B30 бетон прочность: прочность, расход, сколько цемента, пропитки, расчёт, производство, область применения.

Определяющее условие для присвоения марки и класса бетону – расчетная прочность на сжатие, которая определяется после полного схватывания и застывания монолита (28 суток занимает процесс).

Именно по прошествии 28 суток бетон достигает показателя расчетной/проектной прочности по марке. Прочность на сжатие – самый точный показатель механических свойств монолита, его стойкости к нагрузкам. Это своеобразная граница уже затвердевшего бетона к воздействующему на него механическому усилию в кгс/м2. Самая большая прочность у бетона М800/М900, самая низкая – у М15.

Прочность на изгиб повышается при увеличении индекса марки. Обычно показатели изгиба/растяжения ниже, чем нагрузочная способность. Молодой бетон демонстрирует значение в районе 1/20, старый – 1/8. Данный параметр учитывается на проектном этапе строительства. Способ определения: из бетона заливают брус 120х15х15 сантиметров, дают затвердеть, потом устанавливают на подпорки (расстояние между ними 1 метр), в центре помещают нагрузку, увеличивая ее постепенно, пока образец на разрушится.

• L – расстояние между подпорками;
• Р – маса нагрузки и образца;
• Н, b, h – ширина/высота сечения бруса.

Прочность считается в Btb и обозначается цифрой в диапазоне 0.4-8.

Осевое растяжение в процессе проектирования учитывают редко. Этот параметр важен для определения способности монолита не покрываться трещинами при ощутимых перепадах влажности воздуха, температуры. Растяжение представляет собой некоторую составляющую, взятую от прочности на изгиб. Определяется сложно, часто образцы балок растягивают на специальном оборудовании. Актуально значение для бетона, который используется в сферах, исключающих возможность появления трещин.

Передаточная прочность – это нормируемое значение прочности бетонного монолита напряженных элементов при передаче на него силы натяжения армирующих элементов. Данный показатель предусматривается нормативными документами, ТУ для разных видов изделий. Обычно назначают минимум 70% проектной марки, многое зависит от свойств арматуры.

Прочность бетона на 7 и 28 сутки: ГОСТ, таблица

Бетоны бывают разными. Как правило, все виды по маркам и классам делят на легкие, обычные и тяжелые (часто последние две группы объединяют, так как все обычные бетоны считаются тяжелыми).

1. Легкие – марки от М5 до М35 подходят для заливки ненесущих конструкций, от М50 до М75 идут на подготовительные работы до заливки, М100 и М150 актуальны для перемычек, конструктива, малоэтажного строительства.
2. Обычные бетоны – самые распространенные и часто применяемые в ремонтно-строительных работах: М200/М300 используют для выполнения фундаментов, отмосток, полов, стяжек, бордюров, подпорок, лестниц и т.д. М250 В20 демонстрирует прочность 262 кгс/м2 и давление 20 МПа. М350 и М400 применяют для монолитных, несущих конструкций многоэтажных зданий, чаш бассейнов.
3. М450 и выше – тяжелые бетоны, обладающие высокой прочностью и плотностью, используют для особых конструкций, разного типа военных объектов.

Таблица в МПа

Прочность бетона – самый важный показатель, который напрямую влияет на все остальные технические характеристики материала, сферу применения, способность выдерживать предполагаемые нагрузки. Поэтому в процессе выбора марки и класса стоит учитывать СНиП и ГОСТы, а при проверке материала на соответствие уделять внимание результатам исследования и соответствующим документам.

Таблица проектных свойств бетона (fcd, fctm, Ecm, fctd)

Расчетные значения свойств бетонного материала согласно EN 1992-1-1

Масса устройства

Удельный вес бетона γ указан в EN1991-1-1, приложение A. Для простого неармированного бетона γ = 24 кН / м ³ . Для бетона с нормальным процентным содержанием арматуры или предварительно напряженной стали γ = 25 кН / м ³ .

Нормативная прочность на сжатие

Характеристическая прочность на сжатие f _ck является первым значением в обозначении класса бетона, например 30 МПа для бетона C30 / 37. Значение соответствует характеристической прочности цилиндра (5% разрывной прочности) согласно EN 206-1. Классы прочности согласно EN 1992-1-1 основаны на характеристических классах прочности, определенных для 28 дней. Изменение характеристической прочности на сжатие f _ck ( t ) со временем t указано в EN1992-1-1 §3.1.2 (5).

Характеристическая кубическая прочность на сжатие

Характеристическая кубическая прочность на сжатие f _{ck, cube} является вторым значением в обозначении класса бетона, например 37 МПа для бетона C30 / 37. Значение соответствует характеристической прочности куба (5% хрупкости) согласно EN 206-1.

Средняя прочность на сжатие

Средняя прочность на сжатие f _см связана с характеристической прочностью на сжатие f _ck следующим образом:

f _см = f _ck + 8 МПа

Изменение средней прочности на сжатие f _см ( т ) во времени т указано в EN1992-1-1 §3.1.2 (6).

Расчетная прочность на сжатие

Расчетная прочность на сжатие f _cd определяется в соответствии с EN1992-1-1 §3.1.6 (1) P:

f _cd = α _cc ⋅ f _ck / γ _C

где γ _C — частный коэффициент безопасности для бетона для исследуемого расчетного состояния, как указано в EN1992-1-1 §2.4.2.4 и Национальное приложение.

Коэффициент α _cc учитывает долгосрочное влияние на прочность на сжатие и неблагоприятные эффекты, возникающие в результате приложения нагрузки. Он указан в EN1992-1-1 §3.1.6 (1) P и в национальном приложении (для мостов см. Также EN1992-2 §3.1.6 (101) P и национальное приложение).

Нормативная прочность на разрыв

Прочность на растяжение при концентрической осевой нагрузке указана в таблице 3 стандарта EN 1992-1-1.1. Вариабельность прочности бетона на растяжение определяется следующими формулами:

Формула для средней прочности на разрыв

f _ctm [МПа] = 0,30⋅ f _ck ^2/3 для бетона класса ≤ C50 / 60

f _ctm [МПа] = 2,12 ln [1+ ( f _см /10 МПа)] для бетона класса> C50 / 60

Формула для 5% прочности на разрыв

f _{ctk, 0,05} = 0,7 f _ctm

Формула для 95% прочности на разрыв

f _{ctk, 0,95} = 1,3 f _ctm

Расчетная прочность на разрыв

Расчетная прочность на разрыв f _ctd определяется в соответствии с EN1992-1-1 §3.1.6 (2) P:

f _ctd = α _ct ⋅ f _{ctk, 0.05} / γ _С

где γ _C — частичный коэффициент безопасности для бетона для исследуемого расчетного состояния, как указано в EN1992-1-1 §2.4.2.4 и Национальном приложении.

Коэффициент α _ct учитывает долгосрочное влияние на предел прочности на разрыв и неблагоприятные эффекты, возникающие в результате приложения нагрузки. Это указано в EN1992-1-1 §3.1.6 (2) P и в Национальном приложении (для мостов см. Также EN1992-2 §3.1.6 (102) P и Национальное приложение).

Модуль упругости

Упруго-деформационные свойства железобетона зависят от его состава и особенно от заполнителей. Приблизительные значения модуля упругости E _см (значение секущей между σ _c = 0 и 0,4 f _см ) для бетонов с кварцитовыми заполнителями приведены в EN1992-1-1, таблица 3 .1 по следующей формуле:

E _см [МПа] = 22000 ⋅ ( f _см /10 МПа) ^0,3

Согласно EN1992-1-1 §3.1.3 (2) для известняка и песчаника значение E _см должно быть уменьшено на 10% и 30% соответственно. Для базальтовых заполнителей значение E _см следует увеличить на 20%. Значения E _см , приведенные в EN1992-1-1, следует рассматривать как ориентировочные для общих приложений, и их следует специально оценивать, если конструкция может быть чувствительна к отклонениям от этих общих значений.

Изменение модуля упругости E _см ( т ) со временем т указано в EN1992-1-1 §3.1.3 (3).

Коэффициент Пуассона

Согласно EN1992-1-1 §3.1.3 (4) значение коэффициента Пуассона ν можно принять равным ν = 0,2 для бетона без трещин и ν = 0 для бетона с трещинами.

Коэффициент теплового расширения

Согласно EN1992-1-1 §3.1.3 (5) значение линейного коэффициента теплового расширения α можно принять равным α = 10⋅10 ^-6 ° K ^-1 , если нет более точной информации.

Минимальная продольная арматура

Минимальное продольное растяжение арматуры для балок и основное направление плит указано в EN1992-1-1 §9.2.1.1 (1).

A _{с, мин} = 0.26 ⋅ ( f _ctm / f _yk ) ⋅ b _t ⋅ d

где b _t — средняя ширина зоны растяжения, а d — эффективная глубина поперечного сечения, f _ctm — средняя прочность бетона на растяжение, а f _yk — характерный предел текучести стали.

Минимальное усиление требуется, чтобы избежать хрупкого разрушения.Обычно требуется большее количество минимальной продольной арматуры для контроля трещин в соответствии с EN1992-1-1 §7.3.2. Секции с меньшим армированием следует рассматривать как неармированные.

В соответствии с EN1992-1-1 §9.2.1.1 (1) Примечание 2 для балок, для которых возможен риск хрупкого разрушения, A _{с, мин.} можно принять как 1,2-кратную площадь, требуемую в ULS. проверка.

Арматура минимального сдвига

Минимальная поперечная арматура для балок и плит указана в EN1992-1-1 §9.2.2 (5).

ρ _{w, min} = 0,08 ⋅ ( f _ck ^0,5 ) / f _yk

где f _ck — характеристическая прочность бетона на сжатие, а f _yk — характеристический предел текучести стали.

Коэффициент усиления сдвига определен в EN1992-1-1 §3.1.3 (5) как:

ρ _w = A _sw / [ s ⋅ b _w sin ( α )]

где b _w — ширина стенки, а s — расстояние между поперечной арматурой по длине элемента.Угол α соответствует углу между поперечной арматурой и продольной осью. Для типичной поперечной арматуры с перпендикулярными ветвями α = 90 ° и sin ( α ) = 1.

% PDF-1.7 % 59 0 объект > эндобдж xref 59 99 0000000016 00000 н. 0000002895 00000 н. 0000003252 00000 н. 0000003302 00000 н. 0000003980 00000 н. 0000004012 00000 н. 0000004185 00000 н. 0000004359 00000 п. 0000005259 00000 н. 0000005658 00000 н. 0000005713 00000 н. 0000005795 00000 н. 0000006341 00000 п. 0000006732 00000 н. 0000007113 00000 п. 0000008215 00000 н. 0000008564 00000 н. 0000008965 00000 н. 0000009356 00000 п. 0000009671 00000 н. 0000009958 00000 н. 0000010514 00000 п. 0000011559 00000 п. 0000012154 00000 п. 0000012554 00000 п. 0000012717 00000 п. 0000013544 00000 п. 0000014057 00000 п. 0000014465 00000 п. 0000025436 00000 п. 0000026043 00000 п. 0000026477 00000 н. 0000026989 00000 п. 0000027046 00000 п. 0000031476 00000 п. 0000031753 00000 п. 0000032117 00000 п. 0000032280 00000 п. 0000032446 00000 п. 0000032625 00000 п. 0000032913 00000 п. 0000043352 00000 п. 0000043868 00000 п. 0000044269 00000 п. 0000045339 00000 п. 0000046329 00000 п. 0000047352 00000 п. 0000048302 00000 п. 0000048682 00000 н. 0000049730 00000 п. 0000050688 00000 п. 0000051269 00000 п. 0000055972 00000 п. 0000073220 00000 п. 0000076368 00000 п. 0000078650 00000 п. 0000082499 00000 н. 0000084173 00000 п. 0000084432 00000 п. 0000087692 00000 п. 0000087956 00000 п. 0000088327 00000 п. 0000088490 00000 н. 0000092048 00000 п. 0000092292 00000 п. 0000092659 00000 п. 0000092802 00000 п. 0000096637 00000 п. 0000096882 00000 п. 0000097260 00000 п. 0000097411 00000 п. 0000098755 00000 п. 0000098968 00000 н. 0000099286 00000 н. 0000099376 00000 п. 0000100405 00000 н. 0000100603 00000 н. 0000100910 00000 н. 0000100979 00000 н. 0000109443 00000 п. 0000109845 00000 н. 0000110269 00000 п. 0000110589 00000 н. 0000111932 00000 н. 0000112134 00000 н. 0000112456 00000 н. 0000112538 00000 н. 0000116891 00000 н. 0000117154 00000 н. 0000117514 00000 н. 0000117667 00000 н. 0000123245 00000 н. 0000123539 00000 н. 0000123932 00000 н. 0000124138 00000 н. 0000124198 00000 н. 0000124279 00000 н. 0000124362 00000 н. 0000002276 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 157 0 объект > поток xb«`b`f`g`aed @

Типы бетона | HeidelbergCement Kazakhstan

Мы производим все основные типы бетона, включая сульфатостойкий и мелкозернистый бетон.

Пожалуйста, ознакомьтесь с типами бетона, которые мы предлагаем, и с областью их применения:

Морозостойкость, гидроизоляция и бетонирование — дополнительные характеристики бетона.По всем этим параметрам наша продукция отличается высоким качеством.

Все, что нужно знать о прочности бетона

Бетон многие считают прочным и долговечным материалом, и это справедливо. Но есть разные способы оценки прочности бетона.

Возможно, что еще более важно, каждое из этих прочностных свойств придает бетону различные качества, что делает его идеальным выбором в различных случаях использования.

Здесь мы рассмотрим различные типы прочности бетона, почему они важны и как они влияют на качество, долговечность и стоимость бетонных проектов.Мы также демонстрируем разницу в прочности между традиционным бетоном и новой инновационной технологией бетона — бетоном со сверхвысокими характеристиками (UHPC).

Терминология: Прочностные свойства бетона и почему они важны

Прочность бетона на сжатие

Это наиболее распространенное и общепринятое измерение прочности бетона для оценки характеристик конкретной бетонной смеси. Он измеряет способность бетона выдерживать нагрузки, которые уменьшают размер бетона.

Прочность на сжатие испытывают путем разрушения цилиндрических образцов бетона на специальной машине, предназначенной для измерения этого типа прочности. Он измеряется в фунтах на квадратный дюйм (psi). Тестирование проводится в соответствии со стандартом C39 ASTM (Американское общество испытаний и материалов).

Прочность на сжатие важна, поскольку это главный критерий, используемый для определения того, будет ли конкретная бетонная смесь соответствовать требованиям конкретной работы.

Бетон, фунт / кв. Дюйм

фунтов на квадратный дюйм (psi) измеряет прочность бетона на сжатие.Более высокое значение psi означает, что данная бетонная смесь прочнее, поэтому обычно она дороже. Но эти более прочные бетоны также более долговечны, то есть служат дольше.

Идеальный бетонный фунт на квадратный дюйм для данного проекта зависит от различных факторов, но абсолютный минимум для любого проекта обычно начинается от 2500 до 3000 фунтов на квадратный дюйм. Каждая бетонная конструкция имеет обычно приемлемый диапазон фунтов на квадратный дюйм.

Бетонные опоры и плиты на уровне грунта обычно требуют плотности бетона от 3500 до 4000 фунтов на квадратный дюйм. Подвесные плиты, балки и фермы (часто встречающиеся в мостах) требуют от 3500 до 5000 фунтов на квадратный дюйм.Традиционные бетонные стены и колонны, как правило, имеют диапазон от 3000 до 5000 фунтов на квадратный дюйм, в то время как для дорожного покрытия требуется от 4000 до 5000 фунтов на квадратный дюйм. Бетонным конструкциям в более холодном климате требуется более высокое давление на квадратный дюйм, чтобы выдерживать большее количество циклов замораживания / оттаивания.

Прочность на сжатие обычно проверяется через семь дней, а затем снова через 28 дней для определения psi. Семидневный тест проводится для определения раннего прироста силы, а в некоторых случаях его можно даже провести уже через три дня.

Но конкретный фунт на квадратный дюйм основан на результатах 28-дневного испытания, как указано в стандартах Американского института бетона (ACI).

Прочность бетона на разрыв

Прочность на растяжение — это способность бетона противостоять разрушению или растрескиванию при растяжении. Это влияет на размер трещин в бетонных конструкциях и степень их возникновения. Трещины возникают, когда растягивающие усилия превышают предел прочности бетона.

Традиционный бетон имеет значительно более низкую прочность на разрыв по сравнению с прочностью на сжатие. Это означает, что бетонные конструкции, испытывающие растягивающее напряжение, должны быть усилены материалами с высокой прочностью на разрыв, такими как сталь.

Непосредственно проверить прочность бетона на разрыв сложно, поэтому используются косвенные методы. Наиболее распространенными косвенными методами являются прочность на изгиб и разделенная прочность на растяжение.

Прочность бетона на раздельное растяжение определяется с помощью испытания на раздельное растяжение бетонных цилиндров. Испытание следует проводить в соответствии со стандартом ASTM C496.

Прочность бетона на изгиб

Прочность на изгиб используется как еще один косвенный показатель прочности на разрыв.Он определяется как мера неармированной бетонной плиты или балки, способная противостоять разрушению при изгибе. Другими словами, это способность бетона противостоять изгибу.

Прочность на изгиб обычно составляет от 10 до 15 процентов прочности на сжатие, в зависимости от конкретной бетонной смеси.

Существует два стандартных теста ASTM, которые используются для определения прочности бетона на изгиб — C78 и C293. Результаты выражаются в модуле разрыва (MR) в фунтах на квадратный дюйм.

Испытания на изгиб очень чувствительны к подготовке, обращению с бетоном и его отверждению. Испытание следует проводить, когда образец влажный. По этим причинам результаты испытаний прочности на сжатие чаще используются при описании прочности бетона, поскольку эти числа более надежны.

Дополнительные факторы

Прочие факторы, влияющие на прочность бетона, включают:

Соотношение вода / цемент (Вт / см)

Относится к соотношению воды и цемента в бетонной смеси.Более низкое соотношение воды и цемента делает бетон более прочным, но также затрудняет работу с ним.

Необходимо соблюдать правильный баланс для достижения желаемой прочности при сохранении удобоукладываемости.

Дозирование

Традиционный бетон состоит из воды, цемента, воздуха и смеси песка, гравия и камня. Правильная пропорция этих ингредиентов является ключом к достижению более высокой прочности бетона.

Бетонную смесь со слишком большим количеством цементного теста легко залить, но она легко потрескается и не выдержит испытания временем.И наоборот, при слишком малом количестве цементного теста получается шероховатый и пористый бетон.

Смешивание

Оптимальное время перемешивания важно для прочности. Хотя прочность имеет тенденцию увеличиваться со временем перемешивания до определенного момента, слишком долгое перемешивание может фактически вызвать испарение избыточной воды и образование мелких частиц в смеси. В результате бетон становится труднее работать и становится менее прочным.

Не существует золотого правила для оптимального времени перемешивания, так как оно зависит от многих факторов, таких как: тип используемого миксера, скорость вращения миксера, а также конкретные компоненты и материалы в данной партии бетона.

Методы отверждения

Чем дольше бетон остается влажным, тем он прочнее. Для защиты бетона необходимо соблюдать меры предосторожности при отверждении бетона при очень низких или высоких температурах.

Неопровержимые факты: традиционный бетон против UHPC

Доступна новая технология производства бетона, которая имеет более высокие прочностные характеристики, чем традиционный бетон, во всех диапазонах прочности. Этот инновационный материал называется бетоном со сверхвысокими характеристиками (UHPC), и он уже внедряется во многих инфраструктурных проектах штата и федерального правительства, учитывая его исключительную прочность и долговечность.

UHPC очень похож на традиционный бетон по составу. Фактически, примерно от 75 до 80 процентов ингредиентов одинаковы.

Что делает UHPC уникальным, так это интегрированные волокна. Эти волокна добавляются в бетонную смесь и составляют от 20 до 25 процентов конечного продукта.

Волокна варьируются от полиэстера до стержней из стекловолокна, базальта, стали и нержавеющей стали. Каждое из этих интегрированных волокон создает все более прочный конечный продукт, причем сталь и нержавеющая сталь обеспечивают наибольший прирост прочности.

Вот более подробное сравнение UHPC с традиционным бетоном:

• Прочность на растяжение —UHPC имеет предел прочности на разрыв 1700 фунтов на квадратный дюйм, в то время как у традиционного бетона обычно измеряется от 300 до 700 фунтов на квадратный дюйм.
• Прочность на изгиб —UHPC может обеспечить прочность на изгиб более 2000 фунтов на квадратный дюйм; Традиционный бетон обычно имеет прочность на изгиб от 400 до 700 фунтов на квадратный дюйм.
• Прочность на сжатие —Усовершенствованная прочность на сжатие UHPC особенно важна по сравнению с традиционным бетоном.В то время как традиционный бетон обычно имеет прочность на сжатие в диапазоне от 2500 до 5000 фунтов на квадратный дюйм, UHPC может иметь прочность на сжатие до 10 раз больше, чем у традиционного бетона.

Всего через 14 дней отверждения UHPC имеет прочность на сжатие 20 000 фунтов на квадратный дюйм. Это число увеличивается до 30 000 фунтов на квадратный дюйм при полном отверждении в течение 28 дней. Некоторые смеси UHPC даже продемонстрировали прочность на сжатие 50 000 фунтов на квадратный дюйм.

Другие преимущества UHPC включают:

• Устойчивость к замораживанию / оттаиванию —Исследования показали, что UHPC выдерживает более 1000 циклов замораживания / оттаивания, в то время как традиционный бетон начинает разрушаться всего за 28 циклов.
• Ударопрочность —UHPC может поглощать в три раза больше энергии, чем обычный бетон. При ударной нагрузке UHPC был вдвое прочнее обычного бетона и рассеивал до четырех раз больше энергии. Это делает материал отличным кандидатом для сейсмостойких мостов и зданий.
• Влагостойкость — Из-за более высокой плотности, чем у традиционного бетона, воде труднее проникать в сверхвысокий полиэтилен.
• Ductility —UHPC может быть растянут на более тонкие секции под действием растягивающего напряжения, в отличие от обычного бетона.
• Более длительный срок службы —UHPC служит более 75 лет по сравнению с 15–25 годами для традиционного бетона.
• Меньший вес — Несмотря на то, что UHPC прочнее, требуется меньше материала, поэтому торцевая конструкция легче, что снижает требования к опоре и опорам.

Неудивительно, что UHPC используется во многих американских инфраструктурных проектах для ремонта стареющих мостов и дорог страны. Материал увеличивает срок службы мостов, снижая общую стоимость жизненного цикла этих конструкций.UHPC предъявляет более низкие требования к техническому обслуживанию, учитывая его увеличенный срок службы, что еще больше способствует более низкой стоимости срока службы.

Идеальное применение для UHPC:

При оценке конкретной бетонной смеси для проекта важно знать различные прочностные свойства этой смеси. Знание этих цифр и того, какие свойства прочности бетона обеспечивают проекту, является ключом к выбору правильной бетонной смеси.

Бетонные инновации, такие как UHPC, превосходят традиционный бетон по всем показателям прочности, что делает его разумным выбором для любых бетонных проектов.Снижение затрат на техническое обслуживание и увеличенный срок службы UHPC обеспечивает беспроигрышную надежность и более низкие затраты на жизненный цикл.

Фотография предоставлена ​​Peter Buitelaar Consultancy, дизайн — FDN в Эйндховене, Нидерланды.

Исследователи разрабатывают датчики для проверки прочности бетона в реальном времени

Сколько времени потребуется, чтобы построить здание, в значительной степени зависит от того, когда бетон каждого этажа достаточно прочен, чтобы выдерживать нагрузки.Инженеры Университета Пердью, государственного исследовательского учреждения в Уэст-Лафайет, штат Индиана, разработали датчики, которые могут безопасно ускорить график строительства, определяя прочность бетона на месте в режиме реального времени.

Как правило, конструкции бетонной смеси требуют тестирования перед внедрением в строительный проект. После того, как эти смеси были проверены для использования, дизайн смеси не может быть изменен без дополнительных испытаний на месте. Технология, разработанная инженерами Purdue, устранит необходимость в обширных внешних испытаниях, позволяя строительным подрядчикам проверять зрелость бетона на месте.

«Наши датчики могут помочь принимать более обоснованные решения для определения графика строительства и улучшения качества бетонных конструкций», — сказала Луна Лу, профессор гражданского строительства Американской ассоциации бетонных покрытий Purdue.

Команда Purdue работает с F.A. Wilhelm Construction Co. Inc., чтобы протестировать и сравнить технологию с традиционными коммерческими датчиками, установленными в полу того, что будет пятиэтажным инженерно-политехническим комплексом шлюзов Purdue.

Лу и ее исследовательская группа также тестируют датчики на автомагистралях через Индиану, чтобы лучше определить, когда бетон готов к работе с тяжелыми грузовиками.

«Мы пытаемся работать с подрядчиками, чтобы выяснить, сколько мы можем сэкономить для них с точки зрения времени, затрат и количества людей, необходимых на объекте, что снижает риски и повышает безопасность строительства», — сказал Лу.«Это начинается с отраслевого сотрудничества, чтобы оценить, насколько хорошо работают датчики».

За последнее десятилетие генеральные подрядчики использовали традиционные датчики для надежной и точной оценки прочности и зрелости бетона. Но перед заливкой бетона этот метод требует месячных испытаний конструкции бетонной смеси в лаборатории. Построен линейный график, чтобы отметить прочность смеси на основе определенных температур с течением времени.

Этот линейный график затем используется для сопоставления измерений температуры с датчиков в полевых условиях.Значения прочности на графике, называемые «кривой зрелости», помогают рабочим оценить, когда бетон станет достаточно прочным для продолжения строительства.

Если неожиданная погода или что-то еще требует изменения основных ингредиентов смеси, подрядчик должен заново построить кривую зрелости для новой смеси.

Датчики, разработанные лабораторией Лу, будут измерять прочность бетона непосредственно с настила пола в режиме реального времени, устраняя необходимость в предварительном построении кривой зрелости.

«Эти новые датчики больше похожи на« подключи и работай ». Мы можем делать выводы на лету», — сказал Райан Декер, менеджер по обеспечению качества компании Wilhelm.

Как и в коммерческих целях, датчики Лу останутся в бетоне. Датчики обеспечивают более прямое измерение прочности за счет использования электричества для передачи акустической волны через бетон. То, как бетон реагирует на определенные скорости волн, указывает на его прочность и жесткость.

«Волна, распространяющаяся через бетон, может дать нам много информации.Мы можем узнать не только прочность бетона, но и подробную информацию о его микроструктуре », — сказал Лу.

Двенадцать датчиков Лу были установлены в различных секциях третьего этажа Gateway Complex, чтобы команды могли лучше понять, насколько хорошо они работают по сравнению с коммерческими датчиками, используемыми на объекте.

Лу проверила технологию и сейчас разрабатывает систему, которую подрядчики могут использовать для удаленного получения информации о прочности бетона.

Испытания бетона переходят в беспроводное соединение — Строительные спецификации

Аали Р. Ализаде, PhD, P.Eng.

Проверка бетона на прочность имеет важное значение, но это также грязно и дорого. Нужно создать испытательные цилиндры, правильно их отвердить, доставить в лабораторию для дальнейшего отверждения (или отверждать в полевых условиях), а затем сломать их в компрессорной машине, чтобы выбросить битый бетон в мусорный бак.Хотя это кажется пустой тратой времени и ресурсов, необходимо знать прочность бетона в раннем возрасте для строительных работ или долговременную прочность смеси, чтобы обеспечить достижение указанной прочности бетона.

Итак, изготавливают цилиндры и ждут несколько дней, прежде чем сломать первый набор, только чтобы получить значение прочности в определенный момент времени. Это значение не обязательно указывает на фактическую прочность бетона на месте, даже если он был отвержден в полевых условиях, но скорее представляет собой идеализированное значение того, что данная смесь может достичь в идеальных условиях.Количество цилиндров ограничено, поэтому новая точка данных не может создаваться каждый день. Затем строительство ожидает значения прочности, которое позволяет подрядчику продвигаться вперед, снимая опалубку, натягивая тросы после натяжения или открывая работу для движения транспорта.

Однако нужен ли этот процесс тестирования? Производитель бетона уже разработал смесь для обеспечения указанной прочности, изготовил и испытал свои собственные цилиндры и отправил документы. Если доставленный бетон такой же, то шансы на то, что смесь достигнет заданной длительной прочности конструкции, очень высоки.Когда цилиндр ломается, что указывает на низкую прочность, наиболее вероятной причиной обычно является неправильное обращение с оборудованием в полевых условиях или в лаборатории.

Процесс кажется устаревшим. К счастью, другой способ, называемый зрелостью бетона, может указывать на прочность в реальном времени и в самой конструкции.

Срок погашения

Первые исследования, которые привели к концепции зрелости бетона, относятся к 1940-м годам.Два серьезных сбоя в строительстве в 1970-х годах указали на острую необходимость в оценке прочности бетона на месте во время строительства. В 1973 году из-за преждевременного снятия опалубки погибло 14 рабочих. В 1978 году 51 рабочий погиб во время строительства градирни. Причина была установлена ​​как недостаточная прочность бетона, чтобы полностью выдержать приложенные строительные нагрузки. Эти бедствия привели к исследованиям Ника Карино и Х.С. Лью в Национальном бюро стандартов (NBS) (ныне Национальный институт стандартов и технологий [NIST]), который начал преобразовывать теорию в нечто практическое, что можно было бы использовать в строительстве.

С тех пор зрелость все чаще используется как лучший способ оценки прочности бетона на месте, особенно в раннем возрасте. Транспортные департаменты используют срок погашения, чтобы указать, когда можно будет снова ввести тротуар в эксплуатацию. Вооружившись данными о зрелости, подрядчики могут определить оптимальное безопасное время для снятия форм или приложения усилий после натяжения, независимо от температуры отверждения. Проектировщики используют данные о зрелости и температуре, чтобы убедиться, что они сами и их заказчики работают правильно, тем самым снижая вероятность возникновения трещин от перегрузок и ответственности в результате несчастных случаев, связанных с неожиданно низкой прочностью.

Как это работает

Зрелость бетона — это степень гидратации цемента. Один из методов, используемых для расчета индекса зрелости бетона, заключается в определении площади, которая находится под кривой время-температура — дифференциала кривой, где ось X находится на 0 C (32 F), обычно используемой исходной температуре. . Значение индекса зрелости напрямую коррелирует с прочностью бетона независимо от того, сколько времени нужно, чтобы добраться до него. Таким образом, теплый бетон достигнет заданного индекса зрелости (прочности) раньше, чем более холодный бетон, поскольку скорость реакции гидратации бетона примерно удваивается с каждым изменением температуры на 11 ° C (20 F).Что касается данных о сроках погашения, известно, что независимо от того, сколько времени требуется для достижения определенного индекса зрелости, будь то шесть часов или шесть дней, он будет иметь одинаковую силу.

На практике это означает, что необходимо установить взаимосвязь между индексом зрелости и прочностью бетона на сжатие. К сожалению, кривая зрелости для каждого микса немного отличается. Такие вещи, как источник цемента, тип заполнителя и водоцементное (в / ц) соотношение, изменения от одной загрузки к другой могут привести к колебаниям прочности зрелости между смесями на целых плюс или минус 15 процентов.Следовательно, калибровка зрелости должна быть произведена для каждого дизайна смеси и подтверждена с течением времени. Это выполняется в соответствии с положениями ASTM C1074, Стандартной практики для оценки прочности бетона по методу зрелости .

Чтобы получить данные калибровки для данной смеси, производитель бетона изготавливает минимум 17 цилиндров (при стандартных условиях твердения). Два из них будут использоваться для контроля температуры путем встраивания датчика, а другие будут использоваться для разрыва прочности на сжатие.Выбирается минимум пять перерывов (, например, один, три, семь, 14 и 28 дней). В подходящее время испытывают два цилиндра для определения прочности на сжатие. Третий цилиндр проверяется, если результаты отличаются от среднего более чем на 10 процентов.

Во время перерыва индекс зрелости определяется по двум цилиндрам, используемым для контроля температуры. Это дает пять точек данных с прочностью на сжатие, связанной со значением зрелости. Построение этих точек данных приводит к калибровочной кривой для конкретной бетонной смеси.Затем производитель подтвердит кривую, сделав пару дополнительных цилиндров при следующей заливке и сравнив расчетную прочность, полученную в результате созревания, с прочностью цилиндра, определенной в лаборатории.

Зрелость также можно использовать для оценки длительной прочности бетона, хотя немного другая модель, называемая методом эквивалентного возраста, более точна для этого.

Анализ гидратации и оптимальных комбинаций прочности тройного композита цемент-известняк-метакаолин

Метакаолин (МК) представляет собой алюмосиликатный пуццолановый материал и может способствовать развитию свойств бетона из-за пуццолановой реакции.Порошок известняка (LS) проявляет эффект разбавления, эффект зародышеобразования и химическое воздействие на гидратацию цемента. Когда метакаолин и известняк используются вместе, благодаря дополнительной химической реакции между алюминиевой фазой в МК и известняком может быть достигнут синергетический эффект. В данном исследовании представлена ​​модель гидратации тройных смесей цемент-известняк-метакаолин. Отдельные реакции цемента, метакаолина и известняка моделируются отдельно, а взаимодействия между гидратацией цемента, реакцией известняка и реакцией метакаолина учитываются через содержание гидроксида кальция и капиллярной воды.Модель гидратации учитывает пуццолановую реакцию метакаолина, химические и физические эффекты известняка и синергетический эффект между метакаолином и известняком. Кроме того, соотношение гелевого пространства гидратирующего бетона рассчитывается с использованием степеней реакции вяжущих и бетонных смесей. Развитие прочности тройных смесей оценивается с использованием соотношения гелевое пространство. На основе анализа параметров показан синергетический эффект на развитие прочности и определены оптимальные сочетания тройных смесей цемент-известняк-метакаолин.

1. Введение

Метакаолин все чаще используется в современной бетонной промышленности. Добавление метакаолина может дать много преимуществ для характеристик бетона. Метакаолин может улучшить обрабатываемость и отделочную способность, увеличить прочность на сжатие и изгиб, а также снизить проницаемость для хлоридов. Однако бинарный бетон с добавкой метакаолина имеет некоторые недостатки. По мере увеличения степени замещения цемента метакаолином необходимо увеличивать количество суперпластификатора для достижения требуемой консистенции.Стоимость материала метакаолина выше, чем у цемента. Чтобы избежать этих недостатков, уровень замещения цемента метакаолином обычно ниже 25%. В целом, преимущества метакаолина, такие как механические характеристики и увеличенный срок службы, могут преодолеть его отрицательный эффект. Метакаолин — очень перспективный дополнительный вяжущий материал для бетонной промышленности [1, 2].

Порошок известняка может улучшить удобоукладываемость, уменьшить просачивание и уменьшить количество CO. ₂ выбросов бетонной промышленности.Цена на известняк намного ниже, чем на метакаолин. Добавление известняка снижает прочность бетона в позднем возрасте. Когда известняк и метакаолин используются вместе, пуццолановая реакция метакаолина может способствовать прочности бетона в позднем возрасте. Кроме того, метакаолин имеет высокое содержание алюминия, который может реагировать с известняком, образовывать карбоалюминатные фазы и увеличивать твердый объем и прочность бетона. Это синергетический эффект тройного бетона. Хотя метакаолин или известняк добавляются по отдельности, синергетический эффект не достигается.Таким образом, при использовании бетона с тройной смесью метакаолина и известняка можно достичь экономической выгоды и повышения прочности [1, 2].

Было проведено множество экспериментальных исследований по аспектам удобоукладываемости, механических свойств и долговечности тройных смесей цемент-известняк-метакаолин. Vance et al. [3] сообщили, что для трехкомпонентных смесей цемент-известняк-метакаолин предел текучести снижается по мере увеличения содержания известняка. Это происходит из-за упаковки частиц, потребности в воде, а также расстояния между частицами и контактов.Vance et al. [4] обнаружили, что синергетический эффект известняка и заделки МК может улучшить свойства в раннем возрасте и сохранить свойства бетона в позднем возрасте. Альварес и др. [5] представили, что комбинированные смеси известняка и МК повышают прочность на сжатие по сравнению со 100% -ным портландцементным бетоном. Рамезанианпур и Хутон [6] представили, что гидраты карбоалюминатов образуются для тройных смесей цемент-известняк-МК, и существует оптимальный уровень известняка с точки зрения максимальной прочности и минимальной пористости.Perlot et al. [7] сообщили, что трехкомпонентная смесь дает реальное преимущество в отношении стойкости к карбонизации за счет улучшения структуры пор. Сотириадис и др. [8] сообщили, что использование МК в известняковом цементном бетоне замедляет и замедляет разрушение из-за сульфатной атаки и улучшает его долговечность.

По сравнению с многочисленными экспериментальными исследованиями, теоретические модели трехкомпонентных смесей цемент-известняк-метакаолин очень ограничены. Антони и др. [9] построили термодинамическую модель для тройных смесей цемент-известняк-метакаолин и представили фазовый комплекс для различных комбинаций вяжущих.Shi et al. [10, 11] представили термодинамическую модель карбонизации и проникновения хлоридов в тройные смеси цемент-известняк-метакаолин. Оцениваются изменения фазовых ассоциаций и общей пористости из-за карбонизации и воздействия хлоридов [10, 11]. Термодинамические модели [9–11] в основном сосредоточены на химическом аспекте тройных смесей, таких как фазовые сборки гидратированного бетона и продукты реакции между бетоном и ионами проникновения. Однако было проведено ограниченное количество работ по механическим аспектам, таким как оценка развития прочности и оптимальных комбинаций связующих трехкомпонентных смесей [9–11].

Оптимальные сочетания вяжущих тройных смесей — интересная тема для производителей бетона и строительных компаний. В этом исследовании представлена ​​модель смешанной гидратации для тройных смесей с учетом синергетического эффекта между известняком и МК. Развитие прочности тройных смесей оценивается с использованием степеней реакции связующих и соотношений гель-пространство. На основе анализа параметров определены оптимальные сочетания тройных смесей цемент-известняк-метакаолин.

2.Модель гидратации и модель прочности тройных смесей

2.1. Hydration Model

Для бетона с добавками МК и известняка сосуществуют гидратация цемента, реакция МК и реакция известняка. В этом исследовании мы моделируем гидратацию цемента, МК и известняка соответственно. Между тем, взаимодействие между гидратацией цемента, реакцией метакаолина и реакцией известняка учитывается через содержание капиллярной воды и гидроксида кальция в гидратирующих смесях.

2.1.1. Модель гидратации цемента

Гидратация цемента может быть описана с помощью кинетической модели, показанной в наших предыдущих исследованиях [12]. Степень гидратации может быть рассчитана как, где t — время, а — скорость гидратации, которую можно определить следующим образом: где и — коэффициенты, определяющие скорость в начальный период бездействия, — параметр реакции в период, контролируемый диффузией, представляет собой параметр реакции в период, контролируемый фазовой границей, учитывает снижение скорости гидратации из-за развития микроструктуры и учитывает уменьшение скорости гидратации из-за потребления капиллярной воды (, где — количество капиллярной воды и — количество воды в бетонных смесях).

Кинетические процессы, участвующие в гидратации цемента, такие как начальный процесс бездействия, процесс межфазной реакции и процесс диффузии, учитываются в модели гидратации цемента. Входными переменными модели гидратации цемента являются составы цементного компаунда, поверхность цемента по Блейну, пропорции бетонной смеси и условия твердения. Значения параметров гидратации,, и могут быть определены с использованием составов цементных смесей. Кроме того, степень реакции цемента может быть рассчитана автоматически с использованием параметров гидратации,, и.Влияние температуры выдержки на гидратацию цемента рассматривается с помощью закона Аррениуса [12]. Для высокопрочного бетона водоцементное соотношение низкое, а скорость гидратации значительно снижается за счет уменьшения капиллярной воды [13, 14]. Этот эффект учитывается при использовании капиллярной концентрации воды. В целом предложенная модель гидратации цемента действительна для бетона с разными уровнями прочности, разными типами портландцемента и разными условиями твердения [12].

2.1.2. Модель реакции МК

Процесс реакции МК также состоит из начального неактивного процесса, процесса реакции на границе раздела фаз и процесса диффузии, который аналогичен процессам, вовлеченным в гидратацию цемента [15]. Напротив, МК — это пуццолановый материал. Скорость пуццолановой реакции зависит от количества гидроксида кальция в смесях [16, 17]. Учитывая кинетические процессы реакции и сущность МК как пуццоланового материала, Ван [15] предположил, что уравнение реакции МК может быть записано следующим образом: где — степень реакции МК, — скорость реакции МК, — реакции — параметр реакции МК в периоде покоя, — параметр реакции МК в период, контролируемый диффузией, — параметр реакции МК в период, контролируемый границей фаз, — содержание гидроксида кальция в смесях, — содержание МК в бетонных смесях.Проверки модели реакции МК доступны в нашем предыдущем исследовании [15]. Интегрированная модель гидратационной прочности-долговечности для бетона с МК-смесью предлагается для оценки степени реакции связующих, развития прочности и проницаемости хлоридов [15].

2.1.3. Известняковая реакция Модель

Добавление известнякового порошка представляет эффект разбавления, эффект зародышеобразования и химический эффект на гидратацию цемента. В этом исследовании эффект разбавления рассматривается через количество капиллярной воды, эффект нуклеации рассматривается через индикатор эффекта нуклеации, а химический эффект рассматривается через функцию логарифма с множеством факторов модификации [18, 19].

Продукты гидратации цемента могут образовываться на поверхности известнякового порошка. Это называется эффектом зародышеобразования. Показатель эффекта зародышеобразования известнякового порошка можно записать следующим образом [2]: где — показатель эффекта зародышеобразования известняка; и C ₀ — масса известняка и цемента в пропорциях смешивания, соответственно; и и — площадь поверхности Блейна известнякового порошка и цемента, соответственно.

В нашем предыдущем исследовании [2], основываясь на экспериментальных результатах определения степени гидратации цемента в бинарных смесях цемент-известняк, Ван и Луан [2] предположили, что эффект зародышеобразования известнякового порошка можно описать следующим образом: где — обновленный коэффициент межфазной реакции в цементно-известняковых смесях, 1.2 — это улучшающие коэффициенты [2], это обновленный коэффициент диффузии в цементно-известняковых смесях, и улучшающие коэффициенты [2].

До сих пор экспериментальные результаты о степени реакции известняка очень ограничены. Предварительно Ван и Луан [2] предложили эмпирическую модель с многовариантными факторами для анализа степени реакции известняка. Эмпирическая модель учитывает влияние различных факторов на химическую реакцию известняка, таких как коэффициенты замещения известняка, добавки минеральных примесей, крупность известняка, тонкость цемента, соотношение воды и связующего и температура отверждения.Эмпирическая модель реакции известняка показана следующим образом: где — степень реакции известняка в эталонной смеси. Эта эталонная смесь представляет собой портландцемент и бинарные смеси известняка с отношением воды к связующему 0,5 и добавлением 20% известняка, отверждаемых при 20 ° C. рассматривает влияние соотношений замещения известняка на степень реакции известняка, рассматривает влияние крупности известняка, рассматривает влияние крупности цемента, рассматривает эффект добавления МК, учитывает влияние соотношения воды и вяжущего и учитывает влияние температуры отверждения.Таблица 1 показывает сводку факторов, влияющих на реакцию известняка. По мере увеличения коэффициента замещения известняка степень реакции LS снижается. По мере увеличения крупности известняка, крупности цемента, добавки МК и отношения воды к вяжущему увеличивается степень реакции LS. В частности, для коэффициента модификации, где содержание алюминия в МК — это содержание алюминия в цементе, в числителе — содержание прореагировавшего алюминия из реакции МК, а в знаменателе — содержание прореагировавшего алюминия из реакции цемента.Поскольку содержание алюминия в МК намного выше, чем в цементе, добавка МК может значительно улучшить реакционную способность известняка. Коэффициент м ₄ учитывает синергетический эффект известняка и МК. Более высокое содержание алюминия и более высокая реакционная способность МК эффективны для повышения реакционной способности известняка.

В целом, это исследование рассматривает эффект разбавления, эффект зародышеобразования и химический эффект добавок известняка.Повышение реакционной способности известняка за счет добавления метакаолина рассматривается как фактор модификации. Влияние других факторов, таких как коэффициент замещения известняка, тонкость связующего и соотношение воды и связующего, также учитывается в модели реакции известняка.

2.1.4. Модель взаимодействия между цементом, метакаолином и известняком

В этом исследовании взаимодействие между гидратацией цемента, реакцией метакаолина и реакцией известняка рассматривается через содержание капиллярной воды и гидроксида кальция.Maekawa et al. [13] предположили, что на 1 г гидратов цемента будет израсходовано 0,4 г капиллярной воды. Dunster et al. [20] предположили, что при реакции 1 г метакаолина будет потреблено 0,55 г капиллярной воды. Бенц [21] предположил, что при реакции 1 г известняка будет потреблено 1,62 г капиллярной воды. Для гидратирующих трехкомпонентных смесей цемент-метакаолин-известняк содержание капиллярной воды может быть определено следующим образом: где, и — содержание воды, потребляемой в результате гидратации цемента, реакции метакаолина и реакции известняка, соответственно [13, 20, 21] .Расход капиллярной воды при реакции 1 г известняка намного выше, чем у цемента и метакаолина. Это связано с тем, что продуктами реакции известнякового порошка являются монокарбоалюминат и эттрингит, которые содержат большое количество воды.

Для гидратирующих трехкомпонентных смесей цемент-метакаолин-известняк содержание гидроксида кальция может быть определено следующим образом: где означает массу СН, полученного при гидратации 1 единицы массы цемента, и означает массу СН, израсходованного в результате реакции 1 единица массы метакаолина [15].- масса СН, полученного при гидратации цемента. — масса CH, израсходованная в результате реакции метакаолина.

Вкратце, рассматривается влияние гидратации цемента, реакции метакаолина и реакции известняка на содержание капиллярной воды и гидроксида кальция. Содержание капиллярной воды можно использовать для модели гидратации цемента (уравнение (1)), а содержание гидроксида кальция можно использовать для модели реакции метакаолина (уравнение (2)). Кроме того, поскольку модель смешанной гидратации учитывала взаимодействия между реакциями цемента, метакаолина и известняка, коэффициенты модели гидратации не меняются в зависимости от различных смесей.Когда смеси меняются от одной к другой, коэффициенты модели гидратации постоянны.

2.2. Модель развития прочности

Отношение объема геля к пространству обозначает отношение объема продуктов гидратации связующего к сумме объема гидратированных связующих и капиллярных пор. Для смесей цемент-метакаолин-известняк 1 мл гидратированного цемента, 1 мл прореагировавшего метакаолина и 1 мл прореагировавшего известняка занимают 2,06 мл пространства [16, 22], 2,52 мл пространства [16, 22] и 4,1 мл пространства соответственно.Прореагировавшие продукты из 1 мл известняка могут занимать гораздо больше места, чем продукты из цемента (4,1 против 2,06). Это связано с образованием эттрингита и монокарбоалюмината в результате реакции известняка. Принимая во внимание реакции цемента, метакаолина и известняка, соотношение гелевого пространства цемент-метакаолин-известняк с тройной смесью цемента может быть определено следующим образом: где, и — плотности цемента, метакаолина и известнякового порошка, соответственно.

Согласно теории прочности Пауэрса, прочность на сжатие гидратирующего бетона может быть оценена с использованием соотношения гелевого пространства следующим образом: где — прочность бетона на сжатие, — внутренняя прочность бетона, а n — показатель прочности.

Для смесей цемент-метакаолин-известняк цемент, метакаолин и известняк будут влиять на внутреннюю прочность бетона и показатель прочности. Мы предполагаем, что внутренняя прочность бетона и показатель прочности n пропорциональны весовым долям цемента, метакаолина и известняка в пропорции смешивания следующим образом: где коэффициенты, и в уравнении (12) представляют вклад цемента, метакаолин и известняк к собственной прочности бетона, соответственно, и единицы , 1, , 2 и , 3 являются МПа; Коэффициенты b 2 и b 3 в уравнении (13) представляют вклады цемента, метакаолина и известняка в показатель прочности, соответственно.Для чистого портландцементного бетона без известняка или метакаолина прочность бетона относится только к a 1 и b 1. Для бинарного бетона с метакаолином без известняка прочность бетона относится к коэффициентам a 1, a 2, b 1 и b 2. Для трехкомпонентного бетона прочность бетона относится к коэффициентам a 1, a 2, a 3, b 1, b 2 и b 3.Эти коэффициенты a 1, a 2, a 3, b 1, b 2 и b 3 не изменяются для различных пропорций смешивания бетона.

Блок-схема расчета доказана на рисунке 1. На каждом временном шаге уровни отклика цемента, метакаолина и известнякового порошка рассчитываются с использованием трехкомпонентной модели гидратации. Количество CH и капиллярной воды основано на использовании уровней реакции вяжущих и бетонных смесей.Кроме того, соотношение гелевого пространства гидратирующего бетона определяется с учетом вклада реакций цемента, метакаолина и известняка. Путем использования теории прочности Пауэрса рассчитывается прочность на сжатие твердеющего бетона.