От чего зависит прочность цемента
Перейти к содержимому

От чего зависит прочность цемента

  • автор:

От чего зависит прочность бетона

От чего зависит прочность бетона

Прочность бетона требуется знать при планировании строительства частного дома и возведения других железобетонных конструкций. Основные факторы прочности бетона зависят от свойств цемента, его состава, свежести, процесса работы с цементной смесью.

Классификация бетона по прочности

Бетон классифицируется на основе результатов лабораторных испытаний. Компоненты бетона подбираются таким образом, чтобы их прочность соответствовала эксплуатационным характеристикам строения, которое планируется возводить из того или иного класса или марки бетона. Некоторые примеры рассмотрены в таблице:

Области применения различных классов и марок бетона

Класс Марка Область применения
В7,5 М75 бордюры, дорожные плиты
В12,5 М100 перемычки, фундаменты зданий небольшого веса, пешеходные садовые дорожки
В15 М200 одноэтажные, двухэтажные дома
В20 М250 фундаменты, площадки, перекрытия, лестницы
В25 М350 стены, бассейны, фундаменты
В30 М400 мосты, плотины

В чем измеряется прочность бетона

Прочность бетона в соответствии с классом измеряется в МПа, показывающим предельную прочность материала на сжатие. Чем меньше это число, тем более легкий бетон. Марка, обозначенная как «М» с числом, показывает среднее выдерживаемое давление в кгс/см2.

Какие прочности бетона бывают

Существует несколько основных видов прочности бетона:

  • расчетная — заданная прочность, которая должна быть достигнута за 28 дней;
  • критическая — прочность, достигаемая на 7-й день твердения, при которой на материал не оказывает негативное влияние внешняя среда;
  • на разрыв — способность не подвергаться разрушению при растяжке;
  • на изгиб — способность сопротивляться при изгибах.

Как определить класс бетона по прочности

В строительной лаборатории задействуются разные методы для измерения кубиковой и призменной прочности бетона, в том числе механические и ультразвуковые. Время испытаний устанавливается индивидуально, с ориентировкой на эксплуатационные особенности железобетонной конструкции.

Факторы, влияющие на прочность

Прочностные характеристики зависят от состава материала, компонентов, условий перемешивания и твердения, соблюдения правил транспортировки и укладки. Так, укладывая смесь из бетона, необходимо соблюдать порядок обработки стыка — очистки, насечки, промывки.

Как зависит прочность бетона от времени

Прочность приобретается благодаря реакции гидратации и нарастает быстрее всего в первый день. В последующие дни скорость снижается. Критической прочности бетон достигает на 7-е сутки в МПа, расчетной — на 28-е сутки. Зависимость прочности от времени рассчитывается по формуле:

Rb(n) = Rb(28) lgn / lg28

  • Rb — прочность;
  • n — число суток;
  • lg — логарифм возраста бетона в десятичной дроби.

От каких параметров зависит прочность бетона

На условия приобретения бетоном оптимальной прочности влияют параметры окружающей среды:

  • температура 15-20 градусов;
  • влажность 90-100%.

Рекомендуется регулярно увлажнять бетон водой, накрывать полиэтиленовой плёнкой, если воздух слишком сухой. В холодное время года материал нужно обогревать, чтобы твердение не остановилось.

Какие факторы влияют на прочность бетона

Прочность зависит от сочетания нескольких параметров:

  • Активность цемента. Этот параметр обуславливает классификацию бетона по маркам по прочности в МПа. На активность влияют тонкость помола, состав и наличие примесей, свежесть. Например, цемент, который крупно смолот, не до конца подвергается гидратации, из-за чего материал имеет меньшую прочность.
  • Пропорции воды и цемента. Чем меньше воды, тем выше прочность. Гидратация проходит наиболее успешно, если цементная смесь содержит 20-30% воды. Но тогда смесь получается слишком жёсткой, может не уплотниться в достаточной степени. Поэтому добавляют воду и пластификатор.
  • Тип наполнителя. Шероховатые наполнители, например, щебень, лучше сцепляются с компонентами состава и усиливают прочностные характеристики.
  • Методы замеса. Повышенная прочность достигается благодаря мокрой активации цемента. В автобетономешалку загружается раствор без песка, несколько минут растирается, затем докладывается песок. Другой метод замеса — виброактивация цемента при перемешивании.
  • Армирование. В бетон добавляют арматуру или объёмную фибру, благодаря этому он меньше усаживается. Также для увеличения прочности на 10-30% свежеуложенный бетон подвергают обработке вибрацией.

