Министерство образования и науки Российской Федерации Сибирский федеральный университет
ТЕХНОЛОГИЯ БЕТОНА СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ И КОНСТРУКЦИЙ ЧАСТЬ I
Учебно-методическое пособие для лабораторных работ
Электронное издание
Красноярск СФУ 2014 УДК 666.9.72(07) 1
ББК 38.626.1я73 Т384 Составители: Василовская Нина Григорьевна, Шевченко Валентина Аркадьевна, Дружинкин Сергей Валентинович, Енджиевская Ирина Геннадьевна Т384 Технология бетона строительных изделий и конструкций. Часть I: учебно-методическое пособие для лабораторных работ [Электронный ресурс] / сост.: Н. Г. Василовская, В. А. Шевченко, С. В. Дружинкин, И. Г. Енджиевская. – Электрон. дан. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2014. – Систем. требования: PC не ниже класса Pentium I; 128 Mb RAM; Windows 98/XP/7; Adobe Reader V8.0 и выше. – Загл. с экрана. Предназначено для студентов специальности 270800.62.00.04 «Производство и применение строительных материалов, изделий и конструкций». УДК 666.9.72(07) ББК 38.626.1я73 © Сибирский федеральный университет, 2014
Электронное учебное издание Подготовлено к публикации ИЦ БИК СФУ Подписано в свет 21.08.2014 г. Заказ 1402 Тиражируется на машиночитаемых носителях Издательский центр Библиотечно-издательского комплекса Сибирского федерального университета 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79 Тел. (391)206-21-49. E-mail:
[email protected] http://rio.sfu-kras.ru 2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................................... 4 Лабораторная работа 1. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ПРОИЗВОДСТВЕ ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА ............................................ 4 Лабораторная работа 2. РАСЧЕТ И ПОДБОР СОСТАВА ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА................. 8 Лабораторная работа 3. РАСЧЕТ СОСТАВА ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА ПРОИЗВОДСТВЕННЫММЕТОДОМ ....................................................................................... 15 Лабораторная работа 4. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ ................................................................................................................ 20 Лабораторная работа 5. ИСПЫТАНИЕ СВОЙСТВ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ПОРИСТЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ ДЛЯ ЛЕГКИХ БЕТОНОВ ................................................... 23 Лабораторная работа 6. ПОДБОР СОСТАВА ЛЕГКОГО БЕТОНА НА ПОРИСТЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЯХ ......................................................................................... 27 ПРИЛОЖЕНИЕ ............................................................................................................................ 33
3
ВВЕДЕНИЕ Цель методического пособия – привить студентам навыки самостоятельной теоретической и экспериментальной работы, способствовать более глубокому пониманию и усвоению теоретических положений курса, ознакомить их с лабораторным оборудованием и измерительной техникой, обработкой и оформлением результатов опыта. Для успешного выполнения работ необходимо систематически изучать теоретическую и практическую часть следующих курсов: «Минеральные вяжущие», «Технология бетона», «Тепловые установки» и обязательно ознакомиться с темой предстоящего лабораторного занятия. В методическое пособие включено 6 лабораторных работ. В каждой лабораторной работе содержится краткое описание методики работы и указан ее порядок.
Лабораторная работа 1 ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ПРОИЗВОДСТВЕ ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА Цель работы: изучение методов испытания песка и щебня; определение степени пригодности исследуемых заполнителей для бетонов и растворов; получение исходных данных для применения этих заполнителей в последующих лабораторных работах 2,3,4. В качестве заполнителей для обычного тяжелого бетона применяются щебень, гравий, щебень из гравия, песок природный и дробленый. Заполнитель в бетоне и растворе занимает до 80-85% их общего объема, поэтому правильная оценка их физико-механических свойств необходима для получения качественных и экономичных бетонов и растворов. Материалы, оборудование: песок, щебень, гравий, щебень из гравия; мерные цилиндры, объемомеры, стандартные наборы сит, торговые весы с разновесами, технические весы, цилиндр для определения дробимости, емкости для отмучивания, металлические чашки для просушивания навесок. Методика и порядок выполнения работы Испытания заполнителей проводятся по ГОСТ 8735–88 «Песок для строительных работ. Методы испытаний» и ГОСТ 8269.0–97 «Щебень и гравий и из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний». Устанавли4
вается соответствие полученных результатов требованиям ГОСТ 8736–93. «Песок для строительных работ. Технические условия», ГОСТ 26633–2012 Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия, ГОСТ 8267–93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия». Определение удельной поверхности заполнителей (расчетный метод) Удельная поверхность заполнителей – это суммарная поверхность всех зерен, приходящаяся на единицу массы или объема заполнителя. Чем больше удельная поверхность заполнителя, тем больше потребуется воды и вяжущего для обеспечения заданной степени подвижности и плотности бетонной смеси. Удельную поверхность песка Sn ориентировочно определяем по формуле А.С. Ладинского: Sп
16,5К m 10000
2m
4m
8m
16m
32m ,
где К − коэффициент, зависящий от вида и способа залегания заполнителя. К = 2,1 для горного песка, К = 1,7 для речного или морского песка, К = 1,3 для песка мелкого сильно окатанного; m1, m2, m3, m4, m5 − частные остатки на ситах с отверстиями диаметром соответственно 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,14 и меньше 0,14 мм. Удельную поверхность щебня (гравия) Sщ определяем по формуле Sщ
16,5К m 10000 2
m 4
m 8
m , 16
где К − коэффициент, учитывающий вид заполнителя. К = 2,2-2,5 для щебня, К = 1,8-2,1 для щебня из гравия, К = 1,3-1,7 для гравия; m1, m2, m3, m4 − частные остатки на ситах 5 мм, 10 мм, 20 мм, 40 мм. Определение водопотребности заполнителя Крупнозернистые пески имеют водопотребность в пределах 4-6%; пески средней крупности − 6-8%; мелкозернистые пески 8-10% и очень мелкие пески 10%. Водопотребность гравия 1-3%; щебня из плотных изверженных пород 2-6%; щебня из карбонатных пород 6-10%. Определяем расплыв цементного теста, приготовленного при водоцементном отношении (В/Ц), соответствующем нормальной густоте используемого цемента. Берем 900 г цемента, перемешиваем с водой в течение 5 мин, а затем определяем расплыв конуса на встряхивающем столике по стандартной методике (ГОСТ 310.4–81 «Цемент. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии»). Вода берется в количестве, равном нормальной густоте цементного теста, расплыв должен составлять 170 мм. 5
Подбираем водоцементное отношение раствора (В/Ц)р, при котором цементно-песчаный раствор состава 1:2 на исследуемом песке имеет такой же расплыв конуса, как и цементное тесто. Для этого перемешиваем в течение 1 мин всухую и 5 мин с водой 300 г цемента и 600 г песка. Расход воды в литрах рассчитываем по формуле: 0,3
В⁄Ц
0,6 · 0,01 · Вп.ср. ,
где Вп.ср. − ориентировочная водопотребность используемого песка, принимается близкой к минимальной для данной крупности. Для определения водоцементного отношения раствора определяем расплыв конуса на встряхивающем столике, добавляя воду в раствор, добиваемся требуемого расплыва конуса (170 мм). Водопотребность песка и щебня (гравия) вычисляем по выражениям: Вп Вщ
В⁄Ц В⁄Ц
р
2 б
В⁄Ц
ц
· 100,
В⁄Ц
р
· 100,
2
