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