§ 2. Формулы и графики, выражающие зависимость прочности бетона от основных факторов
Для бетонов, различающихся по расходу цемента, получают ряд кривых, подобных приведенным на рис. 66.
Рис. 66. Обобщенный график изменения прочности бетона: тяжелый бетон; б — легкий бетон (заполнитель — керамзит); Уц т — объемная концентрация цементного камня
Кривая объединяющая точки с оптимальными частными значениями В/Ц, выражает общую зависимость прочности бетона слитного строения от В/Ц. Она представляет гиперболу, отвечающую формуле Н. М. Беляева
где Re — прочность бетона при сжатии; Rn — активность цемента; k и п — параметры, зависящие от вида и качества заполнителей; для тяжелого бетона п=1,5, при щебне &=3,5, гравии k=4.
В действительности, как видно из рис. 66, имеется не одна кривая, выражающая зависимость Яб=/(В/Ц), а некоторая полоса, объединяющая опытные данные с учетом колебания прочности бетона вследствие влияния других факторов (содержания цементного теста, качества сцепления его с заполнителем, вида и прочности заполнителя и др.). Обычно цементное тесто заполняет пустоты между зернами заполнителя и лишь немного их раздвигает (на величину двух-трех средних диаметров цементных зерен). При таком сближенном («контактном») расположении зерен заполнителя его свойства будут оказывать заметное влияние на прочность бетона. Поэтому рекомендуется применять для тяжелых бетонов заполнитель с прочностью в 1,5 — 2 раза больше заданной марки бетона. При большом содержании цементного теста зерна заполнителя раздвинуты на значительные расстояния, они почти не взаимодействуют друг с другом, поэтому решающее значение будет иметь прочность цементного камня и прочность сцепления его с заполнителем. Гиперболическую формулу прочности бетона можно преобразовать в более простую формулу
Рис. 67. Зависимость прочности тяжелого бетона от Ц/В при разных марках цемента
Скрамтаева — Боломея, если выразить Re в зависимости от цементноводного отношения. Зависимость прочности бетона от величины Ц/В в общем виде выражается довольно сложной кривой. Для практических целей эту кривую заменяют двумя прямыми и соответственно получают две формулы: для бетона с Ц/В =1,4 — 2,5 и высокопрочных бетонов с Ц/В> >2,5 (рис. 67).
Формулой прочности бетона можно пользоваться только применительно к плотно уложенным бетонам, которые изготовляют из портландцемента, воды и заполнителей, удовлетворяющих требованиям стандартов.
Для обычных бетонов с Ц/В=1,4 — 2,5 формула прочности принимает вид
При высококачественных заполнителях (щебень из плотных изверженных горных пород, крупный песок с минимальным содержанием вредных примесей) Л = 0,65; для рядовых заполнителей Л = 0,6; при применении заполнителей пониженного качества Л = 0,55.
Для высокопрочных бетонов, изготовляемых с Ц/В>2,5, применяется формула
В этой формуле для высококачественных заполнителей A = 0,43, для рядовых Л-= 0,4.
Можно получить график прочности бетона применительно к тому цементу и тем заполнителям, которые идут на приготовление бетона. Для этого нужно провести несложный опыт. Поскольку зависимость марки бетона от Ц/В (в пределах Ц/В=1,4 — 2,5) изображена отрезком прямой, то для получения графика требуется иметь две точки, а для этого нужно приготовить и испытать два состава бетона (например, с Ц/В =1,4 и Ц/В = 2,5). Полученный график дает возможность определить величину Ц/В, необходимую для любой заданной марки бетона, при этом определение Ц/В производится более точно, чем по формуле, в особенности, когда применяются методы ускорения твердения бетона (пропаривание и др.).
Формулы и графики используют в расчете состава бетона, который проверяют и уточняют с помощью пробного замеса.
Основной закон прочности является общим для материалов с конгломератной структурой, он распространяется на тяжелые и легкие бетоны, мелкозернистые бетоны и строительные растворы. Только параметры А и Ь, входящие в формулу прочности, будут иметь различные численные значения, зависящие от вида материала и заполнителя.