Зависимость прочности от водоцементного отношения
В инженерной практике принимается, что прочность бетона определенного возраста, выдержанного при данной температуре, зависит прежде всего от двух факторов: водоцементного отношения и степени уплотнения. Влияние воздушных пустот на прочность рассматривалось ранее, в настоящем разделе мы рассматриваем только уплотненный бетон: на практике это значит, что твердеющий бетон содержит менее 1% воздушных пустот.
Зависимость прочности от общего объема пустот не является характерной только для бетона; она сохраняется также и у других хрупких материалов, в которых вода оставляет после себя пустоты, например прочность гипса также является прямой функцией содержания пустот.
На рис. 5.1 показано, что диапазон действия «закона» водоцементного отношения ограничен. В нижнем конце графика кривая должна быть продолжена. Для условий, при которых полное уплотнение уже невозможно, фактическое положение начальной точки этого продолжения зависит от имеющихся средств уплотнения. Видно также, что смеси с низким водоцементным отношением и крайне высоким содержанием цемента (475—535/сг/л*3) показывают снижение прочности в особенности тогда, когда применяется заполнитель крупного размера.
Для смесей такого типа более низкое водоцементное отношение не приводит к более высокой прочности в позднем возрасте. Указанное состояние может возникнуть в результате напряжений, вызванных усадкой, причем сопротивление усадке частицами заполнителя вызывает растрескивание цементного камня или потерю сцепления последнего с заполнителем.
Следует отметить, что рассмотренные здесь зависимости не являются абсолютно точными и единственными. Например, предложено зависимость между логарифмом прочности и фактической величиной водоцементного отношения выражать линейной функцией (см. выше формулу Абрамса). В качестве примера на рис. 5.4 показана относительная прочность бетонов с различными водоцементными отношениями, при этом условно за единицу принята прочность при водоцементном отношении, равном 0,4.
Зависимость прочности от цементоводного отношения для бетонов, приготовленных на глиноземистом цементе, отличается от такой зависимости для бетонов на портландцементе
Оценка свойств портландцемента
К основным строительно-техническим свойствам ПЦ относятся истинная и насыпная плотность, тонкость помола, водопотребность, сроки схватывания, равномерность изменения объема, тепловыделение при твердении, прочность и химическая стойкость.
Истинная плотность портландцемента составляет 3,05... 3,15 г/см3. Насыпная плотность в зависимости от степени уплотнения равняется: в рыхлонасыпном состоянии — 1,1 г/см3, в уплотненном — 1,5... 1,6 г/см3. В расчетах в среднем рн принимают равной 1,3 г/см3.
Тонкость помола оценивают просевом пробы через сито с сеткой № 008, что должно обеспечивать прохождение через сито не менее 85 % массы пробы. Это соответствует удельной поверхности цемента 250... 300 м2/кг. С повышением дисперсности цемента возрастает скорость твердения, полнота использования вяжущего, а также прочность искусственного камня.
Водопотребность портландцемента находится в пределах 22... 26% в зависимости от минерального состава и тонкости помола.
Сроки схватывания: начало и конец характеризуют быстроту нарастания пластической прочности цементного теста. В соответствии с требованиями стандарта, начало схватывания ПЦ должно наступать не ранее чем через 45 мин, а конец — не позднее 10 ч с момента затворения.
Равномерность изменения объема. Твердение цемента сопровождается объемными деформациями: на воздухе происходит усадка, в воде — набухание. Важно, чтобы изменения объема были равномерными. Причиной неравномерного изменения объема являются местные деформации, вызванные гидратацией с увеличением объема свободных СаО и MgO в виде пережога. Это свойство определяется на образцах-лепешках, которые не должны искривляться или растрескиваться после кипячения в воде. До испытания лепешки одни сутки твердеют во влажном воздухе. Цемент, не выдержавший испытание на равномерность изменения объема, нельзя применять в строительстве.
Тепловыделение при твердении. Взаимодействие цемента с водой сопровождается выделением большого количества теплоты. Так как теплота выделяется в течение длительного времени, то заметного повышения температуры твердеющей смеси обычно не происходит. Но при возведении массивных бетонных конструкций (фундаменты, толстые стены, плотины) потери теплоты в окружающее пространство незначительны по сравнению с общим количеством выделяющейся теплоты и возможен разогрев бетона внутренней части конструкции до 60°С и более, что может вызвать его растрескивание.
Однако не всегда тепловыделение играет отрицательную роль. Например, при бетонировании в холодное время года повышенное тепловыделение способствует поддержанию положительной температуры бетона.
Тепловыделение и его скорость зависят от минерального состава и тонкости помола цемента. Трехкальциевый алюминат и алит обладают высокой экзотермией и выделяют много теплоты в ранние сроки твердения. В свою очередь белит, характеризуется низкой экзотермией и выделяет теплоту крайне медленно. Тепловыделение ускоряется при повышении тонкости помола цемента.
Прочность является важнейшим свойством, характеризующим качество портландцемента. В зависимости от предела прочности при осевом сжатии и изгибе устанавливают активность и марку цемента.