Свойства затвердевшего бетона

Полностью затвердевший бетон должен быть достаточно прочным, чтобы выдержать конструктивные и эксплуатационные нагрузки, которые будут к нему приложены, и должен быть достаточно долговечным, чтобы выдержать воздействие окружающей среды, для которой он предназначен.
Если бетон изготовлен из высококачественных материалов и правильно пропорционирован, смешан, обработан, уложен и обработан, он является одним из самых прочных и долговечных строительных материалов.
Когда мы говорим о прочности бетона, мы обычно имеем в виду прочность на сжатие, которая измеряется в фунтах на квадратный дюйм (psi). Бетон силен при сжатии, но относительно слаб при растяжении и изгибе. Требуется большая сила, чтобы раздавить бетон, но очень малая сила, чтобы разорвать его на части или вызвать трещины при изгибе (рис. 1).
Прочность на сжатие определяется в основном количеством используемого цемента, но на нее также влияет соотношение воды и цемента, а также правильное смешивание, укладка и отверждение. Прочность на растяжение обычно составляет от 7 или 8% от прочности на сжатие в высокопрочных смесях до 11 или 12% в низкопрочных смесях. Прочность на растяжение и прочность на изгиб может быть увеличена путем добавления стальной или волокнистой арматуры.

Инженеры-строители устанавливают требуемую прочность на сжатие для различных элементов здания на основе анализа нагрузок, которые будут приложены, и состояния грунта на строительной площадке. Фактическая прочность на сжатие проверяется путем испытания образцов в лаборатории с использованием стандартного оборудования и процедур.
В коммерческих проектах многочисленные образцы испытываются на протяжении всего строительства, чтобы убедиться, что укладываемый бетон действительно имеет заданную прочность.
Лабораторные испытания не часто требуются при строительстве жилых домов, за исключением, возможно, крупных, элитных проектов или проектов со сложными участками, где специальные конструкции фундамента делают прочность бетона критически важной.
Для большинства жилых проектов требуемая прочность бетона находится в диапазоне от 20 МПа до 30 МПа, в зависимости от предполагаемого использования (таблица ниже). Бетон, прочность которого превышает необходимую для использования по назначению, неэкономичен, а недостаточно прочный может быть опасен.
Основными факторами, влияющими на прочность бетона на сжатие, являются содержание цемента, соотношение воды и цемента, а также достаточность и степень гидратации и твердения.
Элемент конструкции
Прочность на сжатие Мпа
Стены подвалов и фундаментов Плиты
20 t0 25
Подъездные пути, гаражная плита
Железобетонные балки, плиты, патио, тротуары и ступени
20 – 25
Долговечность можно определить как способность сохранять удовлетворительные характеристики в течение длительного срока службы. Удовлетворительные характеристики связаны с предполагаемым использованием. Бетон, по которому будут ходить или ездить, должен быть устойчив к истиранию, чтобы не разрушаться.
Бетон, который будет находиться снаружи здания, должен быть устойчив к атмосферным воздействиям, чтобы не разрушаться от многократного замораживания и оттаивания.
Бетон, в который вмонтирована стальная арматура, должен противостоять чрезмерному поглощению влаги, чтобы защитить металл от коррозии. Естественный износ и выветривание со временем приводят к некоторому изменению внешнего вида бетона, но в целом долговечность включает в себя сохранение эстетических и функциональных характеристик.
Подобно тому, как состав бетонной смеси может быть скорректирован для получения различных прочностей, соответствующие ингредиенты бетона, пропорции смеси и отделочные материалы могут и должны быть скорректированы на основе требуемой долговечности.
В холодном климате наружный бетон подвергается многократным циклам замораживания-оттаивания, которые могут быть очень разрушительными. Морозостойкое разрушение, по сути, является одной из самых серьезных угроз долговечности бетона, но устойчивость к разрушению может быть значительно повышена за счет воздухововлечения.
Сеть мелких пустот, образованная цементом с воздухом или воздухововлекающей добавкой, поглощает расширяющую силу замерзающей воды, предотвращая разрушение или отслаивание затвердевшего бетона при повторяющихся циклах зимнего замораживания и оттаивания.
Увлечение воздуха повышает долговечность горизонтальных элементов, таких как тротуары, подъездные пути, патио и ступени, которые чаще всего подвергаются воздействию дождевой воды, тающего снега и противообледенительных солей. Для вертикальных элементов, которые реже насыщаются дождем и находятся в мягком климате, где циклы замораживания-оттаивания происходят нечасто, воздухововлечение добавляет мало пользы затвердевшему бетону, но все же может использоваться для повышения обрабатываемости свежего бетона.
Увлечение воздуха иногда приписывают повышению водонепроницаемости бетона, но это, вероятно, связано с тем, что повышенная обрабатываемость смеси способствует лучшей укладке, уплотнению и отделке.
Другим важным аспектом долговечности бетона является стабильность объема. Все материалы расширяются и сжимаются при изменении температуры, а пористые материалы, такие как бетон, также расширяются и сжимаются при изменении содержания влаги. Помимо обратимого теплового расширения и сжатия, изделия на основе цемента, такие как бетон, бетонная кладка и штукатурка, испытывают первоначальную усадку по мере гидратации цемента и испарения избыточной строительной воды.
Эта первоначальная усадка является постоянной и происходит в дополнение к обратимому расширению и сжатию, вызванному последующими изменениями температуры или влажности. Чрезмерная усадка может привести к растрескиванию бетона. Трещины позволяют влаге проникать внутрь, и может начаться порочный круг разрушения.
Усадочные трещины можно в некоторой степени сдержать с помощью стальной или фибровой арматуры, а расположение усадочных трещин можно контролировать с помощью специальных швов, разделяющих бетон на более мелкие панели или секции.
Однако конструкция смеси и пропорции ингредиентов также влияют на возможность образования усадочных трещин. Чем выше содержание цемента, тем больше склонность к образованию усадочных трещин во время затвердевания бетона.

Читайте далее: