1 Теоретическая часть

Бетоны - искусственные каменные материалы, получаемые в результате затвердевания рационально подобранной смеси, состоящей из вяжущих материалов, воды, крупных (щебня или гравия) и мелкого (песка) заполнителей. Смесь из указанных выше материалов до затвердения называется бетонной смесью.

Согласно ГОСТ 25192, ГОСТ 7473 классификация бетонов производится по основному назначению, виду вяжущего, виду заполнителей, структуре и условиям твердения.

По назначению различают бетоны обычные (для промышленных и гражданских зданий) и специальные — гидротехнические, дорожные, теплоизоляционные, декоративные, а также бетоны специального назначения (химически стойкие, жаростойкие, звукопоглощающие, для защиты от ядерных излучений и др.).

По виду вяжущего вещества различают цементные, силикатные, гипсовые, шлакощелочные, асфальтобетон, пластобетон (полимербетон) и др.

По виду заполнителей различают бетоны на плотных, пористых или специальных заполнителях.

По структуре различают бетоны плотной, поризованной, ячеистой или крупнопористой структуры.

По условиям твердения бетоны подразделяют на твердевшие в естественных условиях; в условиях тепловлажностной обработки при атмосферном давлении; в условиях тепловлажностной обработки при давлении выше атмосферного (автоклавного твердения).

Дополнительно к классификации ГОСТ 25192 используется следующая классификация:

По объёмной массе бетоны подразделяют на:

• особо тяжёлый (плотность свыше 2500 кг/м³) — баритовый, магнетитовый, лимонитовый;

• тяжёлый (плотность 2200—2500 кг/м³);

• облегченные (плотность 1800—2200 кг/м³);

• легкий (плотность 500—1800 кг/м³) — керамзитобетон, пенобетон, газобетон, арболит, вермикулитовый, перлитовый;

• особо лёгкий (плотность менее 500 кг/м³).

По содержанию вяжущего вещества и заполнителей бетоны подразделяют на тощие (с пониженным содержанием вяжущего вещества и повышенным содержанием крупного заполнителя); жирные (с повышенным содержанием вяжущего вещества и пониженным содержанием крупного заполнителя); товарные (c соотношением заполнителей и вяжущего вещества по стандартной рецептуре).

Основным показателем свойств бетона является прочность на сжатие. Класс бетона обозначается латинской буквой «В», а цифра, которая стоит за ней, - это нагрузка, которую бетон должен выдержать в 95 % случаев. Бетон В -10 должен выдержать нагрузку в 10 МПа.

Наряду с классами, прочность бетона также задается марками, обозначаемыми латинской буквой «М» и цифрами от 50 до 1000, означающими предел прочности на сжатие в кгс/см².

ГОСТ 26633-91 «Бетоны тяжёлые и мелкозернистые. Технические условия» устанавливает соответствие между марками и классами при коэффициенте вариации прочности бетона 13,5 %.

Таблица 1 - соответствие между марками и классами бетона

Класс бетона по прочности	Ближайшая марка бетона по прочности
B3,5	М50
B5	М75
B7,5	М100
B10	М150
B12,5	М150
B15	М200
B20	М250
B22,5	М300
B25	М350
B27,5	М350
B30	М400
B35	М450
B40	М550
B45	М600
B50	М700
B55	М750
B60	М800
B65	М900
B70	М900
B75	М1000
B80	М1000

Важной характеристикой бетонной смеси является ее удобоукладываемость, т. е. способность легко заполнять форму при данном способе уплотнения, не расслаиваясь в процессе укладки. Согласно ГОСТ 7473, по удобоукладываемости (обозначается буквой «П») различают бетоны:

• сверхжесткие (жёсткость более 50 секунд);

• жесткие (жёсткость от 5 до 50 секунд);

• подвижные (жёсткость менее 4 секунд, подразделяются по осадке конуса).

ГОСТ 7473 устанавливает обозначения бетонных смесей по удобоукладываемости (таблица 2).

Таблица 2 – Марки бетона по удобоукладываемости

Марка по удобоукладываемости	Норма по жёсткости, с	Осадка конуса, см
Сверхжёсткие смеси
СЖ3	Более 100	-
СЖ2	51—100	-
СЖ1	менее 50	-
Жёсткие смеси
Ж4	31—60	-
Ж3	21—30	-
Ж2	11—20	-
Ж1	5—10	-
Подвижные смеси
П1	4 и менее	1—4
П2	-	5—9
П3	-	10—15
П4	-	16—20
П5	-	21 и более

Подвижность бетона - это способность бетона заполнять форму, в которую он уложен. Данное свойство происходит либо под воздействием внешних сил (человеческого фактора, вибрации), либо под собственным весом. Подвижность бетона зависит от количества воды в 1 м³ бетонной смеси и подразделяется на П2, П3, П4, П5. Соответственно, чем меньше количества воды в бетонной смеси, тем бетон гуще.

Жесткость бетона (Ж) - свойство бетонной смеси растекаться и заполнять форму под действием вибрации.

Свойство бетона насыщенного водой сохранять свою прочность и не разрушаться при попеременном замораживании и оттаивании называется морозостойкостью бетона. Установлены марки по морозостойкости: F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500.

За марку бетона по морозостойкости принимают наибольшее число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое при испытании выдерживают образцы установленных размеров без снижения прочности на сжатие более 5 % по сравнению с прочностью образцов, испытанных в эквивалентном возрасте, а для дорожного бетона, кроме того, без потери массы более 5 %.