где (В/Ц)б − водоцементное отношение бетонной смеси определяют сравнением растворной и бетонной смесей. Для этого готовим раствор в количестве 5 кг цемента и 10 кг песка, перемешиваем 1 мин всухую и затем 5 мин с водой в количестве, установленном в соответствии с (В/Ц)р. После этого определяем осадку конуса растворной смеси по ГОСТ 10181–2000 «Смеси бетонные. Методы испытаний». Затем готовим бетонную смесь состава 1:2:3,5 − 2,5 кг цемента, 5 кг песка и 8,75 кг щебня, перемешивая 2 мин всухую и 5 мин с водой. Подбираем (В/Ц)б, при котором достигается та же осадка конуса. Все полученные результаты сводим в таблицу: Показатель Песок Щебень
Плотность, кг/м3
Насыпная плотность, кг/м3
Пустотность, %
Мкр
Водопотребность, %
S, см2/г
Делаем выводы о пригодности заполнителей в производстве бетона Контрольные вопросы 1. Основные характеристики крупного заполнителя? 2. Что такое наибольшая крупность? 3. Как классифицируется крупный заполнитель по виду. Влияние вида заполнителя на качество бетона? 4. Что необходимо знать для определения водопотребности крупного заполнителя, и в каком интервале она колеблется? 6
5. Для какой цели определяют свойства заполнителя? 6. Чем отличается метод определения насыпной плотности мелкого от насыпной плотности крупного заполнителя? 7. Модуль крупности, классификация песков по модулю крупности? 8. Плотность. Методы определения плотности в соответствии с требованиями ГОСТа? 9. Чем отличается метод определения насыпной плотности мелкого заполнителя от метода определения насыпной плотности крупного заполнителя? 10. С какой целью определяется удельная поверхность заполнителя? 11. Водопотребность песка. Как она определяется? Список литературы 1. Баженов Ю.М., Комар А. Г. Технология бетонных и железобетонных изделий. М.: Стройиздзт, 1984. 672 с. 2. Баженов Ю.М. Технология бетона. М.: Высш. шк., 1987. 329 с. 3. ГОСТ 8735-88*. Песок для строительных работ. Методы испытаний. Введ. 01.07.89. М.: Стандартинформ, 2006. 32 с. 4. ГОСТ 8736-93* Песок для строительных работ. Технические условия. Взамен ГОСТ 8736-85, ГОСТ 26193-84; введ. 01.07.95. М.: Стандартинформ, 2006. 14 с. 5. ГОСТ 8269.0–97 Щебень и гравий и из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механический испытаний. Взамен ГОСТ 3344-83, ГОСТ 7392-85, ГОСТ 8269-87; введ. 01.01.98. М.: ИПК Издательство стандартов, 1998. 109 с. 6. ГОСТ 26633–2012 Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия. Взамен ГОСТ 26633-91; введ. 01.01.2014. М.: Стандартинформ, 2014. 15 с. 7. ГОСТ 8267–93 Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия. Взамен ГОСТ 8267-82, ГОСТ 8268-82, ГОСТ 10260-82, ГОСТ 23254-78, ГОСТ 26873-86; введ. 01.01.95. М.: ИПК Издательство стандартов, 2008. 14 с. 8. ГОСТ 310.4–81 Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии. Введ. 01.07.83. М.: ИПК Издательство стандартов, 2003. 11 с. 9. ГОСТ 10181–2000 Смеси бетонные. Методы испытаний. Введ. 01.07.2001. М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2001. – 34 с.
7
Лабораторная работа 2 РАСЧЕТ И ПОДБОР СОСТАВА ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА Цель работы: ознакомление с методом расчета состава тяжелого бетона, отражающим все отклонения показателей сырьевых материалов от требований ГОСТов. Расчет состава бетона заключается в подборе определенной бетонной смеси из всех компонентов бетона. Бетонной смесью называют рационально составленную и однородно перемешанную смесь, состоящую из цемента, воды, крупного и мелкого заполнителя, до начала схватывания и твердения. Различают бетонную смесь жесткую, пластичную и литую. Жесткая бетонная смесь представляет собой слегка влажную массу, и при ее укладке необходимо применять прессование или вибрирование. Пластичная бетонная смесь тестообразная, и ее можно укладывать при помощи штыкования или с кратковременным вибрированием. Литая бетонная смесь представляет собой густотекучую массу, которая без механического воздействия растекается в опалубке под влиянием собственного веса. Рациональное соотношение составляющих бетон материалов должно обеспечить: 1 − приобретение бетоном в установленный срок прочности, равной полной проектной прочности; 2 − необходимую подвижность бетонной смеси с учетом конструкции, способа транспортировки смеси и метода ее уплотнения; 3 − экономичность состава бетонной смеси, т.е. возможно меньший расход цемента на 1 м3 бетона. Материалы, оборудование, инструменты: портландцемент, песок, щебень, гравий, гравий из щебня, вода; емкость для перемешивания бетонной смеси, металлический конус, емкости для взвешивания материала, мерные цилиндры, штыковки, формы размером 10x10x10 см, формы размером 20x20x20 см для определения жесткости бетонной смеси, металлический лист, торговые весы с разновесами, виброплощадка, гидравлический пресс. Методика и порядок выполнения работы Подбор и корректировка бетона Расчеты по подбору и корректировке состава проводятся по методу НИИЖБ. Характеристика материалов берется из лабораторной работы № 1 в виде следующей таблицы:
8
Показатель
Цемент
Песок
Гравий (щебень)
Марка Активность Н.Г.Ц.Т. Плотность Характеристика состава Насыпная плотность Мкр Н.К.Г. Содержание примесей Пустотность Ркп
Производственные условия (задаются ориентировочно). Определяем предварительно В/Ц по следующей формуле: В Ц
Ар R ц , Ар R ц Rб К К 2
где Ар − расчетный коэффициент, зависящий от чистоты заполнителя. Ар = Ап + ΣΔАi, Ап определяется согласно табл. 1 (уточнение Аi проводится на основании рис. 1 приложения); К1 и К2 − коэффициенты, учитывающие минералогический состав цемента и условия твердения соответственно, определяем согласно табл. 2. Определяем расход воды на 1 м3 бетонной смеси: Вп
В
∆В ,
где ΔВi определяем согласно табл. 3; Вг находим по рис. 2 приложения согласно осадке конуса заданной и наибольшей крупности гравия. Таблица 1 Заполнитель
Содержание илистых, %
Щебень Щебень Щебень Щебень Щебень
0 0,75 1,5 2,25 3
Значение коэффициента Ап щебень гравий гравий горный речной 0,64 0,61 0,58 0,55 0,52
9
0,60 0,56 0,53 0,5 0,47
0,57 0,54 0,51 0,58 0,45
Таблица 2 Минералогический состав цемента
Высокоалюминатный С3А Высокоалюминатный С3А Среднеалюминатный С3А
Ориентировочные значения коэффициентов К1 К2
10% 15% 6%
0,92 0,88 0,96
Среднеалюминатный С3А 10% Низкоалюминатный С3А 4% Низкоалюминатный С3А 6% Высокоалитовый С3S 55% Среднеалитовый С3S 50% Высокобелитовый С2S 40% Среднебелитовый С2S 25% Низкобелитовый С2S 18% Алюмоферритовый С4АF 18% Производственные условия: высокий уровень производства П = 9-12%
0,92 1,00 0,96 0,94 0,97 1,03 0,98 1,00 0,97 0,97-1
средний уровень производства П = 13% низкий уровень производства П = 14-17%
0,95 0,90-0,94 Таблица 3
Материал и его характеристика 1 Щебень Гравий: горный морской речной
Песок: с гладкой, хорошо окатанной поверхностью При изменении модуля крупности песка на каждые 0,5: - в меньшую сторону от 3 - в большую сторону от 3 При увеличении содержания в песке ила, пыли (но не глины), определенных методом отмучивания, на каждый 1% сверх нормы
Увеличение количества воды, л 2 4-13
Значение ΔВi Уменьшение количества воды, л 3 5-10
3-4 3-5 3-5 1,5-2
10
Примечание 4 5 и 9 л при средней окатанности поверхности зерен; 10-15 л при хорошей окатанной поверхности зерен 3 л – при чистых песках; 4-5 л – при предельном содержании пыли
1 Цемент: при изменении нормальной густоты цементного теста на каждый 1%: - в большую сторону от 28% - в меньшую сторону от 28% При изменении расхода цемента на каждые 10 кг сверх 350 кг/м3
2
Окончание табл. 3 4 3, 4, 5 л при расходе цемента соответственно 300, 400, 500 кг на 1 м3 бетона
3
3-4-5 3-4-5 1
Определяем расход цемента по формуле: Вп . В⁄Ц
Ц
Определяем абсолютный объем цементного теста по формуле: Ц ρц
цт
Вп .
