Способ определения прочности бетона

 

Изобретение относится к строительству, а именно, к способам определения прочности бетона. Способ включает установление показателей свойств и расхода компонентов бетонной смеси и вычисление на их основе прочности бетона, дополнительно для заполнителя в исходном и модифицированном состояниях определяют обменную емкость к щелочи, соответственно, V₀ и V, а вычисление прочности осуществляют по формуле, в которую в качестве параметра входит соотношение V/V₀. 2 табл.

Изобретение относится к строительству, а именно к способам определения прочности бетона, получаемого путем твердения смесей, составленных из вяжущего, заполнителя, жидкости затворения.

Известны способы [1] определения прочности бетона путем испытания его образца. Однако этим не обеспечивается возможность предварительно, до испытания образца, определить прочность такого композиционного материала.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ [2] включающий установление свойств и расхода компонентов бетонной смеси и вычисление его прочности.

Известный способ имеет следующие недостатки. В качестве одного из важнейших показателей, учитываемых при расчете прочности бетона, используется крупность заполнителя. Однако это не обеспечивает высокой точности определения прочности. Такой факт объясняется тем, что при этом количественно не учитываются шероховатость, неровность поверхности заполнителя, наличие активных, по отношению к процессам набора прочности, центров. Кроме того, используемый при приготовлении бетонной смеси заполнитель, имея одинаковую крупность, шероховатость, неровность, может подвергаться естественной (например, при выпадении осадков, содержащих различные вещества, при подъеме уровня грунтовой воды и изменении ее качества в месте добычи заполнителя и т.п.) или искусственной) модификации. Это также приводит к изменению качества заполнителя и, как следствие к снижению точности определения прочности бетона на нем. Таким образом, известным способом невозможно достижение высокой точности из-за того, что формула для ее расчета не учитывает существенные свойства заполнителя и, тем более их изменение.

Задачей изобретения является повышение точности определения прочности бетона.

Задача решается тем, что в способе определения прочности бетона, заключающемся в установлении показателей свойств и расхода компонентов бетонной смеси и вычислении его прочности, при установлении показателей свойств компонентов бетонной смеси дополнительно для заполнителя в исходном и модифицированном состояниях определяют обменную емкость к щелочи, а вычисление прочности бетона осуществляют по формуле: R=R₀·[A+B·(V/V₀)+C·(V/V₀)²] (1) где R и R₀ прочность бетона, изготовленного на заполнителе, соответственно, в модифицированном и исходном состояниях; V и V₀ обменная емкость к щелочи заполнителя, соответственно, в модифицированном и исходном состояниях; A, B, C эмпирические коэффициенты, определяемые опытным путем; их значения зависят от свойств компонентов бетонной смеси, условий выдерживания бетона, характера действующей на бетон нагрузки.

При этом в целом качество заполнителя в исходном и модифицированном состояниях дополнительно оценивают показателем его обменной емкости к щелочи. Он учитывает не только крупность, шероховатость, неровность, но и наличие и характер активных, по отношению к процессам набора прочности, центров. При этом в случае использования модифицированного заполнителя с более высоким значением этого показателя, по сравнению с его исходным состоянием, увеличивается диффузия к поверхности заполнителя гидроксида кальция и в последующем росте на ней большего количества кристаллов этого соединения и карбоната кальция. Они имеют существенно меньшую прочность чем основные компоненты цементного камня гидросиликаты кальция. Тем самым уменьшается прочность контакта заполнителя и цементного камня. Кроме того, интенсификация поглощения катионов кальция поверхностью заполнителя из выделяющегося при гидролизе цементного клинкера гидроксида препятствует образованию прочного цементного каркаса. Все это обуславливает существенное отличие в прочности бетона на модифицированном и исходном заполнителе. Во всяком случае обменная емкость в значительной степени объективно характеризует свойства минерального материала как заполнителя. Таким образом использование обменной емкости к щелочи при вычислении прочности бетона позволяет существенно повысить точность ее определения.

Способ реализует следующим образом. Определяют свойства вяжущего (его активность), заполнителя (гранулометрический состав, модуль крупности), жидкости затворения, устанавливают их расход и дополнительно в исходном состоянии и после его модификации (соответственно, V₀ и V). Затем вычисляют по данному способу прочность бетона R₀ на заполнителе в исходном состоянии, а на модифицированном по формуле (1).

