Fyzikální a mechanické vlastnosti betonu – TechLib SPB UVT

Ztvrdlý beton patří mezi materiály kompozitního (konglomerátového) typu, protože obsahuje zjevně heterogenní složky – zrna kameniva držící pohromadě s cementovým kamenem. Mezi nejdůležitější vlastnosti, které určují kvalitu cementového kamene, proto patří pevnost a adheze, tedy schopnost přilnout ke zrnům kameniva.

Hlavními kvalitativními ukazateli těžkého betonu jsou pevnost v tlaku a v tahu, mrazuvzdornost a voděodolnost. Pevnost betonu v konstrukčním věku se vyznačují třídami pevnosti v tlaku a osovém tahu. Charakteristickým rysem betonářské práce je výrazná heterogenita výsledného betonu. Čím vyšší stavební kultura, tím kvalitnější příprava a uložení betonu do konstrukce, tím menší výkyvy pevnosti. Proto je důležité nejen získat beton dané průměrné pevnosti, ale také ji zajistit v celém objemu vyráběných konstrukcí.

Ukazatelem, který zohledňuje možné kolísání kvality, je třída betonu.

Třída betonu – číselná charakteristika kterékoli z jeho vlastností, akceptovaná se zaručenou bezpečností (obvykle 0,95). To znamená, že vlastnosti specifikované třídou, například pevnost betonu, je dosaženo minimálně v 95 případech ze 100.

Koncept „třídy betonu“ vám umožňuje přiřadit pevnost s přihlédnutím k její skutečné nebo možné variaci.

GOST 26633-91 stanovuje následující třídy těžkého betonu z hlediska pevnosti v tlaku: B3,5; B5; B7,5; B10; B12,5; B15; B20; B25; VZ0; B35; B40; B45; B50; B55; B60; B65; B70; B75 a B80. Třída betonu z hlediska pevnosti v tlaku je označena latinským písmenem B, vpravo od něj je přiřazena jeho mez pevnosti v MPa. Beton třídy B15 má tedy pevnost v tlaku minimálně 15 MPa se zaručenou pevností 0,95.

V případě potřeby jsou také stanoveny třídy betonu osové pevnosti v tahu označené indexem B. _t a ohyb v tahu – B _tb .

Beton funguje mnohem hůře v tahu než v tlaku: pevnost v tahu je 10. 20 krát menší než pevnost v tlaku. Pro zvýšení únosnosti, zejména při ohybu a tahu, se beton kombinuje s ocelovou výztuží k výrobě železobetonových konstrukcí.

Betonová třída je číselná charakteristika kterékoli z jeho vlastností, vypočtená jako průměrná hodnota výsledků testů vzorku. Při určování jakostí podle pevnosti, mrazuvzdornosti, voděodolnosti se bere spodní mezní hodnota vlastností a jakost podle průměrné hustoty se určuje horní mezní hodnotou. Na rozdíl od třídy třída betonu nezohledňuje kolísání pevnosti v celém objemu betonované konstrukce.

Stupeň pevnosti v tlaku je nejběžnější charakteristikou betonu. Značka je určena testování osového tlaku vzorků betonové krychle o rozměrech 15x15x15 cm ve stanoveném návrhovém stáří (obvykle 28 dní). Pevnost v tlaku získaná během testování jako aritmetický průměr dvou největších (v sérii tří vzorků), vyjádřená v kgf/cm 2, je číselnou charakteristikou značky.

Pro pevnost v tlaku byly stanoveny následující třídy těžkého betonu: M50; M75; M100; M150; M200; M250, MZOO; M350; M400; M450; M500; M550; M600; M700; M800; M900 a M1000. Označení používá index „M“. Například beton třídy M200 znamená, že jeho pevnost v tlaku je minimálně 200 kgf/cm2.

Vztah mezi třídami a třídami betonu je nejednoznačný a závisí na homogenitě betonu, posuzované pomocí variační koeficient. Čím nižší je variační koeficient, tím je beton homogennější. Třída betonu stejné jakosti se výrazně zvýší, pokud se variační koeficient sníží. Například se stupněm pevnosti v tlaku MZ00 a variačním koeficientem 18 % se získá beton třídy B 15 a s variačním koeficientem 5 % třída B20, tedy o celý stupeň vyšší. To zdůrazňuje nutnost pečlivě realizovat všechna technologická doporučení, zlepšit technickou úroveň a kulturu betonářské práce.

Pevnost je hlavní charakteristikou betonu jako konstrukčního materiálu. Číselná hodnota pevnosti je dána působením mnoha faktorů. Nejdůležitější z nich jsou kvalita použitých materiálů a pórovitost betonu.

