Machinewiremesh.ru

Стройка, мебель и декор
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

От чего зависит прочность цементного камня

От чего зависит прочность цементного камня

ООО «ХЕМТЕХ БАЕРН УКРАИНА»
79015, г. Львов, ул. Героев УПА, 72
телефон: +38 032 226 77 60
тел. моб.: +38 097 297 92 50
тел. моб.: +38 097 297 92 51
e-mail: info@chemtech-bayern.com.ua
http://chemtech-bayern.com.ua
Instagram: #chemt_ech_bayern

ПАРТНЕРИ

ТзОВ «СПЕЦБУДІЗОЛ»

beton-micnistПрочность — способность бетона сопротивляться разрушению под действием внешних нагрузок. Степени прочности предел прочности — максимальное напряжение, при котором имеет место разрушение образцов бетона или элементов конструкций. Прочность бетона зависит от вида напряженного состояния (сжатия, растяжения, изгиба и др., Или совместного действия нескольких воздействий, то есть сложного напряженного состояния). Важное значение имеет также характер нагрузки (кратковременное, длительное, повторное-переменное, ударное и др.).

На прочность бетона влияет очень большое разнообразие факторов. Их можно разделить на группы:

1. Факторы, которые влияют на плотность цементного камня и бетона (активность цемента, его тонкость помола, реакционная способность клинкерных минералов, В/Ц, водосодержание бетонной смеси, температурно-влажностные условия твердения, возраст бетона, химические добавки-ускорители, активные минеральные добавки, степень уплотнения бетонной смеси и др.).

2. Факторы, которые определяют сцепление цементного камня с заполнителем бетона (форма, размеры, рельеф заполнителей, содержание видмулюваних примесей, температурные, влажностные и усадочные напряжения, расхождение коэффициентов поперечных деформаций компонентов бетона и др.).

Экспериментальными исследованиями было показано, что основными факторами, которые определяют прочность бетона является цементно-водное (Ц/В) или водоце-цементных (В/Ц) отношения, а также активность цемента (Rц).

Влияние этих факторов на предел прочности бетона при сжатии (Rb) можно выразить зависимостью:

Для практических расчетов обычно используют формулу:

где А — коэффициент, характеризующий качество заполнителей, содержание в них вредных примесей, нормальную густоту цементного теста, температуру затвердевания бетона.

Химико-минералогический состав цемента оказывает существенное влияние на прочность бетона. На рост прочности бетона в раннем возрасте (до 7 суток) основное влияние оказывает содержание трехкальциевого алюмината и трехкальциевого силиката. Двокальциевий силикат мало влияет на прочность бетона в раннем возрасте, но влияет на рост прочности в более позднем возрасте (20. 30 суток).

Увеличение в определенных пределах в бетонной смеси количества крупного заполнителя способствует повышению прочности бетона, особенно при высоких В/Ц и низкой прочности раствора. Известно, что прочность плотных заполнителей почти всегда обеспечивает прочность бетона, тогда как прочность и структура заполнителей из слабых горных пород может влиять на прочность.

Вредные примеси, содержащиеся в заполнителях, всегда снижают прочность бетона. Для бетонов высоких марок наличие пылевидных и глинистых частиц может снижать прочность бетона на 20-25%.

Прочность бетона зависит не только от количества и качества исходных компонентов, но и в значительной мере определяется рядом факторов производства, в частности точностью дозирования компонентов, условиями перемешивания и уплотнения бетонной смеси, способами ее транспортировки.

На значении прочностных показателей бетона сказываются особенности испытательных машин, условия испытаний, форма и размеры образцов. Показатели прочности увеличиваются с уменьшением размера образцов и соответственно снижением вероятности появления опасных дефектов. Большое значение имеют скорость и равномерность нагрузки образцов.

Книга: Строительные материалы и технологии

Бетон работает под нагрузкой как единый композиционный материал, и в формировании его прочности участвуют цементный камень (матрица), зерна заполнителя и контактный слой между ними. Иными словами, прочность бетона зависит от прочности составляющих его материалов и от прочности сцепления их друг с другом. Прочность заполнителя (песка, щебня, гравия) в тяжелом бетоне, как правило, выше заданной прочности бетона, поэтому мало влияет на последнюю. Таким образом, прочность бетона определяется в основном двумя факторами:
• прочностью затвердевшего цементного камня;
• прочностью его сцепления с заполнителем.

Читайте так же:
Нормы естественной убыли цемент песок

Прочность цементного камня зависит от двух факторов: активности (марки) используемого цемента (R) и соотношения количеств цемента и воды (Ц/В).

