CC BY
45
ВЕСТНИК 1/2011
ВЛИЯНИЕ МОРОЗОСТОЙКОСТИ БЕТОНА НА СТРУКТУРУ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ
INFLUENCE OF CONCRETE FROST RESISTANCE ON THE CEMENT STONE STRUCTURE
B.A. Погорелов
V.A. Pogorelov
ИГАСУ
В статье представлен анализ влияния морозостойкости на структуру бетона, где, в итоге, расчётным путём установлена зависимость морозостойкости бетона от средней составляющей её капиллярной пористости.
The article deals with the analysis of frost resistance on concrete structure where the dependence of concrete frost resistance from the average component of its capillary porosity is determined by calculations.
При проектировании состава бетона с заданной морозостойкостью необходимо учитывать одновременно требования по удобоукладываемости бетонной смеси, а также по прочности и морозостойкости затвердевшего бетона. Общепринятое определение расхода материалов с использованием зависимости R б = f (В/Ц) и «правила постоянства расхода воды» при учете максимально допустимого значения В/Ц для бетона данной марки по морозостойкости является недостаточным. Отсутствие непосредственного учета морозостойкости бетона при определении его состава часто приводит к необоснованному перерасходу цемента, [1].
С целью выявления зависимости морозостойкости бетонов М на плотном и пористом заполнителях от его структурных характеристик авторами [2, с.31 - 36] были проведены следующие исследования.
Тяжелые и легкие бетоны изготовляли при В/Цист =0,2^0,45, где при каждом значении В/Цист цементного теста объемная концентрация его изменялась от 0,15^0,6.
Были исследованы 36 составов легкого и тяжелого бетонов, охватывающих всю область использования бетонов из данных материалов. Бетонные образцы на морозостойкость испытывали по стандартной методике. Данные испытаний обработаны вероятно - статистическим методом, как при определении удобоукладываемости, в результате чего получены двухфакторные квадратичные модели, где, в частности для нашего случая, с целью его расчета и был использован вариант для бетонов на плотном заполнителе.
М=363,9-1220,9В/Цист +1439,4В/Ц2СТ -671,7В/Цист -С+909С-357,7С2 [2, с.36]
1/2П11 ВЕСТНИК
_угогт_мгсу
1. Расчет морозостойкости бетона проводим по данным таблицы 1 бетонной смеси (см. рис. 1)
М1 = 363,9-1220,9-0,360386+1439,4-0,971714-10-671,7-1,422782+909-0,253297-- 357,7-0,064159=(363,9 - 439,995+1,399 - 955,683 + 230,247 - 22,950) -(-1)= =-363,9+439,995-1,399+955,683-230,247 + 22,950=823,082цикл«820цикл ;
В 133,659кг / м3
где: -=----=0,360386 ;
Цист 370,877кг/м3
В 133,659-/м 3 133,659 = 0,971714.10 -3;
Ц ист (370,877кг / м3 )2 137549,749 -=1,422782 ;
В 133,659кг / м3
Цист 'С 93,942кг/м3 где: Цист • С = 370,877кг/м2 -0,253297 = 93,942кг/м3; С2 =(0,253297)2 = 0,064159 ; при этом, объемная концентрация цемента в бетонной смеси, составит [2, с.7]:
С=- Ц
( л 13 ^ 370,877кг/м3 ( л ^
1000
1__в
р7 + ц
1 133,659кг / м3
ч 3,1г/м3 370,877кг / м3
1000
=0,370877-(0,322581+0,360386)= 0,370877-0,682967=0,253297 Определяем пористость бетонной смеси, [2, с.34] П^ =(В-0,5-а-Ц)-100%=(0,133659т/м3 -0,5-0,349077-0,370877т/м3}ю0%=
=(0,133659т/м3 -0,064732т/м3 )-100%=0,068927-100%=6,893%«6,89%
где: а=| —
о цк К.о1
100
V у
=0,360386-(96,862/100)= 0,349077.
2. Расчет морозостойкости бетона проводим по данным таблицы 1 цементного теста, (см. рис. 1)
Данные испытаний обработаны вероятно - статистическим методом, в результате чего получена квадратичная модель для бетонов на плотном заполнителе, [2, с.36] М2 =363,9-1220,9В/Цист +1439,4В/Ц2СТ -671,7В/Цист -С+909С-357,7С2 =
=363,9-1220,9-0,370656+1439,4-1,387438-10~3 -671,7-2,001391+909-0,185199-- 357,7-0,034299=(369,3 - 452,534+1,997-1344,334+168,346-12,269) -(-1)= =-369,3+452,534-1,997+1344,334-168,346+12,269=1269,494 цикл «1270 цикл (см. рис. 1)
В 99,021кг / м3 „„„„^ где: -=—---=0,370656 ;
Цист 267,151кг / м3
^ ",021кг/ м ^ 99,021 —1,387438-10 "3;
Ц^ст (267,151кг / м3 )2 71369,657
/ м 3
-=2,001391;
В 99,021кг / м3
Цист -С 49,476098кг/м3 где: Цист -С = 267,151кг/м2 -0,185199 = 49,476098кг/м3; С2 =(0,185199)2 = 0,034299;
ВЕСТНИК МГСУ
1/2011
Уточняем объемную концентрацию цементного теста бетонной смеси, [2, с.7]:
С=■
Ц 1000
1
В
Ц,
267,151кг / м3 " 1000
1
ч 3,1г / м3
99,021кг / м 267,151кг / м3
з ^
=0,267151-(0,322581+0,370656)= 0,267151-0,693237=0,185199 Далее определяем пористость цементного теста, [2, с.34] П^ =(В-0,5-а-Ц)-100%=(0,099021т/м3 -0,5-0,359025-0,267151т/м3 )-100%=
=(0,099021т/м3 -0,047957т/м3 )-100%=0,051064-100%«5,11%
=(0
В
где: а=| —
100
=0,370656-(96,862/100)= 0,370656-0,968620=0,359025.
