Министерство образования и науки Российской Федерации Сибирский федеральный университет
ТЕХНОЛОГИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ БЕТОНОВ Учебно-методическое пособие Электронное издание
Красноярск СФУ 2012
2
УДК 691.3(07) ББК 38.331я73 Т384 Составители: В. А. Шевченко, Л. Н. Панасенко Т384 Технология специальных бетонов: учебно-методическое пособие [Электронный ресурс] / сост. В. А. Шевченко, Л. Н. Панасенко. – Электрон. дан. – Красноярск: Сиб.федер. ун-т, 2012. – 1 диск. – Систем. требования: PC не ниже класса Pentium I; 128 Mb RAM; Windows 98/XP/7; Microsoft Word 97-2003/2007. – Загл. с экрана. Представлены методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Технология специальных бетонов». Предназначены для студентов специальности 270106.65 – «Производство строительных материалов, изделий и конструкций», 270114.65 – «Проектирование зданий», 270102.65 – «Промышленное и гражданское строительство», 270105.65 – «Городское строительство и хозяйство».
УДК 691.3(07) ББК 38.331я73 © Сибирский федеральный университет, 2012 Учебное издание Подготовлено к публикации редакционно-издательским отделом БИК СФУ Подписано в свет 29.02.2012 г. Заказ 6046 Уч.-изд. л. 0,9, 162 Кб. Тиражируется на машиночитаемых носителях. Редакционно-издательский отдел Библиотечно-издательского комплекса Сибирского федерального университета 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79 Тел/факс (391)206-21-49. E-mail
[email protected] http://rio.sfu-kras.ru
3
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Цель лабораторных работ – закрепить теоретические знания по курсу «Технология специальных бетонов», развить навыки проведения исследований, анализа их результатов и формулирования выводов. В состав лабораторных работ включены: расчет состава и изучение свойств высокопрочного бетона; изучение свойств декоративного бетона и раствора; изучение свойств полимерцементных и жаростойких бетонов. Это является исследовательской работой студентов в аудиторное время. Каждая лабораторная работа выполняется согласно исходным данным и заданию преподавателя и должна содержать: цель работы; оборудование и материалы; задание; содержание работы; выводы. Готовую работу оформляют согласно требованиям и защищают. Вначале следует ознакомиться с соответствующими разделами обязательной литературы.
Лабораторная работа 1 РАСЧЕТ СОСТАВА И ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ВЫСОКОПРОЧНОГО БЕТОНА Цель работы: освоить методику расчета состава высокопрочного тяжелого бетона с учетом особенностей свойств сырьевых материалов. К высокопрочным относятся бетоны с прочностью 50…100 МПа, для получения которой необходимо создать особо плотную, прочную и монолитную структуру в бетоне. Этого можно достигнуть при выполнении ряда условий, вытекающих из физических основ структурообразования бетона: применением
4
высокопрочных цементов и заполнителей; предельно низким водоцементным отношением; высоким предельно допустимым расходом цемента; применением суперпластификаторов и комплексных добавок, способствующих получению плотной структуры бетона; особо тщательным перемешиванием и уплотнением бетонной смеси; созданием наиболее благоприятных условий твердения бетона. При выборе материалов особое внимание следует уделять цементу. Марка цемента должна быть не менее 500, желательно с низким значением нормальной густоты. В зависимости от назначения бетона для его приготовления целесообразно использовать цемент определенного минералогического состава. Максимально допустимый расход цемента в высокопрочном бетоне должен составлять не более 600 кг/м3 для снижения тепловыделения и усадки, связанных с твердением цемента. Заполнители для высокопрочного бетона должны быть чистыми и обладать хорошим зерновым составом и малой пустотностью, не содержать слабых зерен. Предел прочности крупного заполнителя должен быть на 20% выше заданной прочности бетона. Для особо высокопрочных бетонов применяют заполнители повышенной прочности из магматических горных пород: гранита, диабаза, базальта и других, при дроблении которых получаются зерна с шероховатой поверхностью. Не рекомендуется использовать в качестве заполнителя гравий, а также щебень с гладкой поверхностью, получаемый при дроблении кварцитов, сиенитов, известняков мраморовидной структуры. В качестве мелкого заполнителя для высокопрочных бетонов следует применять крупно- и среднезернистые пески, содержащие минимальное количество глинистых и отмучиваемых примесей. Доля песка в смеси заполнителей должна составлять от 0,32 до 0,25 и понижаться с увеличением расхода цемента и марки бетона. Наилучшими условиями твердения высокопрочных бетонов являются нормальные (температура 20…25 оС, влажность 100%). С повышением темпе-
