Подбор состава бетона: расчет пористости

Пористость это характеристика бетона, количественно отражающая меру размеров и количества пор в материале. Является важным параметром, поскольку от нее сильно зависят прочность бетона, теплопроводность, плотность, водопоглощение и др. Значение пористости колеблется в общем случае от 0 (кварц) до практически 100% (аэрогели). Для бетона этот диапазон также достаточно широк от 5-7% для тяжелого бетона до 90% для ячеистых бетонов. Высокопористые бетоны необходимо применять там, где требуются легкие теплоизоляционные материалы. Для несущих конструкций, водонепроницаемых требуются низкопористые бетоны.

Одним из основных факторов, влияющих на конечную пористость бетона, является вода, не вступившая в реакцию с цементом. При расчете состава бетона объем воды определяется исходя из требуемой удобоукладываемости, для повышения которой стремятся использовать большее количество воды. Как правило, для реакции с цементом используется порядка 15-20% от всей воды затворения, а остальная часть испаряется, формируя тем самым пустоты: поры. При наличии разветвленной и связанной между собой системы пор, мы имеем открытую пористость – способность пропускать влагу через материал, впитывать влагу из окружающей среды. По открытой пористости можно сделать расчет морозостойкости, водонепроницаемости и других характеристик.

Проведем несколько примеров расчетов пористости бетона. Допустим, что у нас расход цемента составляет 300 кг на 1 м3 при водоцементном соотношении В/Ц = 0,6. Количество воды, связывающейся с цементом, составляет 15% от массы цемента. Тогда пористость затвердевшего бетона без учета пор, образованных за счет воздухововлечения, определяется следующим образом:

       а) определяем количество воды в 1 м3 бетонной смеси:

В = 300·0,6 = 180 кг

                б) определяем количество воды, связывающейся с цементом:

В = 0,15·300 = 45 кг

                в) определяем количество воды, находящейся в свободном состоянии:

Всв = 180 – 45 = 135 кг

                г) определяем пористость затвердевшего бетона:

σ = VВ/VБ = 13,5%

                Второй пример расчета пористости и плотности затвердевшего бетона проведем для заданного состава бетона. Допустим, что мы провели расчет состава бетона, который определил нам следующее содержание компонент:

Ц (цемент) – 330 кг/м3

В (вода) – 180 л/м3

П (песок) – 730 кг/м3

Щ (щебень) – 1260 кг/м3

По паспортным данным цемента определяем количество воды, которую он связывает – 20%. Далее рассчитаем объемную массу бетонной смеси (плотность):

RБС = Ц + В + П + Щ = 2500 кг/м3

Рассчитаем объемную массу сухого бетона (когда вода связалась с цементом, а оставшаяся испарилась):

RБ = 1,2Ц + П + Щ = 2386 кг/м3

Количество свободной воды равно 114 л, таким образом, пористость:

σ = VВ/VБ = 11,4%

                Третий пример расчета пористости бетона проведем для сравнительных целей. Допустим, что у нас имеется две бетонные смеси с водоцементным отношением 0,5 и 0,75 с одинаковым количеством воды при затворении – по 180 кг/м3. По паспортным данным вода, необходимая для связывания, составляет 15% по массе цемента. Расчет проведем в несколько шагов:

а) определяем расход цемента на 1м3:

Ц1 = 180/0,5 = 360 кг/м3; Ц2 = 180/0,75 = 240 кг/м3

                б) определяем связанную воду:

В1 = 360·0,15 = 54 кг; В1 = 240·0,15 = 36 кг;

                в) определяем количество свободной воды:

В1 = 126 кг; В2 = 144 кг

                г) пористость затвердевших бетонов:

σ1 = VВ/VБ = 12,6%

σ2 = VВ/VБ = 14,4%

Мы в данных примерах не учитывали объем вовлеченного воздуха. Отметим, что расчеты основаны на предположении, что свободная вода полностью испаряется за срок твердения, что, конечно же, не совсем соответствует действительности. Однако более строгие расчеты, учитывающие скорость испарения свободной воды, захват влаги в замкнутых порах, учет влажности окружающей среды, водопотребность материалов и другие характеристики приводят к корректировке на величину порядка 1-2%.

Комментарии закрыты.