Материал: Испытания строительных материалов. журнал лабораторных работ по дисциплине «Строительные материалы». Макеев А.И., Власов В.В

Важнейшими показателями качества тяжелого бетона являются _______________

_______________________________________________________________________________ ,

по которым бетон разделяется на классы или марки.

Важнейшие показатели качества бетонной смеси:______________________________

________________________________________________________________________________

Проектирование состава бетона заключается в определении рационального соотношения между компонентами бетонной смеси (вяжущего, мелкого и крупного заполнителей, воды и добавок), обеспечивающее требуемые характеристики бетонной смеси и готового бетона при минимальном расходе вяжущего. Состав бетонной смеси выражают в виде расхода материалов (как правило, по массе) на 1 м³ уложенной и уплотненной бетонной смеси или в виде весового соотношения между цементом, песком и щебнем (гравием) с обязательным указанием водоцементного отношения.

Различают начальный, номинальный (лабораторный) и рабочий (производственный) составы бетона. Начальный состав определяют расчетом по какому-либо методу, установленному нормативными документами. Путем экспериментальной проверки в лабораторных условиях (при сухих заполнителях) устанавливают, соответствуют ли свойства бетона начального состава требуемым. Корректируя начальный состав до достижения заданных свойств, подбирают номинальный состав. Непосредственно в условиях производства номинальный состав уточняется по расходу заполнителей и воды с учетом реальной (заводской) влажности заполнителей. Уточненный номинальный состав называют «рабочим» и по нему рассчитывают и передают в производство рабочие дозировки для изготовления бетонной смеси на предприятиях стройиндустрии.

Проектирование состава бетона включает следующие этапы:

1. определение требуемых характеристик бетонной смеси и бетона в зависимости от его назначения;

2. выбор и оценка характеристик сырьевых компонентов;

3. расчет начального состава;

4. экспериментальный подбор номинального состава;

5. назначение рабочего состава.

2. Назначение характеристик бетонной смеси и бетона

Требуемый (проектный) класс бетона по прочности определяется расчетом при проектировании строительной конструкции в зависимости от ее напряженно-деформированного состояния в процессе последующей эксплуатации и параметров рабочего сечения этой конструкции.

Рациональная удобоукладываемость бетонной смеси по показателям жесткости или подвижности назначается технологом в зависимости от следующих основных факторов:

- класса бетона по прочности;

- конфигурации из­делия;

- способа формования;

- густоты армирования;

- способа и условий транспортирования смеси.

При необходимости в зависимости от условий эксплуатации назначаются и другие требования: по плотности, морозостойкости, водонепроницаемости и др.

Согласно условиям задания проектируемый состав бетонной смеси должен обеспечивать:

подвижность бетонной смеси - ______________________________________________;

класс (марку) бетона по прочности - __________________________________________.

3. Выбор и оценка характеристик сырьевых компонентов

Выбор вяжущего для изготовления тяжелого бетона и требования к его характеристикам обусловлены проектным классом бетона и условиями эксплуатации конструкции. При проектировании состава бетона должны учитываться следующие характеристики цемента: вид, марка, истинная и насыпная плотность.

Для использующихся в качестве мелкого заполнителя тяжелого бетона природного песка или песка из отсевов дробления необходимо знать их водопотребность, истинную и насыпную плотность, естественную влажность в заводских условиях.

При выборе крупного заполнителя руководствуются классом проектируемого бетона, его маркой по морозостойкости, минимальными размерами изделия (конструкции), расстоянием между арматурными стержнями и т.д. При проектировании состава бетона учитываются вид крупного заполнителя (щебень или гравий), максимальная крупность зерен, истинная и насыпная плотность, межзерновая пустотность, естественная влажность в заводских условиях.

В работе использовались сырьевые компоненты со следующими характеристиками:

вяжущее - _______________________________________ класса (марки) по прочности ______________ с истинной плотностью _ц = ______________ г/см³, насыпной плотностью _нц = _________ кг/м³;

мелкий заполнитель - ________________________________________ с истинной плотностью _п = _________ г/см³, насыпной плотностью _нп = _________ кг/м³, влажностью W = ________ %;

крупный заполнитель - _____________________________________________ качества максимальной крупностью D_max = ________ мм, истинной плотностью _щ = _________ г/см³, насыпной плотностью _нщ = _________ кг/м³, пустотностью П = ________ %, влажностью W = _______ %;

добавка - _________________________________________________________________;

затворитель - ______________________________________________________________.

4. Расчет начального состава бетона

В отличие от строительного раствора, при подборе состава тяжелого бетона применяют термин «проектирование состава». Это обусловлено тем, что в основе расчета состава бетона лежит метод абсолютных объемов, включающий в себя следующие теоретические положения.

Положение первое: сумма объемов всех компонентов в абсолютно плотном состоянии составляет 1 м³ бетонной смеси, что в аналитическом виде выражается формулой

где_____________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Положение второе: цементно-песчаный раствор должен нацело заполнять объем межзерновых пустот крупного заполнителя с некоторой раздвижкой его зерен. Это условие выражается уравнением

где_____________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Выполнение этого условия обеспечивает получение оптимальной по типу цементации структуры бетона (рис. 39), характеризующейся максимальным сопротивлением его разрушению при минимально достаточном расходе дефицитного и дорогого цемента.