5
ратуры и особенно при тепловой обработке в твердеющем бетоне возникают градиенты температуры и влажности, приводящие к миграции влаги, к температурно-влажностным деформациям и неравномерной усадке цементного камня. В результате увеличиваются деструктивные явления, поэтому для ускорения твердения высокопрочного бетона необходимо применять «мягкие» режимы тепловой обработки с более длительной предварительной выдержкой, с постепенным подъемом и спуском температуры, с изотермической выдержкой при температуре не более 50…60 оС, с обеспечением высокой влажности среды, приближаясь к значению 100%. При соблюдении рассмотренных условий прочность бетона может превысить прочность цемента в 1,5…1,7 раза. Применение высокопрочных бетонов позволяет сократить массу и материалоемкость железобетонных изделий и конструкций. Материалы и оборудование: цемент, крупный и мелкий заполнитель емкость и лопатка для перемешивания бетонной смеси, весы для взвешивания компонентов, металлический противень, усеченный конус для определения подвижности бетонной смеси, штыковка для послойного уплотнения, линейка для измерения осадки конуса, цилиндр для дозирования воды и цилиндр емкостью 2 л для определения средней плотности бетонной смеси, металлические формы размером 10х10х10 см. Задание 1. Расчет состава высокопрочного бетона Расчет состава производят после установления исходных данных: 1. проектной марки бетона; удобоукладываемости бетонной смеси; 2. свойств сырьевых материалов: для цемента – активности или марки, истинной плотности, нормальной густоты; для мелкого заполнителя – модуля крупности Мкр., насыпной и истинной плотностей, содержанию пылевидных и илистых примесей; для крупного заполнителя – по наи-
6
большему размеру зерен, насыпной и истинной плотностей, пустотности. Расчет состава высокопрочного бетона производят в следующем порядке: 1. Определяют водоцементное отношение, пользуясь формулой прочности бетона: Rб
= А1 Rц (Ц/В – 0,5), в зависимости от
требуемого значения
Rб.
В/Ц для высокопрочного бетона рассчитывают по следующей формуле: В/Ц = А1 Rц / (Rб – А1 0,5Rц), где : Rб – требуемая прочность бетона;
Rц –
марка (активность цемента);
А1 – эмпирический коэффициент, учи-
тывающий качество заполнителей, значения которого принимают по табл. 1. Таблица 1 Значения коэффициента А1 Материалы для бетона
Значение А1
Высококачественные
0,43
Рядовые
0,4
Пониженного качества
0,37
3. Определяют расход воды в зависимости от требуемой подвижности или жесткости бетонной смеси, согласно табл.2
7
Таблица 2 Водопотребность бетонных смесей высокопрочного бетона Удобоукладываемость бетонной смеси по ГОСТ 10181.1 - 81
Жесткость, с
Осадка конуса, см
Расход воды, л/м3, при максимальной крупности зерен щебня, мм 10
20
40
11…15
185
170
155
6…10
195
180
165
3…5
205
190
175
1…3
205
190
175
4…6
215
200
185
7…9
225
210
195
10…12
235
220
205
3. Определяют расход цемента по формуле:
Ц = В: В/Ц , где В – расход воды; В/Ц – водоцементное отношение. 4. Рассчитывают расход заполнителей методом абсолютных объемов. Абсолютный объем цементного теста находят по формуле:
Vц.т.=
Ц
+ В, где: Ц
– расход цемента на ! м3 бетона;
ρц – истинная плот-
ность цемента; В – расход воды. Абсолютный объем заполнителей составляет:
Vз = 1000 - Vц.т При истинной плотности заполнителей ρз =2,65 определяют их расход по формуле: mз = Vз ρз 5. Расход песка определяют по формуле:
П = r mз, где r – доля песка в смеси заполнителей, принимается по табл. 3.
8
Таблица 3 Доля песка в смеси заполнителей в высокопрочном бетоне Крупность щебня, мм
Модуль крупности песка
5…40
5…20
5…10
Доля песка в смеси заполнителей при расходе цемента, кг/м3 400 500 600
3,0
0,32
0,29
0,25
2,0
0,31
0,28
0,24
1,0
0,30
0,27
0,23
3,0
0,33
0,30
0,26
2,0
0,32
0,29
0,25
1,0
0,31
0,28
0,24
3,0
0,34
0,31
0,27
2,0
0,33
0,30
0,26
1,0
0,32
0,29
0,25
5. Расход щебня рассчитывается по формуле:
Щ = mз – П 6. Проверяют расчетную среднюю плотность бетонной смеси по формуле:
ρб.с. = Ц + В + П +Щ, где: Ц, В, П, Щ – расходы соответственно цемента, воды, песка и щебня.