Чем выше марка це- мента, тем при прочих равных условиях будет прочнее цементный камень, так как марка цемента — это в действительности прочность модельного (мелкозернистого) бетона, отформованного и твердевшего в стандартных условиях (см. лабораторную работу № 7).

Зависимость прочности цементного камня от соотношения цемента и воды в бетонной смеси объясняется следующим. Цемент при твердении химически связывает не более 20. 25 % воды от своей массы. Но чтобы обеспечить необходимую пластичность цементного теста и, соответственно, подвижность бетонной смеси, необходимо брать 40. 80 % воды от массы цемента. Вода, кроме того, необходима для смачивания поверхности песка и крупного заполнителя: большая удельная поверхность заполнителя требует большего расхода воды (см. § 10.2). Естественно, чем больше в бетоне будет свободной, химически не связанной воды, тем больше впоследствии будет пор в цементном камне и соответственно ниже станет его прочность.

С другой стороны, если не обеспечить необходимую удобоуклады-ваемость бетонной смеси, соответствующую принятому в данном конкретном случае методу уплотнения, то из-за недоуплотнения в структуре бетона появятся крупные пустоты и участки с нарушенной связью “цементный камень — заполнитель”, что приведет к резкому снижению прочности бетона.

Экспериментально кривая зависимости прочности бетона от количества воды затворения (В) при постоянном расходе цемента (Ц) (т. е. фактически от В/Ц) и при одинаковом методе уплотнения (рис. 12.5) подтверждает сказанное выше. Левая ветвь кривой отвечает недоуп-лотненным бетонным смесям, слишком жестким для данного способа уплотнения. При возрастании количества воды затворения до известного предела бетонная смесь укладывается плотнее, уменьшается объем пустот, а прочность бетона повышается. При оптимальном (для данного способа уплотнения) количестве воды бетон имеет наибольшую прочность и плотность, что соответствует максимуму на кривой прочности.

Рис. 12.5. Кривая зависимости прочности бетона от количества воды затворения (при неизменном расходе цемента и способе уплотнения):
1 — слишком жесткие недоуплотненные бетонные смеси; 2 — смеси с оптимальным количеством воды затворения (Вопт); 3 — подвижные смеси; 4 — литые бетонные

Rц:
1 – Rи = 60 МПа; 2 — Rц = 55 МПа;
3 — Rц = 50 МПа; 4 — Rц = 40 МПа

Дальнейшее увеличение количества воды разжижает бетонную смесь, повышает ее подвижность. Однако добавляемая вода лишь частично связывается цементом, а избыток ее образует в бетоне поры — и в результате прочность бетона понижается (правая ветвь кривой).

Для каждой бетонной смеси существует оптимальное количество воды, которое позволяет получить при данном способе уплотнения бетон с минимальной пористостью и наибольшей прочностью.

Прочность сцепления между цементным камнем и заполнителем определяется в основном качеством поверхности заполнителя. Для обеспечения высокой прочности сцепления поверхность зерен заполнителя должна быть чистой и шероховатой. Например, бетон на щебне при прочих равных условиях прочнее бетона на гравии. В обобщенном виде этот показатель именуется коэффициентом качества заполнителей (А), а его численные значения приводятся ниже (см. лабораторную работу № 9).

Рис. 12.6. Фактическая зависимость прочности бетона R от цементно-водного отношения (Ц/В)

Рис. 12.7. Прочность бетона на сжатие R бкак функция Ц/В и марки цемента

Высказанные теоретические предпосылки были положены в основу экспериментальных исследований зависимости прочности бетона от Ц/В, марки цемента и качества заполнителей (под прочностью здесь и далее подразумевается марочная прочность, т. е. прочность после 28 сут твердения в стандартных условиях). Полученные экспериментальные зависимости R = (Ц/В) представляют довольно сложную кривую, имеющую точку перегиба (рис. 12.6). С некоторым приближением эту кривую в реальном интервале Ц/В (от 1,4 до 3,3) можно аппроксимировать двумя прямыми, описываемыми уравнением вида 232

Читайте так же:
Как узнать вес цемента

Приведенная формула предложена И. Боломеем и уточнена Б.Г. Скрамтаевым. Она выражает основной закон прочности бетона и используется для определения состава бетона по заданным параметрам.

Для обычных бетонов (марок ниже М500) в интервале Ц/В = =1,4. 2,5 формула Боломея — Скрамтаева имеет вид

а для высокопрочных бетонов при Ц/В = 2,5. 3,3

В графическом виде закон прочности бетона представлен на рис. 12.7. Эта зависимость справедлива лишь при условии обеспечения плотной укладки бетонной смеси. Использование этой формулы при расчете состава бетона дано в лабораторной работе № 9.

