Основними показниками якості важкого бетону являють-ся міцність на стиск і розтяг, морозостійкість і водо-непроникність. Міцність бетону в проектному віці характеризують класами міцності на стиск і осьовий розтяг. Відрізни-кові особливість бетонних робіт - значна неоднорідний-ність одержуваного бетону. Чим вище культура будівництва, краще якість приготування і укладання бетону в конструкції, тим менше коливання міцності. Отже, важливо не тільки отримати бетон заданої середньої міцності, але і забезпе-чити її в усьому обсязі виготовлених конструкцій.
Показником, який враховує можливі коливання ка-пра ці, є клас бетону.
Клас бетону - чисельна харак-теристика будь-якого його властивості, прийнята з гарантованого-ванною забезпеченістю (зазвичай 0,95). Це означає, що уста-новлення класом властивість, наприклад міцність бетону, до-Стігала не менше ніж в 95 випадках з 100.
Поняття «клас бетону» дозволяє призначати міцність з урахуванням її фактичної або можливої варіації.
ГОСТ 26633-91 встановлює наступні класи важкого бетону по міцності на стиск: В3,5; В 5; В7,5; В 10; В 12,5; В15; В20; В25; ВЗ0; В35; В40; В45; В50; В55; В60; В65; В70; В75 і В80. Клас бетону по міцності на стиск позначають ла-тинского буквою В, праворуч від якої приписують його межа міцності в МПа. Так, у бетону класу В15 межа міцно-сті при стисненні - не нижче 15 МПа з гарантованою забезпе-ченности 0,95.
В необхідних випадках встановлюють також класи бетону по міцності на осьовий розтяг, що позначається індексом В t. і на розтяг при згині - В tb.
На розтягнення бетон працює набагато гірше, ніж на стиск: межа міцності при розтягуванні в 10 ... 20 разів менше межі міцності при стисненні. Для підвищення несучої здатності, особливо при згинанні і розтягуванні, бетон поєднують зі сталь-ної арматурою, виготовляючи залізобетонні конструкції.
Марка бетону - це чис ленна характеристика якої-небудь його властивості, розраховувати-травня як середнє значення результатів випробування зразків. При визначенні марок по міцності, морозостійкості, водонепро-ніцаемості приймають нижнє граничне значення властивостей, а марку за середньою густиною визначають по верхньому граничних-ному значенню. На відміну від класу марка бетону без урахування-ет коливань міцності у всьому обсязі бетонируемой конст-рукції.
Марка по міцності на стиск - найбільш поширена характеристика бетону. Марку визначають випробуванням на осі-ше стиснення бетонних зразків-кубів розмірами 15x15x15 см у встановленому проектному віці (зазвичай 28 діб.). Отриманий при випробуванні межа міцності при стисненні як середнє арифметичне значення за двома найбільшим (в серії з трьох зразків), виражений в кгс / см 2. є чисельної характеристикою марки.
Встановлено такі марки важкого бетону по міцно-сті на стиск: М50; М75; М100; М150; М200; М250, МЗОО; М350; М400; М450; М500; М550; М600; М700; М800; М900 і М1000. В позначенні використовують індекс «М». Наприклад, марка бетону М200 означає, що його межа міцності при c жатіі не менше 200 кгс / см 2.
Співвідношення між класами і марками бетону неодно-значний і залежить від однорідності бетону, що оцінюється за допомогою на-гою коефіцієнта варіації. Чим менше коефіцієнт вариа-ції, тим однорідніше бетон. Клас бетону однієї і тієї ж марки істотно збільшується, якщо знижують коефіцієнт вариа-ції. Наприклад, при торгова марка міцності на стиск МЗ00 і коефіцієнті варіації 18% отримують бетон класу В 15, а при коефіцієнті варіації 5% - класу В20, т. Е. На цілу щабель вище. Це підкреслює необхідність ретельного виконан-ня всіх технологічних рекомендацій, підвищення техниче-ського рівня і культури виробництва бетонних робіт.
