Закон водоцементного отношения для бетона: 6.3.1. Закон водоцементного отношения

Характеристики цементного камня в области низких водоцементных отношений

В статье приведены результаты исследований характеристик цементного камня в области низких значений водоцементных отношений: прочности, пористости, долговечности в связи со степенью гидратации цемента.

This article presents the analysis results of the cement stone characteristics in the domain of a low water-cement ratio: strength, porosity, durability in reference to the degree of cement hydration.

ВВЕДЕНИЕ

Будущее бетоноведения, как составной части строительного материаловедения, вполне конкретно: «…создание материалов с принципиально новыми характеристиками, приближающими их к металлу, керамике и полимерам…» [1]. Реализация этой перспективной задачи весьма сложна. Какими же технологиями располагают ученые-бетоноведы и инженеры нашей страны для достижения этих, казалось бы, «заоблачных» характеристик?

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ОСОБО ПЛОТНОГО ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ

Зададимся вопросом – может ли цементный камень (и, естественно, бетон) по своим характеристикам быть сопоставим с металлом? Имеются различные мнения. Например, в [2] представлена экстраполяция экспериментальных данных, устанавливающих связь пористости цементного камня и его прочности на сжатие (рис. 1). В результате получено, что при нулевой пористости прочность цементного камня может достигать 1370 МПа, что существенно превышает прочностные характеристики, которые имеются в настоящее время. Конечно, с таким подходом можно поспорить, поскольку нулевая пористость цементного камня невозможна даже теоретически – всегда существует гелевая пористость (прямой результат гидратации цемента), равная 25 %–28 %. Однако полученная цифра (1370 МПа) может быть неким ориентиром.

Рис. 1. Зависимость прочности цементного камня от его пористости

На рис. 1 представлены данные разных исследователей, устанавливающие связь пористости цементного камня с его прочностью, почерпнутые авторами статьи из [3]. На этот же график наложены точки, полученные авторами данной статьи при исследовании свойств цементного камня в области водоцементных отношений 0,14–0,21, изготовленного по технологии сухого формования [4]: прессование сухого вяжущего (портландцемента и молотого клинкера с различной удельной поверхностью), его вакуумирование и водонасыщение деаэрированной водой. Такая, на первый взгляд, несколько сложная технология получения цементного камня обеспечивала изготовление образцов, практически лишенных воздуха как свободного, так и адсорбированного на поверхности частиц вяжущего. Получался цементный камень со структурой, близкой к идеальной, что обеспечивало, в сравнении с данными других исследователей, несколько большую прочность материала при равной пористости (см. рис. 1). Таким образом, анализ рис. 1 показывает, что общая тенденция взаимосвязи «пористость цементного камня – прочность» налицо. Отсюда следует основное направление решения поставленной задачи – максимально возможное снижение водоцементного отношения для получения минимальной пористости.

Представленные на рис. 2 данные наглядно отражают незыблемость закона водоцементного отношения – чем ниже величина начального водосодержания цементного теста, тем выше плотность цементного камня и его прочность. Поэтому периодически появляющиеся в последнее время мнения о, якобы, нарушении данного закона в области низких водоцементных отношений не имеют под собой основания. Да, спад прочности при уменьшении В/Ц ниже некоторых значений может иметь место, но обусловлен он не нарушением общей закономерности, а несоответствием средств уплотнения цементного теста его начальному водосодержанию. На рис. 2 представлены данные, отражающие, например, воззрения, изложенные в [5]: «…При В/Ц <0,23 теоретическая и экспериментальная прочность достигает максимальных значений. В связи с этим значение В/Ц = 0,23 можно считать оптимальным по прочности…». Нетрудно убедиться, что такой вывод весьма далек от реальности. Можно отметить и такой факт – цементный камень, приготовленный по фильтрационной технологии (отжатие излишков воды из пластичного цементного теста), имеет при прочих равных условиях прочность, меньшую чем при технологии сухого формования, что достаточно просто объясняется наличием ослабляющих структуру материала фильтрационных каналов.

Рис. 2. График влияния водоцементного отношения цементного теста на прочность цементного камня

Обработка экспериментальных результатов, представленных на рис. 2, позволила получить аналитическую зависимость для расчета прочности цементного камня f_цк, МПа, изготовленного по технологии сухого формования, как функцию параметров вакуумирования вяжущего (коэффициент k_в), водоцементного отношения цементного теста (В/Ц)_цт, соотношения плотностей вяжущего и воды r_ц/r_в, степени гидратации цемента a и эмпирических коэффициентов (a, b):

(1)

Следует отметить, что в области низких водоцементных отношений понятие активности цемента практически теряет свое значение. Что касается степени гидратации цемента, то ее величина, как экспериментально установлено, в целом соответствует теоретическим представлениям Т. К. Пауэрса [6] (рис. 3), что также подтверждается данными других авторов. Из этого следует возможность расчета величины a по разработанным в Республике Беларусь прогнозным моделям. Таким образом, показано, что уже сейчас, развивая разработанные отечественными учеными технологии, можно получать цементный камень со структурой, позволяющей достигать прочности, близкой к прочности стали.

Рис. 3. График влияния водоцементного отношения цементного теста на степень гидратации цемента

САМОРАЗРУШЕНИЕ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ

Цементный камень, в том числе изготовленный с низким водоцементным отношением, не является полностью инертным материалом. Процессы гидратации цемента, хотя и вялотекущие, длятся (естественно, при наличии влаги) десятилетиями. Отсюда следует закономерный вопрос – если структура цементного камня уже сложилась, «окостенела», то, что может произойти с материалом при дальнейшей гидратации цемента? Куда поступают новообразования? И не произойдет ли нечто, напоминающее сульфатную коррозию бетона, когда образование «цементной бациллы» приводит к разрушению материала благодаря проявлению расклинивающих деформаций с параллельным увеличением объема материала и снижением его прочностных и прочих сопутствующих характеристик?

На возможность возникновения названного явления при относительном водосодержании цементного теста менее 0,63 указывал И. Н. Ахвердов [7]. Основываясь на подобных же теоретических предпосылках, некоторые авторы [8–11] экспериментально подтвердили факт саморазрушения цементного камня, изготовленного с водоцементным отношением ниже определенного критического значения (у каждого исследователя разного) в длительные сроки эксплуатации.

Основываясь на воззрениях Т. К. Пауэрса [6] о том, что объем геля в 2,2 раза превышает исходный объем цемента, С. С. Гордон [8] получил формулу, связывающую расход цемента (Ц – в кг/м³) с минимальным водоцементным отношением, при котором в затвердевшем бетоне не возникают большие внутренние напряжения:

(2)

В связи с чем, С. С. Гордон сделал вывод, что для высокопрочных бетонов с содержанием цемента 400–500 кг водоцементное отношение не должно быть ниже 0,28–0,29. Для доказательства этого положения С. С. Гордон изготовил посредством прессования при давлении 250 МПа образцы цементного камня с водоцементным отношением, равным 0,10. В месячном возрасте прочность образцов составила 165 МПа, в трехмесячном – только 130 МПа. Этот факт, по мнению автора, и явился ярким свидетельством саморазрушения особо плотного цементного камня.

А. В. Волженский и Ю. Д. Чистов [9] несколько по-иному решили обосновать возможность саморазрушения цементного камня, получив формулу для расчета объемной концентрации продуктов гидратации в цементном камне. В результате анализа формулы был сделан вывод, что при водоцементных отношениях 0,35 и ниже разупрочнение начинается при объемной концентрации новообразований 0,70–0,78.

Для фактического доказательства возможного разуплотнения А. В. Волженский и Т. А. Карпова [9, 10] провели специальные исследования изменения объемных деформаций образцов (рис. 4) и прочности цементного камня в течение 6 лет твердения. Водоцементное отношение варьировалось в достаточно широких пределах, начиная от 0,05 и выше. Цементное тесто, полученное при добавлении к цементу воды в количестве, соответствующем заданному водоцементному отношению, прессовалось при давлении до 250 МПа. Параллельно определялась (прокаливанием цементного камня при температуре 900 ^оС) степень гидратации цемента по количеству химически связанной воды. Авторы данной статьи хотели бы обратить внимание на очень интересный факт при проведении экспериментальной части: каждая серия образцов характеризовалась не только водоцементным отношением, но и объемной концентрацией цемента. В таблице 1 приведены выборки характеристик цементного камня (сделаны авторами настоящей статьи для обоснования критики использованной методики исследования) из результатов экспериментальных исследований для времени твердения t; прочности цементного камня f_цк; степени гидратации цемента a и объемной концентрации продуктов гидратации N.

Рис. 4. Кинетика изменения объемных деформаций цементного камня

Таблица 1. Характеристики цементного камня

Анализ представленных на рис. 4 графиков ясно показывает проявляющуюся деградацию цементного камня через достаточно короткий срок твердения образцов в водных условиях. Кинетика изменения прочности цементного камня (на рис. 4 не отражена) в целом соответствует объемным деформациям. Для цемента Iвначале наблюдается рост прочности, затем стабилизация (к трем годам водного твердения), а в дальнейшем – падение; для цемента II падение прочности начинается уже через 0,5 года водного твердения, причем абсолютные величины прочности меньше, чем для другого цемента. На основании экспериментов был сделан вывод о возможности падения прочности высокоплотного цементного камня в процессе эксплуатации.

Таким образом, получается, что действительно особо плотный цементный камень, а, следовательно, и бетон, способен со временем деградировать. Означает ли это, что путь, интенсивно развивающийся в последнее время, а именно – получение высокоплотных и высокопрочных бетонов, – тупиковый? И через определенный срок эксплуатации здания, выполненные из такого бетона, разрушатся, а, например, вибропрессованные тротуарные плитки превратятся в горы щебня и песка?

Рассмотрим критически данные, полученные А. В. Волженским с соавторами. По мнению авторов данной статьи, явное саморазрушение кроется в ошибочной технологии изготовления экспериментальных образцов. Да, действительно, образцы изготавливались с очень низким (кажущимся низким!) начальным водосодержанием, однако при этом и со сравнительно малым удельным содержанием вяжущего (см. таблицу 1). Этот последний параметр позволил авторам данной статьи рассчитать фактическое водоцементное отношение, которое больше кажущегося (см. таблицу 1). Следовательно, в процессе прессования образовывалась не сплошная равномерная структура, а отдельные флокулы из исключительно плотного цементного камня, произвольно контактирующие между собой, то есть создавалась как бы «решетообразная» система, легко доступная для воды. Об этом косвенно свидетельствует сравнительно низкая прочность цементного камня с В/Ц = 0,05 в возрасте 28 суток твердения – всего лишь около 110 МПа. Поэтому в процессе испытаний сравнительно слабые связи между отдельными флокулами были не способны выдержать значительные внутренние деформации цементного камня, что внешне выражалось в увеличении объемных деформаций до 6 % с последующим падением прочности материала.

Однако имеются иные теоретические воззрения и опытные данные. Сопоставим изложенные выше результаты с данными, описанными в [12], а также представленными в виде обобщенной области на рис. 4 (горячее формование). Нетрудно убедиться, что величины деформаций значительно меньше, чем полученные А. В. Волженским. Авторами данной статьи также были проведены эксперименты по изучению объемных деформаций цементного камня, изготовленного по технологии сухого формования, твердевшего в течение 20 лет в воде. Как оказалось (см. рис. 4), начальный объем образцов сухого формования, сложившийся к первым суткам твердения, в дальнейшем, вплоть до двадцатилетнего возраста, не изменяется. Практически неизменными остаются и прочностные характеристики образцов. Процессы гидратации цемента носят явно затухающий характер. Таким образом, внешне структура цементного камня как бы «застывает». Проведенные эксперименты показывают, что при качественном изготовлении опытных образцов саморазрушение цементного камня отсутствует. Саморазрушается лишь то, что потенциально склонно к разрушению.

Конечно, если принимать, как это описывается в литературе, что степень гидратации цемента близка к 70 % (и может приниматься таковой), то имеется также теоретическая основа для допущения возможности саморазрушения особо плотного цементного камня. Однако если еще раз обратиться к классическим представлениям Т. К. Пауэрса о том, что в области низких водоцементных отношений степень гидратации не является постоянной величиной, а практически линейно снижается с уменьшением начального водосодержания цементного теста, то все «становится на место». Как следует из графика на рис. 3, реальная степень гидратации цемента достаточно близка к теоретически возможной. Продуктов гидратации цемента как раз достаточно, чтобы только заполнить все доступное пространство. Избытка новообразований нет, и, как еще раз можно подтвердить, имевшая место в опытах [8–11] деградация цементного камня объясняется не повышенной концентрацией продуктов гидратации в свободном пространстве, а некачественной структурой материала.