Задание 2. Приготовление бетонной смеси и изготовление образцов Сначала рассчитывают расход материалов на изготовление 1 м3 бетона, затем дозировку на опытный замес 7 л бетона. Отвешивают необходимое количество компонентов для пробных замесов и готовят смесь в следующей последовательности: смачивают емкость, в которой готовят смесь; высыпают песок, цемент и перемешивают сухую смесь;
9
всыпают крупный заполнитель и перемешивают его с цементно-песчаной смесью; воду затворения добавляют в сухую смесь в 2 приема и перемешивают вручную в течение 5 мин. Подвижность (осадка конуса) бетонной смеси определяется сразу после приготовления бетонной смеси с помощью стандартного конуса в соответствии с ГОСТ 10181.1-81. Для подготовки конуса и приспособлений к испытанию все соприкасающиеся с бетонной смесью поверхности следует протереть влажной тканью. Конус устанавливают на гладкий металлический лист, плотно прижимают к нему и заполняют бетонной смесью через воронку в 3 слоя одинаковой высоты, уплотняя каждый слой штыкованием металлическим стержнем 25 раз по окружности в направлении от периферии к центру. Затем удаляют избыток смеси, конус плавно снимают и устанавливают рядом. Осадку определяют металлической линейкой, измеряя расстояние от верха конуса до верха бетонной смеси. После определения подвижности бетонной смеси контролируется ее средняя плотность и изготавливаются 6 образцов- кубов размером10х10х10 см. Задание 3. Определение прочности бетонных образцов при сжатии Прочность (марку) бетона определяют на образцах, изготовленных из пробы испытуемого бетона в стальных формах размером 100х100х100 мм при наибольшей крупности заполнителя (Днаиб) 20 мм или 150х150х150 мм при Днаиб = 40 мм. Уплотняют образцы вибрированием. При твердении в нормальных условиях их испытывают по истечении 28 суток, а если через 7 или 14, то для приведения полученных результатов к 28-суточным умножаются на коэффициенты 1,5 для 7-суточных и 1,26 - для 14-суточных. Среднюю прочность определяют по результатам испытаний трех образцов. Марочная прочность бетона характеризуется пределом прочности образцов размером 150х150х150 мм. При других параметрах значения следует при-
10
вести к стандартным путем умножения на поправочные коэффициенты: 0,95 (10х10х10 см), 1,05 (20х20х20 см). КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Какие бетоны принято считать высокопрочными? 2. Какими технологическими приемами достигается высокая прочность этих бетонов? 3. По каким показателям высокопрочные бетоны превосходят обычные, общестроительного назначения? 4. Чем отличается подбор состава высокопрочного бетона от подбора состава обычного бетона? 5. Какие требования предъявляются к качеству вяжущего и заполнителей для высокопрочного бетона? 6. какие химические добавки рекомендуется использовать для получения высокопрочных бетонов? 7. В каких конструкциях целесообразно использовать высокопрочные бетоны? Лабораторная работа 2 ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ДЕКОРАТИВНОГО БЕТОНА И РАСТВОРА Цель работы: изучить виды декоративных бетонов и растворов, способы их изготовления и свойства. Бетон относится к числу строительных материалов, применение которого открывает широкие возможности для претворения в жизнь замыслов строителей и архитекторов, обладает такими важными качествами, как пластичность, способность к формообразованию, прочность и упругость. позволяет сочетать плоскости и линии, плоские грани с рельефом, фактуру и цвет. ДЕКОРАТИВНО-ОТДЕЛОЧНЫЕ БЕТОНЫ И РАСТВОРЫ - это строи-
11
тельные материалы, состоящие из тех же компонентов, что и обычные бетоны и растворы, но обладающие декоративно- художественными свойствами. Отделка ими является долговечной и экономичной. Использование цветовых фактур из бетона и раствора позволяет достигнуть не только значительного разнообразия в цветовом решении наружной и внутренней отделки, но и имитировать другие более "благородные" виды фактур, например, облицовку природным камнем. Декоративные бетоны и растворы могут изготавливаться в виде сухих строительных смесей, состоящих из декоративных заполнителей и вяжущих. В качестве вяжущих материалов используются портландцементы: белые и цветные М400, 500 и 600. Вяжущее на основе каустического магнезита должно иметь марку не ниже 400. Известь и гипс должны соответствовать определенным ГОСТам. Цветные известь, гипс и магнезит получают путем добавления пигментов. Декоративные заполнители применяют с размерами фракций (в мм): крупнозернистые до 20, среднезернистые до 10, мелкозернистые до 5 и песчаные до 0,14. Исходным сырьем для получения декоративных заполнителей являются: дробленые горные породы (граниты, мраморы, доломиты, туфы, а также природные гравий и песок, обладающие декоративными свойствами); искусственные материалы (керамическая крошка, песок, вермикулит, перлит). Для придания блеска отделочным слоям в состав сухих смесей можно вводить слюду, стекло и антрацит. Фактурную обработку бетонных поверхностей можно выполнять: 1) в пластическом состоянии в процессе изготовления изделий: полусухая набивка, обнажение зерен (струёй воды или соляной кислотой), присыпка крошки с прикаткой, накатка и офактуривание; 2) в затвердевшем состоянии после изготовления изделий: насечка звездчатой фрезой, нарезка, наковка, шлифование и пескоструйная обработка. Фактурную обработку штукатурных поверхностей производят также в процессе приготовления (циклевание, присыпка, прикатка, рельефный набрызг)