Beton z portlandského cementu získává pevnost postupně. Za normálních teplot a stálé vlhkosti pokračuje růst pevnosti betonu dlouhou dobu, ale rychlost nabírání pevnosti časem slábne.

Tabulka 1. Vztah mezi třídami a pevnostními třídami těžkého betonu

Průměrná pevnost betonu této třídy, kgf/cm2

Nejbližší značka betonu

Odchylka průměrné pevnosti betonu dané třídy od jakosti, %

Pevnost betonu je charakterizována jeho typem (dočasná odolnost v tlaku, axiální tah nebo pevnost v tahu při ohybu). Stupeň pevnosti v tlaku těžkého cementu, extra těžkého, lehkého a velkopórovitého betonu je stanoven tlakovou zkouškou betonových kostek se stranou rovnou 200 mm, vyrobené z pracovní kompozice a testované po určité době expozice.

U vzorků monolitického betonu průmyslových a občanských staveb a konstrukcí je doba zrání při normálním tvrdnutí (při teplotě 20 stupňů C a relativní vlhkosti alespoň 90 %) 28 dnů. Síla B. ve věku 28 let dny R₂₈ normální tvrdnutí lze určit podle vzorce:
R₂₈ = aR_ц (C/V – b),
kde Р_ц – aktivita (pevnost) cementu; C/V — poměr cement-voda; а – 0,4-0,5 a b – 0,45-0,50 – koeficienty v závislosti na druhu cementu a kameniva.

Pro stanovení stupně B masivních hydraulických konstrukcí je doba držení vzorku 180 dnů. Doba výdrže a podmínky vytvrzování vzorků prefabrikovaných výrobků jsou uvedeny v příslušných normách GOST. Třída silikátového a pórobetonu se považuje za dočasnou odolnost kgf/cm 2 pro lisování vzorků stejných rozměrů, které však procházejí ošetřením v autoklávu současně s produkty (1 kgf/cm 2 « 0,1 Mn/m2 ). Zvláště těžké B. mají stupně od 100 do 300 (~10-30 Mn/m2 ), těžké B. – od 100 do 600 (~10-60 Mn/m2 ).

Značky vysoce pevných B. – 800-1000 (~80-100 Mn/m2 ). Použití vysokopevnostních výztuh je nejvhodnější u středově stlačených nebo stlačených sloupů s nízkou excentricitou vícepodlažních průmyslových a občanských budov, vazníků a oblouků s dlouhým rozpětím. Lehký beton na porézních plnivech má třídy od 25 do 200 (~2,5-20 Mn/m2 ), vysokopevnostní beton – až 400 (~40 Mn/m2 ), velkoporézní B. – od 15 do 100 (~1,5-10 Mn/m2 ), buněčné B. – od 25 do 200 (~2,5-20 Mn/m2 ), zejména lehké B. – od 5 do 50 (~0,5-5 Mn/m2 ). Axiální pevnost v tahu B. je přibližně 10krát nižší než pevnost B. v tlaku.

Požadavky na pevnost v tahu za ohybu mohou být kladeny například na beton vozovek a vozovek letišť. Pro návrh hydraulických a speciálních konstrukcí (televizní věže, chladící věže atd.) jsou kromě pevnostních ukazatelů kladeny požadavky na mrazuvzdornost, posuzovanou zkušebními vzorky na zmrazování a rozmrazování (střídavě) ve stavu nasyceném vodou na 50 až 500 cyklů.

Pro konstrukce pracující pod tlakem vody jsou požadavky na odolnost proti vodě a pro konstrukce vystavené mořské vodě nebo jiným agresivním kapalinám a plynům požadavky na odolnost proti korozi. Při návrhu složení těžkého cementového betonu jsou zohledněny požadavky na jeho pevnost v tlaku, pohyblivost betonové směsi, její tuhost (technická viskozita) a při návrhu složení lehkého a zejména těžkého cementového betonu také hustota. Udržení dané mobility je zvláště důležité u moderních průmyslových výrobních metod; Nadměrná pohyblivost vede k nadměrné spotřebě cementu a nedostatečná pohyblivost ztěžuje pokládku betonové směsi dostupnými prostředky a často vede k vadným výrobkům.

