3237

		Таблица 5
Марки по дробимости щебня из осадочных и метаморфических пород
Марки по дробимости щебня	Потеря массы при испытании щебня, %
из осадочных и метаморфических пород	в сухом состоянии	в насыщенном водой
		состоянии
1200	0 ÷ 11	0 ÷ 11
1000	11 ÷ 13	11 ÷ 13
800	13 ÷ 15	13 ÷ 15
600	15 ÷ 19	15 ÷ 20
400	19 ÷ 24	20 ÷ 28
300	24 ÷ 28	28 ÷ 38
200	28 ÷ 35	38 ÷ 54

Марка по дробимости щебня из изверженных пород			Таблица 6
	Потерямассыприиспытаниищебня,%
Марка по дробимости щебня
из изверженных пород	из интрузивных пород	из эффузивных пород
1400	0 ÷ 12	0	÷ 9
1200	12 ÷ 16	9 ÷ 11
1000	16 ÷ 20	11	÷ 13
800	20 ÷ 25	13	÷ 15
600	25 ÷ 34	15	÷ 20

Содержание зерен слабых пород в щебне в зависимости от марки по дробимости не должно быть более указанного в табл. 7.

Таблица 7

Содержание зерен слабых пород в щебне в зависимости от марки по дробимости

Марка по дробимости щебня	Содержание зерен слабых пород, %
1400, 1200, 1000	5
800, 600, 400	10
300	15

Испытание пористого крупного заполнителя для легкого бетона (керамзитового гравия)

Определение насыпной плотности. Выбор крупных пористых заполнителей по насыпной плотности производят в зависимости от их назначения и требований к прочности и плотности бетона, вида и свойств применяемого мелкого заполнителя, формы крупного заполнителя (гравий, щебень) с учетом требований табл. 8.

Насыпную плотность заполнителя определяют путем взвешивания определенного объема гравия в мерном цилиндре. В зависимости от крупности гравия размер цилиндра принимают по табл. 9.

Для определения марки заполнителя по насыпной плотности сначала взвешивают пустой цилиндр, а затем с гравием, насыпанным с высоты 10 см над верхним краем цилиндра. Рссчитывают насыпную плотность по формуле, кг/м3:

ρнас = (m2 – m1)/V,

где m1 – масса мерного цилиндра кг;

m2 – масса цилиндра с заполнителем, кг; V – объем мерного цилиндра, м3.

31

Таблица 8

Насыпная плотность крупных пористых гравиеподобных заполнителей для конструкционных бетонов классов В3,5 – В7,5

			Максимальная марка крупного заполнителя по насыпной плотности
	Класс			(в зависимости от вида песка)
		Марка	Песок,	Песок	Песок вспу-
	бетона				ченный
		бетона		природный		Без песка
	по		дробленный		перлитовый
	прочности	по средней	из гравия	пористый	марок 200,	(поризо-	Песок
	на сжатие	плотности	или золы	или грану-	250 по	ванный	плотный
				лированный		бетон)
			ТЭС	шлак	насыпной
					плотности
		D700	–	–	400	350	–
	В3,5	D800	350	–	500	450	–
		D900	500	350	550	550	300
		D1000	600	550	600	600	500
		D1100	–	600	–	–	600
		D800	300	–	400	350	–
	В5	D900	450	300	500	500	–
		D1000	550	500	600	600	450
		D1100	600	600	–	–	550
		D1200	–	–	–	–	600
		D800	–	–	350	–	–
		D900	400	–	450	400	–
	В7,5	D1000	500	350	550	500	–
		D1100	550	500	600	600	450
		D1200	600	600	–	–	550
		D1300	–	–	–	–	600

Примечание. Данная таблица относится к бетонам, приготовленным с воздухововлекающими добавками, кроме поризованного. При приготовлении бетонных смесей без воздухововлекающих добавок значения насыпной плотности крупного пористого заполнителя уменьшаются для бетонов на песке того же вида изоле ТЭС на 100 кг/м3, для бетонов на вспученном перлитовом песке – на 50 кг/м3.

Таблица 9

Ёмкость мерного цилиндра в зависимости от крупности заполнителя

Наибольшая крупность зерен заполнителя, мм	Объем мерного цилиндра, л
5 и менее	1,0
10	2,0
20	5,0
40	10,0

Определениеобъемамежзерновыхпустотипористостизерензаполнителя. Объем межзерновых пустот определяют расчетом по данным о насыпной и средней плотности

зерен заполнителя.