3. Расчет морозостойкости бетона проводим по данным таблицы 1 «цементного камня» в соответствии двух его вариантов предшествующих расчетов, [2, с.36] М3 = 363,9-1220,9В/Цист +1439,4В/Ц^ст -671,7В/Цист -С+909С-357,7С2 =
=363,9-1220,9-0,370654+1439,4-1,781826-10~3 -671,7-2,570307 + 909-0,144206--357,7-0,020795=(369,3-452,531+2,565-1726,475+131,083-7,438) -(-1)= =-369,3 + 452,531-2,565+1726,475-131,083 + 7,438=1688,896 цикл «1690цикл (см. рис.1)
где:
В
Ц,
77,103кг / м3 208,019кг / м3
-=0,370654;
В
77,103кг / м3
Ц;
77,103
=1,781826-10 ~3:
В
(208,019кг / м 77,103кг / м3
3 2 43271,904
Цист -С 29,997588кг/м3
=2,570307 ;
где: Цист -С=208,019кг/м2 -0,144206 = 29,997588кг/м3; С2 =(0,144206)2 =0,020795;
Уточняем объемную концентрацию «цементного камня» бетонной смеси, [2, с.7]:
С=
Ц 1000
1
в
ц.
208,019кг / м3 " 1000
1
ч 3,1г / м3
77,103кг / м 208,019кг / м3
3 ^
=0,208019-(0,322581+0,370654)=0,208019-0,693235=0,144206
Далее определяем пористость «цементного камня» бетонной смеси, [2, с.34] ПКз =(В-0,5-а-Ц)-100%=(0,077103т / м3 - 0,5-0,359023-0,208019т / м3 )-100%=
=(0,077103т / м3 - 0,037342т / м3 )-100%=0,039761-100% « 3,98%
В
где: а=| —
^лRot 100
=0,370654-(96,862/100)= 0,370654-0,968620=0,359023.
Далее, по данным трёх составляющих циклов определяем морозостойкость бетона от средней составляющей ее капиллярной пористости
рср _ М1 + М2 + М3 _ (820+1270+1690)цикл _ 3780цикл
2,82
2,82
=1340,425532цикл «1340 цикл
п
Е
1/2011
ВЕСТНИК _МГСУ
(см. рис.2) где:
Щр = + Пк2 + ,(6,89+5,11+3,98)% = 1598% = 5,66666?%^5,?%
п
Е
2,82
2,82
где: а^ = 96,862- ротационный расчётный коэффициент постоянной тонкой структуры «цементного камня» бетонной смеси.
Таблица 1
Результаты эксперимента бетонной смеси «эталонного состава»
Вариант состава - 1.1/ без нагрузок , В22,5 (М300), ОК = 7см./ :
№ опыта Бетонная смесь у б см , кг / м3 В том числе с разделением фактора его состава:
цементное тесто у1цт , кг / м3 «цементный камень», У!ЦК ,КГ/М3
1. П 584,249 245,386 191,071
2. Ц 370,877 267,151 208,019
3. Щ 1235,941 587,045 457,107
4. В 133,659 99,021 77,103
^^ У б.см 2324,726 1198,603 933,300
16М ит^
В2П
Рис. 1. Зависимость морозостойкости бетона от суммарной составляющей
её капиллярной пористости: 1 Щ бетонная смесь, / Пк = 6,89% ; Б = 820цикл/; > ► цементное тесто бетонной смеси, / Пк = 5,11% ; Б = 1270цикл/;
— «цементный камень» бетонной смеси, / Пк = 3,98% ; Б = 1690цикл/.
ВЕСТНИК 1/2011
Г " 11ИЛЛ
1I4IUR
M7.1S
ffti.Tj
hTd.oo
i*;,**
Mu»
■—+-—■ -*- -*— —*— —V
Рис.2. Зависимость морозостойкости бетона от средней составляющей её капиллярной пористости - «цементный камень» бетонной смеси, / Пк = 3,98% ; Б = 1690цикл /.
Выводы
Впервые, в практических целях, представлен анализ влияния морозостойкости бетона на структурный состав: бетонной смеси, цементное тесто, «цементный камень», где, в итоге, расчётным путём установлена зависимость морозостойкости бетона от средней составляющей его капиллярной пористости.
Литература
1. Баженов Ю.М., Комар А.Г. Технология бетонных и железобетонных изделий: Учебник для вузов. - М.: Стройиздат, 1984. - 672 с.
2. Баженов Ю.М., Горчаков Г.И., Алимов Л.А., Воронин В.В. Получение бетона заданных свойств. М., Стройиздат, 1978. - 53 с.
The literature
1. Bazhenov U.M., Komar A.G. Technology of concrete and ferro-concrete products: the Textbook for high schools. - M.: Stroyizdat, 1984. - p.672.
2. Bazhenov U.M., Gorchakov G.I., Alimov L.A., Voronin V.V. Reception of concrete of the set properties., Stroyizdat, 1978. - p.53.
Ключевые слова: морозостойкость, структура бетона, плотный заполнитель, пористость, цикличность, бетонная смесь, цементное тесто, «цементный камень».
Keywords: frost resistance, concrete structure, dense aggregate, porosity, cyclicity, concrete mixture, cement paste, "cement stone".
e-mail: [email protected]
Рецензент: Гуюмджян П.П., научный консультант, доктор технических наук, профессор Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ивановский государственный архитектурно-строительный университет».