Интерес к данной проблеме сохраняется и сейчас. Так, например, А. Е. Чуйкин [13] получил, что цементный камень, прессованный (технология фильтропрессования) при давлении 20 МПа, через 3–4 месяца разуплотняется. Разуплотняется также цементный камень с водоцементным отношением 0,18, изготовленный с добавкой С-3.

С другой стороны, В. С. Демьянова [14] изготавливала образцы прессованного цементного камня из цемента с удельной поверхностью 600 м²/кг при водоцементном отношении, равном 0,10. Один год цементный камень твердел в воде при температуре 50 ^оС, а затем 7 лет – без доступа углекислого газа. Была получена прочность через 1 год – 183 МПа, а через 7 лет – 259 МПа. То есть налицо доказательство – качественный цементный камень не склонен к саморазрушению.

Таким образом, опасения по поводу саморазрушения особо плотного цементного камня и бетона несколько преувеличены. Хотя исследования в этом направлении следует продолжать по причине их исключительной важности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 Изучены характеристики цементного камня, изготовленного по технологии сухого формования, в области низких водоцементных отношений. Показана возможность получения материала на основе гидравлических вяжущих с прочностью, приближающейся к прочности стали.

2 В областях низких начальных водосодержаний цементного теста закон водоцементных отношений сохраняет свою действенность.

3 Доказана возможность длительной эксплуатации особо плотного цементного камня без признаков его саморазрушения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Малинина, Л. А. Бетоноведение: настоящее и будущее / Л. А. Малинина, В. Г. Батраков // Бетон и железобетон. – 2003. – № 1.– С. 2–6.

2. Крылов, Н. А. Радиотехнические методы контроля качества железобетона / Н. А. Крылов, В. А. Калашников, А. М. Полищук. – Л.: Стройиздат, 1966 – 380 с.

3. Рамачандран, В. Наука о бетоне: физико-химическое бетоноведение / В. Рамачандран, Фельдман, Дж. Бодуэн. – М.: Стройиздат, 1986. – 278 с.

4. Батяновский, Э. И. Особо плотный бетон сухого формования с повышенными эксплуатационными характеристиками / Э. И. Батяновский [и др.]. – Минск: БелНИИНТИ, 1990. – 52 с.

5. Плугин, А. Н. Коллоидно-химические основы прочности и долговечности бетона и конструкций / А. Н. Плугин, А. А. Плугин // Строительные материалы. – 2007. – № 7. – С. 68–71.

6. Физические свойства цементного теста и камня: четвертый Междунар. конгресс по химии цемента: Т. К. Пауэрс. – М.: Стройиздат, 1964. – С. 402–438.

7. Ахвердов, И. Н. Основы физики бетона / И. Н. Ахвердов. – М.: Стройиздат, 1981. – 464 с.

8. О технологии тяжелых долговечных бетонов для сборных изделий: матер. секций VI конференции по бетону и железобетону, подг. ВНИИЖелезобетоном: С. С. Гордон. – М.: Стройиздат, 1966. – С. 29–38.

9. Волженский, А. В. Минеральные вяжущие вещества: учеб. для вузов. – 4-е изд. перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1986. – 464 с.

10. Волженский, А. В. Влияние низких водоцементных отношений на свойства камня при длительном твердении / А. В. Волженский, Т. А. Карпова // Строительные материалы. – 1980. – № 7. – С. 18–20.

11. Волженский, А. В. Влияние дисперсности портландцемента и В/Ц на долговечность камня и бетона / А. В. Волженский // Бетон и железобетон. – 1990. – № 10. – С. 16, 17.

12. Оптимизация прочности цементного теста: шестой Междунар. конгресс по химии цемента: Д. М. Рой, Г. Р. Гоуда. – М.: Стройиздат, 1976. – Т. 2. – С. 310–315.

13. Чуйкин, А. Е. Структура, прочность и долговечность материалов на основе прессованных цементных композиций: автореферат / А. Е. Чуйкин. – Самара, 2000. – 23 с.

14. Демьянова, В. С. Методологические и технологические основы производства высокопрочных бетонов с высокой ранней прочностью для беспрогревных и малопрогревных технологий: автореферат / В. С. Демьянова. – Пенза, 2002. – 43 с.

