Учет температурно-влажностных условий твердения в зависимостях прочности бетона от В/Ц

Большинство предложенных формул, связывающих прочность бетона и водоцементное или цементно-водное отношение разработано применительно к нормальным температурно-влажностным условиям твердения материала в течение 28 сут. При некоторых усредненных характеристиках исходных материалов результаты расчета по этим формулам дают обычно удовлетворительную сходимость. Каждая из зависимостей имеет свои особенности, достоинства и недостатки.
Известно, что зависимость прочности бетона от Ц/В строго соблюдается лишь при прочих “равных условиях”. Многие исследования показали влияние на прочность, наряду с Ц/В, удобоукладываемости бетонной смеси, объемной концентрации цементного камня и ряда других факторов. Сделан ряд попыток усложнить зависимость прочности бетона от Ц/В или В/Ц, но при этом всегда теряется основное их достоинство - однозначность функции, существенно упрощающей процедуру расчета.
Прогнозирование прочности бетона на основе правила В/Ц включает дополнительный учет многих влияющих факторов через обобщенные коэффициенты. Ряд исследователей пытались повысить "разрешающую способность" обобщенных коэффициентов в формулах прочности. В.П.Сизовым разработана специальная система поправок для коэффициента А в формуле прочности бетона, учитывающая крупность заполнителей и содержание отмучиваемых примесей, показатели подвижности и жесткости бетонной смеси, нормальную густоту цементного теста.
При определении активности цемента по действующему стандарту К=0,58 и произведение коэффициентов А1А2 изменяется в пределах 0,55...0,65 т.е. в области, рекомендованной Б.Г.Скрамтаевым и Ю.М.Баженовым.
Представление коэффициента А в виде мультипликативного фактора А=рАі предполагает допущение, что все множители Аi взаимонезависимы, не зависят от Rц и В/Ц. Учитывая, что расчетные значения прочности являются лишь базовыми и подлежат экспериментальному корректированию, это допущение можно принять с известной степенью точности.
Выражение мультипликативного коэффициента рА можно представить в виде: рАі = А А1…Аi…Аn, где Аi – коэффициент, учитывающий дополнительное влияние на прочность бетона i-го фактора (i=1…n). Коэффициент А можно находить по формуле с учетом поправочных коэффициентов.
Обычная технологическая информация позволяет учесть в мультипликативном коэффициенте, кроме основного коэффициента, определяемого с учетом системы поправок до 2...3 дополнительных коэффициентов Аi. Степень огрубленности расчетов зависит от уровня детализации используемых коэффициентов.
В то же время более точные эмпирические значения этого коэффициента для каждого срока твердения n могут находится в достаточно широкой области, в зависимости от вещественного и минералогического состава цементов и других факторов. Для бетона на обычном и алитовом цементах в возрасте 7 сут. они колеблются в диапазоне 0,60...0,75; 90 сут. – 1,1...1,35; 180 сут. – 1,3...1,5 . При применении шлако- и пуццоланового портландцементов эмпирические значения коэффициента А равны соответственно 0,4...0,6; 1,4...1,65; 1,4...2,0.
Достаточное количество экспериментальных данных накоплено для учета в формуле влияния на прочность бетона различных химических добавок.
При расчете состава монолитного бетона, а также учете последующего за пропариванием роста прочности, важным фактором, определяющим значение прочности, является температурный режим твердения. Обширные экспериментальные данные по влиянию температурного фактора на прочность бетона приведены в работах.
Введение в формулу прочности коэффициента А,t позволяет рассчитывать необходимое В/Ц для достижения бетонов заданной прочности в течение 1...28 сут. при температурах от 5 до 400С. Возможно также корректирование прогноза прочности при заданном В/Ц с учетом температурно-временного фактора.
Систему коэффициентов Аi можно конкретизировать, статистически обработав экспериментальные данные для условий определенной строительной организации или предприятия. Отклонения расчетных значений прочности от средних фактических не превышают 17%, что можно считать приемлемым на стадии проектирования.