Расширение цементного раствора-камня и управление его свойствами

Положительные качества тампонажных материалов с расширяющимися свойствами известны. Однако еще недостаточно исследованы влияния различных реагентов, а также технологических и физических факторов на свойства расширяющихся тампонажных материалов, что не позволяет прогнозировать их влияние на качество крепления скважины.

Study of influence of various chemicals as well as process and physical properties on expanding cement slurries for well casing.

Известно, что процесс гидратации расширяющейся добавки на основе СаО начинается с момента ее затворения в воде. Учитывая, что процесс цементирования может продолжаться от 1 до 2-х часов и более, необходимо подбирать рецептуру расширяющегося тампонажного материала (РТМ) таким образом, чтобы сохранялись расширяющиеся свойства добавки и после завершения процесса цементирования. Как показывают исследования [1, 2], длительность процесса цементирования приводит к снижению величины расширения цементного раствора камня. Если же процесс гидратации CaO завершается до завершения цементирования или до начала загустевания тампонажного раствора, применение расширяющихся добавок не дает положительного эффекта.

Исследования показывают, что при введении расширяющихся добавок (РД) на основе оксида кальция с увеличением объемного расширения раствора-камня прочность цементного камня снижается, о чем свидетельствуют результаты испытаний РТМ с расширяющейся добавкой марки «СИГБ», приведенные в табл.1. Как видно из данных табл., расширение цементного камня возрастает с увеличением содержания РД в составе сухой смеси, однако прочность цементного камня с увеличением расширения снижается. Для состава с содержанием РД марки «СИГБ» в количестве 8% прочность цементного камня на изгиб через двое суток составила лишь 0,5 МПа, что не удовлетворяет требованиям ГОСТ 1581-96. Исследования изменения прочности цементного камня из РТМ показывают, что прочность со временем возрастает, то есть цементный камень с расширяющейся добавкой в процессе твердения имеет свойство частично восстанавливать прочность или «самозалечиваться».

Величина давления от расширяющегося цементного раствора-камня на ограничивающие ее поверхности зависит от прочности структуры цементного камня, которая возрастает по мере гидратации цемента. При позднем расширении цементный камень оказывает большее давление на стенки скважины, что является положительным, однако расширение цементного камня в поздние сроки его твердения приводит к разрушению ее структуры. В результате при определении прочности цементного камня по ГОСТ 26798.1 – 96 позднее расширение приводит к большему снижению его прочности, что является одной из причин, осложняющих его применение.

Как показывают исследования, если действие РД продолжается более суток, дальнейшее расширение образцов в свободном состоянии приводит к существенному снижению прочности цементного камня, и даже может привести к его саморазрушению. Если же твердение образцов из РТМ будет продолжаться до момента испытания в ограниченных условиях, например в формах, что ближе к условиям твердения цемента в скважине, их прочность оказывается значительно выше [3].

Читайте так же:
Вибратор для силоса цемента

Основной причиной снижения прочности цементного камня при расширении является позднее расширение. Если же процесс расширения тампонажного раствора-камня завершается в течение суток, когда образец твердеет в форме, существенного снижения прочности цементного камня не происходит, что подтверждается результатами испытания образцов цементного камня с расширяющейся добавкой марки ДР-50, приведенных на рис. 2, расширение которых завершается за 16 – 20 часов твердения.

Так, например, прочность цементного камня на изгиб с увеличением содержания с ДР-50 до 10% в составе сухой смеси снизилась лишь с 4,12 до 3,4 МПа, а на сжатие – с 11,9 до 6,25 МПа, что удовлетворяет требованиям норм по прочности.

Одной из проблем при разработке рецептур РТМ является управление его свойствами, и прежде всего его расширением. Для определения влияния ускорителей схватывания на величину и динамику расширения раствора-камня были проведены сравнительные испытания цементно-зольной смеси с содержанием расширяющейся добавки CaO в количестве 10% от массы смеси. В качестве ускорителя твердения применялась солевая композиция (СК) (технические условия ТУ6-46 00204872 19 92), представляющая собой солевую смесь с содержанием:

1. СаСl253%
2. NaСl38%
3. H2O(связанная)8%
4. CaSO40,5%
5. Ca(OH)20,2%
6. Остаток0,3%

При введении в тампонажный состав ускорителя твердения конечная величина расширения существенно снижается. Если расширение состава без СК через 24 часа составило 10,87%, при добавлении в этот же состав СК его расширение снизилось почти в 5 раз и составило лишь 2,18%. И это несмотря на то, что СК сама по себе проявляет некоторые расширяющие свойства.