Методы определения прочности бетона

Определение прочности бетона по ГОСТу 10180-2012 происходит в сертифицированной лаборатории. После проведения серии опытов с образцами заполняют протокол определения прочности бетона.

Какие существуют способы определения прочности бетона:

  • Неразрушающий метод. Используют склерометр — прибор для измерения прочности бетона. Он представляет собой специальный молоток, которым ударяется образец. Затем осуществляют замеры для вычисления прочности: угол удара, средняя величина значения отскока, кривые перевода.
  • Отрыв со скалыванием. В опытный образец в процессе изготовления помещают стержень, во время испытания выдергивают его.
  • Ультразвуковой метод. Проводится с помощью прибора Пульсар. Измеряют время расширения акустических волн, затем данные сравнивают с плотностью, упругостью материала.
  • Вдавливание. Используют штамп, шариковый молоток.

Коэффициент вариации прочности бетона

По коэффициенту вариации определяется, насколько состав бетонной смеси однороден. Неоднородный состав имеет неравномерно распределенную плотность, из-за чего возникают риски обрушения конструкции. Чтобы рассчитать коэффициент, испытывается материал одного класса в нескольких сериях. Чем меньше коэффициент вариации, тем состав однороднее и качественнее.

Как усилить прочность цемента

Один из определяющих факторов маркирования бетонных строительных материалов является прочность цемента. Также данный показатель определяет дальнейшие эксплуатационные показатели строения.

Что представляет собой показатель прочности цемента

Предельный показатель прочности цемента – это его марка. Его определяют опытным путем, проведя ряд испытаний. Исследователь создает небольшой участок цемента, после чего на него оказывается давление разной силы. Показатели заносятся в протокол испытаний. На основании этих данных цементу присваивается марка, определяющая максимальную прочность материала.

Существует три класса прочности цемента

  1. Сверхпрочный цемент выдерживает нагрузку от 50 МПа и выше.
  2. Прочный цемент справляется с давлением в 30-50 МПа.
  3. Цемент пониженной прочности может выдержать нагрузку не больше 30 Мпа.

Показатель прочности цемента играет большую роль, поскольку готовые бетонные конструкции будут подвергаться механическим, статическим и динамическим нагрузкам, перепадам температур, атмосферных осадков, неблагоприятным техногенным воздействиям. От того, насколько прочным будет сырьевой ресурс, зависит возможность эксплуатации бетона в тех или иных условиях. На прочность цемента влияет количество воды, добавляемой в раствор, и наличие дополнительных компонентов. Стандарт прочности определяется по ГОСТу, согласно ему выделяют следующие марки цемента М300, М400, М500, М600.

Как повысить показатели прочности цемента и других технических характеристик?

Чтобы улучшить эксплуатационные и технические показатели цемента, производители бетона добавляют в состав смеси различные вспомогательные компоненты (пластификаторы), которые усиливают прочностные характеристики продукта и увеличивают продолжительность эксплуатации строений.

Увеличение прочностных показателей цемента требует дополнительных расходов и не всегда является целесообразным. В усилении нуждается материал, который будет эксплуатироваться в условиях повышенной влажности, сильных морозов, резких перепадов температур и давления.

Существует несколько типов химических реагентов, способных улучшить показатель прочности цемента. Как правило, это сырье синтетического происхождения, которое добавляют в жидкую смесь. Внедрять химические добавки после застывания бетона невозможно.

Виды повышающих прочность компонентов

  • Ускорители набора прочности – добавка, способствующая быстрому схватыванию и застыванию бетона. Также она увеличивают марочную прочность готового бетона. В состав ускорителей входит хлористый кальций, благодаря его свойствам застывшая бетонная смесь не только становится крепче, но и в несколько раз быстрее набирает прочность. Следовательно, ускоряется весь процесс производства.
  • Пластификаторы – компоненты, повышающие подвижность раствора и устойчивость бетона к динамическим нагрузкам. При этом прочность бетонных конструкций возрастает на 140%, повышается их водонепроницаемость и морозостойкость. Благодаря добавлению пластификаторов уменьшается расход цемента для замеса раствора на 25%.
  • Противоморозные добавки (ПМД) – вещества, формирующие сопротивляемость бетона низким температурам. Основными компонентами смеси являются гидрофобизаторы и нейтрализованная смола. Поэтому наряду с устойчивостью к низким температурам застывший бетон становится еще и водонепроницаемым. Благодаря химическому реагенту бетон не растрескивается во время морозов и позволяет выполнять бетонные работы в любое время года.
  • Модификаторы – разнообразные добавки, придающие бетону дополнительные свойства: устойчивость к коррозии, снижение объемов усадки, предотвращение поражению плесенью, делают раствор более удобным для формования и укладки.