Міцність - основна характеристика бетону як конструк-ційного матеріалу. Числове значення міцності визначається дією багатьох факторів. До найважливіших з них відносяться якість застосовуваних матеріалів і пористість бетону.
Бетон на портландцементі набирає міцність поступово. При нормальній температурі і постійному збереженні волого-сті зростання міцності бетону триває тривалий час, але швидкість набору міцності з часом згасає.
Таблиця 1. Співвідношення між марками і класами важкого бетону по міцності
Міцність Б. характеризується їх маркою (тимчасовим опором на стиск, осьовий розтяг або розтяг при згині). Марка по міцності на стиск важких цементних, особливо важких, легких і крупнопористих Б. визначається випробуванням на стиск бетонних кубів зі стороною, що дорівнює 200 мм, виготовлених з робочого складу і випробуваних після певного терміну витримки.
Для зразків монолітного Б. промислових і цивільних будівель і споруд термін витримки при нормальному твердінні (при температурі 20 град С і відносній вологості не нижче 90%) дорівнює 28 діб. Міцність Б. у віці 28 діб R28 нормального твердіння можна визначати за формулою:
R28 = aRц (Ц / В - б),
де Рц - активність (міцність) цементу; Ц / В - цементно-водне відношення; а - 0,4-0,5 і б - 0,45-0,50 - коефіцієнти, що залежать від виду цементу і заповнювачів.
Для встановлення марки Б. гідротехнічних масивних споруд термін витримки зразків дорівнює 180 сут. Термін витримки і умови тверднення зразків Б. збірних виробів вказуються у відповідних ГОСТах. За марку силікатних і ніздрюватих Б. приймають тимчасове опір в кгс / см 2 на стиск зразків тих же розмірів, але пройшли автоклавную обробку одночасно з виробами (1 кгс / см 2 «0,1 Мн / м 2). Особливо важкі Б. мають марки від 100 до 300 (
10-30 Мн / м 2). важкі Б. - від 100 до 600 (
Марки високоміцних Б. - 800-1000 (
80-100 Мн / м 2). Застосування високоміцних Б. найдоцільніше в центрально-стислих або стислих з малим ексцентриситетом колонах багатоповерхових промислових і цивільних будівель, фермах і арках великих прольотів. Легкі Б. на пористих заповнювачах мають марки від 25 до 200 (
2,5-20 Мн / м 2), високоміцні Б. - до 400 (
40 Мн / м 2), великопористі Б. - від 15 до 100 (
1,5-10 Мн / м 2), ніздрюваті Б. - від 25 до 200 (
2,5-20 Мн / м 2), особливо легкі Б. - від 5 до 50 (
0,5-5 Мн / м 2). Міцність Б. на осьовий розтяг нижче міцності Б. на стиск приблизно в 10 разів.
Вимоги по міцності на розтяг при згині можуть пред'являтися, наприклад, до Б. дорожніх і аеродромних покриттів. До Б. гідротехнічних і спеціальних споруд (телевізійні башти, градирні та ін.), Крім міцних показників, пред'являються вимоги по морозостійкості, оцінюваної випробуванням зразків на заморожування і відтавання (почергове) в насиченому водою стані від 50 до 500 циклів.
До споруд, що працюють під напором води, пред'являються вимоги по водонепроникності, а для споруд, що знаходяться під впливом морської води або ін. Агресивних рідин і газів, - вимоги стійкості проти корозії. При проектуванні складу важкого цементного Б. враховуються вимоги до його міцності на стиск, рухливості бетонної суміші і її жорсткості (технічної в'язкості), а при проектуванні складу легких і особливо важких Б. - також і до щільності. Збереження заданої рухливості особливо важливо при сучасних індустріальних способах виробництва; надмірна рухливість веде до перевитрати цементу, а недостатня утрудняє укладання бетонної суміші наявними засобами і нерідко призводить до браку продукції.
Рухливість бетонної суміші визначають розміром опади (в см) стандартного бетонного конуса (усічений конус висотою 30 см. Діаметром нижньої основи 20 см, верхнього - 10 см). Жорсткість встановлюється за спрощеним способом професора Б. Г. Скрамтаєва або за допомогою технічного віскозиметра і виражається часом в сек, необхідним для перетворення конуса з бетонної суміші в рівновелику призму або циліндр. Ці дослідження проводять на стандартній лабораторній віброплощадці з автоматичним вимикачем, що використовується також при виготовленні контрольних зразків.