Методические рекомендации по определению фактического водоцементного отношения в свежеприготовленной бетонной смеси

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ БЕТОНА Л ЖЕЛЕЗОБЕТОНА ГОССТРОЯ СССР НИИ1Б

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ФАКТИЧЕСКОГО

ВОДОЦЭ1ЕНТНОГО ОТНОШЕНИЯ В СВЕЖЕПРИГОТОВЛЕННОЙ БЕТОННОЙ СМЕСИ

Утверждены директором НИИХБ 8 января 1979 г.

Москва — 1980

ПРЕДИСЛОВИЕ

Предлагается новый метод определения фактического водоце -ментного отношения бетонной смеси, позволяющий осуществляем текущий контроль качества свежеприготовленной бетонной смеси и прогнозировать отпускную и иарочную прочность бетона. Продолжи»» тельность метода не превышает 15 мин.

Методические рекомендации разработаны НИИ бетона и железо -бетоне Госстроя СССР (д-ра техн. наук, профессора Б.А. Крылов, С.А. Миронов, канд. хиы. наук И.И. Курбатова, канд. техн. наук

О.С. Иванова, инженеры Г.С. Шевченко, Н.Л. Доыашевский) при участии Опытного завода НПО «Прокатдетзль» (гл. инж. Г.А. Рудь, нач. лаборатории И.С. Макарова).

Предлагаемый метод прошел проверку в производственных условиях на Туииыском заводе ЪБК ДСК-I (нач. лаборатории И.3.Ришар, ст. инж. В.С. Веселовская).

Замечания и предложения по содержанию Методических рекомендаций просим направлять в ЛИИХБ по адресу: 109589, Москву 2-я Институтская ул., д. 6 .

Дирекция НИИ!Б

3

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Предисловие……………………………………….. 3

1.    Общие положения……. 4

2.    Принцип метода определения фактического водоцемэнтного

отношения в бетонной смеси……………………….. 4

3.    Применяемые реактивы, растворы и аппаратура………… 4

4.    Порядок определения фактического водоцементного отношения в бетонной смеси…………………………….. б

5.    Расчет фактического водоцементного    отношения……….. 7

6.    Текущий контроль качества бетонной смеси и прогнозиро

вание отпускной и марочной прочности    бетона……….. 8

Приложение. Пример расчета…………………………..10

НИИХБ Госстроя СССР

Методические рекомендации по определению фактического водоцементного отношения в свежеприготовленной бетонной смеои

Отдел научно-технической информации

Редактор B.U.Рогинская

109389, Москва, 2-я Институтская ул., д. 6

Л-72478 Подписано к печати Z4. Of.80    Заказ.    &$S*

Бумага 60×90 I/I6 05 печ.л Тираж 500 экз. Цена 5 коп

УДК 666.97.03:666.972.17

Рекомендованы к изданию решением секции по технологии бетона НТС НИИ1Б Госстроя СССР (протокол от 12 декабря 1978)

Методические рекомендации по определению фактического водо-цементного отношения в свежеприготовленной бетонной смеси. М., НИИ1Б Госстроя СССР, 1980,11с.

Методические рекомендации содержат описание метода опреде -ления фактического водоцементного отношения свежеприготовленной бетонной смеси, с помощью которого можно осуществлять текущий контроль качества бетонной смеси и прогнозировать отпускную и марочную прочность бетона.

Предназначены для использования на заводах железобетонных изделий, ДСК и бетоносмесительных узлах.

Рис. 2.

Научно-исследовательский институт бетона и железобетона Госстроя СССР, I960

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Одним из необходимых условий для получения бетоне за -денной мерочной прочности является строгое сохранение требуемого водоцементного отношения. Однако, иэ-зе различной способности заполнителей поглощать (или отдавать) влвгу, поскольку при -меняется для приготовления бетонной смеси заполнитель разной влажности, а также из-за разного расхода воды на смачивание поверхности твердых составляющих бетона и вследствие недостаточно точного ее дозирования, фактическое водоцементное отношение может быть отличным от определенного расчетным путем.

1.2,    Настоящие Методические рекомендации распространяете я на способ определения фактического водоцементного отношения в свежеприготовленной бетонной смеси в целях текущего контроля и прогнозирования отпускной и марочной прочности на заводах железобетонных изделий, ДСК и бетоносмесительных узлах.

2. ПРИНЦИП МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАКТИЧЕСКОГО ВОДОЦЕМЕНТНОГО ОТНОШЕНИИ В БЕТОКНОщ СМЕСИ

2.1.    Изложенный в настоящих Рекомендациях метод основан на изменении концентрации раствора соли, вводимой в свежеприготовленную бетонную смесь, за счет разбавления этого раствора водой, затворения. -ного раствора хромата калия. Титр раствора нитрата серебра, выраженный в

4

ыг.»ст/»и MaCI, рассчитывает по формуле

• <»

где V — количество точно 0,1м растворе NaCI, ввитое не титрование, ил;

Ц — количество раствора Aj№)₃, израсходованное на титрование, мл.

Азотная кислота по IUCT 5850-51. Фенолфталеин — 1%-ный спмрто -вой раствор. Хромат калин по ГОСТ 4459-75- 10%-ный раствор.Хлорид натрия по ГОСТ 4233-66 — 0,1 и раствор. Прибор для отбора жидкости из бетонной смеси показан на рис. I.

Рис. I Прибор для отбора жидкости из свежеприготовленной бетонной смеси

4. ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАКТИЧЕСКОГО ЭОДОЦЕМЕНТНОГО ОТНОШЕНИЯ В БЕТОННОЙ СМЕСИ

4.1.    На технических весах отвешивают 2 кг свежеприготовленной бетонной смеси в фарфоровый стакан емкостью 1,5 л и прили -вают из пипетки IOO мл раствора хлорида натрия, титр которого предварительно точно установлен. Л|О_д, установленный по MaCI, мг.экв/мл;

V — объем раствора, отобранного из бетонной смеси, взятой на титрование, мл;

V₃— объем раствора AgN0₃, израсходованный на титрование,мл.

4.„3. После извлечения жидкости из бетонной смеси прибор для отбора пробы разбирают, моют, сушат* вкладывают в него новый предо чего им можно пользоваться для отбора новых проб.

4.4, Бетонная смесь, отобранная для опыта, использованию в бетоне не подлежит.

6

к)

!1ожно использовать для создания вакуума бытовой пылесос.

5. РАСЧЕТ ФАКТИЧЕСКОГО ВОДОЦЕМЕНТНОГО ОТНОШЕНИЯ

5.1. Зная концентрацию хлоридов в извлеченном из бетонной смеси растворе.можно вычислить фактическое содержание воды в бетонной смеси и рассчитать фактическое водоцементное отноше -ние. Для расчета исходят из соотношения

^CI^VI * ^C2^V2’    (3)

где Cj — концентрация раствора хлорида натрия, мг.экв/мл;

Vj — объем раствора NaCf, введенный в бетон, мл;

С2 — концентрация хлорида натрия в отобранном из бетона растворе, мг. экв/мл;

V₂ — общий объем жидкости в отвешенном количестве бетона после введения раствора NaCI, мл.

Так как    V2=    Vj+Vo    (4)

(где Vo — фактическое содержание жидкости в 2 кг бетонной смеси мл, а остальные обозначения те же, что в формуле (3) ), то уравнение (3) можно преобразовать, подставив в него выражение

W

откуда

ViC^ci-c₂⁾

5;

(6)

^clV, * С₂ (Vj +V₀),    (5)

Фактическое содержание воды Ц) > отобранной гробе вычив- -ляется по формуле (6).

5.2.    Содержание цемента в отобранной пробе (массой 2 кг) рассчитывается, исходя из известного составе бетона на I м³. Точность этого параметре определяется точностью дозирования цемента.

5.3.    Зная содержание цемента в отобранной пробе бетонной смеси (А) и вычислив содержаний в ней воды ( Vo )• фактическое водоцементное Отношение свежеприготовленной бетонной смеси определяется из выражения

7

Щакт

(7)

где А — содержание цемента в отобранной пробе бетонной смеси, кг.

6. ТЕКУЩИЙ КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА БЕТОННОЙ СМЕСИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОТПУСКНОЙ И МАРОЧНОЙ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА

6.1.    Для осуществления текущего контроля качества бетонной смеси и прогнозирования отпускной и марочной прочности бетона необходимо установить соответствие расчетного и фактического водоцементного отношения в пределах от 0,35 —0,4 до 0,5-0,65 в зависимости от принятой жесткости или подвижности бетонной смеси.

Одному и тому же расчетному В/Ц будет соответствовать свое В/Ц фактическое в зависимости от расхода и вида цемента, модуля крупности и доли песка, а также от виде и прочности заполнителя.

