Расчет максимальной прочности бетона

Чтобы достичь максимальной прочности бетона при постоянном расходе цемента, нам нужно, всего-навсего, убрать пустоты из бетонного раствора (бетонная смесь, смешанная с водой). А как это сделать? Если все составляющие уже выбраны и смешаны, то остается только один вариант – различные методы уплотнения бетонного раствора: виброуплотнение, вакуумирование, центрифугирование. Эти методы основаны на двух принципах – удаление излишков воздуха и оптимальная упаковка зерен заполнителя.

Однако процедуру повышения прочности бетона можно провести этапом выше – на стадии выбора соотношения между различными заполнителями. Речь идет о том, чтобы выбрать оптимальное соотношение между мелким и крупным заполнителем. Например, бетоны состава 1:5 (цемент : заполнитель) изготавливают при следующих соотношениях песка и крупного заполнителя: 0,3; 0,4; 0,5; 0,6. При этом водопотребность смеси меняется и принимает следующие значения, соответственно: 195, 180, 190, 205 л/м3 бетонной смеси. Будем считать, что активность цемента постоянная и равна Rц = 376 кгс/см2. Рассчитаем прочности бетонов при указанных соотношениях между песком и щебнем и фиксированном расходе цемента в 330 кг/м3.

Для расчетов воспользуемся следующей формулой:

Rб = А·Rц(Ц/В – 0,5), (1)

где Ц/В – это цементноводное отношение; А – коэффициент качества заполнителей (в нашем случае заполнители примем хорошего качества, поэтому А = 0,6); Rц – активность цемента («истинная» прочность). Итак, используя эту формулу, получим следующие значения для прочностей бетона (соответственно данным соотношениям между заполнителями):

Rб = 258; 300; 288; 248; кгс/см2;

            Интересно отметить следующий факт. Максимальная прочность бетона (300 кгс/см2) соответствует не максимальному или минимальному соотношению между заполнителями, а минимальному расходу воды. Этот факт объясняется весьма просто. Для полной гидратации цемента ему необходимо порядка 20% воды по массе. При изготовлении бетона используют воды намного больше, чем требуется для гидратации цемента. Излишек воды нужен для того, чтобы бетонная смесь обладала достаточной для ее укладки в формы подвижностью. Однако после укладки бетонной смеси в процессе твердения этот излишек воды испаряется и оставляет большое количество пор, которые и уменьшают прочность бетона. Существует также еще одна причина, по которой прочность увеличивается. Суть заключается в том, что при найденном соотношении объем песка практически равен (за вычетом объема цемента и воды) объему пустот между зернами крупного заполнителя (с учетом коэффициента раздвижки). При меньшем количестве песка у нас не все пространство эффективно заполняется частицами заполнителя, при большем количестве – ухудшается качество сцепления цементного камня с зернами заполнителей.

В следующем примере, используя вышеприведенные данные, рассчитаем требуемый расход цемента в равноподвижных смесях для бетона прочностью 300 кгс/см2. Для этого из формулы (1) получим формулу для определения расхода цемента Ц:

Ц = (Rб/0,6Rц + 0,5)В = (300/(0,6·376) + 0,5)В = 1,83В.

            Далее, подставив значения водопотребности, приведенные выше (поскольку мы рассматриваем равноподвижные смеси, а подвижность определяется только количество воды), получим следующие значения в кг/м3:

Ц1 = 1,83·195 = 358;

Ц2 = 1,83·180 = 330;

Ц3 = 1,83·190 = 348;

Ц4 = 1,83·205 = 376;

            Наименьший расход цемента достигается при минимальной водопотребности и соотношении между песком и щебнем 0,4. Мы получили, что соотношение 0,4 является оптимальным с двух точек зрения: максимальная прочность бетона и наименьший расход цемента. Однако данный пример носит скорее иллюстративный характер и не учитывает множество других факторов. Более полное исследование возможно на основе привлечения методов математического моделирования.

Комментарии закрыты.