Вибір бетонної суміші за ступенем її рухливості або жорсткості виробляють в залежності від типу бетонируемой конструкції, способів транспортування і укладання Б. Поряд з цінними конструктивними властивостями Б. володіє також і декоративними якостями. Підбором компонентів бетонної суміші і підготовкою опалубок чи форм можна видозмінювати забарвлення, текстуру і фактуру Б .; фактура залежить також і від способів механічної і хімічної обробки поверхні Б. Пластична виразність споруд і скульптури з Б. посилюється його пористої, що поглинає світло поверхнею, а багата градація декоративних властивостей Б. використовується в обробці інтер'єрів і в декоративному мистецтві.
Марка бетону по морозостойкостіF визначається числом циклів заморожування і відтавання допитливим ваемих у віці 28 діб. в насиченому водою стані об-зразків, при якому допускається зниження міцності бетону на стиск не більш ніж на 15%.
Марку по морозостійкості призначають і контролюють для бетону гідротехнічних споруд, мостових і дорожніх покриттів і ін. Встановлено такі марки важкого бетону по морозостійкості в циклах: F 50, F 75, F 100, F 150, F 200, F 300, F 400, F 500, F 600, F 800, F 1000.
Для приготування морозостійких бетонів рекомендується застосовувати портландцемент і його різновиди: пластифікуючі-ний, гідрофобний, бистротвердеющий і сульфатостойкий. Допустима кількість трехкальциевого алюмината С3 А в клінкері для портландцементу в залежності від марки бетону по морозостійкості повинна становити,%: для бетону марки F 300 і вище - не більше 5%, для F 200 - не більше 7%, для F 100 -не більше 10%.
В цемент не рекомендується вводити активні мінеральні добавки, які підвищують водопотребность в'яжучого в бе-ні. Для скорочення водопотребности бетонної суміші і умень-шення частки мікропор в бетоні слід використовувати добавки поверхнево-активних речовин, що надають воздухововлекающей, мікрогазообразующее, гідрофобний або пла-стіфіцірующее дію на бетонну суміш. Для гідротехн-чеських споруд з нормованою морозостійкістю F 200 і вище обсяг залученого повітря з максимальним розміром заповнювача 20 мм і В / Ц = 0,41 ... 0,5 повинен бути 2 ... 4%.
Морозостійкий бетон може бути отриманий при забезпеченні точного дозування складових матеріалів, ретельного пе-ремешіванія, ущільнення і належного догляду за твердеющим бетоном. При цьому необхідно стежити, щоб не виникали деструктивні процеси при тепловій обробці бетону, кото-які пов'язані з тепловим розширенням складових, а також води і повітря в свіжоукладеному бетоні.
При виготовленні бетонних і залізобетонних конструкцій підвищеної морозостійкості (F 200) для затвердіння бетону кращі природні умови при плюсовій температурі і збереження одночасно його вологісного со-стояння протягом 10 днів.
Марку по водонепроникності призначають для бетону конструкцій, які повинні володіти обмеженою прони-кливість при односторонньому тиску води. За марку по по-донепроніцаемості приймають найбільший тиск води (кгс / см), яке витримують бетонні зразки діаметром і висотою 150 мм при випробуванні за встановленою методикою. Ут-верждени наступні марки бетону по водонепроникності (кгс / см 2): W 2, W 4, W 6, W 8, W 10, W 12, W 14, W 16, W 18, W 20.
Необхідно розділяти фактори, що визначають водонепро-ніцаемость бетону на стадії приготування суміші, укладання і твердіння бетону, і способи підвищення водонепроникності затверділого матеріалу.
Активність цементу. Заміна цементу, що має активність 400 кгс / см2. цементом з активністю 500 кгс / см 2 позволя-ет отримати бетон з високим ступенем водонепроникності навіть при збільшенні на 15 ... 20% значення В / Ц і зниженні на 7 ... 10% витрати цементу.