Объем межзерновых пустот в крупном заполнителе (Vмк.п )и в песке (Vмп.п ) в процентах по объему вычисляют соответственно по формулам:

	ρ
Vмк.п = 1−	н			100;
	1000ρк
		32

	ρ
Vмп.п = 1−	н		100,
	1000ρп

где ρн – насыпная плотность заполнителя в сухом состоянии, кг/м3; ρк, ρп – средняя плотность зерен крупного заполнителя и песка, г/см3.

Определение водопоглощение крупного заполнителя. Метод основан на определении разности массы навески до и после насыщения ее водой.

Пробу крупного заполнителя испытываемой фракции объемом 2, 3 или 5 л (в зависимости от крупности заполнителя) высушивают до постоянной массы и отсеивают частицы мельче 5 мм на сите с отверстиями диаметром 5 мм в течение 2–3 мин, после чего пробу делят пополам на две части и взвешивают каждую навеску.

Навеску заполнителя укладывают в контейнер, закрывают крышкой, медленно погружают в воду и встряхивают для удаления пузырьков воздуха из заполнителя. Контейнер выдерживают в воде в течение 1 ч, после чего вынимают, подвешивают и дают избыточной воде стечь в течение 10 мин. Далее пробу заполнителя вынимают из контейнера и немедленно взвешивают на технических весах.

Водопоглощение крупного заполнителя за 1 ч (W'погл) в процентах по массе вычисляют по формуле:

m − m

Wпогл′ = 2m1 1 100,

где т1 – масса сухой пробы заполнителя, г; т2 – масса пробы заполнителя, насыщенного водой, г.

За результат испытания принимают среднее арифметическое значение результатов двух параллельных определений.

Водопоглощение крупного заполнителя (Wпогл) в процентах по объему вычисляют на основании предварительно установленного значения средней плотности зерен крупного заполнителя по формуле:

W	= W′ ρк	,
погл	погл ρв

где ρк – средняя плотность зерен крупного заполнителя, г/см3; ρв – плотность воды, равная 1 г/см3;

W'погл – водопоглощение крупного заполнителя за 1 ч, %.

Определение прочности заполнителя сдавливанием в цилиндре. Прочность заполнителей при сдавливании в цилиндре (рис. 3) определяют по нагрузке, соответствующей погружению плунжера на 20 мм в слой испытываемой пробы заполнителя. Прочность определяют для фракций крупного заполнителя размерами 5–10, 10–20 и 20–40 мм и для перлитового песка фракции 1,25–2,5 мм.

Пробу заполнителя испытываемой фракции объемом 6 л, на которой определялась ее насыпная плотность, высушивают до постоянной массы в сушильном электрошкафу.

Из высушенной пробы отвешивают навеску, равную по объему 2 л, и совком насыпают ее с высоты 100 мм в стальной цилиндр с поддоном так, чтобы после разравнивания металлической линейкой верхний уровень заполнителя доходил до верхнего края цилиндра (песок насыпают в цилиндр через воронку). Затем на цилиндр

33

надевают приставку и в нее вставляют плунжер. При этом нижняя риска на плунжере должна совпадать с верхним краем приставки.

Остаток заполнителя, не вошедший в цилиндр, взвешивают и по разности масс взятой навески и этого остатка определяют массу заполнителя в цилиндре. Деля полученную массу заполнителя на его объем в цилиндре (1770 см3), определяют насыпную плотность заполнителя в цилиндре.

После совпадения насыпной плотности заполнителя в цилиндре с насыпной плотностью заполнителя (в пределах допустимого разброса), проводят испытание заполнителя на прочность. Для этого цилиндр с плунжером помещают на подушку гидравлического пресса, сдавливают заполнитель до погружения плунжера на 20 мм (до верхней риски) и отмечают показание стрелки манометра в этот момент. Вдавливание плунжерадолжнопроизводитьсябезперекосасоскоростью0,5–1,0 мм/с.

Прочность при сдавливании заполнителя в цилиндре (Rсд) в МПа (кгс/см2) вычисляют по формуле:

P Rсд = F ,

где Р – нагрузка при сдавливании заполнителя, соответствующая погружению плунжера до верхней риски, Н (кгс);

F – площадь поперечного сечения цилиндра, равная 0,0177 м2 (177 см2).

Прочность заполнителя отдельной фракции при сдавливании в цилиндре вычисляют как среднее арифметическое значение результатов двух параллельных определений для каждой фракции заполнителя.

Контрольные вопросы

1.Перечислите технические требования к мелкому заполнителю.

2.Дайте определение материалам «щебень», «гравий».