Расчет прочности бетона, подвергаемого тепловлажностной обработке имеет ряд особенностей. Как показывает анализ многочисленных экспериментальных данных и прежде всего работ С.А.Миронова, Л.А.Малининой, Л.А.Кайсера, Р.С.Чеховой и др. прочность бетона после тепловой обработки зависит от параметров тепловой обработки, активности цемента в условиях тепловой обработки и Ц/В.
Величина Кэ, установленная при пропаривании стандартных образцов цементно-песчаного раствора по нормализованному режиму, колеблется в зависимости от особенностей применяемого цемента от 0,55 до 0,75.
Ниже приведены уравнения и полученные по ним графики базового коэффициента эффективности в зависимости от времени изотермического прогрева ?из и температуры Тпр для портландцемента М500 и шлакопортландцемента М400 Здолбуновского завода, полученные при обработке наших экспериментальных данных. Цементы были изготовлены на основе типичного среднеалюминатного клинкера (С3А=6,2-7,1%, С3S=58,5-61,3%) и включали дополнительно: портландцемент - 5% гипса, ШПЦ- 5% гипса и 50% доменного гранулированного шлака.
При расчетном определении предполагается, что длительность предварительного выдерживания бетона до пропаривания, скорость подъема температуры и охлаждения приближаются к оптимальным.
Прочность пропаренного бетона в 28 сут. может отклоняться от соответствующей прочности бетона нормального твердения в меньшую или большую сторону. Исследования и практический опыт показывают, что при оптимальном режиме пропаривания можно свести к минимуму или вообще устранить снижение 28-суточной прочности.
Для пропаренного бетона рАi=АА1А2…Аn- мультипликативный коэффициент, характеризующий влияние особенностей исходных материалов (А), режима тепловой обработки (А1), добавок-ускорителей твердения (А2) и др.
Прочность бетона после пропаривания изменяется в широком диапазоне, при этом основными факторами, определяющими ее величину, являются цементно-водное отношение (Ц/В) и активность цемента при данном режиме тепловлажностной обработки.
Л.А.Кайсер и Р.С.Чехова исследовали изменение прочности бетонов после пропаривания более чем на 40 партиях цементов разного вида, химико-минералогического состава и марок.
Значения коэффициента К справедливы при использовании малоподвижных и умеренно-жестких бетонных смесей на щебне и песке средней крупности. На прочность пропаренного бетона при Ц/В=const существенно влияет водосодержание и соответственно удобоукладываемость, что можно учесть в формуле (4.45) коэффициентом К1. Если принять для бетонов с ОК=1-4 см - К1=1, то при ОК?9 см - К1=0,9, Ж=30-50с - К1=1,1.
Влияние особенностей заполнителей пропариваемого бетона сказывается как через изменение водосодержания так и непосредственно через изменение Ц/В, необходимого для достижения заданной прочности. В последнем случае в формулу вводится коэффициент К2. При применении рядовых заполнителей К2=1. Учитывая рекомендации СНиП 5.01.23-83 (Типовые нормы расхода цемента), можно принять: К2=0,95- при применении щебня и гравия пониженной прочности или с повышенным содержанием слабых зерен, а также заполнителей с повышенным содержанием отмучиваемых частиц; К2=0,9- песков с модулем крупности менее 1,5.
Существенным резервом уменьшения необходимого Ц/В в пропариваемых бетонах может быть рост прочности при введении ускорителей твердения, учитываемый коэффициентом К3 в формуле, и твердении после тепловлажностной обработки.
При поставках цемента заводом обычно указывается величина при пропаривании по режиму (2)+3+6+2 ч. Если величина неизвестна или режим пропаривания отличается от нормализованного, для расчета Ц/В по формуле необходимо использование приведенных дополнительных количественных зависимостей.
Совокупность предлагаемых количественных зависимостей позволяет решать задачи расчета Ц/В пропариваемых бетонов с заданными прочностными показателями при различных значениях длительности и температуры твердения с учетом особенностей исходных материалов и последующего твердения после пропаривания. С их помощью возможна также количественная оценка ряда технологических решений, направленных на снижение расхода цемента и тепловой энергии.
Расчетное нахождение Ц/В пропариваемых бетонов целесообразно когда по различным причинам затруднительно его экспериментальное определение или необходимо экспрессное определение составов.