Методики расчета и прогнозирования прочности бетона
Автор: Коваль Сергей Борисович, Молодцов Максим Вилленинович
Рубрика: Строительные материалы, изделия и конструкции
Статья в выпуске: 16 (233), 2011 года.
Бесплатный доступ
Описаны основные методики расчета и прогнозирования прочности монолитного бетона. Исследовано влияние состава бетона на конечное значение прочности, получаемое теоретическим расчетом по разным методикам и экспериментально.
Методика расчета, прочность бетона, прогнозирование прочности, кинетика твердения, клинкерные бетоны, портландцемент, шлакопортландцемент, и шакощелочные бетоны, темп твердения бетона
Короткий адрес: https://sciup.org/147154265
IDR: 147154265 | УДК: 693.547.3
Calculation and forecasting methods of concrete strength
The main methods of calculation and forecasting of strength of mass concrete was described. Influence of concrete composition on final value of strength obtained by theoretical calculation using different methods and by experiment is analyzed.
Текст научной статьи Методики расчета и прогнозирования прочности бетона
В последнее время значительно увеличилось количество различных видов бетонов и их модификаций. Основными причинами этой тенденции, на наш взгляд, являются поиск более дешевых по себестоимости бетонов, стремление получить более качественные материалы и возрастающее с каждым годом загрязнение окружающей среды. Все вышеперечисленные причины привели к появлению таких бетонов, как шлакощелочные, глиноземистые, пуццолановые и бетоны на шлако-
портланцементе, а также многих других видов. В этих бетонах в качестве компонентов используются отходы различных производств, загрязняющих окружающую среду. Почти у всех «новых» бетонов кинетика твердения значительно отличается от кинетики твердения «старых» клинкерных бетонов, поэтому в настоящее время возникла необходимость поиска новых универсальных методик контроля и прогнозирования прочности, способных охватить все виды бетонов (см. рисунок).
Рис. 1. Кривые кинетики твердения бетонов на различных видах вяжущего:
1 - шлакощелочной бетон (состав вяжущего: шлак нейтральный, щелочной компонент метосиликат натрия), 2 - бетон на глинозёмном цементе марки 200, 3 - бетон на шлако-портландцементе марки 400, 4 - бетон на портландцементе марки 250, 5 - шлакощелочной бетон (состав вяжущего: шлак кислый, щелочной компонент сода кальцинированная)
Строительные материалы, изделия и конструкции
Прогнозированием и контролем прочности бетонов в разное время занимались многие ученые и научные организации как за рубежом, так и у нас в стране. В частности кафедра «Технология строительного производства» Южно-Уральского государственного университета в разное время предложила несколько методик контроля прочности различных видов бетонов, которые были запатентованы в Государственном комитете по делам изобретений и открытий и успешно применялись при разработке различных методов зимнего бетонирования [1,2].
По первой методике расчёт прочности осуществляется по формуле
-^8(0,6+0,02^)"
R^R^-Ae 24 , (1) где Rx - прочность бетона в рассматриваемой точке, % от R28; R28 - прочность бетона, которую он набирает за 28 суток твердения при 20 °C; А - коэффициент начальной прочности бетона; В - коэффициент темпа твердения; п - показатель степени; т^ - время остывания бетона; tg cp - средняя температура бетона за период остывания т*ст.
В свою очередь, коэффициенты А, В и п определяются по формулам:
100-7?3
где R3 - трёхсуточная прочность бетона нормального твердения.
Вторая методика предназначена для бетонов с низкой на начальной стадии интенсивностью твердения. На кривых роста прочности близких к «5» (см. рисунок) ярко выражена точка перегиба, которая совпадает с моментом набора бетоном прочности 25 % от R28 (т25). При этом на участке 0 < т < т25 темп твердения бетона возрастает, а на участке т23 < т < 28 - убывает. На остальных кривых точка перегиба отсутствует и её условно принимают в момент времени т25. На участке т25 < т происходит снижение скорости набора прочности. При т > 28 суток прочность бетона, хотя и медленно, продолжает расти. Перечисленными выше свойствами обладает функция 1пт [3]. В связи с этим графики изменения прочности бетона, находящиеся в области, ограниченной кривыми «1» и «5» (см. рисунок), на участке т25 < т < 28 описываются функцией вида:
7?(т) = 25 + Л-1п(1 + сс(т - t2s)). (5)
Участок 0 < т < т25 этих кривых также удобно описывать с помощью функции 1пт
Rto = 25 - 2Мп(1 + р-(т25 - т)). (6)
Параметры А, а, В, р, входящие в формулы (5) и (6), имеют вид:
Л = 1,94-т25 +11,53;
a = g-l,1821nT25+2,36.
„ А-а (7)
р
Р _ g-O,9621nT25 +3,037
Сравнение расчетных данных представленных методик с экспериментальными значениями прочности на сжатие представлены в таблице.
Анализируя приведенные в таблице данные, можно сделать следующие выводы:
-
• по первой методике наиболее точно описывается набор прочности бетонов на портландцементе, шлакопортландцементе, глиноземистом цементе и некоторых видах шлакощелочных бетонов, для этих видов бетонов расхождение между прогнозируемыми значениями прочности и истинными составляет не более 10 % от R28;
-
• для шлакощелочных бетонов, в состав вяжущего которых входят нейтральные и кислые шлаки, использование для прогнозирования прочности первой методики нежелательно, так как значения прочности, полученные с ее помощью для данных бетонов, отличаются от экспериментальных величин в некоторых случаях на 20.. .25 % от R28;
1
2
3
4
5
2. Бетон марки 300 на портландцементе марки 400. т25=1,1
3
48,9
9,8
65,2 ТГ
50
10
7
71,5
14,3
80,2
16
75
15
14
89,8
18
90,7
18,2
90
18
28
98,7
19,7
100,7
21
100
20
180
—
—
3. Бетон марки 400 на портландцементе марки 500. т25=25,09
3
56,9
14,2
68,4
17,1
60
15
7
79,1
19,8
82,2
20,6
82
20,5
14
94,2
23,6
92,3
23,1
92
23
28
99,7
29,9
102,6
25,5
100
30
180
—
—
—
4. Бетон марки 500 на портландцементе марки 600. т25=0,8
3
58,5
17,8
70,1
21
62
18,6
7
81
24,3
83,3
25
85
25,5
14
95
28,5
93,1
27,9
95
28,5
28
99,7
29,9
102,6
30,8
100
30
180
—
—
5. Бетон марки 200
на шлакопортландцементе марки 300. т25^2?5
3
31,3
3,1
41,8
4,2
30
3
7
54,6
5,5
71,6
7,2
55
5,5
14
78,1
7,8
86,3
8,6
75
7,5
28
94,6
9,5
99,2
9,9
100
10
180
—
6. Бетон марки 300
на шлакопортландцементе марки 400. Т25=1,6
3
40,7
8,2
58
11,6
40
8
7
63,4
12,6
73,4
15,6
65
13
14
84,4
16,8
88,4
17,6
80
16
28
97,2
19,4
99,4
19,8
100
20
180
—
—
—
1
2
3
4
5
7. Бетон на глиноземистом цементе марки 300. т25=0,5
3
67,9
19,7
76,4
22,2
72
21
7
88,7
25,7
88,2
25,6
89
25,8
14
98,2
28,5
97,3
28,2
97
28,1
28
100
29
106
30,1
100
29
180
—
-
100
29
8. Шлакощелочной бетон, состав вяжущего: - шлак основной; -
- щелочный компонент дисиликат натрия.
Т25~0,7
3
50,4
49,4
71,9
70,5
52
51
7
73
71,6
84,3
83
85
83
14
90,6
88,8
94,3
92,4
90
88
28
98,9
96,9
103,5
101,5
100
98
180
-
-
111
112
9. Шлакощелочной бетон, состав вяжущего: - шлак основной;
- щелочный компонент метасиликат натрия. т25^0,7
3
55,2
50,3
71,9
65,4
58
53
7
77,8
70,8
84,7
77,1
82
75
14
93,4 ~85~
94,3
85,8
87
79
28
99,4
90,5
103,5
94,2
100
91
180
-
119
108
10. Шлакощелочной бетон, состав вяжущего: - шлак нейтральный;
- щелочный компонент содощелочной плав.
^25=2
3
42
25
51,8
30,6
42
25
7
65,4
38,6
74,3
43,8
70
41
14
85,7
50,5
87,4
51,6
81
48
28
97,5
57,5
99,2
58,5
100
59
180
-
139
82
1
2
3
4
5
11. Шлакощелочной бетон, состав вяжущего: - шлак нейтральный;
- щелочный компонент сода кальцинированная. т25~ 8
3
-
1,3
0,6
7
3,5
7
11,3
5,5
13,3
6,5
20
10
14
48
23,9
75,5
37
47
23
28
82,9
40,6
104,9
51,4
100
49
180
-
163
80
12. Шлакощелочной бетон, состав вяжущего: - шлак кислый;
- щелочный компонент дисиликат натрия.
Т25-3,5
3
21,3
17,3
9,4
7,6
22
18
7
45,8
37,2
66,1
53,5
55
45
14
31,9
58,2
84,8
68,7
64
52
28
92,4
74,9
100
81
100
81
180
-
142
115
13. Шлакощелочной бетон, состав вяжущего: - шлак кислый;
- щелочный компонент метасиликат натрия. т25= 3,8
3
12,8
10,6
4,4
3,7
17
14
7
38,6
32,1
64,4
53,5
59
49
14
67,2
55,8
84,6
70,2
66
55
28
90,4
75,1
100,5
83,4
100
83
180
-
-
134
111
Сравнительная таблица результатов расчетов по двум методикам с экспериментальными данными
|
Вид бетона |
Сутки |
I методика |
II методика |
Экспериментальные данные |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
. 5 |
|
1. Бетон марки 200 на портландцементе марки 300. т25=1,6 |
3 |
40,7 4,1 |
58,8 5,8 |
40 4 |
|
7 |
63,4 6,7 |
73,4 7,3 |
65 6,5 |
|
|
14 |
84,4 8,4 |
88,4 8,8 |
80 8 |
|
|
28 |
97,2 9,7 |
99,4 9,9 |
100 10 |
|
|
180 |
— |
— |
Продолжение таблицы
Строительные материалы, изделия и конструкции
Продолжение таблицы
Окончание таблицы
Список литературы Методики расчета и прогнозирования прочности бетона
- Головнев, С.Г. Технология зимнего бетонирования. Оптимизация параметров и выбор методов/С.Г. Головнев. -Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 1999. -156 с.
- Ас. 1734013 СССР, Кл. G01. Способ контроля за нарастанием прочности бетона при тепловой обработке/А.Б. Валът, СБ. Коваль, А.В. Хомутский, М.М. Гольденберг. -№ 33/38; заявл. 18.06.90; опубл. 15.05.92, Бюл. № 18.
- Валът, А.Б. К вопросу о контроле прочности бетона/А.Б. Валът, С.Б. Коваль, А.Ю. Бакин//Совершенствование управления в условиях становления рыночных отношений: темат. сб. науч. тр. -Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 1997. -86 с.