Pohyblivost betonové směsi je dána velikostí propadu (v cm) standardní betonový kužel (komolý kužel o výšce 30 cm, spodní průměr základny 20 cm, top – 10 cm). Tuhost je stanovena pomocí zjednodušené metody profesora B. G. Skramtaeva nebo pomocí technické viskozimetr a je vyjádřen časem v sec, nutné k přeměně kužele betonové směsi na stejně velký hranol nebo válec. Tyto studie jsou prováděny na standardní laboratorní vibrační platformě s automatickým spínačem, který se používá i při výrobě kontrolních vzorků.
Výběr betonové směsi na základě stupně její pohyblivosti nebo tuhosti se provádí v závislosti na typu betonované konstrukce, způsobu dopravy a pokládky betonu Kromě cenných konstrukčních vlastností má beton také dekorativní vlastnosti. Výběrem složek betonové směsi a přípravou bednění nebo forem lze upravit barvu, texturu a texturu betonu; textura závisí také na metodách mechanické a chemické úpravy povrchu betonu Plastická výraznost konstrukcí a plastik z betonu je umocněna jeho porézním, světlo pohlcujícím povrchem, využívá se bohatá gradace dekorativních vlastností betonu. ve výzdobě interiérů a v dekorativním umění.

Typ betonu pro mrazuvzdornost F určeno počtem cyklů střídavého zmrazování a rozmrazování ve věku 28 dnů. ve vodou nasyceném stavu vzorků, ve kterém je povoleno snížení pevnosti betonu v tlaku o maximálně 15 %.

Stupně mrazuvzdornosti jsou přiřazeny a kontrolovány pro beton vodních staveb, mostů a vozovek atd. Pro těžký beton byly stanoveny tyto stupně mrazuvzdornosti v cyklech: F 50, F 75, F 100, F 150, F 200, F 300, F 400, F 500, F 600, F 800, F 1000.

Pro přípravu mrazuvzdorného betonu se doporučuje použít portlandský cement a jeho odrůdy: měkčený, hydrofobní, rychle tvrdnoucí a odolný proti síranům. Přípustné množství trikalciumhlinitanu C₃A ve slínku pro portlandský cement by v závislosti na jakosti betonu měla být mrazuvzdornost %: pro beton třídy F 300 a vyšší – ne více než 5%, pro F 200 – ne více než 7%, pro F 100 – ne více než 10 %.

Nedoporučuje se přidávat do cementu aktivní minerální přísady, které zvyšují spotřebu vody pojiva v betonu. Ke snížení potřeby vody v betonové směsi a snížení podílu mikropórů v betonu by měly být použity přísady povrchově aktivních látek, které mají na betonovou směs provzdušňovací, mikroplynotvorný, vodoodpudivý nebo plastifikační účinek. U vodních staveb s normovanou mrazuvzdorností F 200 a vyšší by měl být objem unášeného vzduchu s maximální velikostí výplně 20 mm a W/C = 0,41. 0,5 2. 4 %.

Mrazuvzdorný beton lze získat zajištěním přesného dávkování složek, důkladným promícháním, zhutněním a řádnou péčí o tvrdnoucí beton. V tomto případě je nutné zajistit, aby při tepelném zpracování betonu nedocházelo k destruktivním procesům, které jsou spojeny s tepelnou roztažností komponentů a také vody a vzduchu v čerstvě položeném betonu.

Při výrobě betonových a železobetonových konstrukcí se zvýšenou mrazuvzdorností (F 200) se pro tvrdnutí betonu upřednostňují přirozené podmínky při kladné teplotě a při současném zachování jeho vlhkostního stavu po dobu 10 dnů.

Vodotěsná značka jsou předepsány pro betonové konstrukce, které musí mít omezenou propustnost při jednostranném tlaku vody. Pro voděodolný stupeň přijmout nejvyšší tlak vody (kgf/cm), který betonové vzorky o průměru a výšce 150 mm vydrží při zkoušení podle zavedeného postupu. Pro odolnost vůči vodě (kgf/cm2) jsou schváleny následující třídy betonu: W 2, W 4, W 6, W 8, W 10, W 12, W 14, W 16, W 18, W 20.

Je nutné oddělit faktory, které určují voděodolnost betonu ve fázi přípravy směsi, pokládky a tvrdnutí betonu a způsoby zvýšení voděodolnosti tvrzeného materiálu.

Cementová činnost. Náhrada cementu o aktivitě 400 kgf/cm₂, cement o aktivitě 500 kgf/cm 2 umožňuje získat beton s vysokým stupněm voděodolnosti i při zvýšení hodnoty W/C o 15. 20% a snížení spotřeby cementu o 7. ..10 %.

Poměr voda-cement. Se zvyšující se hodnotou W/C se snižuje kvalita cementové pasty ve tvrdnoucím betonu. Se zvýšením W/C z 0,4 na 0,8 se tedy koeficient filtrace cementového kamene zvyšuje 10. 20krát.