12
или в затвердевшем состоянии (насечка, шлифование). Применяемые материалы и оборудование; серый и цветные портландцементы, пигменты, песок кварцевый, каменная крошка из различных горных пород крупностью от 0,25 до 10 мм, известь-пушонка; емкость для перемешивания бетонной и растворной смесей, лопатка для перемешивания, цилиндр для дозирования воды, весы для взвешивания компонентов, металлические формы размером 16×16×4 см. Задание 1. Изготовление образцов декоративной штукатурки. Декоративная штукатурка представляет собой слой толщиной 2-3 см, наносимый на слой обычной штукатурки. Декоративные штукатурки можно разделить на две группы: - обогащенные - для отделки больших поверхностей (стен), цветные фактурованные, камневидные и камнеподобные штукатурки; - орнаментальные - для отделки отдельных, обычно небольших частей поверхностей (например, фриза, филенки), штампованные штукатурки и мозаичные. Цветные фактурованные штукатурки - изготавливают из цветного песчаного раствора. Такую штукатурку обогащают не только цветом, но и фактурой, которая имеет также и чисто техническое значение - дает возможность скрыть различные дефекты. Фактура их может быть самой разнообразной. Штукатурки этого типа в некоторых случаях могут получить большое сходство с некоторыми декоративными горными породами. Камневидные штукатурки занимают среднее место между двумя выше названными. Эти штукатурки хотя не имитируют каменные горные породы, но иногда заимствуют от камня некоторые его внешние особенности. Штампованную штукатурку получают штампованием какого-либо рисунка на поверхности не затвердевшего цветного штукатурного слоя. Мозаичная штукатурка. Орнамент выполняют из кусочков различной
13
формы и размеров из цветного черепка или смальты, а фон делают из цветного раствора (песчаного или с каменной крошкой). Выполнение работы заключается в получении задания, выбора рецептуры цветной или камневидной штукатурки, изготовлении образцов и обработки их поверхности после твердения. Рецептуры штукатурных смесей приведены в таблице 1 и 2. Таблица 1 Расход материалов для известково-песчаных штукатурок Цвет штукатурки Белый
Составляющие
Розовый
Известь (тесто) Портландцемент Песок мраморный, размер зерен 0,25-0,5 мм Мумия
20 4 73 3
Терракотовый
Известь-пушонка Портландцемент Молотый кирпичный щебень Сурик железный Песок кварцевый белый Известь-пушонка Портландцемент Пигмент зеленый Окись хром Крошка зеленого мрамора крупностью 0,5-2 мм Известь-пушонка Портландцемент Мука мраморная Песок крупностью 0,5-2 мм
15 10 15 2 58 15 15 5 5 60
Зеленый
Желтый
Количество компонентов в % по массе 10 Известь-пушонка 7 Портландцемент 70 Песок мраморный, размер зерен 0,25-0,5 мм Мука мраморная 13
15 20 15 50
14
Золотистожелтый
Известь (тесто) Портландцемент белый Охра золотистая Песок кварцевый
20 6 4 70 Таблица 2
Рецепты камневидных штукатурок Количество Имитикомпонентов руемый % по массе природСоставляющие ный камень 25 Серый Цветной портландцемент гранит Заполнитель: крошка серого гранита - 75% и крошка лабрадорита - 25% 75 Цветной портландцемент 25 Заполнитель; крошка серого гранита - 75% и крошка черного мрамора -25% 75 Цветной портландцемент Известь (тесто) Крошка серого гранита Цветной портландцемент Крошка серого гранита и лабрадорита Белый портландцемент (70%) с добавлением мраморной муки (30%) Известь (тесто) Крошка серого гранита и лабрадорита Красный Цветной портландцемент гранит Заполнитель: красная гранитная крошка - 40%; серая гранитная крошка - 40% и крошка лабрадорита - 20%
Белый известняк
25 2,5 72,5 30 70 25 3 72 25
75
Цветной портландцемент Заполнитель: крошка гранитная красная - 83,5% и крошка лабрадорита -16,5%
25
Белый портландцемент Крошка белого известняка крупностью 1-5 мм
25 75
75
в
15
Песчаник
Белый портландцемент Известь (тесто) Крошка белого мрамора крупностью 0,6-2,5 мм Белый портландцемент Известь (тесто) Крошка белого известняка крупностью 0,6-5 мм Цветной портландцемент Заполнитель: кварцевый песок крупнозернистый - 75% и мраморный песок - 25% Цветной портландцемент Заполнитель: кварцевый песок крупнозернистый - 75% и мраморная крошка крупностью 0,6-5 мм
22 3 75 20 5 75 25 75 25 75
Приготовление раствора декоративной штукатурки заключается в расчете расхода материалов на 1 л смеси, дозировании сухих составляющих, их перемешивании с добавлением воды до требуемой консистенции. Готовую растворную смесь укладывают в металлическую форму и оставляют на 7 суток, после чего производят обработку поверхности шлифованием или отмывкой соляной кислотой концентрации 4-55 для обнажения декоративного заполнителя. В заключение работы описывают вид декоративной штукатурки и зарисовывают приготовленный образец.
