Лабы

Лабораторная работа 8

ПОДБОР СОСТАВА ТЯЖЕЛЫХ БЕТОНОВ

Бетон - искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания рационально подобранной и тщательно уплотненной смеси, состоящей из вяжущего, воды, заполнителей и, при необходимости, специальных добавок. Эта смесь до затвердевания называется бетонной смесью.

Качество бетона зависит от правильности выбора составляющих бетонной смеси и проектирования состава бетона. Подбор состава бетона включает следующие операции: расчет состава бетона; опытную проверку расчетного состава пробными замесами; определение формовочных свойств бетонной смеси; определение коэффициента выхода бетонной смеси; определение механических свойств бетона.

Цель работы: освоение методики расчета состава и изучение свойств бетонной смеси и бетона.

Материалы и оборудование: цемент, песок, (щебень) гравий, вода, добавки; стандартный конус для определения подвижности; секундомер; линейка; штыковка; мастерки; виброплощадка; формы для изготовления образцов; гидравлический пресс для определения прочности.

Задание 1. Расчет состава бетона

Расчет состава бетонной смеси заключается в установлении наиболее рационального соотношения между составляющими бетономатериалами (цементом, песком, щебнем или гравием, водой). Такое соотношение должно обеспечивать необходимую жесткость или подвижность смеси для принятого способа ее уплотнения, а также приобретение бетоном необходимой прочности в заданный срок при меньшем расходе цемента.

Для того чтобы произвести расчет состава бетонной смеси, необходимо иметь данные о бетоне и результаты испытания материалов, применяемых для бетона. Данные о материалах берут из паспортов завода или получают в результате испытания в

лаборатории по методике соответствующих ГОСТов.

В характеристике бетонируемой конструкции должны содержаться сведения о ее наименовании и размерах, густоте армирования, минимальном расстоянии между стержнями арматуры и способе укладки бетонной смеси и максимальная величина зерен крупного заполнителя.

41

Наиболее простым и удобным методом определения состава обычного тяжелого бетона является метод расчета по абсолютным объемам, разработанный профессором Б. Г. Скрамтаевым. Расчет и подбор бетона после испытания сырьевых материалов ведут в следующей последовательности: определяют расход воды; определяют расчетным путем В/Ц; устанавливают расход цемента на 1 м³бетона; определяют расход заполнителей.

Исходные данные.

Бетон и бетонная смесь
Марка бетона – R б = ___________кгс/см².	Подвижность – ОК =
________см.

Метод укладки бетонной смеси ____________________________________.

Материалы

Цемент

Вид применяемого цемента __________________. Активность (марка) цемента – R ц =______________кгс/см².

Истинная плотность рц =________г/см³. Насыпная плотность рнц=______г/см³.

Крупный заполнитель Вид крупного заполнителя ____________________________.

Насыпная плотность рнщ =_______г/см³. Истинная плотность рщ =_____г/см³. Объем пустот V = ____________. Наибольшая крупность _____________мм.

Мелкий заполнитель Истинная плотность рп = ______г/см³.

Модуль крупности Мк = _________.

Насыпная плотность рнп =_____г/см³.

Влажность Wп = ___________%.

1. Расход воды, л/м3, ориентировочно определяют исходя из заданной удобоукладываемости бетонной смеси по табл. 1, с учетом вида и крупности заполнителя.

42

						Таблица 1
		Водопотребность бетонной смеси
Удобоукладываемость		Расход воды, л/м3, при наибольшей крупности
бетонной смеси				заполнителя, мм
Осадка	Жесткость,		гравия			щебня
конуса,	с	10	20	40	10	20	40
ОК, см
0	120 - 90	150	135	125	160	145	135
0	80 – 60	160	145	130	170	155	145
0	50 – 30	165	150	135	175	160	150
0	15 – 30	175	160	145	185	170	155
1 - 2	-	185	170	155	195	180	165
3 – 4	-	195	180	165	205	190	175
5 – 6	-	200	185	170	210	195	180
7 – 8	-	205	190	175	215	200	185
9 - 10	-	215	200	185	225	210	195
11 - 12	-	215	205	190	225	215	200

В=_______л.

2.Определяют водоцементное отношение по формуле

при

В/Ц

> 0.4

В/Ц

=

(

А·

Rц

)/( Rб

+

0,5·А·Rц

)

=

________________________=;

при

В/Ц

< 0.4

В/Ц

=

(А1

·

Rц )

/

(

Rб

-

0,5·А1·Rц

)

=

_____________________=,

где

Rб – прочность бетона в возрасте 28

суток; Rц –

активность или марка

цемента; А и А1 – коэффициенты, учитывающие качество материалов (табл. 2).

43

		Таблица 2
Значения коэффициентов А и А1
Характеристика заполнителей и цемента	А	А1
Высококачественные	0,65	0,43
Рядовые	0,6	0,4
Пониженного качества	0,55	0,37

3.Определяют расход цемента (Ц) на 1 м³ бетонной смеси.

Ц= В / ( В/Ц ) =_____________=_________кг.

4.Определяют расход крупного заполнителя (Зкр) на 1 м³ бетона.

Зкр = 1000 / [(Vпуст · a ) / pнкр + 1 / ркр ] = _________________________=___кг.

где Vпуст – пустотность крупного заполнителя (в долях его объема); рн кр – насыпная средняя плотность крупного заполнителя, г/см³; ркр – истинная плотность зерен крупного заполнителя, г/см³; > - коэффициент раздвижки зерен щебня, принимают в зависимости от расхода цемента и водоцементного отношения (для жестких бетонных смесей принимают равным 1,05 – 1,15; для

пластичныхсмесей–		потабл. 3).
				Таблица 3
	Значениекоэффициентараздвижкизерен>
Расход				Коэффициент>приВ/Ц
цемента,	0,3		0,4		0,5	0,6		0,7	0,8
кг/м3
250	-		-		-	1,26		1,32	1,38
300	-		-		1,30	1,36		1,42	-
350	-		1,32		1,38	1,44		-	-
400	1,31		1,40		1,46	-		-	-
500	1,44		1,52		1,56	-		-	-
550	1,52		1,56		-	-		-	-

44

5. Определяют расход мелкого заполнителя					на 1 м³ бетона.
П	= [1000	– (	Ц	/ рц	+	В + Зкр / ркр	)] ·	рп	=
_______________________=____кг.
где - Ц, Зкр, В, –	расходы	цемента,		крупного заполнителя, кг/м³;			воды л,		рц,
ркр, рп – истин-	ная плотность		зерен цемента,			крупного заполнителя,		песка,
г/см³.

6. Вычисляют среднюю плотность бетонной смеси.

рб см = Ц+ П+ В+ Зкр =________________________= ________кг/м³.

7.Рассчитывают коэффициент выхода бетона лабораторного состава.

В= 1000 / ( Ц/рнц + Зкр/рн кр + П/рнп ) =________________________=_____,

где - рнц, рнкр, рнп – насыпная средняя плотность цемента, крупного заполнителя и песка.

Рассчитываютсоставпробногозамесаизаносятвтабл. 4.

						Таблица 4
		Расход материалов,				кг
Материалы		на1 м3 бетона				фактическийрасход
				на6 лбетона		материалов
Вода
Цемент
Гравий (щебень)
Песок
Задание 2.	Опытная проверка		расчетного состава бетона пробными

замесами

Опытной проверкой устанавливают соответствие расчетного состава бетона заданным условиям подвижной бетонной смеси и прочности затвердевшего бетона. При изготовлении бетонной смеси делают пробный замес на 6 л. Перемещение отвешенных сухих материалов производят в следующей последовательности: отвешенное количество песка помещают в чашу, добавляюттребуемоеколичествоцементаиперемешиваютдополучения смеси однородного цвета, затем добавляют крупный заполнитель и всю смесь перемешивают до тех пор, пока щебень (гравий) не будет равномерно распределен в сухой смеси; в середине перемешанной смеси делают углубление, куда вливают отмеренную воду, затем энергично перелопачивают

45

бетонную смесь до достижения ею однородности. После перемешивания определяют подвижность бетонной смеси в сантиметрах или секундах, в зависимостиотпринятогоспособаукладкибетонавконструкцию.

а) Определение подвижности бетонной смеси

Определение подвижности бетонной смеси производится при помощи стандартного конуса следующим образом.

Внутреннюю поверхность формы и площадку смачивают водой. Форму- конус ставят на середину площадки и ногами прижимают через упоры. Форму наполняют бетонной смесью через загрузочную воронку, установленную на конусе. Наполнение производят тремя слоями и каждый слой уплотняют штыкованием металлическим стержнем 25 раз.

Штыкование нижнего слоя бетонной смеси производится на всю ее толщину, а верхних двух слоев до нижнего. Затем воронку снимают и избыток смеси срезают кельмой вровень с краями формы. После этого бетонную смесь освобождают от формы, осторожно поднимая последнюю в вертикальном положении. Форму-конусставятнаплощадкурядомсконусомбетоннойсмеси. Бетонная смесь, освобожденная от формы, под действием собственной массы начинает оседать(рис. 1).

Рис. 1. Определениеподвижностибетоннойсмесистандартнымконусом: 1 - упоры; 2 - ручки; 3 - конус; 4, 5 - линейки (в скобках приведены размеры увеличенного конуса).

На верхнее основание формы-конуса укладывают линейку, от нижнего ребра которой измеряют осадку конуса (ОК) бетонной смеси с точностью до

1см.

46

Величина осадки конуса (ОК), выраженная в см, характеризует подвижность бетонной смеси. Если подвижность бетонной смеси окажется ниже установленной, то в нее добавляют воду и цемент в количестве 10% от первоначальновзятыхматериалов, сохраняяводо- цементноеотношение. Затем массу снова перемешивают, после чего определяют подвиж- ность бетонной смеси. Если подвижность бетонной смеси окажется выше заданной, то добавляют, сохраняя заданное соотношение, песок и крупный заполнитель в количестве 10% от первоначально взятых. Добавление порции песка и крупного заполнителя продолжают до тех пор, пока не доведут подвижность бетоннойсмесидозаданной. Количестводобавленныхматериаловфиксируется исуммируетсясрасчетнымирасходами материалов.

б) Определение жесткости бетонной смеси упрощенным способом

Этот способ применяется, когда в лаборатории нет технического вискозиметра. Для этой цели на виброплощадку устанавливают и закрепляют форму- кубразмером 20 х20 х20 см.

В форму вставляют полый конус с диаметром нижнего основания, несколько уменьшеннымпосравнениюскубом. Конусзаполняетсябетоннойсмесью, как былоописановыше, послечегоегоосторожноподнимаютвертикальновверхи освобождают бетонную смесь от конуса. Затем форму куба с бетонной смесью подвергают вибрированию до тех пор, пока бетонная смесь не заполнит все углы формы иповерхность еене примет горизонтальногоположения. Время в секундах, необходимое для выравнивания поверхности бетонной смеси в форме, умноженное на коэффициент 1,5, характеризует жесткость бетонной смеси.

Если жесткость бетонной смеси окажется ниже заданной, то в бетонную смесь вводят добавки 10% крупного и мелкого заполнителя от первоначально взятых и после перемеши- вания бетонной смеси вновь определяют жесткость. Если жесткость бетонной смеси выше заданной, то в бетонную смесь вводят 10% цемента и воды ( сохраняя водоцементное отношение ) от первоначально взятыхи вновь производят определение жесткости.

Определяют фактическую среднюю плотность бетонной смеси и данные заносятвтабл. 5.

				Таблица 5
Масса пустой	Масса формыс		Объем	Средняя плотность
формы, кг	бетон-		формы, л	бетонной смеси, кг/л
	ной смесью, кг
		47

Зная массу пустых форм и форм, заполненных бетонной смесью, вычисляютсреднюю плотность бетонной смеси по формуле

рб = (m1 – m)/V ф = ____________________= _________ кг/л,

где m – масса пустой формы, кг; m1 – масса формы с бетонной смесью, кг; VФ – объем формы, л.

Выход бетона в литрах, полученный из пробного замеса, определяют путем деления суммарного расхода взятых на замес материалов в килограммах насреднюю плотность бетонной смеси, выраженную в кг/л.

Vб = (Ц+ В+ П+ Зкр)/рб = ___________________________= ______л,

где Vб – фактический объем бетона, л; рб – средняя плотность бетонной смеси, кг/л.

Определяют коэффициентвыхода бетонной смесилабораторногосостава:

В= Vб/(Ц/рц + П/рп + Зкр/ркр) = _________________________= _____.

в) Изготовление образцов

Стандартными образцами для испытания на прочность при сжатии являются образцы в форме куба размером 15 х 15 х 15 см. Для каждого срока испытаниядолжно быть изготовлено не менее 3 образцов.

Передизготовлениемобразцоввнутренниеповерхностиформдолжныбыть покрытытонкимслоемсмазки, неоставляющейпятеннаповерхностиобразцов Укладку и уплотнение в формах бетонной смеси производят следующим

образом.

Форму, заполненную бетонной смесью с некоторым избытком, устанавливаютижесткозакрепляютнавиброплощадкеиподвергаютвибрации до полного уплотнения, характе- ризуемого прекращением оседания бетонной смеси, выравниванием ее поверхности и появ- лением на ней тонкого слоя цементноготеста.Поверхность образца заглаживается кельмой.

Для определения марки бетона образцы после их изготовления хранят однисуткивформах, покрытыхвлажнойтканью, впомещениистемпературой воздуха 20+2ºС, после чего их вынимают из формы, маркируют и выдерживают до момента испытания в камере нормального твердения при температуре 20 ± 2ºС и относительной влажности воздуха 95 – 100%.

48

г) Определение средней плотности и прочности бетона

Для определения средней плотности бетона образцыподвергают осмотру, измеряют по длине, ширине, высоте с точностью до 1 мм, взвешивают, после чего определяют среднюю плотность бетона и заносят в табл. 6. Среднюю плотность вычисляют в кг/м³ путем деления массы образца на его объем. Определение предела прочности при сжатии производят путем испытания образцов на гидравлическом прессе. При этом фиксируют величину показания манометра(Р) вНи, деляеенаплощадьобразца, определяютпределпрочности присжатии.

R = P / F , кгс/см² (МПа).

Чтобы решить вопрос о пригодности состава бетона, о соответствии его заданным условиям, необходимо полученные результаты привести к стандартной прочности, которая получилась бы при испытании стандартных образцов сдлинойребра 15 см.

Таким образом, фактическая прочность равняется пределу прочности образца, умноженному на переводной коэффициент ( а ).

Далее, для определения марки бетона следует произвести перерасчет прочности от данного срока испытания к возрасту 28 суток.

		R28 = Rn · ( lg 28 / lgn ), кгс/см² (МПа),
где Rn	-	прочность бетона в возрасте n суток, кгс/см² (МПа);
R28 –		прочность бетона в возрасте 28 суток, кгс/см² (МПа);
n	-	число суток твердения бетона.

49

						Таблица 6
			Результаты испытаний образцов
	Наименование показателя
			1	2	3	Среднее
						значение
	Масса образца, кг
	Длина,	см
	Ширина, см
	Высота,	см
	Объем,	см³
	Средняя плотность, г/см³
	Разрушающий груз, Н (кгс/см²
	Площадь образца, см²
	Пределпрочностиприсжатии ввоз-
	расте 7 суток, МПа (кгс/см²)
	Переводной коэффициент
	Пределпрочностиприсжатииввоз-
	расте 28 суток, МПа (кгс/см²)
	Марка бетона (Мб)
	Класс бетона (В)

Соответствие заданной и полученной марки бетона записывается следующим образомвтабл. 4.

			Таблица 4
Заданная	Полученная	Расхождение,	Расхождение,
прочность бетона,	прочность	МПа	%
МПа	бетона, МПа

Полученную стандартную прочность бетона в возрасте 28 суток сравниваютсзаданноймаркойбетона, и, еслиотклоненияотнеенепревышают + 5%, подобранный состав бетона рекомендуется без корректировки. Если отклонения в прочности более +5%, но не превышают +20%, производится перерасчет бетона на заданную марку. При расхождении в прочности больше +20% перерасчет не производится и состав бетона подбирается заново (с повторнойпроверкой качества исходных материалов).

50