2020-04-20
220
Цель работы: Освоить расчетно-экспериментальный метод проектирования состава высокопрочноголегкого бетона на пористых заполнителях. Определить влияние вида и зернового состава заполнителя на водопотребность бетонной смеси и плотность, прочность бетона.
Определение состава высокопрочного легкого бетона на пористых заполнителях
Общие сведения. Одним из путей повышения эффективности применения железобетона и снижения материалоемкости конструкций является применение легких бетонов класса В22,5-В40.
При проектировании состава бетона необходимо обеспечить получение более высокой прочности растворной составляющей, что достигается применением цементов марок М500, М600 и высококачественных природных кварцевых и полевошпатных песков. При этом содержание растворной составляющей с повышением прочности должно возрастать, что обуславливает повышенную среднюю плотность высокопрочных легких бетонов 1700-1900 кг/м3.
Исходные данные.
Марка бетона.
Удобоукладываемость смеси.
Характеристики цемента: наименование; активность (марка); плотность, г/см3; насыпная плотность, кг/м3.
Характеристики крупного заполнителя: наименование; предельная крупность, мм; средняя плотность смеси фракций, кг/м3, определенная непосредственно в бетоне.
Характеристики мелкого заполнителя: средняя плотность, кг/м3, определенная непосредственно в цементном тесте; насыпная плотность кг/м3; водопотребность песка (определяется в соответствие с приложением Ж).
Аппаратура.
Весы лабораторные по ГОСТ 24104. Цилиндры мерные для воды емкостью 500-1000 мл. Прибор для определения подвижности бетонной смеси по ГОСТ 10181 объемом 5,5 дм3. Форма куб с размерами ребер 200 мм для упрощенного определения жесткости бетонной смеси или прибор Красного по ГОСТ 10181. Формы-кубы с размерами ребер 100 мм для изготовления опытных образцов по ГОСТ 22685. Металлические линейки длиной не менее 400 мм и 200 мм по ГОСТ 427. Штыковка-металлический стержень диаметром 16 мм, длиной 650 мм с закругленным концом. Кельмы типа КБ по ГОСТ 9533. Емкости для взвешивания компонентов, приготовления смеси фракций заполнителя и бетонной смеси. Виброплощадка лабораторная по ГОСТ 10181. Камера нормального твердения по ГОСТ 10180. Пресс по ГОСТ 28840. Кисть для нанесения смазки на формы типа КР-30. Цемент ГОСТ 10178. Пористый заполнитель высушенный фракций 0-5; 5-10; 10-20 мм по ГОСТ 9757. Смазка для форм (масло машинное).
Методика расчета. Проектирование состава конструкционных легких бетонов производится экспериментально-расчетным путем с построением зависимости Rб=f(Ц), ρ б=f(Ц)для конкретных условий по аналогии с лабораторной работой № 7.
Для получения составов с минимальным расходом цемента необходимо правильно выбрать материалы для бетона. Марку цемента рекомендуется назначать в зависимости от класса бетона в соответствие с таблицей 8.1. Минимальная прочность крупного заполнителя должна быть не менее, чем указано в таблице 8.2, а насыпная плотность не более, чем указано в таблице 8.3.
Таблица 8.1
Марки цементов применяемых для приготовления легких бетонов
| Класс легкого бетона | Марки цементов | |
| рекомендуемые | допускаемые | |
| В22,5 | 500 | 400, 600 |
| В27,5 | 500 | 400, 600 |
| В30 | 500 | 400, 600 |
| В40 | 600 | 500 |
Таблица 8.2
Минимальная прочность крупных пористых заполнителей в зависимости от заданной марки бетона
| Заданная марка бетона по прочности на сжатие | Марка крупного заполнителя по прочности на сжатие | Прочность на сжатие заполнителей при сдавливании в цилиндре по ГОСТ 9758 | ||
| пористого гравия | пористого щебня, за исключением аглопоритового | аглопоритового щебня | ||
| 150 | 75 | 15 | 10 | 6 |
| 200 | 100 | 20 | 12 | 7 |
| 250 | 125 | 25 | 15 | 8 |
| 300 | 150 | 35 | 18 | 10 |
| 350 | 200 | 45 | 22 | 12 |
| 400 | 250 | 55 | 27 | 14 |
| 500 | 300 | 65 | 33 | 16 |
Таблица 8.3
Максимальная марка по объемной насыпной массе крупных заполнителей в зависимости от заданной объемной массы бетона (кг/м3)
| Заданная объемная масса бетона в высушенном состоянии, кг/м3 | Пористый гравий | Пористый щебень |
| 1600 | 700 | 600 |
| 1700 | 800 | 700 |
| 1800 | 900 | 800 |
Предварительный состав бетона устанавливают в следующем порядке. Назначают расход цемента в зависимости от заданной прочности бетона марки цемента и крупного заполнителя (таблицы 8.4, 8.5).
