Методы испытаний 7 страница

По заданию марка бетона по морозостойкости F 200, следовательно элементная норма расхода цемента из учета обеспечения морозостойкости Ц _э² = 370 кг. Из определённых элементных норм окончательной считается наибольшая, то есть Ц _э¹ = 403 кг. С этой нормой сравнивается расчётный расход цемента Ц _р = 446 кг. Если он не превышает базовую элементную норму, то можно для дальнейших действий принять расчётный расход цемента.

Если же расчетный расход цемента выше базовой элементной нормы (в данном случае 446 > 403),то необходимо предусмотреть одно или несколько мероприятий по снижению расчетного расхода цемента:

− повысить марку цемента в пределах рекомендаций (таблица 44) для бетона данного класса по прочности при сжатии;

Таблица 44 - Рекомендуемые марки цементов для бетона

Класс (марка) тяжелого бетона по прочности	Рекомендуемые и допускаемые марки цемента для тяжелого бетона при твердении в условиях
естественных	ТВО при отпускной прочности, % проектной
рекомендуемые	допускаемые	70 и менее	80 и более
рекомендуемые	допускаемые	рекомендуемые	допускаемые
В 7,5 (М 100)		–		–	–	–
В 10 (М 150)
В 12,5(М150)						300, 500
В 15 (М 200)		300, 500		300, 500		300, 500
В 20 (М 250)		300,500		300,500		300, 500
В 22,5(М 300)
В 25 (М 350)
В 30 (М 400)		400, 550		400, 550		400, 550
В 35 (М 450)
В 40 (М 500)						–
В 45 (М 600)		–		–	–	–

− ввести в состав бетонной смеси пластифицирующую добавку в количестве до 0,2 % на сухое вещество от массы цемента, что позволяет уменьшить количество воды затворения на 10…15 % при неизменной удобоукладываемости бетонной смеси; так как расход цемента рассчитывался как произведение Ц/В на В, то снижение количества воды затворения (В) уменьшит расход цемента без снижения прочности бетона;

− ввести в состав бетонной смеси добавку суперпластификатор типа С-3, её дозировка 0,5 % от массы цемента позволяет снизить количество воды затворения на 15 %, дозировка 0,75 % – на 20 %, дозировка 1,0 % – на 25 % без изменения удобоукладываемости бетонной смеси;

− использовать тонкодисперсную золу-унос тепловых электростанций, отвечающую требованиям ГОСТ 25818, для замены части цемента; при использовании портландцемента золой может быть заменено до 30 % цемента, а для бетона на шлакопортландцементе равнопрочность обеспечивается при замене до 20 % цемента;

− ввести в состав бетонной смеси 6…10 % добавки микрокремнезёма, что снижает расход цемента до 25 % при повышении водопотребности смеси на 8…10 л на 1 м³ бетонной смеси без снижения прочности бетона.

Для обеспечения марки бетона по морозостойкости F 200 принимаем использование добавки ЩСПК в количестве 0,2 % от массы цемента, что позволяет уменьшить количество воды затворения на 10 %. Тогда откорректированный расход воды составит:

В о = 201^. 0,9 = 181л.

Отсюда откорректированный расход цемента:

Ц о = 181^. 2,219 = 401 кг.

5 Расход сухой добавки ЩСПК: Д = 401^. 0,002 = 0,8 кг.

Обычно при приготовлении бетонной смеси для равномерного распределения небольших порций добавок их используют в виде водных растворов рабочей концентрации, которые смешивают с водой затворения. Расход раствора добавки рабочей концентрации (А) в л на 1 м³ бетонной смеси:

А = ЦС/КПл, (33)

где Ц – расход цемента, кг на 1 м³ бетонной смеси; С – дозировка добавки, % от массы цемента; К – концентрация рабочего раствора добавки, принимаем 2 %; Пл – плотность рабочего раствора добавки, кг/л (таблица 45).

Таблица 45 − Дозировки добавок и плотности их водных растворов при 20 ^оС

Добавка, (% от массы цемента)	Плотность кг/л растворов добавок при концентрации
1%	2%	3%	4%	5%
С-3 (0,3…0,8)	1,007	1,010	1,013	1,017	1,020
ЛСТМ-2 (0,15…0,25)	1,006	1,008	1,012	1,016	1,021
ЛСТ (0,15…0,25)	1,004	1,009	1,013	1,017	1,021
ЩСПК (0,20…0,35)	1,003	1,006	1,015	1,024	1,031
СНВ (0,01…0,02)	1,003	1,005	1,009	1,012	1,015

А = 401^. 0,2/2^. 1,006 = 39,9 л.

