27. Структура та міцність бетону. Закон міцності, поняття марки та класу бетону.

Структура бетону.

Властивості бетону у значній мірі за­лежать від його структури, тобто, його будови. Бетон складається із цементно-піщаного розчину⁷, крупного заповнювача і пор різних роз­мірів та походження. В бетоні можна виділити макроструктуру, що характеризує систему цементно-піщаний розчин - крупний заповню­вач, мезоструктуру - структуру цементно-піщаного розчину і мікрост­руктуру - структуру цементного каменю.

Макро- мезоструктуру бетону розділяють на три види. базальну, пористу і контактну. В структурі першого виду вміст роз­чинної частини (або цементного тіста) значно перевищує обсяг пус­тот, і зерна заповнювача немов би "плавають" в матриці. При пористій структурі, яка найбільш характерна для бетону, розчинна частина за­повнює пори крупного заповнювач і в незначній мірі розсовує зерна. Нарешті, при контактній структурі прошарок цементно-піщаного роз­чину настільки тонкий, що його вистачає лише на часткове заповнен­ня пор, і між зернами заповнювача створюється безпосередній кон­такт.

По мірі переходу від базальної структури до контактної зростає вплив заповнювачів на властивості бетону. Можна виділити три осно­вних параметри, що характеризують цей вплив: об'ємна концентрація цементного каменю у бетоні, водоцементне відношення (особливо у кінці періоду формування структури) і ступінь гідратації цементу. За допомогою цих параметрів можна визначати обсяг і вид пор у бетоні, прогнозувати його властивості та модифікацію їх в часі.

В цементному камені та бетоні можна виділити три основні гру­пи пор в залежності від походження: капілярні, гелеві та контракційні. Капілярні пори утворюються в результаті випаровування надлишкової води, об'єм якої може складати від 5 до 20% об'єму бетону. Вони ма­ють розмір більше 0,1 мкм і разом із іншими, порівняно крупними по­рами і порожнинами, утвореними при розшаруванні бетонної суміші і защемленні повітря при ущільненні, знижують основні технічні влас­тивості бетону. Найдрібніші гелеві пори утворюються внаслідок випа­ровування адсорбційне зв'язаної води на поверхні продуктів гідратації цементу. Контракційні пори (10~⁵... 10^ см) є наслідком хімічної осад­ки, або контракції. - зменшення об'єму гідратів у порівнянні з сумар­ним вихідним об'ємом цементу і води. Особливий вид пор, заповне­них повітрям, утворюється в цементному камені при введенні поверх­нево-активних речовин. Ці пори, також як і контракційні, при запов­ненні їх повітрям позитивно позначаються на морозостійкості бетону. Вони служать немов би резервними ємностями, куди відтісняється вода при замерзанні.

Найважливішою для бетону властивістю є міцність, яка головним чином за­лежить від активності цементу (Кц) і водоцементного (В/Ц) або цемен­тно-водного (Ц/В) відношення. Із підвищенням активності цементу і цементно-водного відношення при належному ущільненні міцність бетону зростає практично лінійно. Ця найважливіша у технології бе­тону залежність виражається формулою: Rб = ARц (Ц/В – С)

де А, С - емпіричні коефіцієнти, що враховують вплив якості запов­нювачів та інших факторів (в середньому А = 0,6, С = 0,5). З формули слідує, що при постійних матеріалах, технології виготовлення та умо­вах твердіння міцність бетону визначається цементно-водним відно­шенням, тобто відношенням маси цементу до маси води у бетонній суміші. Ця закономірність є наслідком залежності міцності бетону від пористості: із збільшенням Ц/В (зменшенням В/Ц) зменшується кіль­кість надлишкової води, що не вступає у взаємодію із цементом, і

зменшується пористість бетону.Основною властивістю бетону як конструкційного матеріалу є міцність. Границю міцності знаходять випробуванням контрольних зразків, виготовлених із суміші заданого складу або висвердлених з" бетонної споруди. При випробуванні на границю міцності при стиску використовують зразки-куби (рідше циліндри) з розміром ребра від ЗО до 7 см в залежності від крупності заповнювача, що використовується. Еталонними є зразки-куби з розмірами ребра 15 см. Для зразків-кубів з розмірами ребер 7; 10; 15; 20; ЗО см масштабні коефіцієнти прийма­ють відповідно рівними 0,85; 0,91; 1,0; 1,05 та 1,1

Основними показниками міцності бетону, що нормується, є його клас, тобто міцність (в МПа), яка приймається з гарантованою забез­печеністю. Встановлена, як правило, забезпеченість міцності 0,95 означає, що границя міцності бетону, яка відповідає чисельному зна­ченню класу, досягається не менше ніж у 95 випадків із 100.

Для важкого бетону стандартизовані класи:

- за міцністю на стиск: В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В22..5; В25; ВЗО; В35; В37,5; В40; В45; В50; В55; В60; за міцністю на осьовий розтяг: Вt0,8; Вt1,2; Вt2; Вt2,4; Вt2,8; Вt3.2.

За чисельним значенням марки бетону з урахуванням коефіцієнта варіації (мінливості) визначають його клас за міцністю. Для переходу від класу бетону до середньої міцності при норма­тивному коефіцієнті варіації 13,5% (який приймається при проекту­ванні конструкцій з важкого та легкого бетонів) можна використову­вати формулу К = В/0,778, де В - чисельне значення класу бетону