Таблица 8.4
Ориентировочный расход цемента для расчета состава бетона на пористых заполнителях с предельной крупностью 20 мм и плотном песке с жесткостью бетонной смеси 5-6 с
| Марка бетона | Рекомендуемая марка цемента | Марка пористого заполнителя по прочности зерна | |||
| 150 | 200 | 250 | 300 | ||
| 300 | 500 | 420 | 390 | 360 | 330 |
| 350 | 500 | - | 450 | 410 | 380 |
| 400 | 500 | - | - | 480 | 450 |
| 500 | 600 | - | - | 570 | 540 |
Таблица 8.5
Коэффициент изменения расходов цемента при изменении его марки, вида песка, предельной крупности заполнителя и удобоукладываемости бетонной смеси
| Характеристики материалов | Класс бетона | ||||
| В22,5 | В27,5 | В30 | В40 | ||
| Цемент марки |
| ||||
| 400 | 1,15 | 1,2 | 1,25 | - | |
| 500 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | |
| 600 | 0,9 | 0,88 | 0,85 | 1,00 | |
| Песок |
| ||||
| плотный | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | |
| Продолжение таблицы 8.5 | |||||
| пористый | 1,10 | 1,10 | 1,10 | 1,10 | |
| Наибольший крупность заполнителя |
| ||||
| 40 | 0,93 | 0,95 | 0,95 | 0,95 | |
| 20 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | |
| 10 | 1,07 | 1,05 | 1,05 | 1,05 | |
| Жесткость смеси, с |
| ||||
| 5-6 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | |
| 8-12 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | |
| 12-20 | 0,85 | 0,85 | 0,85 | 0,85 | |
| Подвижность смеси, см |
| ||||
| 1-2 | 1,07 | 1,07 | 1,07 | 1,07 | |
| 2-5 | 1,10 | 1,10 | 1,10 | 1,10 | |
| 8-12 | 1,25 | 1,25 | - | - | |
По таблице 8.6 устанавливается начальный расход воды в зависимости от заданной удобоукладываемости бетонной смеси, наибольшей крупности и вида крупного заполнителя.
Определяют объемную концентрацию крупного заполнителя от расхода цемента и воды, плотности зерен крупного заполнителя и водопотребности песка (таблица 8.7). При этом объемная концентрация крупного заполнителя не должна превышать более чем на 0,05 оптимальное значение таблицы 8.8, в противном случае применяют более легкие заполнители.
Таблица 8.6
Ориентировочные расходы воды для приготовления бетонной смеси
| Удобоукладываемость бетонной смеси | Предельная крупность, мм | |||||||
| гравия | щебня | |||||||
| осадка конуса, см | жесткость, с | |||||||
| 10 | 20 | 40 | 10 | 20 | 40 | |||
| 8-12 | - | 235 | 220 | 205 | 265 | 250 | 235 | |
| 3-7 | - | 220 | 205 | 190 | 245 | 230 | 215 | |
| 1-2 | 3-4 | 205 | 190 | 175 | 225 | 210 | 195 | |
| 4-8 | 195 | 180 | 165 | 215 | 200 | 185 | ||
| 8-13 | 185 | 170 | 160 | 200 | 185 | 175 | ||
| 13-20 | 175 | 160 | 150 | 190 | 175 | 165 | ||
Таблица 8.7
Объемная концентрация крупного заполнителя φ для легких бетонов на плотном песке
| Средняя плотность бетона, кг/м3 | Плотность крупного заполнителя, кг/дм3 | Водопотребность песка, % | ||||||||
| 6 | 8 | 10 | ||||||||
| Расход воды, л | ||||||||||
| 160 | 200 | 240 | 160 | 200 | 240 | 160 | 200 | 240 | ||
| 1600 | 1,0 | 0,44 | 0,39 | 0,33 | 0,43 | 0,36 | 0,26 | 0,4 | 0,33 | - |
| 1,2 | 0,48 | 0,43 | 0,36 | 0,47 | 0,41 | 0,31 | 0,45 | 0,39 | 0,28 | |
| 1,4 | 0,51 | 0,47 | 0,42 | 0,51 | 0,46 | 0,40 | 0,49 | 0,44 | 0,37 | |
| 1,6 | 0,55 | 0,51 | 0,46 | 0,54 | 0,50 | 0,45 | 0,54 | 0,49 | 0,44 | |
| 1700 | 1,0 | 0,40 | 0,32 | - | 0,37 | 0,27 | - | 0,33 | - | - |
| 1,2 | 0,44 | 0,39 | 0,27 | 0,42 | 0,34 | - | 0,39 | 0,28 | - | |
| 1,4 | 0,48 | 0,43 | 0,34 | 0,46 | 0,40 | 0,31 | 0,44 | 0,37 | 0,30 | |
| 1,6 | 0,51 | 0,47 | 0,41 | 0,50 | 0,46 | 0,38 | 0,49 | 0,43 | 0,32 | |
| 1,8 | 0,55 | 0,51 | 0,46 | 0,54 | 0,50 | 0,48 | 0,54 | 0,49 | 0,42 | |
| 1800 | 1,2 | 0,38 | 0,31 | - | 0,34 | - | - | - | - | - |
| 1,4 | 0,43 | 0,35 | 0,26 | 0,40 | - | - | 0,37 | - | - | |
| 1,6 | 0,46 | 0,41 | 0,27 | 0,46 | 0,38 | 0,26 | 0,43 | 0,31 | - | |
| 1,8 | 0,52 | 0,46 | 0,39 | 0,50 | 0,45 | 0,31 | 0,49 | 0,42 | 0,28 | |
| 2,0 | - | 0,51 | 0,45 | - | 0,50 | 0,43 | - | 0,49 | 0,45 | |
Примечание: Значение φ даны при расходе цемента 400 кг/м3. При большем расходе значения φ возрастают приблизительно на 0,01 на каждые 100 кг/м3 цемента, при уменьшении расхода цемента – соответственно сокращаются.
