Влияние режимов виброуплотнения бетонной смеси на свойства бетона.
Цель работы. Овладение методикой расчета продолжительностивиброуплотнения бетонной смеси с различными технологическими параметрами при различных режимах вибровоздействия. Ознакомление с процессом виброуплотнения бетонной смеси и исследование влияния водосодержания (В/Ц) бетонной смеси на длительность ее виброуплотнения.
Общие сведения. Вибрирование–эффективный и наиболее широко применяемыйв строительной практике способ формования и уплотнения бетонной смеси. Вызываемые им процессы тиксотропии цементного геля и перегруппировки зерен заполнителя способствуют созданию системы с компактным взаимным расположением частиц твердой фазы, обеспечивают более равномерное распределение жидкости в объеме смеси, сопровождаются ростом плотности и прочности бетона.
Одной из задач технолога является определение рациональной продолжительности вибрирования в каждом конкретном случае, так как чрезмерная продолжительность вибровоздействия ведет к росту энергозатрат и может вызвать расслаивание бетонной смеси, недоуплотнение же смеси снижает качество бетона.
Точный расчет продолжительности вибрирования t в определяется по формулам:
(6.1)
при частоте вибрирования f = 50 Гц и амплитуде А = 0,5 мм и
(6.2)
при частоте f = 200 Гц и амплитуде А = 0,1 мм,
где τ0 – предельное напряжение сдвига бетонной смеси;
Uрс – относительный объем растворной составляющей в бетоне;
ρб.с – средняя плотность бетонной смеси, т/м³.
В формулах (5.1) и (5.2) предельное напряжение сдвига бетонной смеси, т/м2,
(6.3)
где Х – относительное водосодержание цементного геля в бетонной смеси, принятое в расчете состава (доли единицы);
r – доля песка в объеме заполнителей;
ρсм – плотность зерен смеси заполнителей, определяется при расчете состава бетона (для гранитного крупного заполнителя и кварцевого песка ρсм = 2,62-2,65 т/м³);
ρцг – средняя плотность цементного геля в бетоне, ρцг=2,1…2,3 т/м³;
U´п, U´щ – относительные объемные расходы песка и крупного заполнителя на 1 м³ бетона (измеряются в долях единицы);
mп, mщ – пустотность песка и крупного заполнителя в виброуплотненном состоянии, измеряются в долях единицы;
U´цг – относительный объем цементного геля в бетоне, определенный в расчете его состава (измеряется в долях единицы);
Sсм – суммарная поверхность песка и крупного заполнителя, определяемая при расчете состава бетона, м².
В формулах (6.1)–(6.3):
относительный объем растворной составляющей в бетоне (в долях единицы)
U´рс = U´пг + U´п(1-mп), (6.4)
доля песка в объеме заполнителей
(6.5)
рассчитываются по данным подбора состава бетона.
Процесс вибрирования характеризуется: разрушением структурных связей цементного геля, определяемых предельным напряжением сдвига; понижением его структурной вязкости; пространственной перегруппировкой зерен заполнителя в разжиженном цементном геле; коагуляционным уплотнением цементного геля.
Бетонная смесь (особенно жесткая), рыхлая после перемешивания, характеризуется наличием сухого внутреннего трения и неустойчивостью структуры, существенно меняющейся даже при относительно слабых динамических воздействиях.
На первой стадии виброуплотнения неустойчивая структура скелета составляющих смеси разрушается, зерна заполнителя под действием собственной массы занимают наиболее оптимальное положение в конкретных условиях и образуют новую устойчивую структуру. Продолжительность переукладки зерен заполнителя даже для наиболее жестких смесей не превышает 20-30 с и происходит наиболее интенсивно при низких частотах возмущающих колебаний.
В процессе дальнейшей вибрации происходит явление тиксотропного разжижения системы, обусловленное переходом молекул диффузионной (слабо связанной) воды цементного геля в свободное состояние. Зерна заполнителя, находящиеся на данной стадии как бы во взвешенном состоянии, приобретают некоторую свободу перемешивания, создавая еще более плотный, окончательно сложившийся скелет.
Тиксотропия цементного геля с малым водосодержанием достигается с увеличением частоты возмущающих колебаний и продолжительности их воздействия.
Таким образом, прочность, плотность и другие свойства бетона определяются в значительной мере научно обоснованным в каждом конкретном случае выбором режима виброуплотнения – длительностью, частотой и амплитудой колебаний.
Выполнение работы.
Задание 1. Выявить зависимость продолжительности вибрирования tв от величины относительного водосодержания Х и объема цементного геля Определение времени вибрационного воздействия производят в следующем порядке.
Из произведенного расчета состава бетона выделяют данные, приведенные в таблице 6.1.