На рис. 3 представлена динамика расширения и схватывания тампонажных составов, показатели которых приведены в табл. 2. Показатели схватывания тампонажных растворов определялись по игле Вика. Динамика схватывания тампонажного раствора отражает нарастание прочности формирующейся структуры цементного раствора-камня во времени.

Можно предположить, что солевая композиция оказывает тормозящее действие на химические процессы, приводящие к расширению тампонажного материала. Однако анализ динамики расширения показывает, что расширение состава с добавкой СК начинается раньше и его темпы в первые часы твердения оказываются больше, чем для состава без добавки СК. Более раннее начало расширения для состава с СК объясняется ускорением его загустевания и схватывания и более ранним формированием его структуры, что подтверждается динамикой схватывания по игле Вика.

Сравнение динамики расширения представленных составов с динамикой их схватывания (рис. 3) показывает, что наблюдается зависимость темпов расширения от темпов схватывания, что свидетельствует о зависимости расширения раствора-камня от прочности его структуры. С началом формирования структуры цементного камня увеличивающиеся в объеме частицы расширяющейся добавки оказывают давление через формирующийся структурный каркас цементного камня на ограничивающие объем стенки. С увеличением прочности структуры раствора-камня темпы расширения снижаются, так как упрочняющаяся структура цементного камня оказывает все большее сопротивление расширяющимся частицам РД. В результате с увеличением прочности структуры расширение может происходить все больше в поры, которых в цементном камне предостаточно.

Перегиб на кривой динамики расширения, характеризующей снижение темпов расширения, для состава с СК соответствует значению показателя схватывания по игле Вика, примерно равного 3 – 5 единицам. Для состава без СК снижение темпа расширения во времени наблюдается также при значении показателя схватывания по игле Вика, примерно равного этим же значениям, что свидетельствует о зависимости темпов расширения цементного камня от прочности его структуры.

Читайте так же:
Как замешать цемент м400

Существенное снижение в темпах расширения для обоих составов отмечается к концу схватывания, когда показатели по игле Вика приближаются к значению 39 – 40 единиц. После достижения конца схватывания расширение состава с добавкой СК составило лишь около 0,38%, в то время как для состава без добавки СК этот показатель составляет около 1,05%. Большие темпы расширения для состава без ускорителя твердения после конца схватывания по сравнению с составом, содержащим СК, объясняются меньшей ее прочностью (табл. 2).

Исходя из приведенных результатов исследований, механизм расширения тампонажных материалов с расширяющимися добавками может быть представлен следующим образом. Увеличивающиеся в объеме частицы расширяющейся добавки приводят к возникновению давления на стенки скважины через скелетную структуру цементного камня. Причем это давление может распределяться более равномерно по ограничивающим раствор поверхностям в период, когда твердеющий цементный раствор-камень еще является пластичным. В конце срока схватывания тампонажного раствора, когда структура цементного камня набирает прочность и уже меньше подвержена пластическим деформациям и способна оказывать большее сопротивление расширяющимся включениям в структуре цемента, темпы расширения существенно снижаются.

Темпы расширения твердеющего цементного камня зависят от прочности структуры формирующегося цементного камня и напряжений, возникающих от действия расширяющихся структур, которые в свою очередь определяются содержанием РД в тампонажной смеси и создаваемыми ими напряжениями расклинивания. В результате чем выше прочность цементного камня, тем больше требуется усилий для того, чтобы подвергать этот цементный камень пластическому течению или разрушению, следовательно, и его расширению. Если же количество РД мало, то оно будет создавать и меньшее удельное напряжение расклинивания в формирующейся структуре цементного камня. С повышением прочности структуры процесс расширения замедляется.

Темпы расширения цементного камня в результате противодействия структурного каркаса цементного камня увеличивающимся в объеме частицам РД определяются соотношениями сил «противодействующих» сторон: с одной стороны, количества РД и развиваемого им удельного усилия распора при расширении, а также темпами его гидратации, и с другой стороны темпами загустевания и набора прочности структуры цементного раствора, которые зависят от температурных условий твердения и наличия в составе цементного раствора замедляющих или ускоряющих его твердение реагентов и добавок. Проблема получения расширяющегося тампонажного материала сводится к согласованию во времени процессов гидратации расширяющейся добавки с процессами формирования структуры цементного камня и набора им прочности.

Прочность бетона — что влияет на прочностные характеристики

Прочность бетона – ключевой показатель его качества, определяющий назначение и параметры использования ЖБИ. Процесс проектировки конструкций осуществляется таким образом, чтобы изделия могли выдерживать соответствующие нагрузки на сжатие. Этот показатель определяется классом и маркой бетона, которые могут быть определены через 28 суток после заливки.

Динамика роста прочности за указанный период позволяет оценить его характеристики, в то время, как окончательное затвердение смеси происходит в течение нескольких лет. Качественный бетон спустя 28 суток должен обеспечить прочностный показатель при сжатии с усилием 200кгс/см2. Наряду с технологией, влияющей на прочность бетона, присутствует ряд объективных факторов, определяющих качество железобетонных изделий.

Факторы, влияющие на прочность

К основным технологическим факторам, определяющим прочность бетона, относят:

Читайте так же:
Какие бывают виды цемента

соотношение цемента и воды;

тип и качество наполнителей;

применение повторного вибрирования.

Цементы повышенной активности, которая определяется зависимостью Rb= f(RЦ), традиционно обладают большей прочностью и применяются в строительстве многоэтажных, промышленных зданий, в дорожном и инженерном строительстве. Такие марки обладают большим сроком эксплуатации, надежны и не подвержены механическим и биологическим повреждениям. Марочная прочность определяется видом используемых легких или тяжелых бетонов. Использование сульфастойких цементов позволяет получить высокую прочность бетона при воздействии внешних факторов, в качестве которых выступают различные агрессивные среды. Практическая сфера применения легирующих добавок актуальна при формировании на основе смеси для конструкций, задействованных при строительстве домов, несущих конструкций гражданского или промышленного назначения, мостов.

Тяжелый бетон характеризуется повышенным показателем объемного веса, который изменяет свое значение в пределах 2200 – 2800 кг/м3 в зависимости от вида заполнителя. В качестве последнего могут применяться карбонатные, кварцевые, гранитные породы. При формировании опор в виде фундаментов находит применение бетон марки 100, для монолитных конструкций в виде колонн, перекрытий и балок — марки 150, обычнее сборные конструкции формируются на основе марок 200-250. Монолитные конструктивы с предварительным напряжением могут армироваться марками от 300 до 600, в то время как наиболее высокие марки редко находят практическое применение.

Количественный показатель содержания цемента в бетонной смеси также определяет ее прочностные характеристики — он растет до определенного уровня с повышением концентрации цемента. Следует помнить, что излишек цемента в составе смеси снижает ее устойчивость к усадке и увеличивает ползучесть. Максимально допустимым количеством считается до 600 кг цемента в 1 кубометре товарного бетона.

Соотношение воды и цемента в составе смеси также влияет на ее прочностные характеристики – чем оно выше, тем ниже прочность. При правильной технологии для затвердения и обеспечения прочности требуется воды в объеме 20% от массы цемента. Однако в случае с ЖБИ расход воды увеличен, поскольку смесь не должна быть слишком пересушенной для формирования равномерной и плотной смеси.

Бетон тем прочнее, чем более крупные наполнители использованы в процессе его приготовления. Не рекомендуется превышать рекомендованное количество песка, исходное сырье необходимо максимально очистить от глины и мелкозернистых фракций. Крупнозернистый заполняющий состав способствует лучшему проникновению цементного теста в образовавшиеся пустоты и обеспечению лучших параметров сцепления всех составляющих будущего изделия. Форма заполнителя играет определяющую роль. Сцепление обеспечивается намного лучше с заполнителями неправильной геометрии, в то время как округленность либо загрязнение заполнителя оказывает обратный эффект.

Тщательность вымешивания смеси также отражается на прочностных показателях. Для ЖБИ важен также порядок укладки бетонных смесей, который подразумевает промывку и обработку стыков, от чего зависит прочность, предотвращающая сколы и появление трещин.

Показатели прочности бетона оцениваются в возрасте 28 суток и зависят от температуры, при которой происходило отверждение смеси в соотношении с пределом достигаемой прочности при застывании при температуре +20 о С:

Повторное вибрирование, выполненное до завершения процесса полного схватывания, позволяет увеличить показатели прочности до 20%, это единственный технологический процесс, способный качественно повлиять на эксплуатационные характеристики. Технология производства может предусматривать разнообразные методики виброштампования, вибрирования под нагрузкой или вибропроката, которые направлены на усовершенствование прочностных показателей бетона.

В результате повторного вибрирования повышается плотность и увеличивается скорость процесса гидратации входящего в состав смеси цемента.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector