Проектування складу бетону: Закон Абрама, Усадка та Міцність на 28 Днів

Одна пропорція визначає все

Бетон – це суміш цементу, води та дрібного та крупнозернистого заповнювача, яка твердне внаслідок гідратації цементу. З усіх можливих варіантів розрахунку складу бетону, найбільшим предиктором міцності затверділого бетону є співвідношення вода-цемент (w/c) – відношення маси води до маси цементу. Це зв’язок був кількісно визначений Дуффом Ебрейсом у 1918 році і залишається основою розрахунку складу бетону й сьогодні:

f'c = A / B^(w/c) де f'c – міцність на стиснення, а A та B – емпіричні константи, які калібруються для конкретного цементу та заповнювача. Важлива форма кривої: міцність різко знижується при збільшенні w/c, оскільки надлишок води, що перевищує обсяг гідратації цементу, створює капілярні пори після випаровування або поглинання, а пористостій є основним фактором, що визначає міцність затверділого бетону.

f'c = A / B^(w/c)

Чому просто додавати воду для полегшення заливки неможливо

Низький показник співвідношення вода/цемент (w/c) забезпечує вищу міцність, але й твердішу, важкодоступну суміш; високий показник w/c легко розтікається та добре фінішується, але жертвує міцністю і, що не менш важливо, довговічністю — пористий матрикс пропускає хлориди та вологу, які кородують вбудований сталевий арматурний каркас протягом десятиліть. Ця напруга пояснює, чому прагнення до кращої розплавлюваності та міцності тягнуться у протилежних напрямках від однієї ручки, і тому існують добавки суперпластифікатори: вони дозволяють суміші легко розтікатися при низькому співвідношенні вода/цемент, яке в іншому випадку було б непрацездатним, таким чином порушуючи цей компроміс замість того, щоб його обмежувати.

Усадка як показник керованості

Замість безпосереднього вимірювання текучості, галузевим стандартом є тест усадки, який заповнює зрізаний конус свіжим бетоном, піднімає конус і вимірює, на скільки відстає бетон від нього під власною вагою. Низька усадка (2–4 см) майже не опускається і підходить для жорстких зварок для конструктивних робіт; висока усадка (15+ см) легко тече і підходить для заповнених арматурних каркасів або бетону, що прокачується. Усадка зростає з водоцементним співвідношенням та з певними добавками, і це полевий тест, який застосовується до кожного паряду перед його прийняттям на укладання – він швидкий, дешевий і досить добре корелює з керованості, щоб стати фактичним контролюючим органом галузі.

Засипка: інше 70%

Цементна суміш – це лише клей; за об’ємом, засипка складає зазвичай 60–75% від загального обсягу бетону. Її градація (суміш різних розмірів частинок) контролює щільність пакування суміші та, відповідно, скільки цементної суміші потрібно для заповнення залишкових порожнин. Добре прохідна засипка потребує менше цементної суміші для досягнення тієї ж робочості, що є дешевшою і, оскільки вона передбачає менше води та цементу на партію, часто міцнішою та менш схильною до усадочного тріщини. Якість засипки (твердість, чистота, форма) безпосередньо обмежує кінцеву міцність бетону: жодна цементна суміш не може компенсувати слабку або брудну засипку.

28-денний стандарт

Міцність бетону зазвичай звітується на 28 днів доби твердіння, оскільки гідратація цементу – повільна хімічна реакція, яка продовжує нарощувати міцність протягом місяців, але швидкість приросту значно сповільнюється після приблизно чотирьох тижнів. 28 днів охоплює більшість кінцевої міцності та є практичним, стандартизованим інтервалом для тестування, яким погодилися всі галузі – від розробників сумішей до будівельних норм, таких як ACI 211, для специфікації та контролю якості. Суміш можна протестувати раніше, щоб виявити проблеми на ранній стадії, але саме значення міцності на 28 днів ставиться на креслення конструкцій.

Frequently asked questions

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Concrete Mix Design і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.