Благодаря разнообразным добавкам в сухую смесь уменьшается расход цемента и увеличивается качество бетона.

Пропитки и упрочнители

Повысить качество бетона после затвердевания помогут специальные пропитки и упрочняющие поверхностный слой составы. Жидкие пропитки и упрочнители содержат специальные компоненты, способные проникать в мельчайшие поры бетона. Чтобы эффект был максимальным, в составе раствора должны отсутствовать гидрофобизаторы.

При контакте с поверхностью бетона пропитка вступает в химическую реакцию, в результате которой образуется нерастворимое соединение. Данную пропитку можно наносить как на свежеизготовленные бетонные конструкции, так и на старую поверхность бетона. Как только упрочнитель наберет силу, бетон обретает устойчивость к более высоким нагрузкам, чем предполагает его марка.

Также для улучшения свойств цемента в раствор добавляют порошкообразный упрочнитель. Благодаря компонентам, входящим в состав упрочняющей смеси, окрепшая бетонная конструкция свободно выдерживает давление в районе 70 МПа. Это могут быть как статические, так и динамические нагрузки на сжатие\растяжение. Преимущества сухого упрочнителя перед растворами состоит в том, что сырье можно использовать для эксплуатации бетона в агрессивно среде. Применение упрочнителя увеличивает продолжительность эксплуатации монолита на 10-15 лет.

Современные технологии производства сухих смесей для изготовления раствора позволяют усилить прочность и другие технические характеристики цемента, готового раствора и сухого бетона, таким образом, современные монолитные и бетонные конструкции получили сроки эксплуатации на десятки лет дольше, чем у их предшественников.

Состав и свойства цемента.

Цементом называется вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое путем совместного тонкого измельчения клинкера и необходимого количества гипса и добавок. Клинкер получают в результате обжига до спекания сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины или некоторых других материалов (мергеля, нефелинового шлама, доменного шлака), взятых в соотношении, которое обеспечивает образование в клинкере силикатов кальция, алюминатной и алюмоферритной фаз. Клинкер – один из важнейших компонентов цемента, от его состава зависят основные свойства цемента, полученного на его основе.

Смотрите интересные видео-ролики и читайте статьи от ВосЦем на канале Яндекс Дзен.

Введение в состав цемента до 15% активных минеральных добавок, предусмотренных стандартом, влияет на его свойства сравнительно в небольшой степени. Если ввести таких добавок больше (выше 20%), свойства получаемого продукта будут уже заметно отличаться от свойств цемента. Такой продукт называют пуццолановым цементом. Предусмотренный стандартом разрыв в дозировке гидравлических добавок от 15 до 20% сделан для того, чтобы более отчетливо различать цемент и пуццолановый цемент.

Удельный вес портландцемента колеблется в пределах 3,0-3,2. Объемный вес цемента в рыхлонасыпанном состоянии 900-1300 кг/м3, а в уплотненном 1400-2000 кг/м 3 . При расчете емкости складов объемный вес принимают равным 1200 кг/м 3 , а при объемной дозировке материалов для приготовления бетонной смеси 1300 кг/м 3 .

Цемент (ГОСТ 10178-76) выпускают без добавок или активными минеральными добавками, отвечающими требованиям ОСТ 21-9-74. К основным свойствам цемента относятся: прочность (активность), сроки схватывания, равномерность изменения объема, тонкость помола, плотность, водопотребность, водоотделение, морозостойкость, тепловыделение, сцепление со стальной арматурой.

Прочность – свойство материалов в определенных условиях и пределах, не разрушаясь, воспринимать те или иные нагрузки. Прочность цемента зависит от его потребности затвердевать при смешивании водой в прочное камневидное тело. По механической прочности цемент подразделяется на четыре марки: 400, 500, 550 и 600. Марка прочности определяется пределом прочности при изгибе образцов.
Подробнее — прочность цемента.

Сроки схватывания цемента определяют при испытании теста нормально густоты. Нормальная густота цементного теста характеризуется количеством воды затворения, выраженным в процентах от массы цемента. Равномерность изменения объема цемента определяют при испытании образцов кипячением в воде. Если цемент после вылеживания не обладает равномерностью изменения объема, то его нельзя применять в строительстве, так как могут появиться вредные напряжения и бетон разрушится. Тонкость помола цемента влияет на скорость его схватывания и твердения. Чем тоньше измельчен цемент, тем выше его прочность, особенно в начальный период твердения. Тонкость помола характеризуется также удельной поверхностью, т.е. суммарной поверхностью всех частиц, содержащихся в 1 кг цемента. Плотность цемента колеблется в пределах от 3000 до 3200 кг/м3.
Подробнее — скорость схватывания цемента.

Изменение объема цемента при твердении. По стандарту приготовленные из цемента лепешки при испытании кипячением в воде должны равномерно изменяться в объеме. Цемент, не удовлетворяющий этому требованию, применять в строительстве нельзя, так как это приводит к появлению вредных напряжений и даже разрушению бетона.
Подробнее — твердение цемента.

Водопотребность цементного теста. Вода добавляемая к цементу при затворении, необходима для нормального течения химических процессов, происходящих при твердении цемента, и для придания свежеприготовленному цементному раствору или бетону подвижности (пластичности, текучести), что обеспечивает плотность его укладки в форму или опалубку. Уменьшить водопотребность и увеличить пластичность цемента можно путем введения пластифицирующих органических и неорганических поверхностно-активных веществ, например сульфитно-дрожжевой бражки.
Подробнее — водопотребность и связующая способность цементного теста.

Водоотделение цементного теста – процесс отжима воды в затворенном цементном тесте, растворе или бетоне под действием силы тяжести зерен заполнителя и частиц цемента. Некоторое количество воды при этом выступает на поверхность уложенной бетонной смеси (наружное водоотделение), а часть воды скапливается под поверхностями зерен крупного наполнителя (внутреннее водоотделение).
Подробнее — водоотделение и водоудерживающая способность цементного теста.

Морозостойкость цементных растворов и бетонов – способность сопротивляться попеременному их замораживанию и оттаиванию в пресной или морской воде. Вода при замерзании превращается в лед, при этом она увеличивается в объеме примерно на 8 %. Это создает давление на стенки пор, нарушает структуру раствора или бетона и в конечном результате приводит к его разрушению.
Подробнее — влияние пониженных и повышенных температур на твердеющий цемент.

Тепловыделение. В процессе твердения цемент выделяет тепло. Если тепло выделяется очень медленно, то это обычно не вызывает возникновения трещин в бетоне. Если же этот процесс протекает сравнительно быстро, то применять данный цемент для возведения массивных сооружений не следует. Количество выделяющегося при твердении тепла можно уменьшить путем подбора соответствующего минералогического состава цемента, а также посредство введения некоторых измельченных активных минеральных и инертных добавок.
Подробнее — выделение тепла при твердении цемента.

Коррозионная стойкость цемента в основном зависит от плотности бетона или раствора и минералогического состава цемента. Коррозионная стойкость бетона уменьшается с увеличением его пористости и с повышением тонкости помола цемента.
Подробнее — коррозия цемента, виды коррозии и борьба цементной коррозией.

КАТАЛОГ ПРОДУКЦИИ

  • Строительные смеси в биг-бегах
  • Сухие смеси в морских биг-бегах
  • Строительные смеси в мешках
  • Теплоизоляционные сухие смеси
  • Клей для укладки блоков
  • Цемент (в мешках, биг-бегах)
  • Товары по акции
  • Расход сухих смесей

От чего зависит прочность бетона

При сооружении бетонных конструкций следует понимать, от чего зависит прочность бетона. Существуют разные способы оценки прочностных параметров материала – от лабораторных испытаний до неразрушающих методов контроля непосредственно на месте строительства. На основании этих исследований определяются класс и марка бетона, которые имеют решающее значение при его использовании в тех или иных строительных работах. Если знать, что влияет на прочностные характеристики, можно правильно приготовить бетонную смесь и построить объект, который будет исправно служить многие десятилетия.

Деление бетонов по прочности

Прежде чем выяснить, от каких факторов зависит прочность бетона, рассмотрим классификацию материала по этому показателю. Все растворы делятся на классы и марки, которые могут приблизительно соответствовать друг другу. Класс обозначается литерой В и указывает на кубиковую прочность в МПа. Марка под буквой М позволяет определить прочностные пределы на сжатие в кгс/см². Соотношение наиболее распространенных марок и классов можно увидеть ниже.

Класс Марка
В5 М75
В10 М100
В15 М200
В20 М250
В22,5 М300
В25 М350
В30 М400

Способы определения прочности

Чтобы понять, как зависит прочность бетона от времени, действующих нагрузок и других факторов, используют лабораторные испытания. Для этого изготавливают опытный образец в виде куба со стороной 150 см и подвергают его разным методам разрушающего воздействия. В частности:

  • вдавливание посредством шарикового молотка и штамповки;
  • отрыв и скалывание путем выдергивания из куба заранее установленного металлического прута;
  • упругий отскок при помощи молотка Шмидта.

В последние годы для контроля активно применяется ультразвуковой тест. Его суть состоит в измерении времени, которое требуется для расширения акустических волн. Впоследствии полученные данные сравнивают с упругостью и плотностью материала.

Факторы, определяющие прочность бетона

В основе бетонной смеси лежат цемент, вода и наполнители. С учетом этих ингредиентов прочность бетона зависит от следующих факторов:

  • активность цементного порошка;
  • соотношение компонентов раствора;
  • тип используемого наполнителя;
  • способы замешивания раствора;
  • наличие армирования;
  • условия внешней среды.

Активность цемента

Одним из основополагающих факторов является активность цемента, под которой понимают предельную прочность на сжатие цементного образца возрастом 28 дней. Параметр может колебаться в зависимости от факторов следующего типа:

  • химический состав (более активным является цемент, содержащий негашеную известь);
  • свежесть (при применении цемента, который 3 месяца хранился во влажных условиях, прочность готового суточного образца снижается более чем на 60%);
  • наличие примесей;
  • тонкость помола (чем тоньше фракция, тем быстрее нарастают прочностные характеристики).

Соотношение цемента и воды

Рассматривая, что влияет на прочность бетона, надо отметить еще один важный фактор – количество воды и цемента, используемых для приготовления раствора. Чем больше жидкости, тем более смесь подвижна. При добавлении воды раствор становится более пластичным и укладывается без образования пустот, однако его прочностные параметры снижаются.

Тип заполнителя

Наполнителями могут быть материалы мелких и крупных фракций. К ним относят песок, гравий, щебенкауи др. На прочностные параметры могут влиять как форма или чистота наполнителей, так и их зерновой состав. Если зерна шероховатые, имеют неправильную форму, они лучше сцепляются с другими компонентами состава и повышают прочность материала.

Способы замеса

Конечная прочность бетона зависит от способа и качества его замешивания. Приготовление смеси выполняется путем виброактивации или мокрой активации. В первом случае все компоненты смешиваются сразу, во втором – песок добавляется по мере замеса. Важно хорошо смешать все ингредиенты, поскольку при недостаточном перемешивании прочностные параметры будут ниже.

Внешние условия

Оптимальная температура для затвердевания раствора – +15. +20℃, подходящая относительная влажность воздуха – от 90 до 100 %. При укладке смеси в таких условиях прочностные параметры конструкции повышаются вместе со временем твердения. Наибольшие значения показатель приобретает спустя 28 суток после залива.

Помимо этого, прочность бетона зависит от факторов количества азота, который используют для охлаждения смеси. Жидкий азот обычно применяют при больших объемах строительства (к примеру, при возведении тоннелей, мостов, эстакад). Необходимость его использования связана с тем, что температура таких конструкций различается внутри и снаружи, поэтому бетонный раствор может застывать неравномерно.

Поскольку цемент относится к вяжущему водного твердения, после заливки смеси необходимо обеспечить условия для ее застывания. Пока бетон не достигнет критической прочности, следует поддерживать его высокую влажность, иначе полученная конструкция будет не такой прочной, как должна быть на самом деле.

Армирование

Бетонные конструкции, которые укрепляются металлической арматурой, являются более прочными и долговечными. Как вариант, можно использовать объемное армирование, осуществляемое путем добавления разного типа фибры (например, полипропиленовой). Благодаря ее применению прочность материала существенно повышается, так как при застывании он меньше усаживается.

Кроме вышеперечисленных факторов, прочность бетона зависит от его плотности, которая может отражаться и на других качествах стройматериала (водонепроницаемости, морозостойкости). Также на прочностные параметры влияют возраст, порядок укладки (непрерывный или с перерывами), использование вибраторов. Если учитывать эти моменты, можно создать надежную и прочную строительную конструкцию, которая будет сохранять свои свойства долгое время.

Виктор Филонцев

Образование:
НИУ МСГУ, Кафедра Технологии вяжущих веществ и бетонов, 2003.

Опыт работы:
12 лет в сфере производства бетона.

Текущая деятельность:
независимые консультации в сфере строительства.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *