 600; М b 700; М b 800.

Между классом бетона и его средней прочностью при коэффициенте вариации прочности бетона n = 0,135 и коэффициенте обеспеченности t = 0,95 существуют зависимости:

В b = R b х0,778, или R b = В b / 0,778.

Соотношение классов и марок для тяжелого бетона

При проектировании конструкций обычно назначают класс бетона, в отдельных случаях — марку. Соотношение классов и марок для тяжелого бетона по прочности на сжатие приведены в табл. 1.

Прочность при растяжении . С прочностью бетона на растяжение приходится иметь дело при проектировании конструкций и сооружений, в которых не допускается образование трещин. В качестве примера можно привести резервуары для воды, плотины гидротехнических сооружений и др. Бетон на растяжение подразделяют на классы: В t 0,8; B t 1,2; B t 1,6; В t 2; B t 2,4; В t 2,8; В t 3,2 или марки: Р t 10; B t 15; B t 20; B t 25; B t 30; B t 35; В t 40.

Прочность на растяжение при изгибе. При устройстве бетонных покрытий дорог, аэродромов назначают классы или марки бетонов на растяжение при изгибе.

Классы: В bt 0,4; В bt 0,8; В bt 1,2; B bt 1,6; В bt 2,0; В tb 2,4; В bt 2,8; В bt 3,2; В bt 3,6; В bt 4,0; B bt 4,4; В bt 4,8; В bt 5,2; В bt 5,6; В bt 6,0; В bt 6,4; В bt 6,8; В bt 7,2; В bt 8.

Таблица 1. Соотношение классов и марок при сжатии для тяжелого бетона

Класс	R b ,МПа	Марка	Класс	R b , МПа	Марка

Марки: Р bt 5; Р bt 10; Р bt 15; Р bt 20; Р bt 25; Р bt 30; Р bt 35; Р bt 40; Р bt 45; Р bt 50; Р bt 55; Р bt 60; Р bt 65; Р bt 70; Р bt 75; Р bt 80; Р bt 90; Р bt 100.

Технологические факторы, влияющие на прочность бетона.

Технологические факторы, влияющие на прочность бетона. На прочность бетона влияет ряд факторов: активность цемента, содержание цемента, отношение воды к цементу по массе (В/Ц), качество заполнителей, качество перемешивания и степень уплотнения, возраст и условия твердения бетона, повторное вибрирование.

Активность цемента . Между прочностью бетона и активностью цемента существует линейная зависимость R b = f(R Ц). Более прочные бетоны получаются на цементах повышенной активности.

Водоцементное отношение . Прочность бетона зависит от В/Ц. С уменьшением В/Ц она повышается, с увеличением — уменьшается. Это определяется физической сущностью формирования структуры бетона. При твердении бетона с цементом взаимодействует 15-25% воды. Для получения же удобоукладываемой бетонной смеси вводится обычно 40-70% воды (В/Ц = — 0,4…0,7). Избыточная вода образует поры в бетоне, которые снижают его прочность.

При В/Ц от 0,4 до 0,7 (Ц/В = 2,5… 1,43) между прочностью бетона R в, МПа, активностью цемента R ц, МПа, и Ц/В существует линейная зависимость, выражаемая формулой:

R b = A R ц (Ц/В – 0,5).

При В/Ц 2,5) линейная зависимость нарушается. Однако в практических расчетах пользуются другой линейной зависимостью:

R b = A1 R ц (Ц/В + 0,5).

Ошибка в расчетах в этом случае не превышает 2-4 % вышеприведенных формулах: А и А 1 — коэффициенты, учитывающие качество материалов. Для высококачественных материалов А = 0,65, А1 = 0,43, для рядовых — А = 0,50, А1 = 0,4; пониженного качества — А = 0,55, А1 = 0,37.

Прочность бетона при изгибе R bt , МПа, определяется по формуле:

R bt =A` R` ц (Ц/В — 0,2),

где R ц — активность цемента при изгибе, МПа;

А» — коэффициент, учитывающий качество материалов.

Для высококачественных материалов А» = 0,42, для рядовых — А» = 0,4, материалов пониженного качества — А» = 0,37.

Качество заполнителей . Не оптимальность зернового состава заполнителей, применение мелких заполнителей, наличие глины и мелких пылевидных фракций, органических примесей уменьшает прочность бетона. Прочность крупных заполнителей, сила их сцепления с цементным камнем влияет на прочность бетона.

Качество перемешивания и степень уплотнения бетонной смеси существенно влияют на прочность бетона. Прочность бетона, приготовленного в бетоносмесителях принудительного смешивания, вибро — и турбосмесителях выше прочности бетона, приготовленного в гравитационных смесителях на 20-30%. Качественное уплотнение бетонной смеси повышает прочность бетона, так как изменение средней плотности тонной смеси на 1% изменяет прочность на 3-5%.

Влияние возраста и условий твердения . При благоприятных температурных условиях прочность бетона растет длительное время и изменяется по логарифмической зависимости:

R b (n) = R b (28) lgn / lg28,

где R b (n) и R b (28) — предел прочности бетона через n и 28 суток, МПа; lgn и lg28 — десятичные логарифмы возраста бетона.

Эта формула осредненная. Она дает удовлетворительные результаты для бетонов, твердеющих при температуре 15-20 °С на рядовых среднеалюминатных цементах в возрасте от 3 до 300 суток. Фактически же прочность на разных цементах нарастает поразному.

Рост прочности бетона во времени зависит, в основном, от минерального и вещественного составов цемента. По интенсивности твердения портландцементы подразделяют на четыре типа (табл. 2).

Интенсивность твердения бетона зависит от В/Ц . Как видно из данных, приведенных в табл. 3, более быстро набирают прочность бетоны с меньшим В/Ц.

На скорость твердения бетона большое влияние оказывает температура и влажность среды. Условно-нормальной считается среда с температурой 15-20 °С и влажностью воздуха 90-100%.

Таблица 2. Классификация портландцементов по скорости твердения

Тип цемента	Минеральный и вещественный составы портландцементов	К = R bt (90) / R bt (28)	К =R bt (180) / R bt (28)
	Алюминатный (С3А = 1 2%)
	Алитовый (С3S> 50%, С3А =8)
	Портландцемента сложного минерального и вещественного состава (пуццолановый портландцемент c содержанием в клинкере С3А = 1 4%, шлакопортландцемент с содержанием шлака 30-40%)
	Белитовый портландцемент и шлакопортландцемент с содержанием шлака более 50%
	Для сравнения предел прочности бетона, определенный по формуле:R b (n) = R b (28) lgn / lg28

Таблица 3. Влияние В/Ц и возраста на скорость твердения бетона на цементе III типа

В/Ц	Относительная прочность через сут.
	1	3	7	28	90	360
По формуле

Как видно из графика, приведенного на рис. 1, прочность бетона в 28-суточном возрасте, твердевшего при 5 °С, составила 68%, при 10°С — 85%, при 30 °С — 115% от предела прочности бетона, твердевшего при температуре 20 °С. Те же зависимости наблюдаются и в более раннем возрасте. То есть интенсивнее набирает прочность бетон при более высокой температуре и, напротив, медленней — при ее понижении.

При отрицательной температуре твердение практически прекращается, если не снизить температуру замерзания воды введением химических добавок.

Рис. 1.

Твердение ускоряется при температуре 70-100 °С при нормальном давлении или при температуре около 200 °С и давлении 0,6-0,8 МПа. Для твердения бетона требуется среда с высокой влажностью. Для создания таких условий бетон укрывают водонепроницаемыми пленочными материалами, покрывают влажными опилками и песком, пропаривают в среде насыщенного водяного пара.

Повторное вибрирование увеличивает прочность бетона до 20%. Оно должно выполняться до конца схватывания цемента. Повышается плотность. Механические воздействия срывают пленку гидратных новообразований и ускоряют процессы гидратации цемента.

Нарастание прочности бетона во времени . Опыты показывают, что прочность бетона увеличивается во времени и этот процесс может продолжаться годами (рис. 1.3). Однако степень повышения прочности связана с температурно-влажностными условиями окружающей среды и составом бетона. Наиболее быстрый рост прочности наблюдается в начальный период.

Рост прочности бетона напрямую связан с его старением и поэтому зависит, по существу, от тех же факторов.

Существует целый ряд предложений по установлению зависимости между прочностью бетона R и его возрастом. Для нормальных условий твердения бетона на портландцементе наиболее простой является логарифмическая зависимость, предложенная Б.Г. Скрамтаевым:

При сроках твердения, превышающих 7…8 сут, эта формула даёт удовлетворительные результаты.

Повышение температуры и влажности среды значительно ускоряют процесс твердения бетона. С этой целью железобетонные изделия на заводах подвергают специальной тепловлажностной обработке при температуре 80 ..90 °С и влажности 90… 100 % или автоклавной обработке при давлении пара около 0,8 МПа и температуре 170 °С В последнем случае проектная прочность бетона может быть получена уже через 12 часов.

При температурах ниже +5 °С твердение бетона существенно замедляется, а при температуре бетонной смеси -10 °С практически прекращается. За 28 сут твердения при температуре -5 °С бетон набирает не более 8 % прочности бетона, твердеющего в нормальных условиях, при температуре 0 °С — 40…50 %, при +5 °С — 70…80%. После оттаивания бетонной смеси твердение бетона возобновляется, но конечная прочность его всегда оказывается ниже прочности бетона, твердевшего в нормальных условиях. Бетоны прочность которых к моменту замерзания составляла не менее 60% от R28, после оттаивания в течение 28 суток набирают проектную прочность.

При хранении бетона в воде наблюдается более интенсивный рост прочности. В значительной степени это объясняется тем, что в бетоне не образуются поры от испарения воды, в которых давление паров воды направлено из бетона наружу. При водяном хранении давление направлено от внешней среды в бетон.

Прочность бетона при центральном сжатии . Как следует из опытов, ссли бетонный кубнк из плотного бетона имеет достаточно однородное строение и правильную геометрическую форму, то разрушаясь под действием равномерно распределённой нагрузки он приобретает форму двух усеченных пирамид, сложенных малыми основаниями (рис. 1.4, а). Подобный характер разрушения (разрушение от среза) обусловлен значительным влиянием сил трения, которые развиваются между подушками пресса и торцовыми поверхностями образца. Эти силы направлены внутрь образца и препятствуют свободному развитию поперечных деформаций, создавая своеобразную обойму. Эффект обоймы по мере удаления от торцов образца уменьшается.

Если устранить влияние сил трения поверхностей касания (например, введением смазки на торцевых гранях образца), то разрушение приобретает иной характер (рис. 1.4, б): в образце возникают трещины, параллельные направлению сжатия. Теперь трение уже не препятствует развитию поперечных деформаций образца и разрушение происходит при гораздо меньшей (до 40 %) сжимающей нагрузке. Образцы-кубы из ячеистого и крупнопористого бетонов разрушаются по продольным поверхностям даже при наличии трения по опорным граням, поскольку связи между их структурными элементами ослаблены пустотами и порами.

Предел прочности на сжатие при испытании кубика подсчитывается делением разрушающей силы Nu на площадь грани кубика А.

В ряде стран (США и др.) вместо кубика принят образец цилиндрической формы высотой 12”(305 мм) и диаметром 6”(152 мм). Для одного и того же бетона прочность цилиндрического образца таких размеров составляет 0,8…0,9 от прочности кубика с размером ребра 150 мм.

Прочность кубиков из бетона одного и того же состава зависит от размеров образца и уменьшается с увеличением размеров. Так, прочность кубика из тяжёлого бетона с ребром 300 мм составляет примерно 80% от прочности кубика с ребром 150 мм, а кубика с ребром 200 мм — 90%. Это объясняется как снижением эффекта обоймы при увеличении размеров образца и расстояния между его торцами, так и влиянием размеров образца на скорость твердения (чем крупнее образец, тем медленнее он набирает прочность на воздухе) и на вероятное наличие в нём внешних и внутренних дефектов (чем образец крупнее, тем, как правило, этих дефектов больше и прочность ниже).

Однако следует иметь в виду, что хотя кубиковая прочность и принята за эталон показателя прочности бетона (т.е. ее необходимо иметь для производственного контроля), она является условной характеристикой и не может быть непосоедственно использована в расчётах прочности железобетонных конструкций. Реальные конструкции (или их зоны), работающие на сжатие, по форме и размерам отличаются от кубика. В связи с этим, на основании многочисленных экспериментов установлены были эмпирические зависимости между кубиковой прочностью (классом) бетона и его прочностными характеристиками в различных условиях работы, приближающихся к работе реальных конструкций.

Опыты с бетонными образцами, имеющими форму призмы с квадратным основанием а и высотой h (рис. 1 4, в), показали, что с увеличением отношения h/a прочность при центральном сжатии Rb уменьшается (рис. 1.4, г) и при h/a > 3 становится почти стабильной и равной, в зависимости от класса бетона, 0,7…0,9В. Это связано с тем, что в соответствии с принципом Сен-Венана напряжения, вызванные силами трения по опорным граням, существенны только в окрестности, размеры которой соизмеримы с размерами нагруженной грани. Таким образом, в призмах с высотой, превышающей двойной размер сечения, средняя часть свободна от влияния сил трения. Именно в средней по высоте части призм перед разрушением появляются продольные трещины, распространяющиеся вверх и вниз к опорным граням. Гибкость бетонного образца оказывает влияние при испытаниях только при h/a > 8.

В соответствии с указаниями ГОСТ 10180-78 прочность бетона при центральном сжатии Rh определяют испытаниями до разрушения бетонных образцов-призм с отношением высоты к стороне основания h/a = 3…4. Нагрузку подают ступенями по 0,1 Nu с постоянной скоростью (0,6 ± 0,2) МПа/с и с 4…5 минутными выдержками после каждой ступени.

В большинстве случаев результаты таких испытаний совершенно чётко свидетельствуют о том, что разрушение образцов происходит от преодоления сопротивления отрыву (рис 1.4, г). Однако в ряде случаев (наиболее характерно для бетонов низкой прочности, отличающихся, начальными неоднородностями, вызывающими развитие микроразрушений на ранних стадиях загружения) образец разрушается по наклонной поверхности без нарушения целостности материала вне этой поверхности. Казалось бы, можно рассматривать такие случаи как результат разрушения от среза, так как на любой площадке, пересекающей продольную ось образца под острым углом, при его нагружении возникают как нормальные, так и касательные напряжения. Но повидимому, это, всё-таки не так. И прежде всего потому, что наклон поверхности разрушения к продольной оси призмы не 45 °, что соответствовало бы направлению действия максимальных касательных напряжений, а значительно меньше (рис. 1.5). Кроме того, поверхность разрушения явно неровная, она проходит через многочисленные продольные трещины и часто совпадает с ними.

Конечно, после развития разрывов в отдельных зонах на ослабленный материал оказывают влияние касателиные напряжения, но в целом, хотя разрушение бетона здесь и носит сложный характер, определяющее значение опять-таки принадлежит сопротивлению отрыва.

Между кубиковой и призменной прочностью существует прямо пропорциональная зависимость. На основании опытных данных для тяжёлых и лёгких бетонов призменная прочность колеблется от 0,78R (для бетонов высоких классов) до 0,83R (для бетонов низких классов), для ячеистых бетонов — соответственно от 0,87R до 0,94R.

Величину Rh используют при расчёте прочности сжатых бетонных и железобетонных конструкций (колонн, стоек, сжатых элементов ферм и т. д.), изгибаемых конструкций (балок, плит) и конструкций, работающих на некоторые другие виды воздействий, например, кручение, косой изгиб, косое внецентренное сжатие и т. д.

Прочность бетона при сжатии при данной активности цемента зависит, в общем случае, от количества цемента, физико-механических свойств цементного камня и заполнителей, концентрации их в единице объема материала и прочности сцепления, а также от формы и крупности зерен заполнителей.

Увеличение количества цемента повышает плотность (отношение массы тела к его объёму) бетона, способствуя непрерывному заполнению пустот между инертными и обеспечивая тем самым создание полного несущего скелета из цементного камня. Увеличение же плотности бетона ведет, при прочих равных условиях, к повышению его прочности. Расход цемента в бетонах для несущих железобетонных конструкций колеблется в зависимости от класса бетона и активности (марки) цемента в пределах 250 до 600 кгс/м3.

Прочность цементного камня зависит не только от прочности цемента, но и от водоцементного отношения. С повышением В/Ц увеличивается пористость цементного камня, и, следовательно, падает прочность бетона.

Обычно прочность инертных в конструктивных тяжёлых бетонах выше прочности цементного камня, поэтому на прочность таких бетонов влияет лишь форма и состав зёрен заполнителей. Так, в частности, из-за лучшего сцепления раствора с угловатыми зёрнами щебня бетон на щебне примерно на 10…15% прочнее бетона на гравии. Хуже в этом отношении ведут себя лёгкие бетоны. Так как прочность инертных в лёгких бетонах (как правило) ниже, чем цементного камня, на прочность таких бетонов влияют ещё и свойства заполнителей. Причём, в отличие от плотных пористые заполнители снижают прочность бетона и тем значительнее, чем больше отличаются Еа и Ra от Ес и Rc.

Таким образом, если прочность обычных тяжёлых бетонов зависит от ограниченного числа факторов и её можно выражать (что и делают) как функцию акти вности цемента и водоцементного отношения, то для описания прочности лёгких бетонов для каждого вида заполнителей приходится подбирать корреляционные зависимости.

Прочность бетона при растяжении . Прочность бетона при растяжении зависит от прочности на растяжение цементного камня и его сцепления с зёрнами заполнителя.

Истинная прочность бетона при растяжении определяется его сопротивлением осевому растяжению. Предел прочности при осевом растяжении сравнительно невысоки составляет (0,05…0,1) Rb. Столь невысокая прочность объясняется неоднородностью структуры и чрезмерно ранним нарушением сплошности бетона, что способствует концентрации напряжений, особенно при действии растягивающих усилий. Величину Rbt можно определять по эмпирической формуле Фере, предложенной в своё время для бетонов низкой прочности. В настоящее время эту зависимость распространяют и на бетоны класса В45.

Прочность бетона при осевом растяжении устанавливают испытанием на разрыв образцов с рабочим участком в виде призмы достаточной длины, чтобы обеспечить равномерное распределение внутренних усилий в его средней части (рис. 1.6, а). Концевые участки таких образцов расширены для крепления в захватах. Нагрузку прикладывают равномерно со скоростью 0,05…0,08 МПа/с.

Основной недостаток испытаний на осевое растяжение — трудности, возникающие при центрировании образца, и связанный с этим большой разброс опытных данных. Так, например, захват образца в разрывной машине может создавать условия, неблагоприятные для равномерного распределения усилия по его сечению, а неоднородность структуры бетона приводит к тому, что действительная (физическая) ось образца не будет совпадать с геометрической. Оказывает влияние на результаты испытаний и напряжённое состояние бетона, вызванное его усадкой.

Чаще всего сопротивление бетона растяжению оценивают испытанием на изгиб бетонных балочек сечением 150 х 150 мм (рис. 1.6, б). Разрушение в этом случае наступает вследствие исчерпания сопротивления растянутой зоны, причём эпюра напряжений в ней из-за неупругих свойств бетона криволинейного очертания (рис.1.7, а).

С повышением класса бетона возрастает и его прочность при растяжении, однако не столь интенсивно, как при сжатии.

Влияние различных факторов, зависящих от состава бетона и его структуры, сказывается на Rht обычно в том же направлении, что и на Rh, хотя и в неодинаковых количественных соотношениях. Так, например, повышение расхода цемента на приготовление бетона при прочих равных условиях увеличивает сопротивление разрыву в значительно меньшей степени, чем сопротивление сжатию. То же можно сказать и в отношении активности цемента. Совсем по другому обстоит дело с гранулометрическим составом заполнителей и, в частности, видом его зёрен. Так, замена гравия щебнем мало отражаясь на сопротивлении бетона сжатию, заметно увеличивает сопротивление его разрыву, и т.д.

Влияние масштабного фактора также обнаруживается при определении Rbt. Общие теоретические соображения, основанные на статистической теории хрупкой прочности, приводят к заключению, что и в этом случае следует ожидать уменьшения прочности с увеличением размеров образцов. Однако недостатки современной техники испытания бетонных образцов на растяжение (создающие рассеяние показателей тем больше, чем меньше размеры сечения) нередко искажают общую закономерность.

Величину Rbt используют, прежде всего, при расчёте конструкций и сооружений, к которым предъявляют требования трещиностойкости (например, водонапорные трубы, резервуары для хранения жидкостей, стенки автоклавов и др.).

Прочность бетона при срезе и скалывании . В соответствии с теорией сопротивления материалов действующие на элементарную площадку полные напряжения разлагаются на нормальную составляющую о и касательную составляющую т, стремящуюся срезать (сколоть) тело по рассматриваемому сечению или сдвинуть одну сторону элементарного прямоугольного параллелепипеда по отношению к другой. Поэтому напряжения т и называют напряжениями среза, скалывания или напряжениями при сдвиге.

Помимо совместного действия нормальных и касательных напряжений возможен и особый случай, известный в теории сопротивления материалов под названием чистого среза, когда о = 0 и на площадке действуют лишь скалывающие напряжения т.

В железобетонных конструкциях чистый срез практически не встречается, обычно он сопровождается действием нормальных сил.

Для экспериментального определения прочности бетона при срезе Rbsh, т.е. его предельного сопротивления по плоскости, в которой действуют только касательные напряжения, довольно долго пользовались методикой нагружения, показанной на рис. 1.8, а.

Однако решение этой задачи методами теории упругости показывает, что в плоскости АВ касательные напряжения отсутствуют. Сечение же оказывается растянутым.

Наибольшее количество опытных данных было получено при испытании по схеме, предложенной Е. Мёршем (рис. 1.8, б). Это очень простая и потому заманчивая схема, однако, как видно из характера распределения главных растягивающих напряжений в образце и касательных напряжений по сечению АВ, такой образец, кроме среза, испытывает изгиб и местное сжатие (смятие) под прокладками.

Наилучшим образом обеспечивают условия, близкие к чистому срезу, испытания по схеме А. А. Гвоздева (рис. 1.8, в). Однако и здесь картина траекторий главных напояжений говорит о том, что напряжённое состояние образца отлично от состояния, соответствующего чистому срезу. В плоскости среза действуют растягивающие и касательные напряжения, причём в местах вырезов в образце наблюдают концентрацию напряжений.

Предел прочности бетона при чистом срезе можно определять по эмпирической формуле

где k — коэффициент, в зависимости от класса бетона равный 0,5…1,0.

Существенное значение при срезе имеет сопротивление крупных зёрен заполнителя, которые, попадая в плоскость среза, работают как своего рода шпонки. Уменьшение прочности заполнителей в лёгких бетонах того же класса приводит поэтому к понижению предела прочности при срезе. Предел прочности бетона при чистом срезе используют в некоторых современных методиках расчёта прочности железобетонных конструкций по наклонным сечениям.

С сопротивлением скалыванию можно встретиться при изгибе железобетонных балок до появления в них наклонных трещин. Распределение скалывающих напряжений при изгибе принимают по параболе (как для однородного изотропного тела). Опытами установлено, что предел прочности бетона па скалывание в 1,5…2 раза выше, чем при осевом растяжении, поэтому для балок без преднапряжения расчёт на скалывание сводится, по существу, к определению главных растягивающих напряжений, действующих под углом 45° к оси балки.

Влияние на прочность бетона длительных и многократно повторных нагрузок. Одним из важнейших показателей прочности бетона следует считать его длительное сопротивление (длительную прочность), определяемое из опытов с длительным нагружением, в процессе которого бетонный образец может разрушиться при напряжениях меньших, чем его предельное сопротивление. Пределом длительного сопротивления бетона называют наибольшие напряжения, которые он может выдержать неограниченно долгое время без разрушения (для строительных конструкций это десятки лет и более).

На основании опытов принято считать, что статические напряжения, значения которых не превышают 0,8 Rb, не вызывают разрушения образца при любой длительности действия нагрузки, так как развитие возникающих в бетоне микроразрушений со временем прекращается. Если же образец нагружен большими напряжениями, то появившиеся нарушения структуры будут развиваться, и, в зависимости от уровня напряжений, через определённое время он разрушится.

Таким образом, предел длительной прочности определяется, по существу, характером структурных изменений, вызванных продолжительно действующей нагрузкой. Если процессы нарушения структуры не нейтрализуются процессами исчезновения и видоизменения дефектов, предел длительной прочности превзойден, если нейтрализуются — образец может неограниченно долго сопротивляться действующим напряжениям. Примерная граница, выше которой образец разрушается, а ниже — не разрушается, соответствует напряжениям Rvcrc. Аналогичная картина наблюдается и при растяжении.

В последние годы предложен ряд формул, позволяющих более дифференцированно подходить к оценке относительного предела длительной прочности бетона. Так, для старых тяжёлых бетонов обычных классов хорошие результаты дает формула

Если же бетон тех же классов нагружать в среднем возрасте, когда процессы твердения продолжают ещё оказывать влияние на параметр R, то длительную прочность можно определять по формуле

Поскольку параметры R зависят главным образом от класса бетона, его возраста в момент нагружения, роста прочности и условий влагообмепа с окружающей средой, можно считать, что и предел длительной прочности зависит в основном от тех же факторов. Так, например, относительное значение длительной прочности бетона, нагруженного в достаточно раннем возрасте, выше чем старого или малотвердеющего (прошедшего тепловлажностную обработку), а высокопрочного выше, чем бетона низкой или средней прочности.

Степень снижения длителыюй прочности зависит от продолжительности и режима предшествующих силовых воздействий. Так, длительная прочность бетона при сжатии, если он ранее находился в условиях длительного сжатия (до напряжений не более 0,6 Rh), повышается, а при растяжении — снижается.

При действии многократно повторных (подвижных или пульсирующих) нагрузок, в частности, при стационарных гармонических внешних воздействиях, предел длительной прочности бетона снижается еще больше, чем при продолжительном действии статической нагрузки. Предел прочности бетона понижается в зависимости от числа циклов нагружения, величины максимальных напряжений и характеристики цикла.

Предел прочности бетона при действии многократно повторных нагрузок называют пределом выносливости. Наибольшее напряжение, которое бетон выдерживает за бесконечно большое число повторных нагружений без разрушения, называют абсолютным пределом выносливости. Практически за предел выносливости бетона принимают максимальное напряжение, которое образец выдерживает при количестве циклов повторных нагружений, равном (2…5) 106 или 107. Это напряжение называют ограниченным пределом выносливости. Для бетона база испытаний принята равной 2 106 циклов. С увеличением ее происходит постоянное снижение предела выносливости, однако после 2 — 106 циклов изменения незначительны.

Опытные данные свидетельствуют о том, что если многократно повторно действующие напряжения превышают предел выносливости, хотя и не превышают предел длительной прочности, то при достаточном повторении циклов нагружения происходит разрушение образца. При этом разрушающие напряжения (длительная динамическая прочность) тем ниже и ближе к пределу выносливости, чем большее число циклов нагружения действовало на образец.

Зависимость относительного предела выносливости Rbj/Rb от числа циклов повторения нагрузки имеет криволинейный характер (рис. 1.9), приближаясь асимптотически к абсолютному пределу выносливости бетона, равному нижней границе микротрещинообразования.

При уменьшении относительный предел выносливости бетона снижается (рис. 1.10), с увеличением скорости нагружения повышается, но незначительно. Водонасыщение снижает относительный предел выносливости бетона. С увеличением возраста бетона отношение Rbf/Rb несколько увеличивается. Практический интерес представляют опытные данные о зависимости степени снижения прочности бетона при воздействии асимметричной циклической нагрузки от нижней границы микротрещинообразования в бетоне. В соответствии с этими данными значения предела выносливости пропорциональны изменению и, следовательно, отношение Rhj/Rh тем выше, чем выше прочность бетона.

Данными о пределе выносливости необходимо располагать при расчёте железобетонных подкрановых балок, шпал, станин мощных прессов и станков, фундаментов под неуравновешенные двигатели и другое оборудование, а также при расчёте элементов мостовых конструкций и разного типа транспортных, крановых и разгрузочных эстакад.

Влияние на прочность бетона высоких и низких температур. Различие в коэффициентах линейного расширения цементного камня п заполнителей при изменении температуры окружающей среды в пределах до 100 °С (т. е. стеснённые условия деформирования бетона при темперагурных воздействиях) не вызывает сколько-нибудь заметных напряжений и практически не отражается на прочности бетона.

Воздействие же на бетон повышенных температур (до 250…300 °С) приводит к заметному изменению его прочности, причём прочность зависит от степени водопасыщения бетона. С увеличением водонасы- щения бетона при воздействии повышенных температур усиливаются процессы влаго- и газообмена, миграции влаги, происходит интенсивное высыхание бетона и образование в нем микротрещин (главным образом вследствие значительных температурных и усадочных напряжений), возрастают значения температурного коэффициента.

При действии высоких температур дело обстоит ещё хуже. При температурах свыше 250…300 °С объёмные деформации цементного камня и заполнителей меняются. Причём, если для гранита и песчаника объёмные деформации при температуре около 500 °С резко возрастают, то для цементного камня они достигают максимума при температуре около 300 °С, а затем уменьшаются. Столь резкая разница в деформациях вызывает внутренние напряжения, разрывающие цементный камень, что влечёт за собой понижение механической прочности бетона вплоть до его разрушения. Поэтому при продолжительном действии высоких температур обычные бетоны не применяются.

Температурные напряжения можно уменьшить соответствующим подбором цемента и заполнителей. Для жаростойких бетонов применяют заполнители с малым коэффициентом линейного расширения: бой красного кирпича, доменные шлаки, диабазы и др. В качестве вяжущего используют глинозёмистый цемент или портландцемент с тонкомолотыми добавками из хромита или шамота. Для особо высоких температур (1000… 1300 °С) применяют бетоны на глинозёмистом цементе с шамотом или хромитом в качестве заполнителя.

При замораживании бетона (т. е. при действии низких температур) прочность его повышается, а при оттаивании — снижается. Определяющее влияние на прочность бетона оказывают температура замораживания и степень водонасышения бетона при его замораживании и оттаивании. Изменение прочности связано с условиями кристаллизации льда в порах бетона и возникновением в них внутреннего избыточного давления при переходе в лёд с увеличением объёма (до 10%).

Температура замерзания воды зависит от размеров пор и капилляров, в которых она замерзает. Чем меньше диаметр капилляров, тем ниже температура замерзания воды. Исследования показывают, что вода, содержащаяся в порах, замерзает не вся одновременно, а постепенно, по мере понижения температуры. Содержание льда в бетоне существенно зависит от характера его пористости. Все это говорит о том, что с понижением температуры замораживания возрастает давление в порах бетона и ускоряется его разрушение.

Существенным фактором, влияющим на прочность бетона, является наличие дефектов в его структуре в виде микро- и макротрещин. Замерзание воды в трещине и создание уже небольшого давления на её стенки вызывает концентрацию напряжений в тупике трещины и приводит к её дальнейшему прорастанию в материале.

В процессе разрушения бетона при его замораживании и оттаивании важную роль играют верхняя и нижняя условные границы микротрещинообразования.

Поскольку основной путь проникновения воды в бетон зависит от системы капилляров, повышение морозостойкости бетона следует искать, повидимому, в улучшении его структуры — уменьшении общей пористости и формировании в нём закрытой пористости вместо открытой (введение в бетон газообразующих и воздухововлекающих добавок).

Поделись статьей:

Похожие статьи

Марка и класс бетона: в чем разница?

Можно просто сказать, что марка – это средняя прочность бетона, а класс – это обеспеченная прочность бетона. Разберем подробно, что же это такое, какие между ними отличия и какие есть тонкости и нюансы.

Марка бетона (М300) – это прочностная характеристика бетона, которая измеряется в кг/см². Класс бетона (В30) – это также прочностная характеристика, которая измеряется в МПа.

Для того, чтобы разобраться, что же такое марка и класс бетона, в чем их отличие, мы должны понимать, что же такое прочность бетона, и как она определяется.

Прочность бетона – это величина, которая показывает, какую нагрузку может выдержать образец бетона не разрушаясь. Для того, чтобы посчитать прочность бетона, его заливают в специальную форму, оставляют в покое на 28 суток, в течении которых он набирает 100% прочность. Затем бетон достают из формы и подвергают испытаниям.

На выходе получается кубик бетона со сторонами 10х10х10см. Его помещают под пресс, сжимают его и при некоторой нагрузке кубик бетона разрушается.

Испытание кубика бетона на сжатие под прессом

Для данного образца бетона его прочность на сжатие будет составлять, например, 210 кг/см². Но испытать один образец недостаточно. Для того, чтобы более точно посчитать прочностные характеристики бетона, нужно взять несколько десятков образцов.

Для простоты эксперимента возьмем 5 образцов. Мы имеем 5 одинаковых кубиков с размерами 10х10х10см. Каждый из них мы помещаем под пресс и разрушаем. Получается 5 различных величин – для каждого кубика своя определенная прочность.

Допустим, мы имеем следующие прочности кубиков бетона:

183;  190;  210;  225;  231

Для того, чтобы определить марку бетона, нам нужно найти среднее значение этих величин. Для этого их нужно все сложить и разделить на 5:

(183+190+210+225+231) / 5 = 215 кг/см²

То есть, средняя прочность этих 5 образцов – 215 кг/см².

Чтобы отнести эту величину к какой-то определенной марке, нам нужно посмотреть, какие стандартные табличные значения марки бетона имеются. Ближайшее значение – 200 и 250. В данном случае нам нужно взять наиболее приближенное к среднему значению 215, и оно будет равно 200 кг/см².

Если бы у нас получилась величина не 215, а допустим, 232 кг/см², то нам нужно было бы взять марку 250 кг/см².

Таким образом марка бетона – это скорее лабораторное понятие. При лабораторных испытаниях, когда различным организациям нужно сравнивать результаты по разным составам друг с другом, применяется марка, то есть, средняя прочность.   

Однако, при расчете любых строительных конструкций из бетона, обязательно используется его класс прочности. Использовать терминологию «марка бетона» на строительной площадке является признаком плохого тона.

Что такое марка и класс бетона, в чем разница между маркой и классом, что же такое обеспеченность можно объяснить на следующем примере.

Допустим, вы продаете какие-то бетонные изделия, например, столбы, которые имеют среднюю прочность 100 кг. То есть, 100 кг – это марка вашего столба. Однако, на 1 тысячу столбов имеется один столб с прочностью 50 кг (самый слабый) и один столб с прочностью 150 кг (суперпрочный).

И распределение прочности остальных столбов от минимального до максимального носит характер нормального распределения. Этот характер распределения можно описать с помощью графика функции f(x):

График функции f(x) описывает характер нормального распределения прочности изделий от минимального до максимального

Функция – это связь между величинами.

Перед вами стоит задача, какую прочность заявить для вашей продукции? Существует несколько вариантов.

Первый вариант: вы заявляете среднюю прочность, то есть 100 кг. Получается, поскольку данная функция носит абсолютно симметричный характер, то половина столбов у вас будет прочнее среднего значения, а половина наоборот, менее прочная.  То есть, половина всей вашей продукции будет отбракована, и это ведет к разорению бизнеса.

Второй вариант: вы назначаете для своей продукции минимальную прочность – 50 кг. И в принципе все хорошо, прочность всех ваших столбов удовлетворяет заявленной, то есть, больше минимального значения. Но плохо то, что вы намеренно занизили характеристики, а значит и стоимость вашей продукции.

Существует третий, компромиссный вариант: использовать обеспеченную прочность. Что же это такое?

Для начала вспомним, в чем состоит геометрический смысл определенного интеграла. Определенный интеграл равен площади S между графиком подинтегральной функции f (x) и осью ОХ от точки а до точки в:

Геометрический смысл определенного интеграла

Если вернуться к нашему примеру и представить, что площадь всей фигуры (то есть интеграл этой функции от минус бесконечности до плюс бесконечности) равна 1:

то класс прочности, ее обеспеченная прочность – это та отсечка, от которой площадь этой фигуры в правую сторону (интеграл от x до +∞) равен нашей обеспеченности:

Если у нас обеспеченность равняется 95% или t = 0,95, то площадь фигуры от отсечки в точке х должна равняться как раз 0,95.

На нашем примере пусть  x = 80 кг. 95% столбов имеют прочность выше, чем класс данного столба, то есть, выше, чем 80кг. И лишь 5% (маленький участок слева на графике) имеет прочность ниже, чем 80 кг.

То же самое и для бетона.  Класс бетона – это обеспеченность прочностью всех показателей. То есть, если у нас класс бетона, допустим В30, то при испытании этого бетона 95% результатов должны быть больше либо равны 30МПа.

Существует еще один момент: если мы возьмем один какой-то состав бетона и отдадим его на несколько различных предприятий, то марка бетона по этому составу будет одна и та же, но класс бетона для каждого производства будет свой. То есть, класс бетона – это статистическое понятие.

Первый вариант: допустим, вы изготавливаете бетон при помощи бетономешалки. Естественно, у вас функция нормального распределения будет широкая. То есть, у вас разброс свойств будет очень большой.  

Функция нормального распределения свойств бетона при изготовлении в бетономешалке

 

Второй вариант: возьмем какой-нибудь среднестатистический завод. У него марка бетона будет та-же самая, но разброс свойств, а значит и функция будет более сжатая.

Функция нормального распределения свойств бетона при изготовлении на среднестатистическом заводе

 

Третий вариант: возьмем высокотехнологичный завод, где мытый заполнитель, где все очень точно взвешено. И здесь разброс свойств будет минимальным, функция будет иметь очень сжатый вид, хотя марка опять же М300.

Функция нормального распределения свойств бетона при изготовлении на высокотехнологичном заводе

Средняя прочность для каждого вида производств – одна и та же. Соответственно, одна и та же марка бетона.

Теперь определим класс прочности для каждого из производств.

Для ручной бетономешалки разброс достаточно широкий, поэтому отсечка, которая определяет 95% будет стоять далеко от середины, и при этом класс будет В22,5:

Марка и класс бетона при производстве бетона ручной бетономешалкой

Для среднестатистического завода отсечка уже будет стоять ближе к середине, и здесь класс бетона уже будет, к примеру, В25:

Марка и класс бетона при изготовлении бетона на среднестатистическом заводе

Для высокотехнологичного завода отсечка будет практически приближаться к марке, и она будет, к примеру, В27,5:

Марка и класс бетона при изготовлении бетона на высокотехнологичном заводе

То есть, три разных производства, одна марка и разные классы. Класс – это статистическое понятие, и для расчета конструкций используется именно класс.

В странах СНГ класс бетона определяется по формуле:

В = М (1 – v ∙ t), 

где: М – марка бетона;

v – коэффициент вариации, по техническим условиям = 13,5%;

t – обеспеченность = 95%;

В = М (1 – 0,135 ∙ 0,95) =0,87 М

Соответственно, переходный коэффициент от марки к классу будет около 0,87.

Получается, что для того, чтобы определить класс прочности не надо заморачиваться ни с какой статистикой, нужно просто открыть таблицу и сопоставить с нашей маркой класс бетона.

Марка и класс бетона по прочности на сжатие

То есть, мы упускаем сам смысл класса бетона. Естественно, такой коэффициент не будет устраивать те предприятия, которые выпускают стабильно качественную продукцию. Если у них коэффициент вариации не 13,5, а 5%, то фактически класс прочности бетона может соответствовать марке. Например, М300 и класс В30.

Но на наших предприятиях обычно не ведется серьезная статистическая работа, и класс бетона не назначается исходя из конкретных статистических данных. Поэтому пользуются «древними» таблицами, которым уже более пятидесяти лет. 

Следует сказать, что класс и марка цемента и класс и марка бетона – это разные понятия. У цемента разница между классом и маркой состоит лишь в единицах измерения: марка М – кгс/см²; класс В – МПа. 

1 кг / см² = 0,1 МПа 

или 1 МПа = 10 кг/см²

При испытании цемента его прочность должна быть не ниже, чем марка или класс в соответствующих единицах измерения.

У бетона принципиальная разница в понятиях марки и класса. 

Обеспеченность для класса нашего бетона составляет 95%, но это не значит, что 5% конструкций будет отбраковано.

Если бетон М350, то его класс по таблице В30. По своду правил для железобетонных конструкций нормативное сопротивление R_b,n для класса В30 составляет 22 МПа. А расчетное сопротивление R_bt, исходя из которого уже рассчитываются конструкции составляет 17 МПа.

Получается, что фактически расчетное сопротивление почти в два раза меньше чем средняя прочность бетона. По большому счету – огромный запас при расчете железобетонных конструкций. Если еще добавить коэффициенты ответственности здания, коэффициент условия работы, коэффициент надежности по нагрузке, то по факту железобетонные конструкции имеют запас прочности от 20 до 50%.

Для каменных и армокаменных конструкций: при определении расчетного сопротивления кладки используется марка раствора и марка кирпича. Почему марка раствора, а не класс, ведь раствор по большому счету — это тот же бетон, только мелкозернистый.

Дело в том, что кирпич – это мелкоштучная продукция, и в огромном массиве стены этих кирпичей тысячи. А значит, не имеет значение, какой разброс свойств у них. В огромном массиве их прочность усреднится. Поэтому как раз при определении сопротивления кладки используется марка.

Тогда возникает вопрос: почему у газобетона есть и класс, и марка? Это же штучный материал, у которого должна быть только марка, без класса. Но, например, у стенового блока газобетона марка М35, а класс – В2,5.

У той же самой теплой керамики, у нее только марка, классов нет. Почему так? Этому есть логичное объяснение. В современном домостроении из газобетона уже могут изготавливаться какие-то конструкции, например, панели перекрытий.

Для расчета конструкции должен использоваться класс. Но если мы говорим про штучные изделия, про сопротивление кладки из каких-то единичных элементов, то тут используется марка.

Если у нас кирпичи будут из бетона, и мы из этих кирпичей будем возводить стену, то для определения сопротивления этой стены мы будем использовать марку бетона. 

На строительной площадке не используется понятие марка бетона. Единственное свойство, которое однозначно определяет прочность бетона – это его класс.

Вам также может быть интересно:

Класс бетона по прочности | СДС Строительная лаборатория

Основная характеристика бетона — это прочность. Именно она определяет область его использования. Всевозможные нормативные документы (ГОСТы, СНиПы и пр.) используют классы прочности, в то время как в обыденной жизни зачастую фигурирует марка. Давайте более детально рассмотрим их схожесть и различие.

Класс бетона по прочности указывается литерой «B», с цифровым индексом – нагрузкой (МПа), которую он обязан выдержать.

Существует и другая классификация. В ней маркировка осуществляется литерой «С», и сдвоенным цифровым индексом (МПа): в числителе нормативная прочность, а в знаменателе которая гарантирована. Согласно СНБ 5.03.01-02 предусмотрены классы С8/10; С10/12.5; С12/15; С16/20; С18/22.5; С20/25; С22/27.5; С25/30; С28/35; С30/37; С32/40; С35/45; С40/50; С45/55; С50/60; C60/70; С60/75.

Существует также классификация бетона по прочности на осевое растяжение. Данный класс обозначают буквенным сочетанием «Bf», с цифровым индексом, обозначающем предел прочности при растяжении (МПа). Приняты следующие классы: Bf0,8; Bf1,2; Bf1,6; Bf2; Bf2,4; Bf2,8 и Bf3,2.

Виды марок

Марка состоит из литеры «М» и цифрового индекса (кгс/см2). К примеру, М250 означает, что перед вами бетон прочностью 250 кгс/см2.

Есть также марка прочности бетона на растяжение маркируется буквенным сочетанием «Pf» с цифровым индексом (кгс/см2). Существуют следующие виды марок: Pf5, Pf10, Pf15, Pf20, Pf25, Pf30, Pf35, Pf40, Pf45 и Pf50.

Существует множество таблиц соответствия. Мы же представим вам наиболее распространенные бетоны.

Бетон класса В15 (C12/15) или марки M200, является наиболее универсальным и востребованным. Он пригоден как для возведения несущих стен, закладки фундамента, так и для устройства придомовых дорог.

Прочность бетона В20 (C16/20) или M250 позволяет применять его во всех областях гражданского строительства, обеспечивая необходимую прочность и долговечность конструкций. А при промышленном производстве его используют для изготовления железобетонных перекрытий.

Бетон класса В25 (C20/25) или M350 отлично подходит для монолитных стен и оснований, лестничных маршей и других железобетонных конструкций.

Прочность бетона В30 (С25/30) или марки M400 предусматривает его использование для постройки не только объектов стратегического назначения, но и сооружений сложной конструкции.

Бетон В35 (С28/35) или M450 имеет огромное значение в строительстве подземных тоннелей и метрополитена.

Бетон В37 (С30/37) или марки M500 повсеместно применяется при сооружении мостов и строительстве зданий особого назначения, таких как хранилища, бомбоубежища и др..

Прочность бетона В40 (С32/40, марка M550) используют для возведения мостовых опор и эстакад.

Бетон В45 (С35/45) или M600 также применяют для строительства мостовых конструкций, заливки опор и прочих особо требовательных к прочности проектов. Но эта марка, как и предыдущая имеет очень малое врем схватывания и поэтому требует особых условий доставки и разгрузки.

Строительная лаборатория «СДС» оказывает услуги предприятиям и частным лицам в Санкт-Петербурге и Ленинградской области.

Влияние влаги и перегрузки на усталостную долговечность при межфазном сдвиге между асфальтовым покрытием и цементно-бетонным покрытием

Влияние влаги и перегрузки на усталостную долговечность при межфазном сдвиге между асфальтовым покрытием и цементно-бетонным покрытием ZHOU Zhi-gang 1 , GUO Zhu 1 , LUO Gen-chuan 1,2 , YU Wen-sheng 1,3 , YANG Zhi-feng 1,3 1.Ключевая лаборатория дорожных конструкций и материалов Министерства транспорта, Университет науки и технологий Чанша, Чанша 410004, Хунань, Китай; 2. Guangxi Communications Investment Group Co., Ltd., Наньнин 530000, Гуанси, Китай; 3. Jangxi Provincial Expressway Investment Group Co., Ltd., Наньчан 330000, Цзянси, Китай Abstract Чтобы восполнить недостаток метода расчета усталостной прочности на межфазный сдвиг между цементобетонной плитой и асфальтовым покрытием, влияние влаги и перегрузки на усталостную долговечность при межфазном сдвиге было исследовано с помощью испытания на прочность на сдвиг и усталость при сдвиге при различная водная среда и нормальное давление, в сочетании с трехмерным расчетом методом конечных элементов структуры асфальтобетонного покрытия на цементобетонном покрытии.Самостоятельно разработанное устройство для испытания на сдвиг с применением нормального давления использовалось для проверки прочности на сдвиг асфальтобетона и промежуточного слоя между цементобетонной плитой и асфальтобетоном в различных водных средах (сухая и насыщенная) и нормальном давлении (0,3, 0,5, 0,7 МПа). Испытания на усталость при сдвиге для асфальтобетона и промежуточного слоя проводились в двух видах водной среды при различных давлениях (0,5, 0,7 МПа) и четырех уровнях напряжения сдвига (0,4, 0,5, 0,6, 0,7). На этой основе были сопоставлены и проанализированы усталостные долговечность при сдвиге асфальтобетонного верхнего слоя и промежуточного слоя в различных водных средах, вертикальной и горизонтальной нагрузке с точки зрения трехмерного расчета методом конечных элементов структуры асфальтобетонного покрытия на цементобетонном покрытии.Результаты показывают, что как долговечность при сдвиге асфальтобетона, так и прослойка имеют хорошие линейные отношения двойного логарифма с уровнем напряжения сдвига, соответственно, а параметры усталостной прочности при сдвиге зависят от поведения материала, фактора окружающей среды (например, влажности), транспортной нагрузки. и конструкция асфальтового покрытия. И прочность на межфазный сдвиг, и усталостная долговечность при межфазном сдвиге ниже, чем прочность на сдвиг и усталостная долговечность при сдвиге асфальтобетона, и разрушение при межфазном сдвиге может происходить по поверхности цементобетонной плиты.Более того, усталостная усталость при межфазном сдвиге снизится более чем на 85% после насыщения, долговечность при межфазном сдвиге сократится более чем на 45% из-за горизонтальной нагрузки и избыточного давления. По сравнению с транспортной нагрузкой влияние насыщения больше. Поступила: 25.04.2016. Цитируйте эту статью: ZHOU Zhi-gang, GUO Zhu, LUO Gen-chuan и др.Влияние влаги и перегрузки на усталостную долговечность при межфазном сдвиге между асфальтовым покрытием и цементно-бетонным покрытием [J]. Китайский журнал автомобильных дорог и транспорта, 2017 г., 30 (4): 9-15. URL: http://zgglxb.chd.edu.cn/EN/Y2017/V30/I4/9 [1] 黄晓明.混凝土 桥面 沥青 铺装 层 技术 研究 现状 综述 [J]. 交通 运输 工程 学报, 2014,14 (1): 1-10. ХУАН Сяо-мин. Краткое изложение статуса исследования технологии асфальтового покрытия на цементно-бетонной мостовой платформе [J]. Журнал дорожной и транспортной инженерии, 2014 г., 14 (1): 1-10. [2] 中, 宋晓燕, 肖庆 一, 等. 橡胶 沥青 防水 黏结 层层 间 抗剪 性能 试验 分析 性能 试验 分析 [J]. 武汉 理工 大学 学报: 交通 科学 与 的, 2012, 36 (6): 1212 -1216. LI Zheng-zhong, SONG Xiao-yan, XIAO Qing-yi и др. Анализ испытаний сопротивления сдвигу между гидроизоляционным клеевым слоем резинового асфальта [J]. Журнал Уханьского технологического университета: Транспортная наука и инженерия, 2012 г., 36 ( 6): 1212-1216. [3] Л.И. Х, Ю Б. Усталостные характеристики и модель прогнозирования многослойного настилочного покрытия с различными материалами связующего покрытия [J]. Журнал материалов в гражданском строительстве, 2014, 26 (5): 872-877. [4] ФЭНГ Дэ-чэн, Сюй Мэн, Вэй Вэнь-дин. Анализ влияния содержания влаги в цементно-бетонном настиле на характеристики склеивания водонепроницаемого адгезионного слоя [J]. Журнал исследований и разработок автомобильных дорог и транспорта, 2014 г., стр. 8 (2): 31-36. [5] 坤. 沥青 混凝土 桥面 铺装 力学 分析 与 试验 研究 [D]. 西安: 长安 大学, 2015. Ян Кун.Анализ и экспериментальное исследование механических свойств асфальтобетонного покрытия настилов моста [D]. Сиань: Университет Чанъань, 2015. [6] 臧继成. 重载 交通 水泥 混凝土 特 大桥 桥面 铺装 受力分析 及 关键 技术 研究 [D]. 家庄: 河北 工业 大学, 2014. ЦзАН Цзи-чэн. Исследования по анализу сил и ключевым технологиям дорожного покрытия из цементно-бетонного моста с тяжелыми нагрузками [D]. Шицзячжуан: Технологический университет Хэбэя, 2014. [7] 潘友强, 印. 大 纵坡 小 半径 钢 桥面 沥青 设计 研究 [J]. 大学 学报: 大, 2012, 40 (9): 1333-1337. ПАН Ю-Цян, ГУ Чжун-инь. Исследование конструкции асфальтового покрытия со стальным настилом моста с большим продольным уклоном и малым радиусом поворота [J].Журнал Университета Тунцзи: естественные науки, 2012,40 (9): 1333-1337. [8] 丽. 沥青 路面 层 间 处治 技术 研究 [D].: 长安 大学, 2008. ЛИУ Ли. Исследование технологических характеристик интерфейсов слоев асфальтового покрытия [D]. Сиань: Университет Чанъань, 2008. [9] 江 洋, 振东, 陈磊磊,. 能耗 法 的 水泥 混凝土 桥梁 铺装 结构 疲劳 特性 分析 [J]. 公路 交通, 2013,30 (9): 74-79,133. WANG Jiang-yang, QIAN Zhen-dong, CHEN Lei-lei и др. Усталостные свойства композитного настила цементно-бетонного моста на основе метода энергопотребления [J]. Журнал исследований и разработок автомобильных дорог и транспорта, 2013,30 ( 9): 74-79 133. [10] 振东, 王 江 洋, 王亚奇. 水泥 混凝土 桥梁 长 寿命 桥面 层 结构 [J]. 中国 公路 学报, 2012, 25 (5): 67-73. Цянь Чжэнь-дон, Ван Цзян-ян, Ван Я-ци. Усталостные характеристики композитной конструкции для вечного покрытия на цементно-бетонном настиле моста [J]. Китайский журнал автомобильных дорог и транспорта, 2012,25 (5): 67-73. [11] 贾晓阳, 寒. 混凝土 桥面 沥青 铺装 黏结 抗剪 设计 方法 [J]. 大学 学报: Version, 2013, 41 (3): 402-407. Цзяо-ян, Л.И. Ли-хань. Руководство по проектированию сопротивления сдвигу связующего слоя в бетонном асфальтовом покрытии настила моста [J]. Журнал Университета Тунцзи: Естественные науки, 2013,41 (3): 402-407. [12] 刘黎萍, 晓, 孙立军, 等. 基于 抗剪 性能 的 混凝土 桥 沥青 铺装 设计 [J]. 大学 学报: 大, 2013, 41 (1): 89-94. LIU Li-ping, HU Xiao, SUN Li-jun и др. Подход к проектированию конструкции асфальтового покрытия бетонных мостов на основе свойств сдвига [J]. Журнал Университета Тунцзи: Естественные науки, 2013,41 (1): 89- 94. [13] JTG E20–2011, 工程 沥青 及 沥青 混合 料 试验 规程 [S]. JTG E20—2011, Стандартные методы испытаний битума и битумных смесей для дорожного строительства [S].

ВЛИЯНИЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ СВЕРЛОЙ РЕЗКИ НА СВОЙСТВА РАСТВОРА

Ахмед, Д.А. и Мохаммед М. Р. (2011). Влияние хлорид-иона на реакцию гидратации C3A в присутствии гипса и извести. Достижения в исследованиях цемента 23: 309-316.

Аджагбе, В. О., Омокехинде, О. С., Аладе, Г. А., и Агбеде, О. (2012). Влияние песка, подвергшегося воздействию сырой нефти, на прочность бетона на сжатие. Строительные и строительные материалы 26: 9-12.

Акинкуролере, О. О., Цзян, К., и Шобола, О. М. (2007). Влияние соленой воды на прочность бетона на сжатие.Журнал технических и прикладных наук 2: 412 — 415.

Аль-Ансари М., Пеппелрейтер М. К., Аль-Джабри А. и Айенгар С. Р. (2012). Геолого-физико-химическая характеристика строительных песков в Катаре. Международный журнал устойчивой застроенной окружающей среды 1: 64 — 84.

Аль-Ансари, М.С., и Аль-Табба, А. (2007). Стабилизация / отверждение бурового шлама синтетической нефти. Журнал опасных материалов 141: 410-421.

AS 1379 (2007).Спецификация и поставка бетона: Standards Australia International Ltd.

.

AS 2350.12 (2006). Методы испытаний портландцементных, смесовых и кладочных цементов. Приготовление стандартного раствора и формовка образцов. Стандардс Австралия Интернэшнл Лтд.

ASTM C109 / C109M (2013). Стандартный метод испытаний гидравлических цементных растворов на сжатие (с использованием кубических образцов размером 2 дюйма или 50 мм). Американское общество испытаний и материалов, США.

ASTM C138 (2010).Стандартный метод испытаний для определения плотности (удельный вес), текучести и содержания воздуха (гравиметрический) в бетоне. Американское общество испытаний и материалов, США.

ASTM C150 / C150M (2012). Стандартная спецификация на портландцемент. Американское общество испытаний и материалов, США.

ASTM C807 (2013). Стандартный метод определения времени схватывания гидроцементного раствора модифицированной иглой Вика. Американское общество испытаний и материалов, США.

ASTM C1437 (2007).Стандартный метод испытания на текучесть гидравлического цементного раствора. Американское общество испытаний и материалов, США.

ASTM C1679 (2013). Стандартная практика измерения кинетики гидратации гидроцементных смесей с помощью изотермической калориметрии. Американское общество испытаний и материалов, США.

Аттом М., Хавилех Р. и Насер М. (2013). Исследование прочности на сжатие бетона, смешанного с песком, загрязненным сырой нефтью. Строительные и строительные материалы 47: 99-103.

Эзельдин, А.С., Ваккари, Д.А., Брэдфорд, Л., Дилсер, С., и Фаруз, Э. (1992). Стабилизация и отверждение углеводородов — загрязненных грунтов в бетоне. Журнал загрязнения почвы 1: 61-79.

Фан, Ю., Чжан, С., Кавашима, С., и Шах, С. П. (2014). Влияние каолинитовой глины на способность материалов на основе цемента к диффузии хлоридов. Цементно-бетонный композит 45: 117-124.

Fwa, T. F., and Wei, L.(2006). Проектирование жестких покрытий. В T. F. Fwa (Ed.), Справочник по дорожному строительству: CRC Press. Сингапур, 4 — 9

Хаго, А. В., Хассан, Х. Ф., Аль-Равас, А., Таха, Р., и Аль-Хадиди, С. (2007). Характеристика бетонных блоков, содержащих нефтезагрязненные почвы. Строительство и строительные материалы 21: 952 — 957.

Дженсен, Х. У. (1987). Влияние морской воды на гидратацию цементных и зольных цементных смесей. Диссертация, Лондонский университет.

Кройер Х., Линдгрин Х., Якобсен Х. Дж. И Шибстед Дж. (2003). Гидратация портландцемента в присутствии глинистых минералов изучена методами Si и AI MAS ЯМР спектроскопии. Достижения в исследованиях цемента 15: 103-112.

Леонард, С. А., Стегеманн, Дж. А. (2010 a). Стабилизация / отверждение бурового шлама. Журнал опасных материалов 174: 463-472.

Опете С., Мангибо И. и Иягба Т. (2010).Стабилизация / отверждение синтетического нигерийского бурового шлама. Африканский журнал экологических наук и технологий 4: 149-153.

OPSS 315 (2010). Строительная спецификация бетонного тротуара. Стандартные спецификации провинции Онтарио, Канада.

Смит М., Мэннинг А. и Ланг М. (1999). Исследования по повторному использованию бурового шлама на суше. № отчета Cordah / COR012 / 1999: Cordah Research Limited, Абердин, Шотландия, для Talisman Energy (Великобритания).

Таха Р., Ан-Нуайми Н., Килали А. и Салем А. Б. (2014). Использование местных отбракованных материалов в бетоне. Международный журнал устойчивой застроенной окружающей среды 3: 35 — 46.

Тункан М. и Коюнку Х. (1997). Стабилизация нефтесодержащих отходов бурения добавками. Материалы 7-й Международной конференции по морской и полярной инженерии. Гонолулу, США.

гидратация цемента — [PDF-документ]

гидратация портландцементаКимберли Куртис Школа гражданского строительства Технологический институт Джорджии Атланта, Джорджия

Состав цементаCaCO3 (известняк) 2SiO2Al2O3 (глина, сланец) Fe2O3 (оксид железа) SiO2 (кремнеземный песок) ~ 1450oC

Печь

CaOSO2

Цемент конечный

OGCO2 2CaOSiO2 3CaOAl2O3 4CaOAl2O3Fe2O3

Клинкер

Цементный состав + примеси (K, Na, Mg и т. Д.)

Присутствие и замещение (например, Na + на Ca2 +) примесей может привести к структурному образованию дырок в полиморфизме, реактивности 9014H в цементе, гидрированию, 9014 химическая комбинация цемента и воды Два основных механизма: Сквозное растворение — включает растворение безводных соединений до их ионных компонентов, образование гидратов в растворе и возможное осаждение из-за их низкой растворимости

Происходят топохимические или твердофазные реакции гидратации непосредственно на поверхности безводных цементных смесей без t переход в раствор

Гидратация цемента Что происходит при добавлении воды в цемент? Растворение зерен цемента Растущая концентрация ионов в воде (теперь раствор) Образование соединений в растворе После достижения концентрации насыщения соединения выпадают в осадок в виде твердых частиц (продукты гидратации). На более поздних стадиях продукты образуются на поверхности безводного цемента или очень близко к нейCa +2 Al + 3 SiOOH- Al + 3 OHCa + 2

Al + 3

Ca + 2 OHSiO-

Гидратация цемента

Гидратация цемента

Taylor, Cement Chemistry

Cement Hydration

C4S C2A

54% 32% 7% 4%

C3S C2S C3A C4AF

52% 30% 17% 0%

Изображение предоставлено: Bentz из NIST

Гидратация цемента Поскольку скорости гидратации 4 ключевых фаз значительно различаются, такие свойства, как время до затвердевания время схватывания скорость затвердевания будет варьироваться в зависимости от состава цемента.

Гидратация цемента

Taylor, Cement Chemistry

Cement Hydration70 Прочность на сжатие (МПа) 60 50 40 30 20 10 0 0 20 40 60 Время (дни) C3A + CSh3 C4AF + CSh3 C3S

10,000 Прочность на сжатие (psi) 8000 6,000C2S

4,000 2,000 0

80

100

Повышение прочности на сжатие в пастах из чистых цементных смесей (Mindess et al, 2003)

Свойства гидратированных цементных смесей C3S Силикат трикальция (алит) Быстро гидратируется и затвердевает. схватывание и ранняя прочность

Свойства гидратированных цементных смесей C3S Силикат трикальция (алит) Дикальций силикат (белит) Быстро гидратируется и затвердевает Отвечает за начальное схватывание и раннюю прочность Гидратируется и затвердевает медленно Способствует повышению прочности в более позднем возрасте (более 7 дней)

C2S

Свойства гидратированных цементных соединений C3S Силикат трикальция (алит) Силикат дикальция (белит) Алюминат трикальция Гидраты & га Быстро нагревается Отвечает за начальное схватывание и раннюю прочность Увлажняет и затвердевает медленно Способствует укреплению в более позднем возрасте (более 7 дней) Высвобождает большое количество тепла в течение первых нескольких дней Немного способствует раннему развитию прочности Цементы с низким процентным содержанием более устойчивы к сульфатам

C2S

C3A

Свойства гидратированных цементных смесей C3S Силикат трикальция (алит) Силикат дикальция (белит) Алюминат трикальция Быстро гидратируется и затвердевает Отвечает за начальное схватывание и раннюю прочность Гидратируется и затвердевает медленно Способствует более позднему возрасту прочности (более 7 дней) Выделяет большое количество тепла в течение первых нескольких дней Слегка способствует раннему развитию прочности Цементы с низким процентным содержанием более устойчивы к сульфатам Снижает температуру клинкерации Быстро гидратируется, но мало способствует прочности Цвет гидратированного цемента (серый) из-за гидратов феррита

C2S

C3A

C4AF

Тетракальций алюминий ферритовый 0

5 минут

30 1

2 часа

6

1

2

7 дней

28

90

Пористость

Количество CS

CH

CH Ett

30 1

2 часа

6

1

2

7 дней

28

90

Количество

Пористость

CSH Ettringite CH C- (9014)

5 минут

30 1

2 часа

6

1

2

7 дней

28

90

CSH

Количество

9014 2 CH

C- (A, F) -H Моносульфатная пористость Эттрингит

0

5 минут

30 1

2 часа

6

1

2

7 дней

7 дней

Гидратация цемента — это химическая комбинация цемента и воды для образования продуктов гидратации Требуется время Может не завершиться на 100%. реакции гидратации более подробно

Гидратация силикатов кальция 2C3S + 7H C3S2H8 + 3CH 2C2S + 7H C3S2H8 + CH H = -500 Дж / г H = -250 Дж / г

Оба продукта образуют CSH и CH как продукты реакции C2S производит меньше CH (важно для долговечности в средах, богатых сульфатом). Во время гидратации C3S выделяется больше тепла. Продолжительность через ~ 7-14 дней.

Гидратация силикатов кальция Как и большинство химических реакций, скорость гидратации цемента зависит от температуры.

C-S-H Гидрат силиката кальция C / S колеблется в пределах 1,1-2; ~ 1,5 типично H — еще более изменчиво Структура варьируется от плохо кристаллической до аморфной — сильно варьируется и плохо изучена Занимает 50-60% твердого объема гидратированного цементного теста (ГПУ) Огромная площадь поверхности (100-700 м2 / г) Прочность из-за ковалентного / ионного связывания (~ 65%) и связывания Ван-дер-Ваальса (~ 35%) в сложной структуре.Эрик Лачовски, С.Ю. Хонг, Ф. Glasser через библиотеку микроскопии бетона в UIUC

C-S-H Структура C-S-H плохо изучена.

16 ч. Паста C3S

влажная

сухая Sh3O = 200 м2 / г = 5-50 м2 / г

Изменения площади поверхности в зависимости от используемой техники

SN2

Снейтроны = 50 м2 / г

CSH

Изображение в кредит : M&M text

Некоторые другие модели для CS-H Адаптированы из Powers (1960-е годы)

Feldman and Sereda (1970)

Munich model, Wittman (1979)

Коллоидная модель

Изображение предоставлено: M&M text

Microscopical

Изображение предоставлено Ричардсон, в книге «Структура и характеристики цементов», Бенстед и Барнс (ред.), Spon 2002.

Тонкая фибриллярная структура, аналогичная модели Пауэрса (типичная для Ca / Si> 1,5)

Фольговидная структура, аналогичная модели Фельдмана-Середа (типичная для более низкого Ca / Si)

Некоторые другие модели для CSH

Листы силиката кальция Алюмосиликатные листы

Глиноподобная структура

Некоторые другие модели для CS-H517eV

Высокое поглощение рентгеновских лучей Ca

347eV

Исходное изображение

345eV

Карта поглощения Ca

Низкий уровень поглощения X-ray

по Ca

E.Gartner, K.E. Куртис, П.Дж.М. Монтейро, Исследование цемента и бетона, май 2000 г., V30 (5): 817-822.

Некоторые другие модели для CS-H Еннитоподобный C-SH Тоберморитоподобный CSH (I) При низком C / S C-SH напоминает тоберморит Тоберморит (C / S ~ 0,8) При высоком C / S C-SH напоминает jennite Более высокие отношения C / S достигаются с помощью 3 основных механизмов. Дженнитоподобный 3 силикат 2 Замена H на Si-OH 1 SiO-мостик в средах мостиковых цепей 2 гидроксила, образующихся с межслойным кальцием. Ca-OH. тетраэдры для межслоевого кальция.тетраэдры Длинный одиночный Si O Составной слой 2 пары силикатных цепей структура тетраэдров Ca-OHCaO лист

5A

Сводка моделей для CS-HT Таблица 6: Сводка моделей для структуры CSH. Название модели Основная экспериментальная основа Сорбция воды Объем пор Тип модели Избранные характеристики модели

Powers

Коллоид

Все продукты представляют собой гель Радиус частиц, 5 нм Объем пор геля, 28% Атомная структура CSH

Taylor

X-ray TGA

Несовершенный тобомерит Jennite 2- 3 слоя

Брунауэра

Сорбция воды

Структурные изменения при сушке

Фельдман-Середа

Сорбция азота Длина в зависимости отЗависимость модуля упругости от относительной влажности

Слои

Смятые и складчатые слои с обратимым удалением промежуточной воды при сушке

Виттманн

Модуль упругости по сравнению с относительной влажностью

Коллоид

Структура не определена

Плотность Дженнингса

против

Относительная влажность состава по сравнению с относительной влажностью Площадь поверхности

Коллоид

Фрактал: плотность и площадь поверхности зависят от масштаба длины

Внутренний и внешний продукт CS-HO Внешний продукт (ранний) CSH / основная масса формируется во время ранней гидратации CSH образуется вдали от частиц цемента поверхность, заполняющая заполненное водой пространство, более высокая пористость содержит высокие уровни примесей, вероятно, смешанных с наноразмерными C4Ah22

Внутренняя vs.Внешний продукт CS-H Внутренний продукт (поздний) CSH / фенольные зерна образуются во время более поздней гидратации, когда процесс регулируется диффузией CSH растет внутрь и наружу от барьера CSH. Образовавшийся CSH принимает форму цементных зерен с меньшей пористостью, более плотным, с меньшим количеством примесей, более устойчивым к физическим воздействиям. изменение при сушке более обильное в виде гидратации или в виде воды

C3S Hydration

1 день

3 дня

28 дней

CH Гидроксид кальция или Ca (OH) 2 Определенная стехиометрия Изменяемая морфология — от больших шестиугольных призм до тонких , удлиненные кристаллы.Размер кристаллов зависит от доступного пространства. Занимает 20-25% твердого объема в ГПУ. Площадь поверхности намного меньше, чем у CSH.4-13.5)

Гидратация

Гидратация портландцемента — PDFCOFFEE.COM

Гидратация портландцемента Цементный состав CaCO3 (известняк) 2SiO2 • Al2O3 (глина, сланец) Fe2O3 (оксид железа) SiO2 (кремний

Просмотры 30 Загрузки 2 Размер файла 3 МБ

Отчет DMCA / Copyright

СКАЧАТЬ ФАЙЛ

Рекомендовать истории

---

Предварительный просмотр цитирования

---

Гидратация портландцемента

Состав цемента CaCO3 (известняк) 2SiO2 • Al2O3 (глина, сланец) Fe2O3 (оксид железа) SiO2 (кварцевый песок) ~ 1450oC

Печь

CaO • SO3 • 2h314 Цемент

Готовый гипс

межмолотный

Клинкер

3CaO • SiO2 2CaO • SiO2 3CaO • Al2O3 4CaO • Al2O3 • Fe2O3

Цементный состав + примеси (K, Na, Mg и др.)

• наличие и замещение (e.g., Na + для Ca2 +) примесей может привести к полиморфизму, структурным «дырам» и большей реакционной способности. , образование гидратов в растворе и возможное осаждение из-за их низкой растворимости

Топохимические реакции, или гидратация в твердом состоянии, протекают непосредственно на поверхности безводных цементных смесей, не переходя в раствор цемент, что происходит? • Растворение цементных зерен • Растущая концентрация ионов в «воде» (теперь раствор) • Образование соединений в растворе • После достижения концентрации насыщения соединения выпадают в осадок в виде твердых веществ («продукты гидратации») • На более поздних стадиях продукты образуются на или очень близко к поверхности безводного цемента Ca + 2 Al + 3 SiO-

OHCa + 2

OH- Al + 3

Al + 3

Ca + 2 OH-

SiO-

Гидратация цемента

Гидратация цемента

Taylor, Cement Chemistry

Гидратация цемента

C3S

54%

C3S

52%

C2S

32%

C214 902 9014 9014 9014 9014 9014 9014 9014 9014 9014 9014 9014 C3A

17%

C4AF

4%

C4AF

0%

Изображение предоставлено: Bentz из NIST

Гидратация цемента Поскольку скорость гидратации 4 ключевых фаз значительно различается, такие свойства, как • время застывания • время схватывания • скорость затвердевания зависит от состава цемента.

Гидратация цемента

Taylor, Cement Chemistry

Гидратация цемента 10,000

60 8,000

C3S

50

6000

40

C2S

C4AF + CSh3

0 0

20

40 60 Время (дни)

80

2000

Прочность на сжатие (psi)

Прочность на сжатие (МПа)

70 100

0142

70 100

Повышение прочности на сжатие паст из чистых цементных смесей (Mindess et al, 2003)

Свойства гидратированных цементных смесей C3S

Силикат трикальция (алит)

Быстро гидратируется и затвердевает Отвечает за начальное схватывание и раннюю прочность

Свойства гидратированного цемента Соединения C3S

Силикат трикальция (алит)

Быстро гидратируется и затвердевает. Прочность у

C2S

Силикат дикальция (белит)

Медленно гидратируется и затвердевает. Способствует повышению прочности при старении (более 7 дней)

Свойства гидратированных цементных смесей C3S

Трикальций силикат (алит)

Быстро гидратируется и затвердевает для начального схватывания и ранней прочности

C2S

Силикат дикальция (белит)

Медленно гидратируется и затвердевает Способствует более позднему старению (более 7 дней)

C3A

Алюминат трикальция

Высвобождает большое количество тепла в течение первых нескольких дней дней Немного способствует раннему развитию прочности Цементы с низким процентным содержанием более устойчивы к сульфатам

Свойства гидратированных цементных смесей C3S

Силикат трикальция (алит)

Быстро гидратируется и затвердевает Отвечает за начальное схватывание и раннюю прочность

C2S

Силикат дикальция (белит)

Гидратируется и медленно затвердевает Co Способствует более позднему возрасту прочности (более 7 дней)

C3A

Алюминат трикальция

Высвобождает большое количество тепла в течение первых нескольких дней Слегка способствует раннему развитию прочности Цементы с низким процентным содержанием влаги более устойчивы к сульфатам

C4AF

Тетракальцийалюмоферрит (феррит)

Снижает температуру клинкерирования Быстро гидратирует, но мало способствует прочности Цвет гидратированного цемента (серый) из-за ферритных гидратов

Количество 0

5

30 1

Минут

6

90

1

2

Часы

7

28

90

28

90

Дней

Количество

Пористость

CH Ettringite

0142 Часы

6

1

2

7 дней

Сумма

Пороси ty

CH Эттрингит CSH

0

5

30 1

Минуты

2

6

1

2

Часы

7

дней

Количество

Пористость

CSH Эттрингит CH C- (A, F) -H

0

5 минут

30 1

2 часа

6

1

2

Количество

CSH

CH

C- (A, F) -H Моносульфатная пористость Эттрингит

0

5 минут

30 1

2

6

1 2

1 2

1 2

часов

7

28

90

Дни

Гидратация цемента • Является химическим соединением цемента и воды для образования продуктов гидратации • Требуется время • Может не завершиться на 100% Формирование продукции гидратации cts со временем приводит к: • Затвердеванию (потере обрабатываемости) • схватыванию (затвердеванию) • затвердеванию (увеличению прочности) Давайте рассмотрим реакции гидратации более подробно…

Гидратация силикатов кальция 2C3S + 7H → C3S2H8 + 3CH 2C2S + 7H → C3S2H8 + CH

∆H = -500J / g ∆H = -250J / g

• Оба продукта производят CSH и CH в качестве продуктов реакции • C2S производит меньше CH (важно для долговечности в средах с высоким содержанием сульфатов) • Больше тепла развивается во время гидратации C3S • Гидратация C3S происходит быстрее, что способствует укреплению в раннем возрасте (от 2–3 часов до 14 дней) • Гидратация C2S происходит медленнее и способствует увеличению силы примерно через 7–14 дней.

Гидратация силикатов кальция Как и большинство химических реакций, скорость гидратации цемента зависит от температуры.

C-S-H • Гидрат силиката кальция • C / S варьируется от 1,1 до 2; ~ 1,5 типично • H еще более изменчиво • Структура варьируется от слабокристаллической до аморфной — сильно варьируется и плохо изучена • Занимает 50-60% твердого объема гидратированного цементного теста (ГПУ) • Огромная площадь поверхности (100-700 м2 / г) • Прочность за счет ковалентного / ионного связывания (~ 65%) и связывания Ван-дер-Ваальса (~ 35%) в сложной структуре • Первичная фаза, придающая прочность портландцементному бетону

Изображение предоставлено: Dr.Эрик Лачовски, С.Ю. Хонг, Ф. Glasser через библиотеку микроскопии бетона в UIUC

C-S-H Структура C-S-H плохо изучена.

16 ч. Паста C3S

мокрая

сухая

Изменение площади поверхности в зависимости от используемой техники

Sh3O

= 200 м2 / г

SN2

= 5-50 м2 / г

Снейтроны = 50 м2 / г

CSH

Изображение предоставлено: текст M&M

Некоторые другие модели для CSH, адаптированные из Пауэрса (1960-е годы)

Фельдман и Середа (1970)

Модель Мюнхена, Виттман (1979)

Коллоидная модель

Изображение предоставлено текстом M&M

Микроскопические доказательства

Изображение предоставлено: Ричардсон, в книге «Структура и характеристики цементов», Бенстед и Барнс (ред.), Spon 2002.

Тонкая фибриллярная структура, аналогичная модели Пауэра (типичная для Ca / Si> 1,5)

Фольговидная структура, аналогичная модели Фельдмана-Середа (типичная для более низкого Ca / Si)

Некоторые другие модели для CSH

Листы силиката кальция Алюмосиликатные листы

Глинистая структура

Некоторые другие модели для CSH 517 эВ

Высокое поглощение рентгеновского излучения Ca

347 эВ 345 эВ

Исходное изображение

Карта Ca

Низкое поглощение рентгеновских лучей

E.Gartner, K.E. Куртис, П.Дж.М. Монтейро, Исследование цемента и бетона, май 2000 г., V30 (5): 817-822.

Некоторые другие модели для CSH Дженнитоподобный (C / S ~ 0,8) CS-H Тоберморит C- SH (I) При низком C / S C-SH напоминает тоберморитТоберморитоподобный При высоком C / S C-SH напоминает jennite Более высокие отношения C / S достигаются с помощью 3 основных механизмов. Дженнитоподобные силикатные цепи H на Si-OH 123 SiO Замещение мостиковых мостиковых сред 2 гидроксилами с образованием Ca-OH. с прослойкой кальция. тетраэдры для межслоевого кальция.тетраэдры Si O 2 спаривание Длинные одиночные композитные слои силикатные цепи структура тетраэдров Ca-OH CaO лист

5A

Сводка моделей для C-S-H Таблица 6: Сводка моделей для структуры C-S-H. Название модели

Основная экспериментальная основа

Тип модели

Отдельные характеристики модели

Силы

Сорбция воды Объем пор

Коллоид

Все продукты представляют собой гель Радиус частиц, 5 нм Объем пор геля, 28%

Тейлор

Рентгеновский ТГА

Несовершенный тобомерит Дженнит

Атомная структура CSH

Брунауэра

Сорбция воды

2-3 слоя

Изменения структуры при сушке

Длина сорбента Фельдмана-Середа

Зависимость модуля упругости от относительной влажности относительно относительной влажности

Слои

Смятые и складчатые слои с обратимым удалением промежуточной воды при сушке

Виттманн

Модуль упругости по сравнению с относительной влажностью

Коллоид

Структура не определена

Плотность Дженнингса

против

Относительная влажность Состав относительно относительной влажности Площадь поверхности

Коллоид

Фрактал: плотность и площадь поверхности зависят от масштаба длины

Внутренний и внешний продукт CSH Внешний продукт (ранний) CSH / основная масса • образуется во время ранней гидратации • CSH образуется вне цемента поверхность частиц, заполняющая пространство, заполненное водой • более высокая пористость • содержит большое количество примесей • вероятно, с примесью наноразмеров C4AŠh22

Внутренний vs.Внешний продукт CSH Внутренний продукт (поздний) CSH / фенозерна • образуется во время более поздней гидратации, когда процесс контролируется диффузией • CSH растет внутрь и наружу от «барьера» CSH • Образующийся CSH принимает форму зерен цемента • более низкая пористость, более плотная • меньше примесей • более устойчив к физическим изменениям при высыхании • больше в виде гидратации ↑ или в / в ↓

C3S Hydration

1 день

3 дня

28 дней

CH • гидроксид кальция или Ca (OH) 2 • Определенная стехиометрия • Различная морфология — от больших шестиугольных призм до тонких удлиненных кристаллов • Размер кристаллов зависит от доступного пространства • Занимает 20-25% твердого объема в ГПУ • Площадь поверхности намного меньше, чем у CSH • Не сильно влияет на прочность • Сохраняет щелочной раствор пор (pH 12.4-13.5)

Гидратация алюминатов кальция • Реакция C3A с водой происходит очень быстро и выделяет много тепла — «Flash Set» • Гипс (CŠh3) добавляется в цемент для контроля гидратации C3A ∆H = -1350J / г C3A + 3CŠh3 + 26H → C6AŠ3h42

Период покоя

Настройка

Роль гипса

Роль гипса

Гидратация алюминатов кальция

Когда остается больше C3AŠ3AH42

Реакция C4AF протекает медленнее C4AF + 2CH + 14H → C4 (A, F) h23 + (A, F) h4

Гидратация алюминатов кальция • Реакции фазы C4AF (феррита) протекают медленнее и выделяют меньше тепла, чем C3A • Также сильно тормозится гипсом C4AF + 3CŠh3 + 21H C6 (A, F) Š3h42 + (F, A) h4 C4AF + C6 (A, F) Š3h42 3C4 (A, F) Šh22 + (F, A) h4

• Продукты C4AF более устойчивы к сульфатной атаке, чем продукты гидратации C3A

Гидратация алюминатов кальция C6AŠ3h42 (эттрингит, задний) • Игольчатый m орфология • Иглы блокируются, впитывают много воды • способствует застыванию смеси • некоторая ранняя прочность

Гидратация алюминатов кальция AWWW

H

H

H

CW

C

WC

H H

H

WW c / 2 = 1.075 нм

Кристаллическая структура эттрингита как часть выступа одной колонки, где A = Al, C = Ca, H = O группы OH, W = O молекулы h3O. Атомы водорода не показаны, как и молекулы h3O, присоединенные к атомам кальция, расположенным на центральной вертикальной линии рисунка. (на основе Taylor, 1997)

W

AWWW

H

H

CW

C

H

HA

H

W

WC H

W

WC H

Алюминаты.

Гипс

-3

Эттрингит

2 4-

)

-2

л г (SO

Стабильность эттрингита в щелочной среде в зависимости от pH и концентрации сульфат-ионов. (Адаптировано из Hampson and Bailey, 1982)

Al-Hydroxide

Portlandite

-4

Log [SO4-2] Hydrogarnet

-5 11

12 pH

Гидратация алюминатов кальция Гексагональная пластина C4AŠh22 (моносульфат Af22) морфология, расположенная в виде «розеток» во время ранней гидратации • становится более «пластичной» при продолжающейся гидратации • может содержать примеси • уязвима для сульфатной атаки

13

Алюминаты кальция и сульфоалюминаты кальция • Включает эттрингит, гидратацию моносульфата, гидраты алюмината кальция и железо. -гидроксид алюминия • Составляют 15-20% твердого объема ГПУ • Не вносят большого вклада в прочность • Образование эттрингита, в частности, влияет на схватывание ng time • Высокая теплота гидратации для C3A может быть благоприятной или неблагоприятной в зависимости от области применения

Гидратированная цементная паста (hcp)

Hydrated Cement Paste (hcp)

Hydrated Cement Paste (hcp)

Образование продуктов гидратации с течением времени приводит к: • жесткости (потере удобоукладываемости) • схватыванию (затвердеванию) • затвердеванию (увеличению прочности)

Гидратация цемента

, сульфатная атака

Теплота гидратации • Гидратация цемента экзотермическая • Бетон является изолятором Теплота гидратации может быть : — вредно (температурные градиенты -> растрескивание) — полезно (тепло обеспечивает энергию активации при бетонировании в холодную погоду; более высокая начальная прочность)

Теплота гидратации Выделение тепла можно использовать для отображения процесса гидратации: (1) Начальное растворение твердых веществ (увеличение ионной концентрации) (2) Период индукции (3) Ускорение (4) Замедление (5) Устойчивый состояние

Гидратация цемента: Модель Аврами * • Популярная модель для описания гидратации в периоды ускорения (этапы 2 и 3) -ln (1-α) = [k (t-to)] м или, когда α мало, α = ktm

Где α — степень гидратации, t — время гидратации, где соответствует длине индукционного периода, k — константа скорости для процесса, контролируемого зародышеобразованием, m = [(p / s) + q], где p = 1 для 1D. рост (иглы / волокна) m ~ 1-3 для C3S 2 для 2D (листы / пластины) 3 для 3D изотропного роста (сфера) s = 1 для роста, контролируемого границей раздела или границы раздела фаз = 2 для роста, управляемого диффузией и q = 0 для отсутствия нуклеации (насыщение нуклеации) 1 для непрерывной нуклеации с постоянной скоростью * Avrami, M.J. Phys. Chem., 7, 1103 (1938), 8, 212 (1940).

Гидратация цемента: Модель Аврами • k, таким образом, представляет собой комбинированную константу скорости, учитывающую скорость зародышеобразования, скорость роста продукта и другие неучтенные факторы (например, изменение коэффициентов диффузии). • Можно рассчитать константу скорости k из данные калориметрии и уравнение Аврами: -ln (1-α) = [k (t-to)] m

• при моделировании как функция времени, а не степени гидратации: dα / dt = Amkm (t-to) m-1exp {- [k (t-to)] m} Где A — предэкспоненциальный множитель.Thomas and Jennings, Chem. Mat., 11: 1907-14, 1999.

Изображение предоставлено: Gartner et al, в Structure and Performance of Cements, Bensted and Barnes (Eds), Spon 2002.

Гидратация цемента: Модель Аврами • Может также определять активацию энергия (Ea) реакции, которую можно использовать для оценки температурной зависимости реакции:

k (T) = A exp (-Ea / RT) Где T — абсолютная температура (K), R — газовая постоянная ,

Thomas and Jennings, Chem. Матем., 11: 1907-14, 1999.

Гидратация цемента: уравнение Джандера * • В период замедления для моделирования реакции цемента в течение этого периода использовалось уравнение Джандера для процессов, контролируемых диффузией: [1- (1-α) 1/3] 2 = kD Где kD — константа скорости процессов, контролируемых диффузией.

* Jelenic, Adv. Джем. Tech. Gosh (Ed), p.397, Pergamon, 1987. Bezjak and Jelenic, Cem. Конц. Res., 10: 553, 1980.

Гидратация цемента: простые кинетические модели • Можно оценить α на основе имеющейся пористости, заполненной водой (φw):

, где k1 аналогичен константе скорости первого порядка и зависит от конкретный состав цемента, гранулометрический состав, температура твердения и т. д.• Этот подход, основанный на «физической» кинетике первого порядка и описанный Бенцем *, предполагает, что скорость гидратации просто пропорциональна объемной доле этой заполненной водой пористости. • Другие модели ** связывают кинетику гидратации с изменяющимся радиусом идеализированное распределение частиц или частиц цемента * D. П. Бенц, «Влияние соотношения воды и цемента на кинетику гидратации: простые модели, основанные на пространственных соображениях» на http://ciks.cbt.nist.gov/~garbocz/hydration_rates/index.html ** J.Поммершейм М., Клифтон Дж. Р. Математическое моделирование гидратации трикальцийсиликата. Cem Concr Res 9 (1979) 765-770. Т. Кнудсен, Модель дисперсии для гидратации портландцемента 1. Общие концепции, Cem Concr Res 14 (1984) 622-630. Б. Осбэк, В. Йохансен, Гранулометрический состав и скорость развития прочности портландцемента. J Am Ceram Soc 72 (2) (1989) 197-201.

Гидратация цемента: простые кинетические модели. Подставив в уравнение Пауэрса для пористости, заполненной водой «твердые» продукты гидратации цемента относительно прореагировавшего цемента (часто принимают = 1.15),

(функция минимума гарантирует, что α

% PDF-1.4 % 830 0 объект > эндобдж xref 830 125 0000000016 00000 н. 0000004369 00000 п. 0000004457 00000 н. 0000004889 00000 н. 0000005052 00000 н. 0000005205 ​​00000 н. 0000005350 00000 н. 0000005423 00000 н. 0000005447 00000 н. 0000005484 00000 н. 0000069952 00000 п. 0000069981 00000 п. 0000070176 00000 п. 0000070320 00000 п. 0000070393 00000 п. 0000070417 00000 п. 0000070612 00000 п. 0000070756 00000 п. 0000070829 00000 п. 0000070853 00000 п. 0000071043 00000 п. 0000071187 00000 п. 0000071260 00000 п. 0000071284 00000 п. 0000071478 00000 п. 0000071622 00000 п. 0000071695 00000 п. 0000071719 00000 п. 0000071912 00000 п. 0000072056 00000 п. 0000072129 00000 п. 0000072153 00000 п. 0000072348 00000 п. 0000072492 00000 п. 0000072565 00000 п. 0000072589 00000 п. 0000072781 00000 п. 0000072925 00000 п. 0000072998 00000 н. 0000073022 00000 п. 0000073217 00000 п. 0000073361 00000 п. 0000073434 00000 п. 0000073458 00000 п. 0000073653 00000 п. 0000073797 00000 п. 0000073870 00000 п. 0000073894 00000 п. 0000074085 00000 п. 0000074229 00000 п. 0000074302 00000 п. 0000074326 00000 п. 0000074517 00000 п. 0000074661 00000 п. 0000074734 00000 п. 0000074758 00000 п. 0000074949 00000 п. 0000075093 00000 п. 0000075166 00000 п. 0000075190 00000 п. 0000075344 00000 п. 0000075490 00000 п. 0000075563 00000 п. 0000075587 00000 п. 0000075739 00000 п. 0000075885 00000 п. 0000075958 00000 п. 0000075982 00000 п. 0000076136 00000 п. 0000076282 00000 п. 0000076355 00000 п. 0000076379 00000 п. 0000076572 00000 п. 0000076718 00000 п. 0000076775 00000 п. 0000076941 00000 п. 0000077095 00000 п. 0000077550 00000 п. 0000077922 00000 п. 0000078123 00000 п. 0000078485 00000 п. 0000079026 00000 п. 0000079334 00000 п. 0000079798 00000 п. 0000080393 00000 п. 0000081390 00000 н. 0000082027 00000 н. 0000082163 00000 п. 0000082691 00000 п. 0000083115 00000 п. 0000083700 00000 п. 0000084847 00000 н. 0000085721 00000 п. 0000086545 00000 п. 0000087459 00000 п. 0000088450 00000 п. 0000088587 00000 п. 0000089465 00000 п. 00000 00000 п. 0000115166 00000 н. 0000126452 00000 н. 0000157775 00000 н. 0000157853 00000 н. 0000157923 00000 п. 0000276375 00000 н. 0000276560 00000 н. 0000276837 00000 н. 0000277379 00000 н. 0000277465 00000 н. 0000292064 00000 н. 0000292266 00000 н. 0000292664 00000 н. 0000293227 00000 н. 0000293269 00000 н. 0000293291 00000 н. 0000293896 00000 н. 0000293938 00000 н. 0000294048 00000 н. 0000329793 00000 н. 0000329832 00000 н. 0000331827 00000 н. 0000331895 00000 н. 0000331978 00000 н. 0000332061 00000 н. 0000002796 00000 н. трейлер ] / Назад 3867002 >> startxref 0 %% EOF 954 0 объект > поток h ެ U {LSwno_b — / APDat (8 | fQ, IuPEMLV ‘/! cc] {) * be sw

Описание возможности печати армированных графеном цементных композитов

Аннотация

Аддитивное производство на основе цемента, широко известное как 3D-печать на бетоне, облегчает использование передовых цементных материалов в строительстве, поскольку этот строительный метод сводит к минимуму отходы и обеспечивает оптимальное размещение материала.Для успешного производства цементные смеси для 3D-печати должны иметь определенную консистенцию. В частности, они должны плавно выдавливаться во время процесса печати, сохраняя при этом свою форму после нанесения, и то и другое тесно связано с реологическими свойствами вяжущей смеси. Использование графена в цементных композитах широко изучалось в последние годы, и было показано, что графен может улучшить механические свойства и долговечность вяжущих композитов.Однако реологические свойства и характеристики пригодности для печати цементирующих материалов, армированных графеном, все еще остаются недостаточно изученными. В этом исследовании изучается влияние графеновых нанопластинок (ЗНЧ) на реологические характеристики и характеристики печатных характеристик цементных композитов, армированных ЗНЧ. ЗНЧ добавляют в цементные смеси, предназначенные для 3D-печати бетона, в концентрациях 0%, 0,05%, 0,10%, 0,15%, 0,20% и 0,25% от веса цемента. ЗНЧ сначала диспергируют в воде с помощью ультразвуковой обработки и суперпластификатора на основе поликарбоксилата.Качество дисперсии ЗНЧ оценивается с помощью спектроскопии поглощения в УФ-видимом диапазоне, оптической микроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния света. Затем реологические свойства композиционных растворов, армированных GNP, изучаются с помощью реометра сдвига с помощью испытаний на рост напряжения, испытаний на увеличение скорости сдвига и испытаний на восстановление конструкции.

Презентация на конференции

© (2021) АВТОРСКОЕ ПРАВО Общество инженеров по фотооптическому приборостроению (SPIE).Скачивание тезисов разрешено только для личного использования.

Материалы | Бесплатный полнотекстовый | Исследование характеристик низкотемпературного растрескивания асфальта в условиях тепла и света вместе

3.1. Тест на пластичность

Пластичность может повлиять на гибкость асфальта и может оценить способность битумного вяжущего к деформации при растяжении. Чем меньше пластичность асфальта, тем лучше его трещиностойкость. Во-первых, в исследовании были проведены индексные испытания асфальта ZH-70 и SK-70 на пластичность 15 ° C при различных условиях старения.Было проведено длительное старение асфальта под действием тепла и света вместе, и его температура старения была установлена ​​на 70 ° C. Его время старения составляло 0 дней, 5 дней, 10 дней и 15 дней соответственно, а интенсивность УФ-излучения при старении составляла 0 Вт / м ² , 20 Вт / м ² , 30 Вт / м ² и 40 Вт / м ² соответственно. Результаты испытаний показаны на рис. 3 и 4. Испытание на пластичность проводилось в соответствии со стандартными методами испытаний битума и битумных смесей для дорожного строительства (JTG E20–2011) в Китае.Из рисунков 3 и 4 видно, что в течение 5-дневного времени старения значение пластичности асфальта уменьшалось с большой скоростью, а по мере увеличения времени старения скорость снижения значения пластичности постепенно замедлялась. По сравнению со значением пластичности в течение 0 дней старения при интенсивности УФ старения 40 Вт / м ² значения пластичности асфальта ZH-70 и SK-70, выдержанного в течение 5 дней, снизились соответственно на 68,6% и 77,6%. Кроме того, в тех же условиях, чем выше интенсивность УФ старения, тем больше снижается пластичность асфальта.При интенсивности УФ старения 0 Вт / м ² , по сравнению со значением пластичности в течение 0-дневного времени старения, значения пластичности асфальта ZH-70 и асфальта SK-70, выдержанного в течение 15 дней, снизились на 68,8% и 60,4% соответственно, а при интенсивности УФ старения 40 Вт / м ² они уменьшились на 89,8% и 86,2% соответственно. Затем были проведены индексные испытания асфальтов Ж-70 и СК-70 на пластичность 15 ° С при различных температурах старения. Было выполнено долгосрочное старение асфальта под воздействием тепла и света, и его интенсивность УФ старения была установлена ​​на уровне 40 Вт / м ² .Его время старения было установлено на 0 дней, 5 дней, 10 дней и 15 дней соответственно, а его температура старения была установлена ​​на 50 ° C, 60 ° C и 70 ° C соответственно. Результаты представлены на рисунке 5. Как видно на рисунке 5, значение пластичности асфальта уменьшалось с увеличением времени старения. Однако темпы его снижения замедлились. Между тем, значение пластичности асфальта также заметно снизилось в течение 5 дней старения. При температуре старения 60 ° C, по сравнению со значением пластичности для времени старения 0 суток, значения пластичности асфальта ZH-70 и SK-70, выдержанного в течение 5 дней, были уменьшены соответственно на 62.5% и 71,1%. Кроме того, при тех же условиях, чем выше температура старения, тем больше снижается значение пластичности асфальта. При температуре старения 50 ° C, по сравнению со значением пластичности для времени старения 0 суток, значения пластичности асфальта ZH-70 и SK-70 для времени старения 15 суток снизились соответственно на 85% и 82,9%. , а при температуре старения 60 ° C они уменьшились на 88,3% и 84,4% соответственно. Наконец, при интенсивности УФ старения 40 Вт / м ² были проведены индексные испытания шести видов асфальта на пластичность 10 ° C при температуре старения 70 ° C.Было выполнено долгосрочное старение асфальта в условиях сочетания тепла и света, и время его старения составило 0 дней, 5 дней, 10 дней и 15 дней, соответственно. Были рассчитаны показатели сохранения пластичности асфальта при разном времени старения. Результаты испытаний представлены на рисунках 6 и 7. Из рисунков 6 и 7 видно, что как для базового, так и для модифицированного асфальта тенденции изменения пластичности асфальта были одинаковыми. Их значения пластичности уменьшались с большой скоростью в течение периода старения, составляющего 5 дней, и по мере увеличения времени старения они постепенно уменьшались.Для разных типов асфальта коэффициент сохранения пластичности был разным, и по сравнению с базовым асфальтом значение пластичности модифицированного асфальта было значительно выше, чем у базового асфальта. Значения пластичности при старении для асфальта ZH-70, линейно-модифицированного асфальта ZH-70, разветвленного модифицированного асфальта ZH-70, асфальта SK-70, линейно-модифицированного асфальта SK-70 и разветвленного модифицированного асфальта SK-70. Время 15 дней составляло соответственно 4 см, 42 см, 29 см, 3 см, 17 см и 11 см, а их пластичность сохранялась при 15-дневном времени старения 9%, 47.2%, 34,5%, 11,1%, 22,1% и 15,1% соответственно. Для одного и того же модификатора значение пластичности модифицированного асфальта для разных базовых битумов также было различным. При 15-дневном старении для асфальта ZH-70 значение пластичности его линейно-модифицированного асфальта и разветвленного модифицированного асфальта было в 10,5 и 7,25 раза выше, чем у его базового асфальта, соответственно, и для SK- 70, значение пластичности его линейно-модифицированного асфальта и разветвленного модифицированного асфальта было в 5,66 раза и 3,66 раза выше, чем у его базового асфальта, соответственно.Причем для одного и того же модификатора значение пластичности разных оснований также было разным. Для модификатора разветвления 501s и линейного модификатора 4402 значения пластичности асфальта, модифицированного ZH-70, выдержанного в течение 15 дней, были в 2,47 раза и 2,64 раза выше, чем у асфальта, модифицированного SK-70, соответственно. Различный химический состав базового асфальта был возможной причиной разницы.

Результаты испытаний на пластичность показывают, что тепло и свет имеют большое влияние на характеристики низкотемпературного растрескивания асфальта и, очевидно, могут снизить характеристики низкотемпературного растрескивания асфальта на ранней стадии.Более того, чем выше значения температуры и интенсивности ультрафиолетового излучения, тем сильнее снижается способность асфальта к низкотемпературному растрескиванию. Тип асфальта оказывает важное влияние на характеристики низкотемпературного растрескивания асфальта под воздействием тепла и света вместе, и рациональный выбор базового асфальта и модификатора может улучшить характеристики низкотемпературного растрескивания асфальта.

3.2. Испытание на реометре изгибающейся балки (BBR)

Во-первых, было проведено испытание асфальта на старение RTFOT.Затем при интенсивности УФ-излучения 40 Вт / м ² было проведено испытание на длительное старение асфальта, состаренного методом RTFOT, при 70 ° C. После этого выдержанный асфальт был использован в испытании BBR. Согласно спецификациям Superpave, испытания BBR шести видов асфальта были выполнены с использованием BBR 9728-V30 от Cannon Company при -12 ° C. Скорость изменения жесткости на ползучесть m при 60 с и жесткость на ползучесть S являются наиболее важными параметрами испытания BBR, и с их помощью можно оценить сопротивление низкотемпературному растрескиванию битумного вяжущего.Меньшее значение S и большее значение m соответствуют лучшей способности к деформации и способности к релаксации напряжений соответственно. То есть меньшее значение S и большее значение m соответствуют лучшей стойкости асфальта к низкотемпературным трещинам. Были рассчитаны скорости изменения S-значения и m-значения асфальта при разном времени старения. Результаты испытаний представлены на Рисунке 8, Рисунке 9, Рисунке 10 и Рисунке 11. Как видно на Рисунках 8–11, будь то базовый асфальт или модифицированный асфальт, значение S было явно повышено, а значение m явно уменьшено. с увеличением времени старения, что указывает на то, что под воздействием тепла и света вместе, очевидное охрупчивание происходит в асфальте при низкой температуре, и сопротивление низкотемпературному растрескиванию асфальта снижается.Более того, в тех же условиях значение m модифицированного асфальта было больше, чем значение параметра базового асфальта, а значение S модифицированного асфальта было меньше, чем значение параметра базового асфальта. То есть, по сравнению с базовым асфальтом, характеристики низкотемпературного растрескивания модифицированного асфальта были лучше. Для различных базовых битумов и модификаторов скорость увеличения S-значения и скорость уменьшения m-значения также были разными. Следовательно, что касается характеристик низкотемпературного растрескивания, тепловое и световое старение оказывает очевидное влияние на характеристики низкотемпературного растрескивания асфальта; влияние на модифицированный асфальт было меньше, чем на базовый асфальт, и рациональный выбор базового асфальта и модификатора может улучшить сопротивление битума низкотемпературному растрескиванию.

3.3. Анализ состава асфальта Тест

Состав асфальта напрямую влияет на его характеристики низкотемпературного растрескивания [34]. Чтобы исследовать влияние тепла и света вместе на характеристики низкотемпературного растрескивания асфальта, было проведено четыре составляющих теста асфальта ZH-70 и линейно-модифицированного асфальта ZH-70 в соответствии с методом испытаний для разделения асфальта на четыре фракции (T0618-1993), основанные на стандартных методах испытаний битума и битумных смесей для дорожного строительства (JTG E20-2011) в Китае [35].Во-первых, было проведено испытание асфальта на старение RTFOT. Затем при интенсивности УФ старения 40 Вт / м ² было проведено испытание на длительное старение асфальта, состаренного с помощью RTFOT, при 70 ° C. После этого состаренный асфальт был использован в испытании на анализ состава асфальта. Скорость изменения содержания компонента (CRC) в асфальте использовалась для оценки изменения содержания компонента в асфальте до и после старения, и ее можно рассчитать с помощью следующего уравнения:

CRC = CCA − CCBCCB × 100%

(1)

где CCA — содержание компонента асфальта после старения, а CCB — содержание компонента асфальта до старения.Рассчитаны скорости изменения содержания компонента асфальта при разном времени старения. Результаты представлены в Таблице 4, Таблице 5 и на Рисунке 12. Таблицы 4 и Таблицы 5 показывают, что по сравнению с базовым асфальтом перед длительным старением содержание асфальтенов в модифицированном асфальте увеличилось, а в нем — смол, ароматических соединений. , и насыщенность снизилась в различной степени, что указывает на то, что модификатор SBS может увеличивать вязкость и площадь поверхности асфальта из-за высокой скорости сдвига и набухания, а также может адсорбировать некоторые коллоиды и диспергирующие среды.Кроме того, модификатор SBS имеет многофазную сетчатую структуру; после того, как он был добавлен к базовому асфальту, образовалась хорошая трехмерная сетчатая структура, и цепочка полистирола диспергировалась в матричной асфальтовой фазе. Они могут улучшить эластичность и гибкость модифицированного асфальта при низкой температуре, что может быть причиной того, что сопротивление низкотемпературному растрескиванию асфальта-модификатора лучше, чем у базового асфальта. Из Таблицы 4, Таблицы 5 и Фигуры 12 видно, что содержание асфальтенов значительно увеличилось, в то время как содержание ароматических углеводородов явно уменьшилось с увеличением времени выдержки.При этом содержание насыщенных веществ и смол иногда увеличивалось, а иногда уменьшалось, и изменения их содержания не были очевидными. Следовательно, это может быть основной причиной того, что превращения ароматических углеводородов в смолы, а затем из смол в асфальтены происходили в процессе старения асфальта. На содержание смол влияли скорости превращений через ароматические углеводороды в смолы и через смолы в асфальтены. Кроме того, скорость изменения асфальтенов и ароматических углеводородов в модифицированном асфальте была меньше, чем у базового асфальта, что указывает на то, что после добавления модификатора к базовому асфальту он может снизить скорость превращений через ароматические углеводороды в смолы, а затем через смолы в асфальтены. .Как видно на Рисунке 12, изменение содержания асфальтенов было наиболее очевидным, и в течение 5-дневного времени выдержки содержание четырех компонентов явно варьировалось: по мере увеличения времени выдерживания темпы их изменения замедлялись. Это может быть одной из основных причин того, что с увеличением времени старения будут происходить реакции разрыва цепи и раскрытия кольца асфальтенов, и асфальтены снова превратятся в насыщенные и ароматические углеводороды.

Под воздействием тепла и света вместе активировалась активная связь асфальта, в результате реакции окисления образовывалась полярная группа, происходило усиление межмолекулярной силы из-за агрегации полярных групп, образовывались макромолекулярные вещества; затем содержание асфальтенов в асфальте увеличилось, что вызвало снижение пластичности асфальта при низкой температуре.