Расход гравия (щебня) на 1 м3 бетона определяем по формуле: Г
нас.г
1
пус
∆αн
· 1000 ∆αок
∆αц
1
,
где ∆αн − определяется согласно номограмме рис. 3 приложения, ∆αц − согласно рис. 4 приложения, ∆αок − согласно рис. 5 приложения. Абсолютный объем гравия (щебня) Г
.
Расход песка на 1 м3 бетона П
Vз
ρп .
V
Расчетная объемная масса бетонной смеси γбс
Ц
В
П
Состав бетона, установленный расчетом: Цемент Песок Гравий Вода 11
Г.
Расчет материалов на пробный замес После расчета расхода материалов на 1 м3 бетона рассчитывается дозировка компонентов на пробный замес. Если предполагается формовать образцы размером 15x15x15 см, то объем замеса принимается 11 л. Если образцы 10x10x10 см, то готовится замес 10 л. Расчет расхода материалов на пробный замес производится по формулам: В Ц Вз · Уз , Цз ·У , 1000 1000 з В Ц Щз · Уз , Пз · У , 1000 1000 з где Вз, Цз, Щз, Пз, расходы воды, л, цемента, щебня и песка, кг, на пробный замес; В, Ц, Щ, П расходы воды, цемента, щебня и песка на 1 м3 бетона, принятый определенные в предварительном расчете состава бетона; У3 объем пробного замеса, л. Результаты расчетов записываем в таблицу: В
Расход материалов на 1 м3 Ц Щ
П
В
Расход материалов на замес Ц Щ
П
Приготовление пробных замесов, формование и испытание образцов Приготовление пробного замеса Отвешиваем необходимое для пробного замеса количество всех компонентов бетона и готовим смесь. Порядок приготовления смеси следующий: а) смачиваем емкость, в которой предстоит готовить бетонную смесь; б) всыпаем песок, цемент и перемешиваем всухую смесь; в) всыпаем щебень и перемешиваем его с цементно-песчаной смесью; г) в последнюю очередь вливаем воду в сухую смесь и тщательно перемешиваем ее вручную в течение 5 мин. Приготовленную бетонную смесь проверяем на удобоукладываемость по ГОСТ 10181 2000. Если консистенция бетонной смеси пробного замеса получилась неудовлетворительной, то состав смеси корректируем: а) в случае получения более жесткой смеси, чем заданная, добавляем цемент и воду по 5-10% так, чтобы В/Ц − отношение осталось неизменным; б) в случае получения более пластичной смеси, чем заданная, добавляется песок и гравий соответственно. Порции добавляемых компонентов обозначаем ΔВ, ΔЦ, ΔЩ, ΔП. Эти добавки учитываем при расчете фактического расхода материалов.
12
Формование образцов (ГОСТ 10180-2012) Из приготовленной смеси заданной удобоукладываемости формуем образцы-кубы размером 15x15x15 см, 10x10x10 см в количестве не менее трех. Уплотняем бетонную смесь вибрированием. Пластичную до 30 с , а жесткую − Ж + 30 с. Перед формованием определяем объемную массу свежеотформованного бетона. Для этого мерный цилиндр емкостью 2 л заполняем бетонной смесью и взвешиваем. Объемную массу определяем по формуле
осм
, ц
где m1 − масса цилиндра, кг; m2 − масса цилиндра с бетонной смесью; Vц − объем цилиндра, л. Величина объемной массы свежеуложенной бетонной смеси, определенная опытным путем, считается правильной, если она отличается не более, чем на 2-3% от величины, теоретически подсчитанной. Подсчитываем фактический объем замеса: ∑ К ∑ ∆К , з осн
где ∑ К − сумма расходов компонентов бетона на пробный замес, кг; ∑ ∆К− сумма добавок компонентов бетона, введенных в замес при корректировке бетонной смеси, кг. Фактические расходы материалов на 1 м3 бетона подсчитываются по формулам: Вз ∆В · 1000, Вф γосм Цз ∆Ц Цф · 1000, γосм Пз ∆П Пф · 1000, γосм Щз ∆Щ Щф · 1000 , γосм где Вф , Цф , Пф , Щф , − расчетные расходы воды, л, цемента, песка и щебня, кг, на пробный замес; ∆В, ∆Ц, ∆П, ∆Щ − возможные добавки воды, цемента, песка и щебня при корректировке бетонной смеси. Определяем коэффициент выхода бетона по формуле: β
Цф γонц
1000 Пф γонц 13
Щф γонц
,
Обработка результатов Марочная прочность бетона характеризуется пределом прочности образцов размером 15x15x15 см, твердеющих 28 суток в нормальных условиях, т.е. при температуре воздуха 20±2°С, с влажностью 90-100% и при нормальном атмосферном давлении. Если образцы имеют другой размер или твердели в других условиях, то полученный предел прочности умножают на поправочные коэффициенты, Поправочный коэффициент на размер образца принимается 10x10x10 см – 0,95,20x20x20 см – 1,05. Прочность бетона в возрасте 28 суток можно определить по формуле: R
lg 28 , lg n
R
где R − прочность бетона в возрасте, при котором проведено испытание. Качество бетона определяется его средней прочностью и однородностью, которая оценивается коэффициентом вариации прочности. Коэффициент вариации прочности определяем следующим образом: подсчитываем среднеарифметический предел прочности для серии образцов ∑ R сж , n
R сжср
где R сж − предел прочности при сжатии отдельного образца, МПа; n − число образцов. Затем определяем среднее квадратичное отклонение прочности бетона ∑ R сжср
S
n
R сж 1
.