  1  = 1,05…1,5   1

Рис. 39. Структура бетонов с различным типом цементации

Положение третье (закон В/Ц-отношения): при прочих равных условиях прочность бетона зависит от марки цемента, качества заполнителей и водоцементного отношения (В/Ц-отношения), что в аналитическом виде записывается как

где_____________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Расчет начального состава бетона методом абсолютных объемов вели на 1 м³ бетонной смеси. Определение расходов компонентов производили в следующей последовательности:

1. из третьего положения вывели формулу для расчета В/Ц-отношения:

и рассчитали его, исходя из требуемой прочности бетона R_б, марки цемента R_ц и качества заполнителей:

2. по справочным графикам и таблицам определили ориентировочный расход воды В в зависимости от принятой подвижности бетонной смеси, наибольшего размера зерен крупного заполнителя и его вида

В = __________ л/м³;

3. по известным значениям В/Ц-отношения и расхода воды В рассчитали расход цемента Ц, кг/м³:

4. путем совместного решения уравнений первого и второго положений метода абсолютных объемов вывели формулу для расчета расхода крупного заполнителя Щ, кг/м³:

и рассчитали его, определив значение коэффициента раздвижки  по справочным таблицам в зависимости от вида заполнителя и расхода цемента ( = ______):

5. из первого уравнения метода абсолютных объемов вывели и рассчитали расход мелкого заполнителя П, кг/м³:

Номинальный состав бетона:

Ц = __________ кг/м³

П = __________ кг/м³

или

Щ = __________ кг/м³

В = __________ л/м³

5. Корректировка начального состава по удобоукладываемости бетонной смеси

Удобоукладываемостью бетонной смеси называется ___________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

От удобоукладываемости бетонной смеси зависят затраты энергии на формование изделий. В задачи этого технологического передела входят как придание изделию заданной формы, так и получение качественной структуры бетона, обеспечивающей заданный уровень его свойств. Чем выше удобоукладываемость бетонной смеси, тем меньше усилий надо затратить на решение этих задач. Однако высокая удобоукладываемость обеспечивается либо повышенным содержанием в бетонной смеси цементного теста, что значительно удорожает себестоимость бетонных и железобетонных изделий, либо повышенным расходом воды затворения, что негативно отражается на их прочности и морозостойкости. Поэтому на практике всегда приходится решать компромиссную задачу назначения максимально низкого В/Ц-отношения при приемлемом уровне энергозатрат на формование с учетом ряда факторов, перечисленных в первом пункте этой лабораторной работы.

Удобоукладываемость бетонной смеси оценивается по показателям подвижности или жесткости. Бетонные смеси, характеризуемые подвижностью, имеют пластичную консистенцию и способны оседать под действием собственной массы, поэтому для их уплотнения (удаления защемленного при перемешивания воздуха) требуются незначительные вибрационные воздействия. Типичные жесткие смеси представляют собой рыхлосыпучую массу и не способны оседать под действием собственной массы. Для их уплотнения требуется вибрация, прессование, вибропрессование.

Для определения удобоукладываемости бетонной смеси готовили ее пробный замес объемом 10 л, для чего рассчитывали расход компонентов на замес по начальному составу (табл. 65). Смесь тщательно перемешивали сначала в сухом состоянии, а затем вместе с расчетным количеством воды в течение 5 мин.

Подвижность смеси определяли с помощью стандартного конуса высотой 300 мм, диаметрами верхнего и нижнего оснований 100 и 200 мм соответственно (рис. 40,а). Конус заполняли бетонной смесью в три слоя одинаковой высоты с 25 штыкованиями металлическим стержнем каждого слоя. После заполнения стального конуса его вертикально снимали и ставили рядом с бетонным конусом, который оседал и расплывался под действием собственной тяжести. С помощью двух линеек измеряли величину осадки конуса (ОК) в сантиметрах, которая и является количественной характеристикой подвижности смеси.

Для определения жесткости смеси стандартный конус помещали в стальной цилиндр диаметром и высотой 20 мм, жестко закрепленный на вибростоле. Конус заполняли бетонной смесью так же, как при определении подвижности смеси, а затем снимали и доводили диск прибора до соприкосновения с поверхностью бетонного конуса (рис 40,б). Одновременно включали секундомер и виброплощадку. Под действием вибрации бетонная смесь разжижалась, конус с диском опускались в цилиндр. В момент, когда в любых двух отверстиях диска появлялось цементное молоко, выключали секундомер и виброплощадку. Полученное время в секундах и принималось за показатель жесткости бетонной смеси.

Если подвижность оказалась ниже заданной (или жесткость выше заданной), в пробный замес добавляли цемент и воду при сохранении неизменного В/Ц-отношения. Если, напротив, подвижность была выше заданной (или жесткость ниже заданной), добавляли щебень и песок при сохранении их начальной пропорции. Опыт повторяли до получения требуемой удобоукладываемости.

а) б)

Рис. 40. Схема определения подвижности (а) и жесткости (б) бетонной смеси

Таблица 66

Результаты корректировки состава бетонной смеси по ее удобоукладываемости