6.2.    Для каждого значения расчетного В/Ц делается замес на три формы (по три образца каждая), одну из которых ставят на 28 оут в камеру нормальных условий, а две — пропаривает (или выдерь живают по принятому режиму). После этого образцы испытывают в сроки, соответствующие отпускной и марочной прочности бетона (обычно в возрасте I и 28 сут).

6.3.    Определив значения фактического водоцементного отноае-ния (В/Ц факт) и соответствующие величины отпускной и марочной прочности бетона, строют тарировочный графикR_C1 = f (В/Ц^_8Кт^ При построении его по оси абсцисс откладывают найденные значе -ния В/Ц^_акт, а по оси ординат — соответствующие им значения отпускной (или марочной) прочности бетона (рис. _8Ktt при которых отпускная и мерочная прочности бетона будут выие требуемых проектом, указывают нэ возможность уменьшения расхода цемента, что является резервом его экономии.

9

Приложение

ПРИМЕР РАСЧЕТА

Отпускная прочность бетона должна быть 20 МПа. На испытание взята бетонная смесь следующего состава на I м³ бетона: цемента — 535 кг, песка — 644 кг, щебня — 970 кг, воды — 244 л, И =2,37 т/м³.    ⁶

Необходимо выяснить, будет ли приготовленный бетон иметь заданную прочность?

От испытуемой свежеприготовленной бетонной смеси берут порцию 2 кг, приливают к ней 100 мл 0,1 н. раствора хлорида натрия, хорошо перемешивают и отсасывают от нее с помощью прибора жид -кость. Из этой жидкости отбирают по I мл исследуемой пробы на три параллельных титрования и титруют. Все перечисленные операции проводят, Как указано в п.4,1.настоящих Методических рекомендаций.

На титрование трех параллельных проб соответственно пошло 0,43; 0,45 и 0,44 мл 0,098 н раствора AgN0₃, титр которого по NaCI равен 0,098 мг. _акт), построенному для бетонных смесей с тем же расходом цемента как и испытуемая, на цементе и заполнителях, применяемых на данном предприятии, но с различным В/Ц, меняющимся в небольшом интервале, в котором находится и необходимое для данного производства значение, находим отпускную прочность бетона (рис. 2). Для В/Ц$_акт = 0*29 отпуск -пая прочность бетона составляет 23 МПа.

Определенная отпуснквя прочность соответствует заданной,следовательно, состав бетонной смеси не нуждается в корректировке.

II

Водно-цементное отношение | Прочность бетона

Краткое описание водоцементного отношения и закона Абрамса

Дафф Абрамс — разработчик формулы, которая называется законом Абрамса. В нем говорится, что для определенного набора материалов для бетонирования прочность бетона зависит исключительно от относительного количества воды по отношению к цементу. Альтернативно, прочность относится к функции отношения воды к цементу (w/c), где w обозначает массу воды, а c обозначает массу цемента.

Закон Абрамса представляет собой частный случай общего правила, полученного экспериментально Фере. Формула представлена ​​следующим образом: —

S обозначает прочность бетона

К обозначает константу

c, w и a обозначают объем цемента, воды и воздуха соответственно

Хотя во многих случаях применяется w/cm, а cm означает массу вяжущих материалов, которая содержит портландцемент вместе с любыми дополнительными вяжущими материалами, такими как летучая зола, шлаковый цемент или микрокремнезем.

Нежелательно, при высоком содержании воды цементная паста (клейкое вещество бетона) будет растворяться, а объем полученного бетона увеличится. Если содержание воды уменьшается, можно получить следующие преимущества:

• Повышенная прочность на сжатие и изгиб
• Меньшая проницаемость и большая водонепроницаемость
• Повышенная стабильность и устойчивость к атмосферным воздействиям

• Превосходное сцепление между бетоном и арматурой
• Пониженная усадка при высыхании и растрескивание
• Меньшее изменение объема при смачивании и сушке

Чем меньше воды, тем выше качество бетона, при условии, что смесь все еще может правильно затвердевать.

Если смешать меньшее количество воды, смесь станет более густой. Более жесткие смеси легко упорядочиваются с помощью вибрации. Таким образом, уплотнение вибрацией повышает качество бетона.