Эффективность предлагаемого способа, по сравнению с известным по прототипу, оценивали путем сравнения результатов расчета прочности образцов цементно-песчаного раствора по обоим способам с результатами испытания таких образцов. Образцы бетона размером 4х4х16 см изготавливали из смеси следующего состава:цемент:заполнитель:вода 1:5:0,83. При этом в качестве вяжущего применяли портландцемент с активностью 32,0 МПа; в качестве заполнителя - мелкий природный кварцевый песок с модулем крупности 1,91, его обменная емкость в исходном состоянии 0,025 ммоль NaOH/г песка, а в модифицированном - 0,0365, 0,0495 и 0,0535. Уплотнение бетонной смеси осуществляли вибрированием с частотой 50 Гц и амплитудой 1,5 мм. Выдерживали образцы в воздушно-влажных условиях при температуре 20+2^oC. Испытания на сжатие и изгиб проводили на 14 и 28 сутки на гидравлическом прессе марки МСУ-10 и установке МИУ-100. Полученные результаты представлены в табл. 1.

Используя полученные результаты установлены корреляционные зависимости, характеризующие изменение прочности бетона в зависимости от обменной емкости заполнителя к щелочи: R_сж(28)=R_0сж(28)·(1,35-0,39·V/V₀) (2) R_сж(14)=R_0сж(14)·(1,35-0,39·V/V₀ (3) где R_сж(28) и R_0сж(28), R_сж(14) и R_0сж(14) - прочность, МПа, при испытании на 28 и 14 сутки образцов бетона, изготовленного, на заполнителе, соответственно, в исходном и модифицированном состояниях; коэффициент корреляции для уравнения (2) составляет 0,97, а для (3) 0,93; V и V₀ обменная емкость к щелочи, ммоль NaOH/г песка, заполнителя, соответственно, в модифицированном и исходном состояниях.

Таким образом, общий вид уравнения, описывающего прочность бетона при испытании на сжатие, следующий:
R_сж=R_0сж·[A₁+B₁·(V/V₀)] (4)
где
A₁ и B₁ эмпирические коэффициенты, значения которых зависят от свойств компонентов бетонной смеси, условий выдерживания бетона; для условий экспериментов A₁=1,35, B₁=-0,39.

Для условий испытания образцов на изгиб общий вид уравнения следующий: R_из=R_0из·[A₂+B₂·(V/V₀)+ C·(V/V₀)²] (5)
где
R_из и R_0из прочность на изгиб бетона, соответственно, на заполнителе в модифицированном и исходном состояниях;
A₂, B₂, C₂ эмпирические коэффициенты, значения которых зависят от свойств компонентов бетонной смеси, условий выдерживания бетона.

Таким образом, имея в виду уравнения (4) и (5) общее выражение для определения прочности бетона принимает следующий вид:
R=R₀·[A+B·(V/V₀)+C·(V/V₀)²] (6)
где
R и R₀ прочность бетона, изготовленного, соответственно, на заполнителе в модифицированном и исходном состояниях;
V и V₀ обменная емкость к щелочи заполнителя, соответственно, в модифицированном и исходном состояниях;
A, B, C эмпирические коэффициенты, определяемые опытным путем; их значения зависят от свойств компонентов бетонной смеси, условий выдерживания бетона, характера действующей на бетон нагрузки.

Результаты сравнения точности определения прочности бетона при испытании на сжатие по известному и предлагаемому способам представлены в табл. 2.

Способ позволяет существенно повысить точность определения прочности бетона, по сравнению с известным по прототипу.

Формула изобретения

Способ определения прочности бетона, включающий установление показателей свойств и расхода компонентов бетонной смеси и вычисление его прочности, отличающийся тем, что при установлении показателей свойств компонентов бетонной смеси дополнительно для заполнителя в исходном и модифицированном состоянии определяют обменную емкость к щелочи, а вычисление прочности бетона осуществляют по формуле
R R_о [A + B (V/V_о) + C (V/V_о)²]
где R и R_о прочность бетона, изготовленного соответственно на заполнителе в модифицированном и исходном состояниях;
V и V_о объемная емкость к щелочи заполнителя соответственно модифицированном и исходном состояниях;
A, B, C эмпирические коэффициенты, определяемые опытным путем, их значения зависят от свойств компонентов бетонной смеси, условий выдерживания бетона, характера действующей на бетон нагрузки.

РИСУНКИ

Рисунок 1