Метод "приведенного" цементно-водного отношения
Понятие "приведенного" Ц/В было предложено для расчета золосодержащих бетонов [74]. Под "приведенным" Ц/В первоначально понималось отношение массы цемента включая условное его количество, заменяемое добавками, к массе воды, включая условное ее количество заменяемое воздухом, вовлекаемым и остающимся в бетонной смеси.
Объем воздуха как эквивалент избыточной воды в бетонной смеси впервые введен в формуле Фере. Учет объема вовлеченного воздуха в расчетных формулах прочности предложен и другими авторами . Очевидно, что приравнивание объема вовлеченного воздуха к некоторому эквивалентному объему или массе воды физически допустимо, поскольку как избыточная вода, так и вовлеченный воздух формируют в бетоне поры, снижающие прочность.
Снижение прочности бетона на сжатие, рассчитанное по формуле , за счет введения каждых 10 л. воздуха составляет 5...6%, что хорошо соответствует известным экспериментальным данным, полученным при содержании вовлеченного воздуха в бетоне от 1 до 10%.
Одна из первых попыток установления “цементирующей эффективности” минеральных добавок применительно к золе-унос была сделана А.Смитом.
“Цементирующая эффективность” добавок, например активных наполнителей бетона является функцией многих факторов, характеризующих их состав, структуру, дисперсность, условия твердения, возраст бетона и др. Она зависит и от вида применяемого цемента.
При отклонении значения Д от оптимального величина Кц.э. снижается, она может переходить через нулевое и приобретать даже отрицательное значение.
Например, для тяжелых цементных бетонов оптимальный расход кислых каменноугольных зол-уноса рекомендуется обычно в пределах 100.. ..200 кг/м3. По данным, полученным при обработке составов бетона классов В7,5...В25 треста “Южатомэнергострой” на портландцементах Каменец-Подольского цементного завода марок М400 и М500, содержащих до 20% доменного гранулированного шлака для золы Ладыженской ТЭС при ее расходе 150 кг/м3 Кц.э. колеблется от 0,2 до 0,42 [74]. Близкие к ним значения получены в наших опытах с использованием золы-унос Бурштынской ТЭС.
Как известно, для легких бетонов на пористых заполнителях в традиционной формулировке правило водоцементного отношения неприемлемо, т.к. прочность этого вида бетонов определяется не только плотностью и соответственно прочностью цементного камня, но также прочностью и объемной концентрацией пористых заполнителей.
Для расчета прочности легких бетонов предложено большое число формул. Одни из них устанавливают линейную связь прочности бетона с расходом цемента или Ц/В, учитывая через обобщенные коэффициенты влияние механических и структурных особенностей заполнителей, другие формулы прямо учитывают физико-механические показатели пористых заполнителей, однако лишь косвенно связаны с параметрами состава, требуют усложненных и в то же время приблизительных расчетов.
Известный исследователь легких бетонов проф. Н.З.Симонов отмечал, что существующие эмпирические формулы представляют интерес, главным образом, для сопоставления между собой материалов на основе пористых заполнителей различных видов, но "малопригодны для использования при проектировании их составов". Существующая практика проектирования составов легких бетонов основана обычно на использовании усредненных справочных табличных данных с последующей их экспериментальной проверкой при использовании принятых исходных материалов.
Параметр Z отражает как плотность цементного камня, так косвенно через пористость заполнителей их прочность, поэтому можно ожидать высокую степень тесноты его связи с прочностью легких бетонов.
По рекомендованной в руководствах методике были рассчитаны составы керамзитобетона с 28-суточной прочностью при сжатии 5...30 МПа, плотностью 800...1600 кг/м3 при использовании керамзитового гравия с насыпной плотностью 300...800 кг/м3. Для конструктивных керамзитобетонов классов В12...В22,5 в качестве мелкого заполнителя применяли кварцевый песок. Полученные расчетные данные позволили аппроксимировать зависимость Rб=f(Z) линейным уравнением.
Экспериментальная проверка также подтвердила полученную формулу и соответственно допустимость принятых физических предпосылок. Среднее отклонение прочности по формуле составило 6%.
Учет пористости и водопоглощения легких заполнителей позволяет косвенно учитывать их прочность и особенности пористой структуры.
Для экономичных составов легкого бетона расчетный расход цемента, найденный по формуле не превышает более чем на 20% расход цемента для равнопрочных и равноподвижных тяжелых бетонов, что согласуется с известными данными.
При одинаковой степени гидратации и равном отношении объемов гидратированного цемента к общему объему пор прочность легкого бетона, рассчитанная по формуле оказывается выше прочности тяжелого бетона, найденной при соответствующем Ц/В. Это можно объяснить более высокой адгезией цементного камня к пористым заполнителям и большей его плотностью в легких бетонах в результате самовакуумирования.
Линейная аппроксимация зависимости Rб=f(Z) предполагает, что используются пористые заполнители при которых требуемая прочность достигается в пределах первого участка характерной кривой зависимости Rб = f(Rр) (Rр – прочность растворной составляющей бетона).
В соответствии с теорией А.И.Ваганова, подтвержденной многими испытаниями, на определенном пористом заполнителе при неизменном его содержании можно приготовить легкий бетон лишь с определенной предельной прочностью, значение которой практически не увеличивается с увеличением прочности растворной составляющей и соответственно Ц/В.
Использование параметра Z в формулах прочности легких бетонов открывает возможность разработки достаточно простых методик расчета их составов, основанных на тех же основных физических предпосылках, которые используются в расчетах составов тяжелых бетонов.
Учет объема пор заполнителя наряду с пористостью цементного камня позволяет распространить правило В/Ц ("приведенного" В/Ц) на легкие бетоны с пористыми заполнителями различной прочности.