Коэффициент вариации прочности бетона β
S R сжср
· 100%.
Бетон в производственных условиях считается удовлетворительной однородности, если коэффициент вариации прочности не превышает 5%. Контрольные вопросы 1. Порядок расчета состава тяжелого бетона? 2. Что учитывают коэффициенты К1, и К2? 3. По каким показателям делаются уточнения Аi? 14
4. В зависимости от каких показателей подбирается расход воды? 5. От чего зависят уточнения Вi? 6. Что необходимо знать для расчета расхода крупного заполнителя? 7. Что такое номинальный состав? 8. Как определяется удобоукладываемость бетонной смеси? 9. Чем характеризуются жесткие бетонные смеси. Методы оценки жесткости? 10. Чем характеризуются подвижные бетонные смеси. Методы определения? 11. Чем характеризуются литые бетонные смеси? 12. Марка бетона? 13. Условия твердения тяжелого бетона? Список литературы 1. Баженов Ю.М. Технология бетона. М.: Высш. шк., 1987. 329 с. 2. Баженов Ю.М., Комар А.Г. Технология бетонных и железобетонных изделий. М.: Высш. шк., 1984. 672 с. 3. Феронская А.В., Стамбулко В.И. Лабораторный практикум по курсу «Технология бетонных и железобетонных изделий». М.: Высш. шк.а, 1988. 154 с. 3. ГОСТ 10181–2000 Смеси бетонные. Методы испытаний. Введ. 01.07.2001. М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2001. 34 с. 4. ГОСТ 10180–2012 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам. Введ. 01.07.2013. М.: Стандартинформ, 2013. 36 с.
Лабораторная работа 3 РАСЧЕТ СОСТАВА ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА ПРОИЗВОДСТВЕННЫММЕТОДОМ Цель работы: освоение производственного метода расчета состава тяжелого бетона (по СНиП 82-02-95); получение состава бетона с заданной подвижностью и требуемой прочностью. Производственный метод расчета состава тяжелого бетона основан на назначении типовой нормы цемента по СНиП 82-02-95 «Федеральные (типовые) элементные нормы расхода цемента для приготовления бетонных и железобетонных изделий и конструкций» в зависимости от марки бетона, активности цемента, свойств заполнителя и технологии бетона. Материалы и оборудование: цемент, крупный заполнитель, мелкий заполнитель, емкость для перемешивания цилиндры для дозирования воды, весы для взвешивания компонентов, противень металлический, усеченный конус 15
для определения подвижности бетонной смеси, штыковка для послойного уплотнения, линейки для измерения осадки конуса, металлический цилиндр емкостью 2 л для определения средней плотности бетонной смеси, металлические формы размером 10x10x10 см. Методика и порядок выполнения работы Назначение типовой нормы расхода цемента Типовой нормой расхода цемента является обоснованное содержание цемента в 1 м3 бетона, обеспечивающее ему заданные свойства при рациональном использовании цементов и заполнителей при оптимальных способах бетонирования и твердения изделий и конструкций. При этом следует учитывать, что минимальный расход цемента должен составлять не менее 220 кг/м3 и не более 600 кг/м3. Типовая норма устанавливается умножением табличной величины расхода цемента на коэффициенты, учитывающие проектные характеристики бетона, качество цемента и заполнителей, а также особенности технологии производства. Назначение типовой нормы расхода цемента производится в следующем порядке. 1. Предварительная оценка и выбор исходных материалов. 2. Назначение табличной типовой нормы расхода цемента. 3. Выбор коэффициентов, корректирующих табличную типовую норму расхода цемента. 4. Расчет нормы расхода цемента с учетом коэффициентов. При выборе исходных материалов определению подлежат вид и активность (марка) цемента, сроки начала и конца схватывания, нормальная густота цемента, модуль крупности Мкр, насыпная и истинная плотность песка, наибольшая крупность, насыпная и истинная плотность, пустотность щебня (гравия). Табличную типовую норму расхода цемента назначаем в зависимости от проектной марки (класса) бетона, удобоукладываемости бетонной смеси и марки применяемого цемента по табл. 1. Таблица 1 Класс бетона по прочности на сжатие (марка бетона) В10(М150) В15(М200)
Удобоукладываемость бетонной смеси осадка конуса, см 5-9 1-4 5-9 1-4 -
жесткость, с 5-10 5-10 16
Расход цемента, кг/м3, марки 400 225 210 200 265 245 235
500 235 210 200
550 -
В22.5(М300) В30 (М400)
5-9 1-4 5-9 1-4 -
5-10 5-10
355 325 305 -
Окончание табл. 1 315 290 270 405 390 365 350 340 330
Коэффициенты изменения расхода цемента, которые необходимо учитывать для конкретного вида материалов: К1 – коэффициент, учитывающий форму зерен крупного заполнителя; К2 – коэффициент, учитывающий крупность зерен щебня или гравия; К3 – коэффициент, учитывающий нормальную густоту цементного теста; К4 – коэффициент, учитывающий активность цемента при пропаривании; К5 – коэффициент, учитывающий прочность крупного заполнителя; К6 – коэффициент, учитывающий крупность песка; К7 – коэффициент, учитывающий загрязненность заполнителей. Значения перечисленных коэффициентов принимаются по табл. 2-6. Таблица 2 Класс бетона по прочности на сжатие (марка бетона) Коэффициент К1 при применении гравия
В7.5 (М100)
В10-В12,5 (М150)
В15 (М200)
В20 (М250)
В22.5 (М300)
0,91
0,94
0,96
0,97
0,998 Таблица 3
Наибольшая крупность щебня или гравия, мм 10 40 70
Коэффициент К2 для классов бетонов по прочности на сжатие (марка бетона) до В25(М350) включительно В30(М400) и выше 1,1 1,07 0,93 0,95 0,9 0,92 Таблица 4
Нормальная густота цементного теста, %
Менее 25 Более 27 до 30 Более 30
Коэффициент К3 для классов бетонов по прочности на сжатие (марка бетона) до В22.5 (М300) В25-В30 В35-В40 включительно (М350-М400) (М450-М550) 0,98 0,96 0,94 1,02 1,03 1,05 1,04 1,05 -
17
Таблица 5 Активность цемента при пропаривании, МПа, при марке цемента 300 400 500 Менее 20 Менее 24 Менее 28 20-23 24-27 28-32 Более 23 Более 27 Более 32
Коэффициент К4 1,07 1,0 0,93 Таблица 6
Коэффициент
Характеристика заполнителя
К5
Щебень или гравий пониженной прочности или с повышенным содержанием слабых зерен Песок с модулем крупности менее 1,5 для бетона класса (марки) до В10(М150) В15(М200) и выше Заполнители с повышенным (по сравнению с величинами по ГОСТ 26633–2012) содержанием пылевидных, глинистых или илистых частиц
К6
К7
Значение коэффициента 1,05
1,07 1,12 1,05
Окончательную типовую норму расхода цемента (Цтип) находим путем перемножения табличной величины расхода цемента (Цта6л) на коэффициенты К1 – К7: Цтип Цтабл · К · К · К · К · К · К · К . Назначение расхода воды в бетонной смеси Расход воды, необходимый для получения требуемой удобоукладываемости, назначается в зависимости от вида крупного заполнителя и его крупности. В качестве ориентировочного принимается расход, приведенный в табл. 7. Таблица 7 Удобоукладываемость смеси жесткость, с осадка конуса, см 31 и более 21-30 11-20 5-10 1-4
4 и менее 5-9 10-15 16 и более
10 150 160 165 175 190 200 215 225
Расход воды, л/м3, при крупности, мм гравия щебня 20 40 70 10 20 40 135 125 120 160 150 135 145 130 125 170 160 145 150 135 130 175 165 150 160 145 140 185 175 160 175 160 155 200 190 175 185 170 165 210 200 185 205 190 180 225 215 200 220 205 195 235 230 215
18
70 130 140 155 155 170 180 190 205
Примечание. При изменении нормальной густоты цементного теста на каждый процент от 27% в меньшую сторону расход воды следует уменьшать на 3-5 л/м3, в большую – увеличивать на то же значение. В случае изменения модуля крупности песка от Мкр = 2,0 в меньшую сторону на каждые 0,5 его значения расход воды необходимо увеличивать, а в большую сторону – уменьшать расход воды на 3-5 л/м3. Расчет расхода заполнителей Расход заполнителей в бетонной смеси рассчитываем по методу абсолютных объемов по формулам: Щ
1000 V ·α 2a пщ ρнас.щеб
1 ρщ
,
где Щ, П, Ц, В − расход щебня, песка, цемента, кг, воды, л, на 1 м3 бетона; ρщ, ρп, ρц − истинная плотность щебня, песка, цемента, кг/м3; ρнас.щеб. – насыпная плотность щебня, кг/м3; Vпщ − пустотность щебня; α − коэффициент раздвижки зерен. Приготовление пробных замесов Расход материалов на замес, приготовление бетонной смеси и контрольных образцов для определения марки бетона производим в соответствии с методическими указаниями к лабораторной работе № 2. Контрольные вопросы 1. Порядок расчета состава тяжелого бетона? 2. Что учитывают коэффициенты К1 и К2? 3. По каким показателям делаются уточнения Аi? 4. В зависимости от каких показателей подбирается расход воды? 5. От чего зависят уточнения Вi? 6. Что необходимо знать для расчета расхода крупного заполнителя? 7. Что такое номинальный состав? 8. Как определяется удобоукладываемость бетонной смеси? 9. Чем характеризуются жесткие бетонные смеси. Методы оценки жесткости? 10. Чем характеризуются подвижные бетонные смеси. Методы определения? 11. Чем характеризуются литые бетонные смеси? 12. Марка бетона? 13. Условия твердения тяжелого бетона?
19
Список литературы 1. СНиП 82-02-95 Федеральные (типовые) элементные нормы расхода цемента для приготовления бетонных и железобетонных изделий и конструкций. Взамен СНиП 5.01.23-83; введ. 01.12.96. М.: Минстрой России, ГП ЦПП, 1996. 15 с. 2. Баженов Ю.М. Способы определения состава бетона различных видов. М.: Стройиздат, 1988. 206 с. 3. Производство сборных железобетонных изделий. Справочник / под ред. К.В. Михайлова, К.М. Карасева. М.: Стройиздат, 1989. 446 с.
Лабораторная работа 4 ИССЛЕДОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ Цель работы: определение реологических характеристик бетонной смеси и исследование влияния на них некоторых факторов. Одним из основных, критериев технологических свойств бетонной смеси является ее удобоукладываемость или формуемость, то есть способность растекаться и принимать заданную форму, сохраняя при этом сплошность и однородность массы. Для сплошности среды необходимо, чтобы система обладала определенными связями, величина которых превышала бы гравитационные силы, воздействующие на частицы системы (в данном случае бетонной смеси), что исключает отделение частиц крупного заполнителя от раствора, их оседание и расслоение бетонной смеси. Для деформирования (уплотнения) бетонной смеси в начальный момент необходимо преодолеть предельное напряжение сдвига , а затем, чтобы избежать расслоения, сохранить наименьшую пластическую вязкость смеси для ее вязкого течения и наполнения формы. Для оценки реологических характеристик в производственных условиях применяют упрощенные методы, получая технологические характеристики бетонной смеси, показатель жесткости или осадку конуса, изменение удобоукладываемости во времени, которые характеризуют поведение смеси в определенных условиях и служат для ориентировочной оценки способности смеси к формуемости и уплотнению при тех или иных условиях взаимодействия. Однако эти характеристики не дают полных данных о реологических свойствах бетонной смеси. Используя результаты стандартных испытаний, можно ориентировочно определить реологические свойства бетонной смеси. Так с помощью стандартного конуса можно определить напряжение сдвига. 20
τ
ρб.см · V 2S
,
где ρб.см − средняя плотность бетонной смеси, кг/м3; V − объем конуса, см3; S − площадь основания конуса после расплыва, см2. Если бетонный конус расплыва не дает (жесткая бетонная смесь), то его следует пригрузить сверху грузом Р, тогда τ
ρб.см · V 2S
P .
На реологические свойства бетонной смеси оказывают влияние минералогический состав и тонкость помола цемента. В смесях с более тонкомолотыми частицами возрастают силы внутреннего сцепления за счет межмолекулярных и адгезионных сил, уменьшается толщина водных прослоек, вследствие чего возрастает структурная вязкость. В смесях с более грубым помолом твердой фазы более значительное влияние оказывают силы внутреннего трения. В этом случае большая часть воды располагается в пустотах, а не между зернами материала, не играя роль смазки, и структурная вязкость смеси возрастает. Вибрация, вызывающая ослабление сил внутреннего воздействия (в первом случае) и способствующая уменьшению внутреннего трения (во втором случае), оказывает большое влияние на изменение свойств смеси, что выражается в увеличении коэффициента тиксотропии. При использовании песка и крупного заполнителя внутреннее трение будет возрастать еще больше. Большое влияние на реологические свойства бетонной смеси оказывает соотношение между водой и цементом, а также между водой и твердой фазой. Структурную вязкость можно уменьшить за счет добавления в бетонную смесь пластифицирующих добавок. Материалы и оборудование используются, что и в лабораторной работе 2. Методика и порядок выполнения работы Работа проводится подгруппой из нескольких бригад (количество бригад зависит от количества студентов в подгруппе). Каждая бригада рассчитывает расход материалов на 1 м3 бетона, пользуясь методом расчета Скрамтаева, и пересчитывает на объем 7 литров для приготовления замеса. Изготовляем замес и определяем подвижность бетонной смеси или жесткость, среднюю плотность бетонной смеси, а также фактический расход материалов на 1 м3 бетона в соответствии с методическими указаниями в лабораторной работе № 3.
21
Определяем реологические характеристики бетонной смеси и устанавливаем влияние на них некоторых факторов. Для этой цели используем стандартные методы определения удобоукладываемости бетонных смесей (ГОСТ 10181–2000 «Смеси бетонные. Методы испытаний). Затем, используя результаты испытаний, рассчитываем предельное напряжение сдвига. Потеря подвижности во времени оценивается показателем удобоукладываемости (ОК в см) через 20 мин, до полной потери ОК = 0. Перед каждым замером бетонная смесь перемешивается, результаты записываем в таблицах и на рисунке. № замеса
Характеристика бетонного конуса диаметр, см
№ замеса
Масса бетонной смеси в конусе, кг
площадь, см2
Масса пригруза Р, кг
Предельное напряжение сдвига , Па
Удобоукладываемость бетонной смеси ОК, см, через 20 мин 40 мин 60 мин 90 мин
14 12 ОК, см
10 8 6 4 2 0 30
60
90
120
Время, мин На основании проведенных исследований делаем общий вывод о влиянии исследуемых факторов на реологические свойства бетонной смеет.
22
Контрольные вопросы 1. Что такое бетонная смесь? 2. Основные свойства бетонной смеси? 3. Что характеризует потеря подвижности во времени? 4. Какие факторы влияют на реологические свойства бетонной смеси? 5. Укажите реологическое уравнение, характеризующее обычную или мелкозернистую бетонную смесь? 6. Каким уравнением характеризуется бетонная смесь с повышенной объемной концентрацией крупного заполнителя при отсутствии сплошности? 7. Какое реологическое уравнение характеризует состояние вязкого течения структурированных систем с предельно разрушенной структурой и внутренним трением (при тиксотропном разжижении)? 8. Как определяется напряжение сдвига? Список литературы 1. Баженов Ю.М. Технология бетона. М.: Высш. шк., 1987. 329 с. 2. Баженов Ю.М., Комар А. Г. Технология бетонных и железобетонных изделий. М.: Высш. шк., 1984. 672 с. 3. Феронская А.В., Стамбулко В.И. Лабораторный практикум по курсу «Технология бетонных и железобетонных изделий». М.: Высш. шк., 1988. 154 с. 4. ГОСТ 10181–2000 Смеси бетонные. Методы испытаний. Введ. 01.07.2001. М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2001. 34 с.
Лабораторная работа 5 ИСПЫТАНИЕ СВОЙСТВ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ПОРИСТЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ ДЛЯ ЛЕГКИХ БЕТОНОВ Цель работы: ознакомление со свойствами пористых заполнителей, используемых в производстве легких бетонов. Материалы, оборудование, инструменты: керамзитовый гравий, стандартный набор сит, цилиндр для определения прочности заполнителя, емкость с пригрузом для определения водонасыщения, торговые весы с разновесами, гидравлический пресс. Свойства пористого заполнителя определяются в соответствии с требованиями ГОСТ 9758–2012 «Заполнители пористые неорганические для строительных работ. Методы испытаний».
23
Методика и порядок выполнения работы Определение объемной массы Дробленый керамзитовый песок выпускается шести марок по объемной насыпной массе: 500, 600, 700, 800, 900, 1000, а керамзит соответственно имеет 12 марок: 150, 200,250, 300, 350, 400,450, 500, 550, 600, 700 и 800. Объемную массу песка или соответствующей фракции щебня (гравия) определяем взвешиванием испытуемого материала в мерных сосудах. При предельной крупности заполнителя до 5мм взвешивание производим в сосудах емкостью 1л, при зернистости 5-10мм – в сосуде 2л, при зернистости 10-20мм – в сосуде 5л, при зернистости 20-40мм – в сосуде 10л. Исходя из полученных значений объемной насыпной массы заполнителей, устанавливаем марку песка и щебня (гравия). Определение зернового (гранулометрического) состава Зерновой состав заполнителей определяем путем просеивания предварительно высушенного до постоянного веса материала через стандартный набор сит размером отверстий в свету 0,14; 0,315; 0,63; 1,25; 2,5; 5; 10; 20 и 40 мм. Первоначальный объем пробы до просеивания должен составлять при предельной крупности заполнителя в 5 мм – 3л, при зернистости 10-20 мм – 10л, при зернистости 20-40 мм – 20 л. Сопоставив характеристики зернового состава заполнителей, полученные в результате рассева на стандартном наборе сит, с приведенными в табл. 1 данными, устанавливаем пригодность или непригодность их для приготовления плотного легкого бетона. Таблица 1 Пористый заполнитель Гравий Щебень Песок: мелкий 0,14 – 1,25 крупный 0,25-5
Дmin не менее 90 90
Исходный состав по массе в % на сите 0,5(Дmin+Дmix) или Дmix ближайшее сито после не более Дmix 30-60 8 30-70 8-10
60-80 80
30-70 40-80
1,5 Дmix 0 0
20 10
Определение прочности заполнителя Прочность заполнителя характеризуется тем усилием, которое нужно приложить к стальному пуансону, установленному на свободной поверхности насыпанного в стальной цилиндр заполнителя, чтобы сжать его на 20 мм. Пробу заполнителя, отсеянную от зерен, выходящих своими размерами за пределы испытуемой фракции, насыпаем в стальной цилиндр до уровня на 24
20 мм ниже верхнего края цилиндра. В цилиндр вставляем стальной пуансон так, чтобы нижняя риска на пуансоне точно совпадала с верхним краем цилиндра. Последний вместе с заполнителем и пуансоном переносим на плиту гидравлического пресса и подвергаем сжатию. Когда пуансон погрузится на 20 мм, на что указывает совпадение верхней (второй) риски на пуансоне с верхним краем цилиндра, записываем показания монометра. Прочность на сжатие подсчитываем по формуле P , S
R сж
где Р − нагрузка, под действием которой пуансон опускается в цилиндр до верхней риски, кгс; S − площадь поперечного сечения цилиндра, см2. По прочности керамзитовый гравий подразделяется на два класса А и В в соответствии с данными табл.2. Таблица 2 Марка гравия по объемной массе, кг/м3 150 200 250 300 350 400
Предел прочности гравия, кгс/см2, для классов А В 4 3 5 4 8 6 10 8 14 10 17 14
Марка гравия по объемной массе, кг/м3 450 500 550 600 700 800
Предел прочности гравия, кгс/см2, для классов А В 20 17 25 20 30 23 35 30 45 30 60 40
На основании определения объемной массы керамзита, его прочности оцениваем качество легкого заполнителя. Определение пустотности керамзита Пустотность пористого заполнителя определяем следующим образом: сосуд емкостью 10 л наполняем заполнителем и покрываем его мелкорешетчатой крышкой. Содержание сосуда полностью заливаем водой и в таком состоянии выдерживаем в течение 25 часов до полного насыщения. По истечении указанного времени сосуд опрокидываем решетчатой крышкой вниз и в таком положении выдерживаем не менее 30 мин. Затем сосуд вторично наполняем водой до краев и опять взвешиваем. Вес вторичной долитой воды характеризует объем межзерновых пустот. Пустотность заполнителя определяем по формуле Vпуст
g
g V
25
,
где g1 − вес сосуда с влажным заполнителем, кг; g2− вес сосуда с заполните тем и водой, кг; V − объем сосуда, л. Результаты расчета представляются в виде таблицы: Название материала
Вес сосуда, кг с заполнителем с заполнителем и водой
Объем сосуда, л
Пустотность, %
Контрольные вопросы 1. Какие пористые заполнители используют в производстве легких бетонов? 2. Технология производства керамзита? 3. Как определяются марки пористых заполнителей? 4. Особенность получения аглопорита? 5. Чем объясняется разность свойств аглопорита и керамзита? 6. Заполнители из отходов промышленности? 7. В чем отличие определения прочности легкого заполнителя от опреснения прочности плотного заполнителя? 8. Как можно повысить вспучиваемость глин при производстве керамзита? Список литературы 1. Баженов Ю.М. Комар А.Г. Технология бетонных и железобетонных изделий. – М.: Стройиздат, 1984. 672 с. 2. Иванов И. А. Технология легких бетонов на искусственных пористых заполнителях. – М.: Стройиздат, 1974. 240 с. 3. Сорокер В.И. Примеры и задачи технологии бетонных и железобетонных изделий. – М.: Высш. школа, 1972. 295 с. 4. Горлов Ю.П. Искусственные пористые заполнители и легкие бетоны на их основе: Справоч. пособие. – М.: Стройиздат, 1987. 303 с. 5. Баженов Ю.М. Способы определения состава бетона различных видов. – М.: Стройиздат, 1975. 312 с. 6. ГОСТ 9758–2012 Заполнители пористые неорганические для строительных работ. Методы испытаний. Введ. 01.11.2013. – М.: Стандартинформ, 2013. – 34 с. 7. ГОСТ 18105–86 Бетоны. Правила контроля прочности. Введ. 01.01.87. – М: Стандартинформ, 2006. – 15 с.
26
Лабораторная работа 6 ПОДБОР СОСТАВА ЛЕГКОГО БЕТОНА НА ПОРИСТЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЯХ Цель работы: освоение методики подбора состава легких бетонов и исследование факторов, влияющих на состав бетона. Проектирование состава легких бетонов заключается в нахождении такого соотношения между составляющими, при котором достигается требуемая объемная масса, прочность бетона, а также удобоукладываемость бетонной смеси. Таким образом, в качестве исходных данных (задания) для подбора состава бетона должны быть указаны: требуемая прочность бетона при сжатии с указанием срока ее достижения, наибольшая допустимая объемная масса в сухом состоянии, показатель подвижности или жесткости бетонной смеси, выбираемой с учетом условий формования, вида изделий и других данных о бетоне. Кроме того, для проектирования состава бетона необходимы данные о свойствах исходных материалов. Для предварительной ориентации в оценке пригодности выбранного легкого заполнителя определяется его насыпная объемная масса, прочность при испытании в цилиндре на раздавливание и зерновой состав. В данной работе используются результаты, полученные при изучении свойств заполнителей для легких бетонов (см. лабораторную работу № 5). Состав легкого бетона, как и обычного тяжелого бетона, определяется расчетно-экспериментальным путем. Однако вследствие значительного разнообразия технических свойств и характеристик пористых заполнителей, даже в пределах одного и того же вида не представляется возможным пользоваться какими-либо универсальными формулами дня расчета прочности бетона. Поэтому для расчета состава легкого бетона используются количественные зависимости в виде таблиц, графиков и формул, полученных на основании обобщения результатов многочисленных исследований. Используя эти зависимости, можно предварительно рассчитать состав бетона для пробного замеса, а затем для ряда других опытных замесов, отличающихся от первого содержанием материалов (цемента, воды, песка, крупного заполнителя). В силу этого количество опытных замесов бетонной смеси для назначения состава легкого бетона должно быть увеличено по сравнению с тяжелыми бетонами. В частности, в основу подбора состава легкого бетона положено экспериментальное построение зависимости прочности от расхода цемента для конкретных условий. Для построения этой зависимости на предназначенных к применению составляющих материалах готовят три опытных замеса равноподвижных бетонных смесей с различными расходами цемента, например, один замес с расходом цемента, выбранным 27
ориентировочно по существующим таблицам (табл. 1) и два других, на ± 20-25 % отличающихся против табличного значения. Таким образом, подбор состава легких бетонов по расчетно-экспериментальному методу слагается из трех последовательно выполняемых операций. 1. Предварительно назначается (рассчитывается) ориентировочный расход составляющих на 1 м3 бетона и на приготовление опытного замеса объемом 7-10 л для трех составов бетона, различающихся по расходу цемента. 2. В процессе приготовления запроектированных пробных замесов путем корректировки содержания воды в бетонных смесях уточняют составы, отбирают контрольные образцы бетона, по которым и определяют основные характеристики отвердевшего материала (показатели прочности на сжатие, объемную массу и пр.). 3. По полученным результатам испытаний строят кривые зависимости прочности и объемной массы бетона, а также водопотребности бетонной смеси от расхода цемента и определяют искомый состав бетона для данных конкретных условий. Материалы, оборудование: песок, гравий керамзитовый; мерные цилиндры, объемомеры, стандартные наборы сит, торговые весы с разновесами, технические весы, цилиндр для определения дробимосности, емкости для отмучивания, металлические чашки для просушивания навесок. Методика и порядок выполнения работы Предварительный расчет расхода составляющих на 1 м3 бетона Ориентировочный расход цемента назначаем в зависимости от требуемой прочности легкого бетона, марки керамзита и объемной массы керамзитобетона в соответствии с рекомендациями табл. 1. Таблица 1 Марка Расход цемента, кг, нам керамзитобетона марки керамзита 50 75 100 150 200 300 350-400 220/950 230/950 270/1100 450-500 210/1050 220/1050 250/1100 270/1200 400/1500 550-600 200/1150 210/1150 230/1200 280/1400 380/1500 500/1700 700 200/1250 220/1250 270/1400 360/1500 470/1700 800 250/1600 340/1500 460/1600 Примечания: 1. Над чертой – расход цемента, под чертой – объемная масса бетона. 2. При использовании цемента марки 300 норма его расхода для бетонов марок 50, 75, 100, 150, 200 соответственно повышается на 5, 7, 10, 15 и 20%. При использовании цемента марки 500 его расход понижается для бетонов марки 100, 150, 200 и 300 соответственно на 10,12,14,16%. 3. При повышении подвижности бетонной смеси до ОК = 2,5 и 8 см расход цемента соответственно повышается на 7,15 и 20%, а при повышении жесткости смеси до 40-60 с расход цемента снижается на 10%. 28
Ориентировочный расход воды назначаем в соответствии с заданным показателем подвижности или жесткости смеси по табл. 2 в зависимости от вида песка и объемной массы керамзитового гравия. Таблица 2 Показатель Расход воды, л/м3, на 1 м3 керамзитобетона на удобоукладываемости кварцевом песке керамзитовом песке смеси осадка ко- жесткость, с при объемной насыпной массе гравия нуса, см 300 500 800 300 500 90-100 175-190 160-180 155-170 210-225 200-215 60-80 185-200 175-190 165-180 225-240 215-230 30-50 195-200 185-300 175-190 230-270 240-260 15-25 205-220 195-210 185-200 275-300 265-290 3-5 215-230 205-220 195-210 300-325 290-315 6-8 225-240 215-230 205-230 350-375 315-340 9-12 235-250 225-340 215-230 360-375 340-360 Примечания: 1. Таблица рассчитана на сухой керамзитовый гравий с наибольшей крупностью гравия 20 мм и на песок средней крупности. 2. При наибольшей крупности гравия 10 мм расход воды увеличивается на 20 л; при наибольшей крупности 40 мм – уменьшается на 15 л. 3. При использовании мелкого песка или золы расход воды увеличивается на 10 л. 4. Данные относятся к керамзитобетону, содержащему 35-45% песка от общего объема смеси заполнителей. При меньшем объеме (или большем) песка расход воды соответственно уменьшается (или увеличивается) на 1-1,5 л на каждый процент изменения содержания песка.
Ориентировочно расход крупного и мелкого заполнителя на 1 м3 бетона определяем, исходя из заданий объемной массы бетона по формуле: З
ρсух.б.
1,15Ц,
где ρсух.б. − заданная объемная масса сухого бетона, кг/м3; 1,15 Ц − масса цементного камня в бетоне, с учетом химически связанной гидратной воды. Зная общий расход заполнителя и его наибольшую крупность, можно в случае применения фракционированных крупного и мелкого заполнителей рассчитать их расход по отдельным фракциям, пользуясь для этой цели рекомендациями оптимальных зерновых составов смеси заполнителей (табл. 3). Расход крупного заполнителя – керамзитового гравия – в бетоне зависит от марки керамзитобетона и заданной его объемной массы. С увеличением марки керамзитобетона плотного строения объемное содержание керамзитового гравия уменьшается (уменьшается концентрация крупного заполнителя) и соответственно увеличивается содержание песка или мелкого заполнителя в бетоне. 29
Таблица 3 Размер зерен
Зерновой состав заполнителей в % от суммы объемов отдельных фракций смеси для бетона конструктивно-теплоизоляционного конструктивного при наибольшей крупности зерен 10 20 40 10 20 До 1,25 25 20 15 25 20 1,25-2,5 15 15 10 20 15 2,5-5 10 10 10 10 15 5-10 50 25 15 45 20 10-20 30 20 20 20-40 30 Примечание. При переходе от гравия к щебню содержание песчаных фракций увеличивается на 5-7 % и соответственно уменьшается содержание фракций крупного заполнителя.
Ориентировочный расход крупного заполнителя для конструктивнотеплоизоляционных бетонов в объемном исчислении достаточно большой и может быть принят равным 0,9-1,05. Для конструктивного керамзитобетона этот расход может быть определен в зависимости от марки керамзита и марки керамзитобетона по табл. 4. Таблица 4 Марка керамзитобетона 150
200
250
300
Марка керамзитового гравия 400 500 600 700 500 600 700 800 500 600 700 800 600 700 800
Расход керамзита, м3, на 1 м бетона при объемной массе керамзитобетона, кг/м 1400 1500 1600 1700 1800 0,70 0,61 0,51 0,74 0,67 0,57 0,80 0,74 0,67 0,56 0,84 0,77 0,70 0,60 0,77 0,70 0,58 0,50 0,88 0,77 0,68 0,58 0,83 0,80 0,72 0,60 0,50 0,88 0,83 0,75 0,67 0,53 0,00 0,71 0,59 0,57 0,84 0,78 0,60 0,59 0,50 0,86 0,82 0,73 0,65 0,52 0,80 0,84 0,77 0,68 0,54 0,80 0,70 0,60 0,50 - 0,75 0,67 0,53 0,84 ‐ 0,86 0,80 0,70 0,56
Зная объемное содержание крупного заполнителя в м3 бетонной смеси, его можно перевести в весовое: К V · ρк , 30
где ρк − насыпная объемная масса крупного заполнителя. Вслед за этим можно найти предварительный расход мелкого заполнителя, исходя из заданной объемной массы бетона, пользуясь формулой П
ρсух.б.
1,15Ц
К .
Построение экспериментальных зависимостей на основе опытных замесов производим в такой последовательности: 1. Готовим опытные замесы с доведением содержания воды в каждом из них до получения бетонной смеси заданной подвижности или жесткости. 2. Из бетонной смеси каждого замеса изготовляем бетонные образцыкубы размером 10x10x10 см. Полученные контрольные образцы испытываем в установленные сроки для определения объемной массы и прочности на сжатие. 3. На основании полученных результатов строим кривые зависимости прочности и объемной массы от расхода цемента, а также кривые зависимости необходимого содержания воды в бетонной смеси от расхода цемента при заданном показателе подвижности или жесткости. Анализ полученных результатов и назначение состава бетона Состав бетона подобран правильно, если полученный объемный вес отличается от заданного не более, чем на 3%. При неудовлетворении этого требования производят корректировку состава. При этом добавляют крупный заполнитель при большем объемном весе или мелкий заполнитель при меньшем объемном весе бетона и операции подбора повторяют. Необходимо сделать выводы о соответствии фактического состава керамзитобетона расчетному. Контрольные вопросы 1. Чем характеризуются легкие бетоны? 2. Особенности расчета легких бетонов в отличие от расчета тяжелого бетона? 3. На какую марку цемента представлены расходы цемента и средняя плотность сухого бетона? 4. Если используется цемент другой марки, что необходимо делать с табличными показателями? 5. Какие существуют марки теплоизоляционного бетона, конструктивно-теплоизоляционного бетона? 6. Какой объем занимает крупный заполнитель в бетонной смеси в теплоизоляционном бетоне, конструктивно-теплоизоляционном? 7. От каких показателей зависит водопотребность бетонной смеси? 8. Как влияет на водопотребность бетонной смеси процентное содержание мелкого заполнителя? 31
9. Что влияет на прочность легкого бетона? 10. Мероприятия, позволяющие снизить себестоимость легкого бетона. Список литературы 1. Баженов Ю.М., Комар А.Г. Технология бетонных и железобетонных изделий. М.: Стройиздат, 1984. 672 с. 2. Иванов И.А. Технология легких бетонов на искусственных пористых заполнителях. М.: Стройиздат, 1974. 240 с. 3. Сорокер В.И. Примеры и задачи технологии бетонных и железобетонных изделий. М.: Высш. школа, 1972. 295 с. 4. Горлов Ю.П. Искусственные пористые заполнители и легкие бетоны на их основе: справ. пособие. М.: Стройиздат, 1987. 303 с. 5. Баженов Ю.М. Способы определения состава бетона различных видов. М.: Стройиздат, 1975. 312 с. 6. ГОСТ 18105–86 Бетоны. Правила контроля прочности. Введ. 01.01.87. М: Стандартинформ, 2006. – 15 с
32
ПРИЛОЖЕНИЕ
Рис. 1. График для уточнения коэффициента ΔАi
33
Рис. 2. График зависимости расхода воды на 1м3 бетона от подвижности смеси
Рис. 3. Номограмма для определения коэффициента заполнения пустот и раздвижки зерен щебня раствором ΔαН в зависимости от пустотности песка и щебня 34
Рис. 4. График для уточнения Δαц при расходах цемента свыше 350 кг/м3
Рис. 5. График для уточнения коэффициента раздвижки зерен в зависимости от жесткости или подвижности бетонной смеси
35