Таблица 6.1
Исходные данные для расчета
Вариант | Данные расчета состава бетона | |||||||||
U´щ | U´п | ρсм, т/м³ | Sсм, м2 | mп | mщ | Х | U´рс | ρцг, т/м³ | ||
На основании этих данных рассчитывают производные величины U´рс и r.
Устанавливают опытным путем среднюю плотность цементного геля или принимают ее величину в указанных ранее пределах.
Находят значение τ0 по формуле (6.3).
Определяют продолжительность вибровоздействия по формуле (6.1) или (5.2) в зависимости от параметров вибрирования.
Производят анализ формул с целью выявления зависимости времени виброуплотнения от важнейших характеристик, определяющих консистенцию бетонной смеси, например Х и U´цг.
Для этого:
а) после определения tв по данным расчетного состава бетона определяют tв для значений Х от 0,9 до 2,0 (с интервалом 0,2);
б) затем для значений U´цг от 0,15 до 0,45 с интервалом 0,1.
В последнем случае учитывают, что при прочих равных условиях с увеличением U´цг на 0,1 на столько же следует уменьшить U´п.
На основании полученных данных строят графические зависимости продолжительности вибрирования tв от величины относительного водосодержания Х и объема цементного геля U´цг в бетонной смеси.
Завершают работу анализом и выводами по результатам расчета.
Задание 2. Определить зависимость прочности бетона от длительности вибрирования и плотности бетонных смесей.
Для определения зависимости рассчитывают составы бетона с расходом цемента около 1 кг на 1 м3 с водоцементным отношением цементного геля 0,35; 0,55 и 0,75. Результаты заносят в таблицу 6.2.
Таблица 6.2
Составы бетона
Номер состава | В/Ц теста | Расход составляющих, кг, на объем замеса | |||||||
цемент | песок | щебень | вода | ||||||
1000 | 10 | 1000 | 10 | 1000 | 10 | 1000 | 10 | ||
I | 0,35 | ||||||||
II | 0,55 | ||||||||
III | 0,75 |
Смесь укладывают в 3 предварительно взвешенные и замаркированные двухсекционные формы (10×10×10) см и уплотняют на виброплощадке. По истечении времени вибрирования, ориентировочно равного рекомендуемому в таблице 5.3, форму снимают с виброплощадки и после заглаживания верхней поверхности взвешивают.
Рассчитывают объемную массу бетонной смеси, кг/м3, косвенно характеризующую плотность бетона:
(6.5)
где mфсм – масса формы со смесью, кг;
mф – масса пустой формы, кг;
Vф – объем формы, м³.
Результат заносят в таблицу 6.4.
Таблица 6.3
Время вибрирования бетонной смеси различного водосодержания
Номер формы | Длительность вибрации, с, смеси с В/Ц, г | ||||
0,35 | 0,55 | 0,75 | |||
1 | 4 | 7 | |||
2 | 5 | 8 | |||
3 | 6 | 9 |
Таблица 6.4
Объемная масса бетонной смеси
Номер состава | Номер формы | mфсм, кг | mф, кг | Vф, м³ | ρ, кг/м3 | Среднее значение |
1 | ||||||
После твердения бетона в течение 7, 14 либо 28 суток в нормально влажностных условиях определяют прочность кубов размером 10×10×10 см. Результаты заносятся в таблицу 6.5. Прочность кубов, МПа,
(6.6)
где P – разрушающая нагрузка, кгс;
F – площадь сечения образца, см².
Таблица 6.5
Прочность бетона
Номер состава | Номер формы | Размеры образца, см | F, см² | P, кгс | Rсж, МПа | Среднее значение | |
1 | 2 | ||||||
| 1 | ||||||
2 | |||||||
3 |
Составляют сводную таблицу 6.6 изменения параметров смеси и бетона в зависимости от длительности вибрирования в абсолютных значениях, а также в относительных, задавшись характеристиками при минимальном времени уплотнения, принимаемыми за 100 %.
Строят графики зависимости абсолютной (относительной) прочности и плотности бетона от длительности вибрирования бетонной смеси.
Таблица 6.6
Влияние длительности вибрирования на плотность и прочность бетона
В/Ц | Подвижность, (жесткость) смеси, см(с) | Длительность вибрирования, с | Прочность бетона | Объемная масса | ||
МПа | % | кг/см³ | % | |||
Производят анализ полученных результатов, делают заключение о влиянии водосодержания бетонной смеси на длительность виброуплотнения смеси с целью получения изделий высокого качества при максимальном использовании потенциальных возможностей цемента.
Осн. литература: 3[410 – 421]
Доп. литература: 6[24 – 86]
Контрольные вопросы:
1 Физико-механическая сущность виброуплотнения бетонной смеси.
2 Как определяется относительный объем растворной составляющей в бетоне?
3 Как осуществляется расчет продолжительности вибрирования (при разных частотах вибрирования и амплитудах?