КИНЕТИКА НАРАСТАНИЯ ПРОЧНОСТИ ЛЕГКИХ БЕТОНОВ НА ПОРИСТЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЯХ

Как известно, равная прочность легких и тяжелых бетонов достигается при более высоком расходе цемента и нервом случае Одним из возможных путей уменьшения расхода цемента и бетонах, особенно в легких бетонах, является проектирование их составов с учетом кинетики нарастания прочности и времени ввода в эксплуатацию конструкций из этих бетонов под расчетную нагрузку.

Проектирование составов тяжелых бетонов с учетом возрастания прочности и ввода конструкции в эксплуатацию предложено И. М. Френкелем. Этот вопрос применительно к легким бетонам еще недостаточно исследован и мало освещен в литературе, данные котором нередко противоречивы.

В связи с этим нами проведено исследование влияния различных факторов на рост прочности легких бетоном на пористых заполнителях во времени

Использованные в бетонах пористые заполнителя имели широкий диапазон свойств: насыпную плотность от 300 до 800 кг/л предел прочности при сжатии и стандартном цилиндре от 1 до 30 МПа водопоглощение от 4 до 25% ю массе Бутоны изготавливались пи портландцементе М 300 м. и легком (пористом) песках и им с. и плотное (слитное), пористое и крупнопористое троение.

Исследование проведено на 10000 образцах-кубах размером 10Х-10Х10 см. сформованных методом вибрации на стандартном лабораторной виброплошадке из легкобетонных смесей удобоукладываемостью от 5 до 40 с. На графиках показаны усредненные данные (рис. 1). Приведена кинетика нарастания прочности легких бетонов плотного строения, содержащих максимальное количество крупного пористого заполнителя. твердевших в стандартных условиях. Полученные данные сравнивались с данными о нарастании прочности тяжелых бетонов по общеизвестной формуле проф. Б. Г. Скрамтаепа, а также с данными опытов Г. А. Бужевича Наши данные показывают, что характер нарастания прочности легких бетонов.

Интенсивность нарастания прочности легких бетонов в ранние сроки твердения превышает интенсивность нарастания прочности тяжелых бетонов. Это объясняется тем, что пористые заполни ли более интенсивно, чем плотные, поглощают воду из окружающего их раствора в бетонном конгломерате, в результате чего уменьшается водоцементное отношение в растворной части бетона и, как следствие, увеличивается интенсивность нарастания его прочности в ранние, сроки.

В более поздние сроки твердения, через 28 сут, наблюдается обратная картина: интенсивность нарастания прочности легких бетонов отстает по сравнению с тяжелыми. Этот момент наступает когда R3

Общим недостатком нссх указанных формул явзястся то, что они по учитывают влияния строения легких бетонов, условий их твердения, г. также других факторов. влияющих на нарастания прочности легких бетонов Как показали исследования, вес факторы, влияющие на кинетику нарастания прочности легких бетонов, могут быть разделены на три группы: условия твердения, строение бетона, свойства исходных материалов и их соотношение в бетоне.

На рис 2 приведены результаты исследования нарастания прочности легких бетонов на пористых заполнителях, твердеющих в естественных условиях при температуре+18—22СС, в стандартных, поз душных (относительная влажность воздуха 62-74% водных и переменных (вода-воздх через 3 сут) условиях.

Как видно из приведенных данных, при всех условиях твердения наблюдается рост прочности легких бетонов, однако с различной интенсивностью. Некоторое исключение составляют бетоны, твердеющие в ВОЗДУШНО-сух их УСЛОВИЯХ. Рост ПРОЧНОСТИ поз 28 сут твердения резко замедляется, прекращается млн наблюдается в некоторых случаях даже уменьшение прочности. По снижению интенсивности роста прочности легких бетонов во времени условия их твердения располагаются и ряду: полные, стандартные, пе ременные (вода, воздух), воздушные.

Если за эталон сравнения принять прочность образцов, твердевших в стандартных УСЛОВИЯХ, то можно отмстить следующие явления. Показатели прочности в стандартных и водных условиях твердения близки но своим значениям. Однако и ранние сроки твердения, до 7 сут. прочность образцов водного хранения на 7 9% меньше, прочности образцов стандартного хранения Через 28 сут прочность образцов водного храпения. как правило, превосходит прочность образцов, твердевших г. стандартных уровнях.

Нередко на практике бетоны, в том числе и легкие, твердеют в естественных условиях, отличных от стандартных. На основании результатов выполненных исследований предложена формула, с помощью которой можно учесть в первом приближении влияние естественных условий твердения, отличных от стандартных. для определения ожидаемого роста прочности легких бетонов по времени при положительной температуре — 18 —22°С. v

Подставляя формулу (2) в формулу (1), получим выражение, с помощью которого можно в первом приближении определить нарастание прочности легких бетонов плотного строения, твердеющих в различных условиях (стандартных, воздушных и водных). При стандартных условиях твердения легких бетонов Д = 1. При переменных условиях величина относительного изменения нарастания прочности легких бетонов приобретает среднее значение по сравнению с воздушными и водными условиями твердения.

Результаты опытов показывают, что расход цемента в расчете на 1 м3 бетона оказывает неодинаковое влияние на интенсивность нарастания прочности легких бетонов в различные сроки твердения. Он может изменить кинетику нарастания прочности легких бетонов в ранние сроки твердения до 7 сут в пределах 10—2:0% и в более поздние сроки, через 28 сут,— в пределах 9—12%.