Hodnota W/C při dané mobilitě je ovlivněna spotřebou cementu. Podle SNiP 5.01.23-83 by u betonu s voděodolností W 8 při lisování z betonové směsi OK = 5. 9 cm měla být spotřeba cementu 475 kg/m 3; V/c takového betonu by neměla překročit 0,45.

Koeficient roztažnosti zrn hrubého kameniva. Hodnoty součinitele a pohybu zrn pro vodotěsný beton jsou výrazně vyšší než odpovídající hodnoty a stanovené z podmínky pro získání betonu nejvyšší pevnosti. To znamená, že optimální složení betonu pro maximální odolnost proti vodě by mělo obsahovat méně hrubého kameniva a více malty než klasický beton.

Podmínky kalení. Pro vodotěsný beton s použitím běžných cementů jsou nejlepší podmínky vytvořeny při tvrdnutí vodou a nejhorší podmínky při tvrdnutí na vzduchu. Schopnost betonu propouštět vodu se přitom může měnit stokrát.

Stáří betonu. Se zvyšujícím se stářím betonu se mění charakter jeho pórovitosti: postupně se zmenšuje objem makropórů, které jakoby zarostly produkty hydratace cementu. Například ve věku 90 dnů. voděodolnost betonu se ve srovnání s 28denním stupněm zdvojnásobí. Pro vodní stavby se v závislosti na provozních podmínkách určuje vodotěsnost betonu na stáří 60, 90 nebo 180 dnů.

Deformovatelnost betonu. Beton se pod zatížením nechová jako dokonale elastické těleso (například sklo), ale jako elasticko-visko-plastové těleso. Při nízkém napětí (ne více než 0,2 mezní pevnosti) se beton deformuje jako pružný materiál. Navíc jeho počáteční modul pružnosti závisí na pórovitosti a pevnosti a je (2,2. 3,5) * 10 4 MPa pro těžký beton (pro vysoce porézní pórobeton je modul pružnosti asi 1 * 10 4 MPa).

Při velkém namáhání se začíná objevovat plastická (zbytková) deformace vznikající v důsledku růstu mikrotrhlin a plastických deformací gelové složky cementového kamene.

Smršťování betonu. Při tuhnutí na vzduchu se beton smršťuje – zmenšení lineárních rozměrů na 0,3. 0,5 mm na 1 m délky. Velké smršťovací deformace jsou jednou z příčin vzniku trhlin v betonu. Smrštění je zvláště významné během počátečního období tuhnutí: v prvním dni dosahuje 70% měsíční hodnoty.

Smrštění betonu je způsobeno smrštěním cementového kamene, které je zase důsledkem menšího objemu látek vzniklých v důsledku hydratace cementu, než je původní celkový objem cementu a vody; stlačení cementového kamene kapilárním tlakem, ke kterému dochází při odpařování vody z betonu; snížení objemu gelu, když je dehydratovaný.

Smršťování betonu se zvyšuje se zvyšujícím se obsahem cementu a vody, použitím vysokohlinitých cementů a jemnozrnného a porézního kameniva.

Ohnivzdornost. Požární odolností betonu se rozumí jeho schopnost udržet pevnost při krátkodobém vystavení vysokým teplotám, například při požáru. Při krátkodobém ohřevu se beton díky své nízké tepelné vodivosti zahřeje do mělké hloubky a voda v něm obsažená (včetně vody krystalizační) se odpaří, čímž se sníží teplota betonu. Při dlouhodobém vystavení vysokým teplotám dochází v betonu k nevratným chemickým změnám doprovázeným ztrátou pevnosti.

Pro konstrukci konstrukcí topenišť, pecí a průmyslových potrubí se používá speciální žáruvzdorný beton na bázi hlinitanového cementu a žáruvzdorných plniv.

Přečtěte si k tématu:

• Beton a malty
• Druhy kameniv a jejich použití v betonu a maltách
• Voda a přísady do betonu a malt
• Konstrukční řešení. Volba složení, příprava a doprava roztoků
• Druhy, složení a rozsah použití malt ve stavebnictví. Řešení pro speciální účely. Suché směsi a jejich použití ve stavebnictví
• Vlastnosti maltových směsí a vytvrzených roztoků
• Konkrétní. Stanovení složení betonu
• Fyzikální a mechanické vlastnosti betonu
• Technologické vlastnosti betonové směsi. Způsoby přípravy a pokládky betonové směsi
• Speciální betony