Расход крупного заполнителя определяют по формуле:
K=1000·φ· ρ к (8.1)
где ρ к – плотность зерен крупного заполнителя в цементном тесте, кг/дм3;
φ – объемная концентрация крупного заполнителя.
Таблица 8.8
Оптимальная объемная концентрация крупного заполнителя
| Межзерновая пустотность | Оптимальная объемная концентрация при | ||
| жесткости свыше 10 с | осадке конуса 1-3 см или жесткости 3-10 с | осадке конуса свыше 3 см | |
| 0,36 | 0,52 | 0,49 | 0,47 |
| 0,38 | 0,50 | 0,47 | 0,49 |
| 0,40 | 0,48 | 0,45 | 0,43 |
| 0,42 | 0,46 | 0,43 | 0,41 |
| 0,44 | 0,44 | 0,41 | 0,39 |
| 0,46 | 0,42 | 0,39 | 0,37 |
| 0,48 | 0,40 | 0,37 | 0,35 |
| 0,50 | 0,38 | 0,35 | 0,33 |
| 0,52 | 0,36 | 0,33 | 0,31 |
| 0,54 | 0,34 | 0,31 | 0,29 |
Расход плотного песка в зависимости от средней плотности бетона в сухом состоянии и расходов цемента и крупного заполнителя определяют:
П= ρ б – 1,15·Ц – К (8.2)
где ρ б – плотность бетона в сухом состоянии, кг/м3;
Ц, К – расходы соответственно цемента и крупного заполнителя,кг.
Расход воды определяется с учетом поправок на расход пористого заполнителя, цемента, на водопотребность песка:
В= В0 + В1 + В2 + В3 (8.3)
где В0 – начальный расход воды по таблице 7.6, л;
В1 – поправка на водопотребность песка при применении песков с отличной от средней водопотребностью 7 %. Водопотребность песка определяют в соответствии с приложением 7;
В2 – поправка к расходу воды при расходах цемента более 450 кг/м3, л;
В3 – поправка к расходу воды при объемной концентрации крупного
заполнителя, отличной от оптимальной 0,37, л.
При этом В1 определяется по формуле;
В1=(0,2 П (Вп - 7))/ ρ п (8.4)
где П – расход песка,кг;
ρ п – плотность зерен песка в цементном тесте, кг/л;
Вп – водопотребность песка, %.
Поправку В2 определяют по формуле:
В2=0.15 (Ц-450) (8.5)
где Ц – расход цемента, кг.
Поправку В3 определяют по формуле:
В3=2000 (φ-0,37)2 (8.6)
где φ – объемная концентрация крупного заполнителя.
После определения расхода материалов на 1 м3 бетонной смеси рассчитываются расходы материалов для составов с расходом цемента на 10-20 % отличающемся в большую и меньшую сторону от принятого. Затем рассчитывается расход материалов на три опытных замеса объемом 2,2 л каждый (см. методику расчета в лабораторной работе № 7).
Приготовление опытных замесов, испытание опытных образцов и обработка результатов аналогична приведенным, в пунктах лабораторной работы № 7.
Осн. литература: 3[293 – 307]
Доп. литература: 5[224 – 286]
Контрольные вопросы:
1 Как определяется влияние вида и зернового состава заполнителя на водопотребность бетонной смеси?
2 Как определяется влияние вида и зернового состава заполнителя на плотность и прочность бетона?