Анализом, выполненным с помощью, метода математической статистики, установлено, что ожидаемое ориентировочное изменение интенсивности нарастания прочности легких бетонов во времени на единицу расходуемого цемента может быть оценено по следующим данным; при изменении расхода цементе на 1 м3 бетона от 200 до 500 кг удельное изменение интенсивности нарастания прочности легкого бетона составляет для бетонов в возрасте 1, 3, 7, 90 и 180 сут соответственно +0,023; +0,2; +0,06; —0,036; —0,029 (плюс—возрастание интенсивности нарастания прочности; минус-— убывание интенсивности).

Приведенные данные показывают, что увеличение расхода цемента наиболее эффективно интенсифицирует процесс нарастания прочности легких бетонов в трехдневном возрасте естественного твердения, затем интенсивность уменьшается и характеризуется в поздние сроки твердения отрицательной величиной.

Данные рис. 3,6, в показывают, что форма зерна крупного заполнителя и вил песка оказывают несущественное влияние на рост прочности легких бетонов во времени. С увеличением расхода цемента влияние указанных факторов уменьшается. Замена тяжелого песка легким приводит к интенсификации роста прочности легких бетонов в основном в ранние сроки твердения; за 1 сут на 33%. за 3 сут — на 7—.10%, к 28 сут различия не наблюдается. Более существенное влияние оказывает прочность зерна крупного заполнителя (рис. 3,а), влияние которой в большей степени проявляется в отдаленные сроки твердения. Установлено, что ориентировочно на единицу увеличения прочности зерна пористого заполнителя интенсивность роста прочности бетона возрастает в среднем на 0,55%. Результаты исследования влияния содержания крупного заполнителя в бетоне показывают, что уменьшение содержания крупного заполнителя (при постоянном расходе цемента и воды) с 960 до 400 л в 1 м3 бетона приводит к уменьшению интенсивности нарастания прочности в 7-дневном возрасте (по отношению к /?2в) на 30%, а в 90-дневном возрасте — к увеличению ее примерно и а 13%.

Анализом и расчетом установлено, что удельное изменение интенсивности роста прочности легких бетонов на единицу изменяющегося содержания крупного заполнителя в легком бетоне (на 1 л) составляет в 7-дневном возрасте —0,053%, в возрасте более 28 сут — +0,023%.

На интенсивность нарастания прочности легких бетонов оказывает влияние пх строение. С увеличением показателя условной пустотности интенсивность роста прочности легких бетонов в начальные сроки твердения возрастает, а через 28 сут резко уменьшается; в ряде случаен их прочность стабилизируется. Физический смысл показателя условной пустотностн (Яд) СОГ1 опт в том. что он показывает в проксигах объем межзерноной пустотностн крупного заполнителя, не заполненный песком, для получения легких бетонов слитного (плотного) строения.

Бетоны пористого просипи, твердения в воздушных и переменных условиях, теряют прочность но сравнению с бетонами, твердеющими и стандартных условиях, соответственно и 7-шовном возрасте на 13 и 15% и через 28 сут — на 18 и 31%. Исследованиями установлено, что расход цемента не оказывает существенного влияния на интенсивность роста прочности легких бетонов пористою строения.

При изменении условной пустотности легких бетонов от 0 до 100% удельное изменение интенсивности нарастания прочности легких бетонов на единицу изменяющейся условной пустотности (%) для бетонов в возрасте 3, 7 и 90 сут составляет соответственно+0.52; +0.13 и —0,075

Как показали исследования, прочность легких бетонов пористого строения через 1 год составляет (1,06—.1,1) Rw Исследованные факторы по убыванию степени их влияния на рост прочности легких бетонов естественного твердения могут быть расположены в следующей последовательности: условия твердения, расход цемента, строение бетона, прочность зерна крупного заполнителя, его содержание и объеме бетона, вид песка, форма зерна крупного заполнителя. Установлена прямая корреляционная связь между ростом прочности легких бетонов, твердеющих в стандартных условиях, с учетом их строения и логарифмом времени, которая может быть выражена формулой

Значения величин с и b в формуле (3) в зависимости от строения бетона приведены в табл. 2.

В среднем величина отклонения расчетных данных от опытных составляет для легких бетонов плотного строения 8.3%, пористого строения—10,5%. Про ведены опыты по определению влияния различных факторов на кинетику нарастания прочности легких бетоноы в процессе тепловлажностной обработки и последующего твердения. Испытывали керамзито- и аглопоритобетоны. Образны подвергались тепловлажностной обработке по режимам 2+4+2; 2+5+2: 2—7+2 ч при температуре изотермического процесса 70; 85; 90 и 100°С.

Установлено, что с увеличением водопоглощения и водоудерживающей способности пористых заполнителей, при замене легкого песка тяжелым, с увеличением пористости бетона и расхода цемента наблюдается повышение интенсивности роста прочности в процессе теплоплажностной обработки. Уменьшение содержания крупного заполнителя в бетоне приводит к незначительному увеличению интенсивности роста прочности его при тепловлажностной обработке.

В табл. 3 приведены сводные результаты опытов по определению влияния тепловлажностной обработки на рост прочности легких бетонов плотного строения

На основании исследований установлено, что связь между ReIR3 для бетонов после тепловлажностной обработки и для бетонов стандартного твердения имеет вид:

Выполненные исследования дают возможность прогнозировать кинетику нарастания прочности легких бетонов во времени г учетом условий твердения бетона. его строения и других факторов. Проектирование составов легких бетонов с учетом кинетики нарастания их прочности во времени и ввода в эксплуатацию легкобетонных конструкций является резервом экономии цемента.