С уменьшением содержания воды в бетоне также снижается удельный вес в см, что приводит к увеличению прочности и жесткости, а также к снижению ползучести. Усадка при высыхании и связанный с этим риск растрескивания также уменьшатся. Бетон приобретет меньшую водопроницаемость или более высокую водонепроницаемость, что повысит его устойчивость к атмосферным воздействиям и действию агрессивных химических веществ. С уменьшением доли воды в цементных материалах также увеличивается сцепление между бетоном и закладной стальной арматурой.

Источник статьи
esolution-pt.com

ЗАКОН ОБ ОГРАНИЧЕНИЯХ ВОДОЦЕМЕНТНОГО СООТНОШЕНИЯ

ОБРАЗОВАНИЕ

20 марта 2023 г.

КРУГ ИНЖЕНЕРОВ

0 Комментарии
ОГРАНИЧЕНИЯ ЗАКОНА ВОДОЦЕМЕНТНОГО ОТНОШЕНИЯ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА

ОГРАНИЧЕНИЯ ЗАКОНА ВОДОЦЕМЕНТНОГО ОТНОШЕНИЯ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА

Закон водоцементного отношения является фундаментальным принципом в бетоне смешанный дизайн, в котором говорится, что прочность бетона прямо пропорциональна водоцементному отношению. Хотя этот принцип в целом верен, у этого закона есть несколько ограничений, которые могут повлиять на прочность бетона.

1. Качество материалов: Закон водоцементного отношения предполагает, что все материалы, используемые в бетонной смеси, должны быть хорошего качества и иметь одинаковые свойства. Однако плохое качество цемента или заполнителей может привести к снижению прочности бетона, даже если водоцементное отношение является оптимальным.
2. Температура и влажность: Температура и влажность могут влиять на скорость гидратации цемента, что, в свою очередь, влияет на прочность бетона. Более высокие температуры могут вызвать более быструю гидратацию, что приведет к повышению прочности, в то время как более низкие температуры могут замедлить гидратацию и привести к снижению прочности. Точно так же высокая влажность может замедлить испарение воды, что может привести к снижению прочности.
3. Условия отверждения: Надлежащее отверждение имеет решающее значение для обеспечения достаточной прочности бетона. Если бетон не вылечен должным образом, это может привести к снижению прочности, независимо от водоцементного отношения.
4. Состав смеси: Закон водоцементного отношения предполагает, что состав смеси оптимален, что означает, что пропорции цемента, воды, заполнителей и добавок сбалансированы. Если состав смеси не оптимален, это может привести к снижению прочности, даже если водоцементное соотношение правильное.

Таким образом, хотя закон водоцементного отношения является полезным принципом для расчета бетонных смесей, важно учитывать ограничения и другие факторы, которые могут повлиять на прочность бетона. Надлежащий контроль качества, отверждение и состав смеси важны для достижения желаемой прочности бетона.

Вот ограничения закона водоцементного отношения и его влияние на прочность бетона, представленные поточечно:

Ограничения:

1. Качество материалов: Закон водоцементного отношения предполагает, что все материалы, используемые в бетонной смеси, должны быть хорошего качества и иметь одинаковые свойства. Плохое качество цемента или заполнителей может привести к снижению прочности бетона, даже если водоцементное соотношение оптимально.
2. Температура и влажность: Температура и влажность могут влиять на скорость гидратации цемента, что, в свою очередь, влияет на прочность бетона. Более высокие температуры могут вызвать более быструю гидратацию, что приведет к повышению прочности, в то время как более низкие температуры могут замедлить гидратацию и привести к снижению прочности. Точно так же высокая влажность может замедлить испарение воды, что может привести к снижению прочности.
3. Условия отверждения: Надлежащее отверждение имеет решающее значение для обеспечения достаточной прочности бетона. Если бетон не вылечен должным образом, это может привести к снижению прочности, независимо от водоцементного отношения.
4. Состав смеси: Закон водоцементного отношения предполагает, что состав смеси оптимален, что означает, что пропорции цемента, воды, заполнителей и добавок сбалансированы. Если состав смеси не оптимален, это может привести к снижению прочности, даже если водоцементное соотношение правильное.

Влияние на прочность:

1. Более высокое водоцементное отношение: Если водоцементное отношение слишком высокое, это может привести к снижению прочности, так как избыток воды может ослабить цементное тесто и уменьшить его способность удерживать агрегаты вместе.
2. Более низкое водоцементное отношение: Если водоцементное отношение слишком низкое, это может привести к снижению удобоукладываемости и затруднить правильную укладку и уплотнение бетона.