Количество воды, которое вводится с раствором добавки рабочей концентрации: В _д = А^. Пл(1 - 0,01К) = 39,9^. 1,006(1 - 0,01^. 2) = 40,1^. 0,98 = 39,3л, а количество отдельно дозируемой воды В _н = В _о – В _д = 181 – 39,3 = 141,7 л

6 Определение абсолютного объёма заполнителей

Так как ввели воздухововлекающую добавку, которая обеспечивает наличие в бетонной смеси 4 % по объёму (40 л), равномерно распределённых пузырьков воздуха, то объём бетонной смеси будет 1000 л – 40 л = 960 л):

V _з = 960 – Ц/ –В/ = 960 – 401/3,0 – 181/1,0 = 645 л. (34)

7 Определение доли песка в смеси заполнителей

Долю песка в смеси заполнителей по абсолютному объёму (r) выбираем в зависимости от расхода цемента и наибольшей крупности щебня по таблице 46.

Таблица 46 − Доля песка в смеси заполнителей r

Расход цемента, кг на 1 м3 бетона	Величина r при наибольшей крупности щебня, мм
	0,45	0,42	0,39
	0,42	0,39	0,36
	0,39	0,36	0,33
	0,36	0,33	0,30
	0,33	0,30	0,27

Примечания:

1 Таблица составлена для песка с МК = 2, при увеличении (уменьшении) МК на 0,5 доля песка увеличивается (уменьшается) на 0,03.

2 При использовании гравия доля песка уменьшается на 0,05.

3 Для жестких бетонных смесей Ж > 20 с доля песка уменьшается на 0,04, при подвижных бетонных смесях с ОК не менее 10 см доля песка увеличивается на 0,04.

По заданию наибольшая крупность щебня 20 мм, а расход цемента составляет 401 кг, следовательно, величина r по таблице 40 находится в пределах 0,36…0,33 и по линейной интерполяции r = 0,36, а с учетом примечания «а» так как МК = 2,5, то величина r = 0,36 + 0,03 = 0,39.

8 Количество мелкого заполнителя (песка) рассчитывают по формуле:

П = V _з*^. r*^. = 645^. 0,39^. 2,65 = 667 кг, (35)

а количество крупного заполнителя (щебня):

Щ = V _з^. (1–r)^. = 645^. 0,61^. 2,60 = 1023 кг. (36)

Исходный расчетный (номинальный) состав, установленный для сухих материалов, выражают двумя способами:

а) в виде расходов материалов по массе на 1м³ уложенной и уплотнённой бетонной смеси:

цемент = 401 кг,

песок = 667 кг,

щебень = 1023 кг,

сухая добавка ЩСПК = 0,8 кг,

вода = 181 л.

б) в виде отношения по массе между цементом, песком, крупным заполнителем (принимая расход цемента за единицу) с указанием Ц/В:

Ц/Ц = П/Ц = Щ/Ц = 1:1,66:2,55 при Ц/В = 2,219.

Расчетная средняя плотность уложенной и уплотнённой бетонной смеси подсчитывается как сумма расходов всех компонентов по массе:

ρ = Ц + П + Щ + В + Д = 401 + 667 + 1023 + 181 + 0,66 = 2272,66 кг/м³. (37)

Исходный расчётный состав бетона проверяют и при необходимости корректируют в пробных лабораторных замесах. Главным условием при этом является обеспечение заданной марки бетонной смеси по консистенции, марки (класса) бетона по прочности и марки по морозостойкости.

Производственный состав определяется с учетом влажности заполнителей, которая может изменяться в зависимости от условий и длительности хранения. При этом количество влажных заполнителей увеличивается настолько, чтобы содержание сухого материала равнялось расчетному количеству, а масса вводимой в замес воды уменьшалась на величину, равную содержанию воды в заполнителях. Следовательно, Ц/В и средняя плотность бетонной смеси не изменяются.

П ₁ = П(1 + ω _п /100) = 667(1 + 4/100) = 667 + 27 = 694 кг, (38)

Щ ₁ = Щ(1 + ω _щ /100) = 1023(1 + 4/100) = 1023 + 41 = 1064 кг, (39)

В ₁ = 181 – 27 – 41 = 113 л.

Производственный состав 1 м³ бетонной смеси на влажных заполнителях:

Цемент = 401 кг

Песок = 694 кг

Щебень = 1064 кг

Раствор добавки ЩСПК = 39,3 л

Вода = 73,7 л.

Средняя плотность бетонной смеси 2272,66 кг/м³.

Так как объём бетоносмесителя чаще всего таков, что выход готовой бетонной смеси не равен 1 м³, то для определения дозировки материалов на один замес необходимо производственный состав бетонной смеси пересчитать в соответствии с вместимостью бетоносмесителя. В новых моделях бетоносмесителей вместимость их барабана указывается в литрах готовой бетонной смеси V_зам, например 330, 800, 1600 л. В старых моделях вместимость бетоносмесителя указывается по суммарному объёму загружаемых сухих компонентов – заполнителе1 и цемента, например 250, 500, 1200, 2400 л.

При использовании новых моделей бетоносмесителей для составления дозировки материалов на замес необходимо количество каждого компонента из производственного состава (на 1000 л) пропорционально пересчитать на объём готового замеса, например на 800 или 1600 л.

Если используются старые модели бетоносмесителей, то следует определить первоначально коэффициент выхода бетонной смеси для номинального состава при сухих заполнителях:

0,71. (40)

Зная , определяется объём бетонной смеси, изготовляемой за один замес бетоносмесителя. При вместимости бетоносмесителя по загрузке 500 л он будет равен: 0,500^. 0,71 = 0,355 м³. Умножим массу каждого компонента производственного состава на объём одного замеса, получим дозировку материалов на один замес бетоносмесителя:

Цемент = 401^. 0,355 = 142 кг,

Песок = 694^. 0,355 = 246 кг,

Щебень = 1064 ^. 0,355 = 338 кг,

Раствор ЩСПК = 39,3 ^. 0,355 = 13,9 л,

Вода = 73,7^. 0,355 = 26,2 л.

Выводы по работе

По окончании расчёта состава тяжелого бетона следует сделать вывод о необходимости экспериментальной проверки и возможной корректировке расчётного номинального состава сначала в лаборатории, а затем и в производственных условиях. Лишь после установления соответствия характеристик полученной бетонной смеси и самого бетона требованиям проектного задания можно сделать вывод о правильности выполненного подбора и расчёта состава бетона.

Контрольные вопросы

1 Какова цель расчёта состава бетона?

1 Установить расходы материалов, необходимые для приготовления 1 м3 бетонной смеси.

2 Определить плотность бетона.

3 Установить расходы материалов, обеспечивающие максимальную плотность и прочность бетона.

4 Установить экономически оптимальные расходы компонентов, обеспечивающие получение заданных свойств бетонной смеси и бетона.

2 От каких факторов зависит марочная прочность бетона?

1 От условий уплотнения бетонной смеси и твердения бетона.

2 От качества заполнителей, марки цемента и водоцементного отношения.

3 От марки цемента и марки щебня по прочности.

4 От расхода цемента и удобоукладываемости бетонной смеси.

3 От чего зависит выбор количества воды затворения при расчёте состава бетона?

1 От марки цемента и водоцементного отношения.

2 От требуемых показателей удобоукладываемости бетонной смеси, водопотребности заполнителей и вяжущего.

3 От водопотребности заполнителей.

4 От расхода цемента и требуемой проектной прочности бетона.

4 Как определить расчетом среднюю плотность бетонной смеси?

1 Рассчитать среднее арифметическое значение насыпных плотностей цемента, песка, щебня без учета плотности воды.

2 Суммировать рассчитанные на 1 м³ бетона расходы исходных компонентов.

3 Рассчитать среднее арифметическое значение насыпных плотностей цемента, песка, щебня и плотности воды.

4 Суммировать значения средних плотностей исходных компонентов.

5 Чем отличается производственный состав от расчётного?

1 Тем, что расход материалов пересчитан на один замес в бетоносмесителе известной вместимости.

2 Тем, что расход заполнителей определён с учётом их влажности при уменьшении В/Ц.

3 Тем, что расход заполнителей определён с учётом их влажности и с соответствующим уменьшением расхода воды при неизменной величине В/Ц.

4 Тем, что объем замеса бетоносмесителя сильно отличается от суммарного объема компонентов бетонной смеси.

6 Каковы истинные предпосылки для определения расхода заполнителей по методу абсолютных объёмов?

1 Сумма абсолютных объёмов компонентов бетонной смеси должна быть равна 1 м³, а объём растворной части должен быть точно равен объёму межзерновых пустот в крупном заполнителе.

2 Сумма абсолютных объёмов компонентов бетонной смеси должна быть равна 1 м³, а цемента, песка и воды взято столько, чтобы заполнить пустоты в крупном заполнителе с некоторой раздвижкой его зёрен.

3 Сумма абсолютных объёмов заполнителей должна быть равна 1000 л, а вяжущего и воды взято столько, чтобы заполнить оставшиеся пустоты в смеси заполнителей.

4 Сумма абсолютных объёмов компонентов бетонной смеси должна быть равна объему бетоносмесителя.

7 От чего зависит величина раздвижки зёрен крупного заполнителя?

1 От насыпной плотности крупного заполнителя.

2 От объёма цементного теста и крупности песка.

3 От расхода крупного заполнителя.

4 От пустотности крупного заполнителя.

8 Чему равен коэффициент выхода бетонной смеси?

1 Отношению массы полученной смеси к сумме масс исходных компонентов.

2 Отношению суммы объёмов сухих компонентов в рыхло-насыпном состоянии к объёму полученной бетонной смеси.

3 Отношению объёма полученной смеси к сумме объёмов сухих компонентов в рыхло-насыпном состоянии.

4 Отношению расчётного объёма бетонной смеси к объёму бетоносмесителя.

9 Как проверить правильность выполненного расчёта состава бетона?

1 Путём сравнения показателей средней плотности бетонной смеси в расчётном и производственном составе.

2 Путём пробного лабораторного замеса с изготовлением и испытанием образцов для контроля прочности бетона.

3 Путем сравнения объемов замеса и объема бетоносмесителя.

4 Путём пробного замеса с проверкой удобоукладываемости бетонной смеси, с изготовлением и испытанием контрольных образцов для контроля прочности бетона.

10 Как назначаются показатели подвижности и жесткости бетонной смеси?

1 В зависимости от вида и наибольшей крупности крупного заполнителя,

2 В зависимости от марки бетона и назначения проектируемой конструкции.

3 В зависимости от типа ЖБК.

4 В зависимости от способа уплотнения бетонной смеси, размеров сечения и густоты армирования проектируемой конструкции.

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ДЛЯ РАСЧЕТА

Вари- ант	Назначение бетона	Бетон	Цемент*
Rтр МПа	Rо	Vn, %	F, циклы	W	Консистенция	Вид	Rц, МПа
	Монолитные тонкостенные конструкции		–		–		П3	ПЦ
	Плиты ж/б армированные		0,7 Rтр		–	–	П1	ПЦ
	Фундаментные блоки		–			–	П1	ПЦ
	Бетон для лестничных маршей		0,7 Rтр		–	–	П1	ПЦ
	Сборные ЖБК		0,7 Rтр		–	–	Ж4	ПЦ
	Бетонные плиты промзданий		0,7 Rтр		–	–	П1	ШПЦ
	Бетон для плит в градирнях		1,0 Rтр				П2	ПЦ
	Железобетонные колонны		0,7 Rтр		–	–	П1	ШПЦ
	Дорожные ж/б плиты		1,0 Rтр				П2	ПЦ
	Железобетонные сваи		1,0 Rтр			–	П1	ПЦ
	Панели перекрытий		0,7 Rтр		–	–	Ж2	ШПЦ

* значения плотности принять: для ПЦ истинная – 3,1 г/см³, насыпная – 1,3 г/см³; для ШПЦ истинная – 2,9 г/см³, насыпная – 0,9 г/см³.

Таблица 47

СОСТАВА БЕТОНА

Песок	Крупный заполнитель
,	,	Мк	Вп, %	, %	Вид (горная порода)	,	,	НК, мм	, %
2,7	1,6	2,2		4,0	Щебень (диорит)	2,60	1,60		3,0
2,5	1,6	2,5		3,2	Щебень (гранит)	2,65	1,41		1,5
2,5	1,5	2,0		5,0	Гравий	2,53	1,62		1,0
2,6	1,7	2,2		3,5	Щебень (диорит)	2,65	1,45		2,0
2,6	1,6	2,4		2,0	Щебень (гранит)	2,64	1,49		1,7
2,4	1,5	2,4		3,2	Щебень (габбро)	2,45	1,42		2,3
2,6	1,6	2,6		4,2	Щебень (диорит)	2,55	1,67		2,0
2,5	1,7	2,7		3,8	Щебень (гранит)	2,64	1,43		1,5
2,6	1,6	2,9		4,0	Щебень (габбро)	2,50	1,62		2,2
2,6	1,5	2,3		4,2	Гравий	2,52	1,60		3,0
2,6	1,5	2,4		3,5	Щебень (гранит)	2,55	1,58		3,0

Лабораторная работа № 12

СВОЙСТВА БЕТОННОЙ СМЕСИ И КОРРЕКТИРОВКА СОСТАВА

Общие сведения

Бетонной смесью называется рационально составленная, однородно перемешанная, пластичная при формовании смесь компонентов бетона до начала схватывания и твердения входящего в ее состав вяжущего.

Рационально составленная – значит, что подобраны заполнители непрерывной гранулометрии, обеспечивающие плотную упаковку зерен, а вяжущего и воды взято столько, чтобы тесто заполнило межзерновые пустоты и обволокло тонкой пленкой каждое зерно.

Однородно-перемешанная –смесь во всех участках своего объема имеет одинаковый состав, структуру, строение и свойства, которые должны сохраняться при транспортировке и укладке бетонной смеси в форму.

Пластичная при формовании – значит, что смесь способна растекаться при заданном способе формования, заполняя форму, сохраняя однородность и приобретая сплошность.

Смесь компонентов бетона – компоненты бетона находятся в различных агрегатных состояниях, а твердая фаза имеет размеры от 0,001 мм (вяжущее вещество) до 70 мм (заполнитель).

Иными словами, бетонная смесь представляет собой специфическую тонко-грубую дисперсную систему, в составе которой имеется ряд других дисперсных систем. Причем в разных системах одно и то же вещество может быть как дисперсной фазой, так и дисперсионной средой (рисунок 33).

Цементное тесто представляет собой истинно дисперсную систему, в которой зерна цемента окружены гидратными слоями и связаны друг с другом молекулярными силами, образуя пространственную структуру. Такая структура устойчива и удерживает в определенном положении зерна песка и крупного заполнителя, а также обладает смазочным эффектом, облегчая скольжение твердых частиц.

Дисперсная система	=	дисперсная фаза	+	дисперсионная среда
Цементное тесто	=	цемент	+	вода
Цементно- песчаная растворная смесь (ЦПРС)	=	песок	+	цементное тесто
Бетонная смесь	=	щебень	+	ЦПРС

Рисунок 33 – Бетонная смесь как дисперсная система

Свойства бетонной смеси подчиняются законам реологии, предметом которой является установление взаимосвязи между силами, действующими на реальное тело и вызванными ими деформациями.

С реологией тесно связана тиксотропия – способность тела разжижаться при механических воздействиях и самопроизвольно восстанавливать структуру (загустевать) после их прекращения.

Строение и свойства бетона зависят от удобоукладываемости (формуемости)бетонной смеси, которая оценивается способностью ее, растекаясь, плотно заполнять форму с наименьшими энергетическими затратами при выбранном способе уплотнения без расслаивания. Формуемость определяет плотность и влияет на прочность, проницаемость, истираемость и другие свойства бетона. Удобоукладываемость бетонной смеси оценивается по консистенции, которая характеризуется подвижностью и жесткостью.

Подвижность – способность бетонной смеси растекаться под действием сил тяжести и оценивается по величине осадки отформованного бетонного конуса (ОК). Подвижность является статической характеристикой структурной прочности бетонной смеси.

Жесткость – способность бетонной смеси сопротивляться растеканию при воздействии вибрации. Определяется на вискозиметре по времени (Ж) в секундах. Жесткость является показателем динамической вязкости бетонной смеси при разрушении структуры смеси.

Подвижность и жесткость связаны обратно-пропорциональной зависимостью, и по их показателям назначается марка бетонной смеси по удобоукладываемости (таблица 48).

Таблица 48 – Марки бетонной смеси по удобоукладываемости

Марка	Ж, с	Марка	Ж, с	OK, см	Расплыв, см
СЖ-3	>100	Ж-1	5–10	–	–
СЖ-2	51…100	П-1	<5	1…4	–
СЖ-1	<50	П-2	–	5…9	–
Ж-4	31…60	П-3	–	10…15	–
Ж-3	21…30	П-4	–	16…20	26…30
Ж-2	11…20	П-5	–	>21	>31

Удобоукладываемость или консистенция бетонной смеси устанавливается на стадии проектирования состава бетона в зависимости от вида и размеров конструкции, густоты армирования, способа укладки и уплотнения бетонной смеси. Наиболее экономичными являются жесткие смеси за счет меньшего расхода цемента. Консистенция зависит от многих факторов, из которых следует выделить нормальную густоту цементного теста и его объем, количество воды затворения, суммарную поверхность заполнителей, форму зерен и чистоту поверхности. Введение пластифицирующих добавок увеличивает консистенцию бетонной смеси.