Задание 2. Приготовление террацевых плиток Террацевые плитки (террацо) приготовляют на основе белого и цветных портландцементов с заполнителями в виде крошки декоративных горных пород зернистой структуры (мрамор, лабрадорит, песчаник, гранит и т.д.) или искусственных материалов (керамическая или стеклянная крошка, керамзитовый песок и т.д.). Выполнение работы заключается в подготовке и дозировании компонентов грунтовочного слоя раствора состава 1:3 (цемент : крупнозернистый пе-
16
сок); смешивании компонентов с добавлением воды до необходимой консистенции; укладки и уплотнения растворной смеси в форме; обсыпки и прикатки декоративной крошки по свежеуложенной растворной смеси. Для изготовления одной плитки размером 16х16х4 см необходим 1 л раствора. Декоративная крошка должна включать не менее 50% зерен размером 0,25-2,0 мм и не более 50% зерен фракции 2,0-5,0 мм. После затвердевания производят осмотр плиток, описывают способ изготовления их, расход материалов и зарисовывают полученный образец. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Что такое декоративные бетоны и чем они отличаются от общестроительных? 2. Какие дополнительные требования предъявляются к декоративным бетонам? 3. Где применяются декоративные штукатурки? 4. Какие декоративные породы применяются в терразитовых штукатурках? 5. Какие вяжущие можно использовать для изготовления терразитовых плиток для внутренних и наружных облицовочных работ? Лабораторная работа 3 ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРЦЕМЕНТНОГО БЕТОНА Цель работы: освоить методику получения состава полимерцементных бетонов и растворов; изучить свойства бетона с полимерными добавками.
17
Полимерцементными бетонами и растворами называются цементные бетоны и растворы с добавками различных высокомолекулярных органических соединений в виде водных дисперсий полимеров. Наиболее распространенными являются поливинилацетат (ПВА), латексы и водорастворимые смолы. Добавки вводят в бетонную смесь при ее приготовлении. Исполь-зование в бетоне полимеров позволяет изменять его структуру и свойства в нужном направлении, улучшать технико-экономические показатели. материала. Полимер образует на поверхности пор, капилляров, зерен цемента и заполнителя тонкую пленку, которая обладает хорошей адгезией и способствует повышению сцепления между заполнителем и цементным камнем, улучшает монолитность бетона и работу минерального скелета под нагрузкой. В результате полимерцементный бетон приобретает повышенную по сравнению с обычным бетоном прочность на растяжение при изгибе, более высокую морозостойкость, хорошие адгезионные свойства, высокую износостойкость, непроницаемость. Количество вводимой добавки полимера устанавливают предварительными опытами, ориентировочно 15 - 40% от массы цемента. Полимерцементные бетоны приготовляют по то же технологии, что и обычный цементный бетон, применять наиболее целесообразно для тех конструкций и изделий, где можно использовать особенности их свойств, например, для полов, дорог, отделочных и ремонтных составов, коррозионно-стойких покрытий. Работа выполняется в соответствии с заданием в несколько этапов. Материалы и оборудование: цемент, крупный и мелкий заполнитель, эмульсия поливинилацетатная (ПВА); емкость и лопатка для перемешивания бетонной смеси, весы, цилиндр для дозирования воды и ПВА, цилиндр емкостью 2 л для определения средней плотности бетонной смеси, металлические формы размерами 7х7х7 см и 7х7х28 см для раствора и 10х10х10 см и 10х10х40 см для бетона. Задание 1. Расчет состава полимерцементного раствора или бетона
18
Состав бетона рассчитывают расчетно-экспериментальным способом с учетом заданного количества ПВА, и состав раствора исходя из заданного соотношения компонентов Ц:П (цемент:песок), водоцементного отношения и средней плотности. Пример: Рассчитать состав раствора с отношением Ц:П = 1:2 с
В/Ц =
0,42; ρср = 2100 кг/м3; ПВА = 20% от цемента. С учетом заданных соотношений состав 1 м3 раствора можно выразить: Ц + П + В + ПВА = 2100 или 1 + 2 + 0,42 + 0,2 = 2100; 3,62 вес. ч. = 2100 1 вес. ч. = 580. Тогда расход цемента равен 580 кг; расход песка (580 х 2) = 1160 кг; расход воды (580 х 0,42) = 243,6 л; расход ПВА (580 х 0.2) = 116 кг. Расчетный состав 1 м3 раствора: цемент - 580 кг; песок - 1160 кг; вода - 243,6 л; ПВА - 116 кг. Задание 2. Приготовление бетонной смеси и изготовление образцов Сначала рассчитывают расход материалов на изготовление 1 м3 бетона или раствора, затем дозировку на опытный замес 7 л бетона или 3 л раствора. Отвешивают необходимое количество компонентов для пробных замесов и готовят смесь в следующей последовательности: смачивают емкость, в которой готовят смесь; высыпают песок, цемент и перемешивают сухую смесь; всыпают крупный заполнитель (если готовят бетон) и перемешивают его с цементно-песчаной смесью;
19
взвешенное количество ПВА смешивают с водой затворения, добавляют в сухую смесь перемешивают вручную в течение 5 мин. После приготовления смеси контролируется ее средняя плотность и изготавливаются образцы: кубы 10х10х10 см и призмы размером 10х10х40 см из бетона; кубы размером 7х7х7 см и призмы 7х7х28 см из раствора. После изготовления образцы должны храниться в воздушно-сухих условиях в течение 14 или 28 суток. Задание 3. Определение прочности бетонных образцов при сжатии и изгибе Прочность бетона(раствора) при сжатии и изгибе определяют на изготовленных из пробы испытуемого бетона (раствора) образцах. Если испытания проводятся через 14 суток, то для приведения к 28-суточным, полученный результат умножают на коэффициент 1,26. Полученные значения для образцов размером 10х10х10 см и 7х7х7х см следует привести к стандартному образцу 15х15х15 см путем умножения на поправочный коэффициент: для образцов размером 7х7х7х см - 0,85; для образцов размером 10х10х10 см - 0,95. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. В чем заключается механизм действия двойного вяжущего в полимерцементных бетонах (растворах)? 2. Чем обусловлено предпочтительное использование полимерцементных составов для ремонта конструкций и технологического оборудования по сравнению с обычными цементными составами? 3. Какие полимерные материалы используются в качестве компонентов полимерцементных составов? 4. В каких количествах вводятся полимерные добавки в бетоны и растворы?
20
5. Для каких конструкций необходимы повышенные адгезионные свойства бетонов и растворов, обусловленные применением ПВА? Лабораторная работа 4 ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ЖАРОСТОЙКИХ БЕТОНОВ Цель работы: определить класс жаростойкого бетона по предельно допустимой температуре (по ГОСТ 20910-90). Жаростойкими называются бетоны, способные выдерживать воздействие высоких температур без разрушения и ухудшения физико-механических свойств. В зависимости от предельно допустимой температуры применения жаростойкие бетоны делятся на классы (табл. 1). Таблица 1 Класс бетона
И3
И4
И5
И6
И7
......
И18
300
400
500
600
700
.....
1800
Предельно допустимая температура применения, о
С Класс бетона определяется по величине остаточной прочности бетона на
сжатие и температурной усадке (расширению) после нагрева до предельно допустимой температуры. Предельно допустимые значения усадки не должны превышать: 1% - для бетонов плотной структуры со средней плотностью 1500 кг/м3 и более; 1,5% - для бетонов плотной структуры со средней плотностью менее 1500 кг/м ; 2,0% - для бетонов ячеистой структуры. Значение остаточной прочности зависит от вида применяемого вяжущего: 3
21
Р - портландцемент, шлакопортландцемент и его разновидности; А - алюминатные цементы (глиноземистый и высокоглиноземистый); S - силикатное вяжущее (стекло с отвердителем). Величина остаточной прочности должна быть не меньше значений, приведенных в табл. 2. Таблица 2 Класс бетона по
Предельно допустимая Вид вяжуще-
предельно допус-
температура примене-
тимой температуре
ния, оС
И3 И6 И7
Остаточная
го
прочность, %
300
Р
80
600
S
80
P
50
P
40
P, A
30
700
И8
800
S
75
И9
900
Р
30
И10
1000
P, A
30
S
70
P, A
30
S
70
P, A
1200
S
70
A
30
S
70
И11 И12 И13
1100 1200 1300
И14
1400
A
30
И15
1500
A
30
И16
1600
A
30
S
70
22
И17
1700
A
30
И18
1800
A
30
Кроме вяжущего, в состав жаростойкого бетона входят заполнители, стойкие к воздействию высоких температур: плотные (диабазовый, андезитовый, базальтовый, шамотный, из боя кирпича), пористые (керамзит, перлит, вермикулит). Для связывания извести Са(ОН)2, выделяющийся при твердении портландцемента и его разновидностей и являющейся наименее стойким компонентом, применяют тонкомолотые добавки: шамотную, из боя кирпича, керамзитовую пыль, золу-унос и др. В качестве отвердителя жидкого стекла применяют кремнефтористый натрий. Составы жаростойкого бетона рассчитывают расчетно-экспериментальным методом или выбирают по нормативной литературе [8, 13] в зависимости от температуры применения и сырьевой базы. Материалы и оборудование: портландцемент, глиноземистый цемент, жидкое стекло, кремнефтористый натрий NaSiF6, шамотный заполнитель, бой глиняного кирпича, керамзит, андезитовый, диабазовый или базальтовый щебень, тонкомолотые добавки (шамотная, из боя кирпича, зола-унос); емкость и лопатки для приготовления бетонной смеси, металлические формы размером 7х7х7 см, штангенциркуль, линейка, весы, сушильный шкаф, электрическая камерная печь, емкость для выдерживания образцов над водой, пресс гидравлический для испытания образцов. Состав жаростойкого бетона выбирают по табл. 3. Работа выполняется в три этапа.
23
Таблица 3 Номер
Предельно до-
состава
пустимая температу-ра
Исходные материалы и ориентировочные расходы, кг/м3 вяжущее, кг
примене-нияоС 1
300
отверди-тель, тонкомоло-тая кг
добавка, кг
заполнитель, кг диабазо-
портланд-цемент,
вый, анде-
шлакопортландцемент
-
-
зитовый, базальто-
(350)
вый (1900) диабазожидкое 2
600
вый, анде-
стекло
(350)
кремне-
шамотная (500)
зитовый,
фтористый
базальто-
натрий (40)
вый (1600) диабазовый, андезитовый,
3
700
портланд-цемент,
зола-унос, бой
базальто-
шлакопорт-
глиняного кир-
вый (1750)
пича (120)
керамзит
ландцемент (350)
-
(550) жидкое
стекло
шамотная (200) из боя кир-
(360)
пича (1200)
кремне4
800 портланд-цемент (350)
5
фтористый
шамотная, зола-
натрий (36)
унос, из боя
шамот-ный
-
кирпича (120)
(1400)
-
900 глиноземис-тый цемент (400)
24
6
Номер состава
900
7
Предельно допустимая температу-ра примене-нияоС 1000
8
1000
Окончание таблицы 3 Исходные материалы и ориентировочные расходы, кг/м3 вяжущее, кг жидкое стекло (450) глиноземистый цемент (400)
отверди-тель, тонкомоло-тая кг добавка, кг кремнешамотная фтористый (500) натрий (45) -
заполнитель, кг шамотная (1250) керамзит (500)
Задание 1. Определение величины температурной усадки или расширения Сущность метода заключается в определении изменения размеров образца бетона после нагрева до предельно допустимой температуры применения. Для испытаний принимают: штангенциркуль с ценой деления 0,1 мм; сушильный электрический шкаф типа СНОЛ; камерную электрическую печь типа СНОЛ. Из заданного состава изготовляют 3 образца - куба 7х7х7х см, выдержанные при следующих условиях: бетоны на портландцементе, шлакопортландцементе - в нормальный условиях (температура 20 ± 2оС, относительная влажность не менее 90%) в течение 7 суток, затем высушивают до постоянной массы при температуре 105 ± 5оС; бетоны на глиноземистом цементе - в нормальных условиях в течение 3 суток; затем высушивают; бетоны на жидком стекле - при температуре 20 ± 2оС и относительной влажности не более 60% в течение 3 суток; затем высушивают до постоянной массы при температуре 105 ± 5оС. После высушивания производят замеры образцов в трех взаимно перпендикулярных направлениях (с точностью до 0,1 мм) и вычисляют среднее ариф-
25
метическое. Затем помещают в камерную электрическую печь, нагревают до максимальной температуры применения со скоростью подъема 150оС/ч, выдерживают 4 ч и охлаждают вместе с печью до комнатной температуры. Охлажденные образцы внимательно осматривают . При отсутствии трещин и признаков оплавления вновь замеряют. Величину температурной усадки каждого образца в процентах вычисляют по формуле ε=
l1 − l 2 ⋅ 100 , l1
где 11 - среднее значение размера образца после твердения, мм; 12 - среднее значение размера образца после нагревания до предельно допустимой температуры применения. Задание 2. Определение остаточной прочности Остаточная прочность жаростойкого бетона характеризуется процентным отношением прочности бетона после нагрева до предельно допустимой температуры к прочности в проектном возрасте. Для испытаний применяют сушильный электрический шкаф типа СНОЛ, камерную электрическую печь типа СНОЛ, ванну с крышкой для выдержки образцов над водой, гидравлический пресс для. Изготавливают 6 образцов, 3 из них контрольные в проектном возрасте. 3 образца после температурно-влажностного режима твердения и сушки (согласно заданию 1) нагревают в камерной электрической печи со скоростью подъема температуры 150оС/ч и выдержкой при требуемой температуре 4 ч. После остывания их помещают на сетчатый стеллаж, расположенный в ванне над водой со слоем не менее 10 см; расстояние от нижней поверхности образцов бетона до уровня воды и от верхней поверхности до крышки ванный должно быть 4 ± 1 см. Выдерживают в ванне 7 суток, затем вынимают, осматривают