3.Значение зернового состава заполнителя при получении бетона.

4.Как рассчитать модуль крупности мелкого заполнителя?

5.Как определить марку щебня, гравия?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВА ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА

Цель работы: студент должен приобрести

навыки:

•изготовления бетонной смеси в лабораторных условиях;

•изготовления и испытания контрольных образцов;

умения:

•проектировать состав тяжелого бетона с заданными свойствами.

Используемое оборудование: вибрационная площадка; весы электронные лабораторные; металлическая форма 20х20х20 см; стандартный конус для определения осадки бетонной смеси.

Материалы:

1.Цемент ПЦ 400 Д 20 – 1000 г.

2.Песок речной кварцевый – 3000 г.

3.Щебень карбонатный – 6000 г.

34

Теоретические сведения

В данной работе предусмотрено изучение свойств и подбор состава тяжелого бетона, одного из наиболее распространенных видов бетонов. Бетоны тяжелые (ГОСТ 26633) предназначены для изготовления бетонных и железобетонных сборных и монолитных изделий и конструкций для жилищно-гражданского строительства, дорожных и аэродромных покрытий, мостовых конструкций, гидротехнических сооружений, шпал, труб, опор ЛЭП.

При проектировании бетонных и железобетонных конструкций назначают требуемые характеристики бетона – марки морозостойкости и водонепроницаемости. При проектировании конструкций прочность бетона на сжатие характеризуется классами. Класс бетона определяется величиной гарантированной прочности на сжатие с обеспеченностью 0,95. Это значит, что установленное классом свойство обеспечивается не менее чем в 95 случаях из 100 и лишь в пяти случаях можно ожидать его невыполненным. Бетоны подразделяют на классы: В1; В1,5; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5;

В10; В12,5; В15; В25; В30; В35; В40; В50; В55; В60.

На производстве контролируют среднюю прочность (марку) бетона. Между классом бетона и его средней прочностью имеется зависимость:

В = Rср(1 – tv),

где В – класс бетона по прочности, МПа;

Rср – средняя прочность, которую следует обеспечить при производстве конструкций, МПа;

t – коэффициент, характеризующий принятую при проектировании обеспеченность класса бетона;

v – коэффициент вариации прочности бетона.

Для перехода от класса бетона В к средней прочности бетона (МПа), контролируемой на производстве для образцов 15х15х15 см (при нормативном коэффициенте вариации 13,5 % и t = 0,95) следует применять формулу:

Rбср = В / 0,778.

Например, для класса В5 получим среднюю прочность Rбср = 6,43 МПа, а для класса В40 Rбср = 51,4 МПа.

Среднюю прочность тяжелого бетона определяют путем испытания образцов, которые изготавливают сериями. Поскольку образцы могут быть разной формы и размера, показатели прочности приводят к кубиковой прочности базового образца размером 15х15х15 см умножением на масштабный коэффициент. Для кубов с длиной ребра 10 см коэффициент равен 0,95; для 20 см – 1,05. Размер куба должен быть примерно в три раза больше наибольшей крупности зерен заполнителя.

Встроительстве используют следующие марки тяжелого бетона по прочности на сжатие: М50, М75; М100; М150; М200; М250; М300; М350; М400; М450; М500; М600;

М700; М800. На производстве необходимо обеспечить среднюю прочность бетона. Превышение допускается не более чем на 15 %, так как это ведет к перерасходу цемента.

За прочность бетона на сжатие принимают сопротивление осевому сжатию (кгс/см2) контрольных образцов.

Соотношение марок и классов бетона представлено в табл. 1.

Внастоящее время существует несколько методов проектирования состава бетона, поэтому необходимо выбирать тот метод, который при принятой технологии

35

производства обеспечивает получение наиболее достоверного состава и оптимальной структуры бетона.

Таблица 1

Соотношение марок и классов бетона

При выборе цемента учитывают требования, предъявляемые к бетону, условия его эксплуатации, рекомендации нормативных документов (ГОСТ, СНиП). Марка цемента (ГОСТ 10178) должна быть выше проектной марки бетона, определяемой по пределу прочности при сжатии (табл. 2).

Крупный заполнитель для тяжелого бетона должен удовлетворять требованиям ГОСТ 10268, 8267, 8268, 10260. Наибольшее влияние на технологические свойства бетонной смеси и строительно-технические свойства бетона оказывают гранулометрический состав, марка по прочности, содержание пылевидных и глинистых частиц и

36

глины в комках. При расчете состава бетона марка по прочности принимается по табл. 3. Крупность заполнителей и марка конструкций дана в табл. 4.

Содержание пылевидных и глинистых частиц (ПГ) в крупном заполнителе для бетонов классоввышеВ20 недолжнопревышать2 %, адлябетоновклассовнижеВ20 – 3 %.

				Таблица 2
	Выбор марки цемента в зависимости от класса (марки) бетона
	Марка бетона /	Марка цемента	Марка бетона /	Марка цемента
	класс бетона		класс бетона
				500
	100 / 7,5	300	300 / 25
	150 / 10	300,400	400 /30	500, 600
	200 / 15	300, 400	500 / 40	550, 600
	250 /20	300, 400	700 / 50	550, 600

	Минимальная марка крупного заполнителя по прочности								Таблица 3
					Класс бетона
Породы
		В12,5	В15	В20	В25	В30	В35	В40		В45
Изверженные		800	800	800	800	800	1000	1000		1200
Метаморфические		600	600	600	600	800	1000	1000		1200
Осадочные		300	300	400	600	800	1000	1000		1200
Показатель		Др 16	Др 16	Др 16	Др 12	Др 12	Др 8	Др 8		Др 8
дробимости

Мелкий заполнитель – песок для строительных работ – должен удовлетворять требованиям ГОСТ 10268, 8736. Наибольшее влияние на технологические свойства бетонной смеси и строительно-технические свойства бетона оказывает гранулометрический состав (модуль крупности песка), содержание пылевидных и глинистых частиц (ПГ), водопотребность. Пески с модулем крупности 1,5–2 повышают расход цемента до 5 %, а с модулем крупности менее 1,5 – до 12 %. При содержании в песке ПГ свыше 3 % расход цемента возрастает на 5 % и более.

В данном разделе лабораторной работы требуется подобрать состав тяжелого бетона заданного класса (марки) расчетным способом для определенного вида конструкции (табл. 4).

Определение состава бетона расчетно-экспериментальным способом

Для этого предварительно в лаборатории проводят испытания заполнителей с целью определения показателей их свойств, которые необходимы для расчета состава бетона. Исходные данные по заполнителям включают: плотность зерен цемента, песка и щебня, насыпную плотность и пустотность щебня.

Расчетно-экспериментальный способ предусматривает определение предварительного состава бетона расчетом с последующей корректировкой состава в пробных замесах испытанием контрольных образцов.

37

							Таблица 4
Рекомендуемая крупность заполнителей в зависимости от марки бетона
						Наибольшая
Вид конструкции						крупность	Марка бетона
				заполнителя, мм
Шпалы						10	500
Опоры контактной сети и ЛЭП						20	400
Блокипролетногостроениямостов						20	500
Плиты покрытий						20	300, 400, 500
Фермы, балки покрытий						20	300, 400, 500
Колонны						20	200, 300, 400
Панели внутренних стен жилых домов						20	150, 200
Панели перекрытий жилых домов						20	200
Трубы						10	400, 500
Стеновые панели						20	400
Тюбинги						10	400, 500
Элементы подпорных стенок						40	300
Плиты для дорожных покрытий						20	300
Плиты для креплений откосов земляного полотна						20	150
Опоры мостов						80	300
Порядок расчета состава бетона следующий.
1. Определяют В/Ц по формулам:
а) для обычного бетона (В/Ц > 0,4)
В/Ц =			АRц			;
		R	+ А 0,5R
		б	1			ц
б) для высокопрочного бетона (В/Ц < 0,4)
В/Ц =			А1Rц			,
	R		− А 0,5R
		б			ц

где Rб – марка бетона по прочности при сжатии; Rц – активность цемента, кгс/см2 (МПа), табл. 2;

А и А1 – эмпирические коэффициенты, учитывающие влияние заполнителей на прочность бетона, табл. 6.

Рекомендуемая удобоукладываемость бетонной смеси для изготовления монолитных конструкций представлена в табл. 5. Значения коэффициентов А и А1 даны в табл. 6.

		Таблица 5
Удобоукладываемость бетонной смеси для изготовления монолитных конструкций
Вид конструкции	Осадка конуса,	Жесткость, сек
	см
Покрытия дорог и аэродромов, подпорные стенки	1 ÷ 5	15 ÷ 30
Плиты, колонны большого и среднего сечений, арочные	5 ÷ 10	5 ÷ 15
и балочные мосты, опорные части
Тонкостенные конструкции (тонкие стенки и колонны)	10 ÷ 15	2 ÷ 5
с содержанием арматуры до 1 %
Конструкции, выполняемые методом подводного бетонирования	5 ÷ 12	5 ÷ 10
38

Значения коэффициентов А и А1		Таблица 6
Характеристика заполнителей бетона	А	А1
Высококачественные	0,65	0,43
Рядовые	0,60	0,40
Пониженного качества	0,55	0,37

2.Определяют расход воды в зависимости от вида крупного заполнителя (щебень или гравий), крупности его и от удобоукладываемости бетонной смеси по табл. 7.

3.Определяют расход цемента по формуле:

Ц = В:В/Ц.

Если расход цемента окажется меньше допускаемого по СНиП, то необходимо увеличить его до требуемой нормы. Минимальный расход цемента для получения нерасслаивающейся плотной бетонной смеси указан в табл. 8.

Таблица 7

Расход воды в зависимости от вида крупного заполнителя и удобоукладываемости бетонной смеси

	Характеристика бетонной смеси				Наибольшая крупность, мм
	Осадка конуса, см	Жесткость, сек			г р а в и я			щ е б н я
				10	20	40	10	20	40
	–	150	÷ 200	145	130	120	155	145	130
	–	90 ÷ 120		150	135	125	160	150	135
	–	60	÷ 80	160	145	130	170	160	145
	–	30	÷ 50	165	150	135	175	165	150
	–	20	÷ 30	175	160	145	185	175	160
	1	15	÷ 20	185	170	155	195	185	170
	2 ÷ 2,5		–	190	175	160	200	190	175
	3 ÷ 4		–	195	180	165	205	195	180
	5		–	200	185	170	210	200	185
	7		–	205	190	175	215	205	190
	8		–	210	195	180	220	210	195
	10 ÷ 12		–	215	200	190	225	215	200

П р и м е ч а н и я: 1) При использовании пуццолановых портландцементов расход воды надо увеличивать на 15 – 20 л/м3.

2) Если водопоглощение крупного заполнителя более 0,5 % по массе, то расход воды должен быть увеличен на величину водопоглощения заполнителя за 30 мин.

						Таблица 8
Минимальный расход цемента для получения нерасслаивающейся плотной бетонной смеси
			Предельная крупность заполнителя, мм
Вид смеси	Подвижность,	Жесткость,
	см	сек	10	20	40		70
Особо жесткая	0	>200	160	150	140		130
Жесткая	0	30÷200	180	160	150		140
Малоподвижная	1÷3	15÷25	200	180	160		150
Подвижная	4÷15	–	220	200	180		160
Литая	>15	–	250	220	200		180
		39

4. Устанавливают значение коэффициента раздвижки α . Для особо жестких бетонных смесей значение α принимают равным 1,05–1,1 (меньшее значение для мелких песков). Для других видов жестких смесей значение α принимают 1,15–1,2. В подвижных смесях величину α выбирают по табл. 9.

Таблица 9

Значение коэффициента раздвижки зерен α в зависимости от расхода цемента

Расход цемента, кг/м3		Б е т о н
	на щебне		на гравии
250	1,30		1,34
300	1,36		1,42
350	1,42		1,48
400	1,47		1,52

П р и м е ч а н и е. Значения α приведены для песка средней крупности (Мкр = 2,4 – 2,7) с водопотребностью 7 %. При использовании мелкого песка с водопотребностью более 7 % коэффициент уменьшают на 0,03 на каждый процент увеличения водопотребности песка. Если применяется крупный песок, то

коэффициент α увеличивают на 0,03			на		каждый процент уменьшения
водопотребности.
5. Находят расход крупного заполнителя:
Щ(Г) =		1000					,
		V			1
α			+
		ρщн		ρщк

где Vпщ – пустотность щебня в относительных единицах:

Vпщ = 1 – ( ρ щн / ρ щк );

ρнщ – объемная насыпная плотность щебня, кг/л;

ρкщ – плотность в куске щебня (истинная плотность щебня), кг/л.

6.Определяют расход песка:

П= 1000 − ρЦ + В+ ρЩк ρп ,ц щ

где Ц, В, Щ, П – расходы цемента, воды, щебня и песка, кг/м3; ρц, ρп – истинная плотность зерен цемента и песка, кг/л; ρкщ – плотность щебня в куске, кг/л.

Изготовление бетонной смеси и контрольных образцов

Состав бетона, полученный расчетом, проверяют опытным путем. Для этого изготовляют пробную порцию бетонной смеси объемом V3 = 7 л и проверяют её удобоукладываемость. Классификация бетонных смесей по удобоукладываемости приведена в табл. 10.

40