Водо-цементне відношення. Зі збільшенням значення В / Ц якість цементного тесту знижується, в твердіє бетоні створюється розвинена система пір і капілярних каналів. Так, при підвищенні В / Ц від 0,4 до 0,8 коефіцієнт фільтрації цемент-ного каменю збільшується в 10 ... 20 разів.
На величину В / Ц при даної рухливості впливає витрата цементу. Згідно СНиП 5.01.23-83, для бетону водонепроні-кливість W 8 при формуванні з бетонної суміші ОК = 5 ... 9 см витрата цементу повинен складати 475 кг / м 3; В / Ц такого бетону не повинна перевищувати 0,45.
Коефіцієнт розсунення зерен крупного заповнювача. Зна-чення коефіцієнта а розсунення зерен для водонепроникно-го бетону значно вище відповідних значень а, оп-ределенном з умови отримання бетонів найбільшою міцно-сті. Це означає, що оптимальний за умовою найбільшою водонепроникності складу бетону повинен містити менше крупний заповнювач і більше розчинної частини, ніж звичайний бетон.
Умови твердіння. Для водонепроникного бетону на звичайних цементах найкращі умови створюються при водному твердінні, найгірші - при повітряно-сухому. При цьому спосіб-ність бетону пропускати воду може змінюватися в сотні разів.
Вік бетону. Зі збільшенням віку бетону змінюється характер його пористості: поступово зменшується обсяг макропор, які як би заростають продуктами гідратації це-мента. Наприклад, у віці 90 діб. водонепроникність бе-на зростає в два рази в порівнянні з маркою в 28 діб. Для гідротехнічних споруд в залежності від умов роботи марку бетону по водонепроникності визначають у віці 60, 90 або 180 діб.
Деформативність бетону. Бетон під навантаженням поводиться не як ідеально пружне тіло (наприклад, скло), а як пружно-в'язко-пластичне тіло. При невеликих напругах (не більше 0,2 від межі міцності) бетон деформується як пружний матеріал. При цьому його початковий модуль пружності залежить від пористості і міцності і становить для важких бетонів (2,2 ... 3,5) * 10 4 МПа (у високопористих комірчастих бетонів модуль пружності - близько 1 * 10 4 МПа).
При великій напрузі починає проявлятися пластичний-ська (залишкова) деформація, що розвивається в результаті ріс-та мікротріщин і пластичних деформацій гелевою склад-ляющие цементного каменю.
Усадка бетону. При твердінні на повітрі відбувається посадив-ка бетону - скорочення лінійних розмірів до 0,3 ... 0,5 мм на 1 м довжини. Великі усадочні деформації - одна з причин утворення тріщин в бетоні. Особливо значна усадка в початковий період твердіння: в першу добу вона досягає 70% від місячного значення.
Усадка бетону викликана усадкою цементного каменю, яка в свою чергу є наслідком меншого обсягу речовин, що утворилися в результаті гідратації цементу, ніж началь-ний сумарний обсяг цементу і води; стиснення цементного кам-ня капілярних тиском, що виникають при випаровуванні води з бетону; зменшення обсягу гелю при його зневодненні.
Усадка бетону збільшується при підвищенні вмісту цементу і води, застосуванні високоалюмінатний цементів, дрібнозернистих і пористих заповнювачів.
Вогнестійкість. Під вогнестійкістю бетону розуміють його здатність зберігати міцність при короткочасному воздей-наслідком високих температур, наприклад при пожежі. При коротко-часовому нагріванні завдяки малій теплопровідності бетон прогрівається на невелику глибину, причому міститься в ньому вода (в тому числі і кристаллизационная) випаровується, поні-жая температуру бетону. При тривалому впливі високих температур в бетоні відбуваються незворотні хімічні изме-нения, що супроводжуються втратою їм міцності.
Для влаштування конструкцій топок, печей і промислових труб застосовують спеціальний жаротривкий бетон на глинозем-Місті цементі і жаростійких заповнювачах.