26
и определяют прочность на сжатие. Если после нагрева или выдержки над водой в образцах появились трещины, дутики или околы, бетон бракуют. Остаточную прочность бетона на сжатие Rост, % определяют по формуле
R о с т=
Rt ⋅100 %, R
где Rt - прочность бетона на сжатие после нагрева, МПа; R - прочность бетона на сжатие в проектном возрасте, МПа. Задание 3. Определение класса жаростойкого бетона
По табл. 1 определяют класс бетона и делают вывод о приемлемости бетона испытанного состава для эксплуатации при заданной температуре. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Как определяют класс жаростойкий бетонов? 2. Какие требования предъявляются к жаростойким бетонам? 3. По какому принципу выбирают вяжущие и заполнители для жаростойких бетонов? 4. В чем назначение тонкомолотых добавок и для какого вяжущего они необходимы? 5. Почему остаточная прочность может быть меньше проектной? 6. Что оказывает влияние на изменение размера образцов при нагревании? БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Афанасьев, А. А. Бетонные работы /А. А. Афанасьев. – М.: Высш. шк., 1991. 2. Баженов, Ю. М. Бетонополимеры / Ю. М. Баженов. – М.: Стройиздат, 1983. 3. Баженов, Ю. М. Технология бетона / Ю. М. Баженов. – М.: Высш. шк., 2002. 4. Бетонные и железобетонные работы. Справочник строителя / под ред. В. Ю. Топчия. – М.: Стройиздат, 1987. 5. ГОСТ 7473-85. Смеси бетонные. Технические условия. – М.: Стройиздат, 1988.
27
6. ГОСТ 10181.0.81-10181.4.81. Смеси бетонные. Методы испытаний. – М.: Стройиздат, 1984. 7. ГОСТ 10180-90. Бетоны. Определение прочности по контрольным образцам. – М.: Стройиздат, 1989. 8. Инструкция по технологии приготовления жаростойких бетонов. – М.: Стройиздат, 1979. 9. Силина, Е. С. Методические рекомендации по оценке эффективности добавок / Е. С. Силина, Ф. М. Иванов, В. Г. Батраков. – М.: НИИЖБ, 1979. 10. Миронов, С. А. Теория и методы зимнего бетонирования / С. А. Миронов. – М.: Стройиздат, 1975. 11. Некрасов, К. Д. Жаростойкие бетоны / К. Д. Некрасов. – М.: Стройиздат, 1974. 12. Патуроев, В. В. Полимербетоны / В. В. Патуроев. – М.: Стройиздат, 1984. 13. Руководство по возведению тепловых агрегатов из жаростойкого бетона. – М.: Стройиздат, 1983. 14. Руководство по применению химических добавок в бетонах. – М.: Стройиздат, 1980. 15. СНиП 3.03.01-87. Несущие и ограждающие конструкции. – М.: Стройиздат, 1989. 16. Хаютин, Д. Г. Монолитный бетон / Д. Г. Хадтин. – М.: Стройиздат, 1990. 17. Чирков, Ю. Б. Возведение монолитных конструкций и сооружений из монолитного железобетона / Ю. Б. Чирков. – М.: Стройиздат, 1990. 18. Черных, В. Ф. Стеновые и отделочные материалы / В. Ф. Черных. – М., Росагропромиздат, 1991. 19. Пискарев, В. А. Декоративно-отделочные строительные материалы. / В. А. Пискарев. – М.: Высшая школа, 1977. 20. Отделочные работы в строительстве. Справочник строителя / под ред. А. Д. Кокина, В. Е. Байера. – М.: Стройиздат, 1988. 21. Рабинович, Ф. Н. Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории проектирования, технология, конструкции: монография / Ф. Н. Рабинович. – М.: Издательство АСВ, 2004. 22. Баженов, Ю. М. Технология бетона / Ю. М. Баженов. – М.: АСВ, 2007.
28
ОГЛАВЛЕНИЕ
Общие положения
3
Лабораторная работа 1 Расчет состава и изучение свойств
высокопрочного бетона
3
Лабораторная работа 2 Изучение свойств декоративного
бетона
10
Лабораторная работа 3 Изучение свойств полимерцементного
бетона
16
Лабораторная работа 4
Изучение свойств жаростойкого бетона
20
Библиографический список
26