2 Методика выполнения эксперимента

2.1 Определение подвижности бетонной смеси

Подвижность бетонной смеси характеризуется измеряемой в сантиметрах величиной осадки конуса (ОК), отформованного из бетонной смеси, подлежащего испытанию.

Для определения подвижности бетонной смеси пользуются конусом № 1 при наибольшей крупности зерен заполнителя до 40 мм и конусом № 2 бетонных смесей с наибольшей крупностью зерен заполнителя 70 и 100 мм. Размеры стандартных конусов (№ 1 и № 2) приводятся в таблице 3 и на рис. 1.

Таблица 3 – Размеры стандартных конусов прибора для определения подвижности бетонной смеси

Наименование конуса	Внутренние размеры конуса, мм
	D	D	h
Обычный	100±1	200±1	300±1
Увеличенный	150±1	300±1	450±1

Для подготовки конуса и приспособлений к испытаниям все соприкасающиеся с бетонной смесью поверхности следует очистить и протереть влажной тканью. Конус устанавливают на гладкий металлический лист и заполняют его бетонной смесью через воронку в три слоя одинаковой высоты.

1 - ручка; 2 - корпус прибора; 3 - упоры; 4 - сварной шов

Рисунок 1 - Прибор для определения подвижности бетонной смеси

Каждый слой уплотняют штыкованием металлическим стержнем:

- в обычном конусе 25 раз;

- в увеличенном конусе 56 раз.

Конус во время наполнения и штыкования должен быть плотно прижат к листу. После уплотнения бетонной смеси в конусе воронку снимают, и избыток смеси срезают кельмой вровень с верхними краями конуса. Конус плавно снимают с отформованной бетонной смеси и устанавливают рядом с ней. Время, затраченное на съем конуса, должен составлять 3-7 секунд.

Осадку конуса бетонной смеси определяют, укладывая металлическую линейку ребром на верх конуса и измеряя расстояние от нижней грани линейки до верха бетонной смеси с погрешностью до 0,5 см.

Величину осадки конуса бетонной смеси, определенную в увеличенном конусе, приводят к величине осадки обычного конуса умножением величины осадки бетона увеличенного конуса на переводной коэффициент 0,67.

Осадку конуса бетонной смеси определяют дважды. Общее время испытания с начала наполнения конуса бетонной смесью при первом определении и до момента измерения осадки конуса при втором определении не должно превышать 10 мин.

Осадку конуса бетонной смеси вычисляют с округлением до 1,0 см как среднее арифметическое результатов двух определений осадки конуса из одной пробы, отличающихся между собой не более чем:

- на 1 см при ОК 4 см;

- на 2 см при ОК = 5-9 см;

- на 3 см при ОК 10 см.

При большем расхождении результатов определение повторяют на новой пробе.

2.2 Определение жёсткости бетонной смеси

Если осадка конуса бетонной смеси будет равна нулю, смесь признают не обладающей подвижностью, и она должна характеризоваться жесткостью.

Жесткость бетонной смеси (Ж) характеризуется временем вибрации (в секундах), необходимых для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса бетонной смеси в приборе для определения жесткости показанном на рисунке 2.

Жесткость бетонной смеси с зернами заполнителя наибольшей крупностью до 40 мм включительно определяют на лабораторной виброплощадке.

Прибор на виброплощадке устанавливают и собирают в следу­ющем порядке: устанавливают и жестко закрепляют цилиндри­чес­кое кольцо прибора 1, в которое вставляют конус 2 и закрепляют его руч­ками 3, заводя их в пазы кольца, после чего устанавливают воронку 4. Заполнение конуса прибора бетонной смесью, ее уплотнение и снятие конуса с отформованной смеси производят по методике, используемой при определении подвижности смеси.

\

1 - цилиндрическое кольцо с фланцем в основании; 2 - конус;

3 - кольцо-держатель с ручками; 4 - загрузочная воронка; 5 - штатив;

6 - направляющая втулка; 7 - фиксирующая втулка с зажимным винтом;

8 - диск с шестью отверстиями; 9 - стальная шайба;10 - штанга

Рисунок 2 - Прибор для определения жесткости бетонной смеси

Поворотом штатива 5 диск 8 устанавливают над отформованным конусом бетонной смеси и плавно опускают его на поверхность конуса смеси. Штатив закрепляют в фиксирующей втулке 7 зажимным винтом.

Затем одновременно включают виброплощадку и секундомер и наблюдают за выравниванием и уплотнением бетонной смеси. Вибрирование производят до тех пор, пока не начнется выделение цементного теста из любых двух отверстий диска. В этот момент выключают секундомер и вибратор. Полученное время (в секундах) характеризует жесткость бетонной смеси.

Жесткость бетонной смеси определяют дважды. Общее время испытания с начала заполнения конуса бетонной смесью в установленном приборе при первом определении и до окончания определения жесткости при втором определении не должно превышать 15 мин.

Жесткость бетонной смеси вычисляют с округлением до 1 с как среднее арифметическое результатов двух определений жесткости из одной пробы смеси, отличающихся между собой не более чем на 20 %. При большем расхождении результатов определение повторяют.

2.3 Определение средней плотности бетонной смеси

Среднюю плотность бетонной смеси характеризуют отношением массы уплотненной бетонной смеси к ее объему.

Для определения средней плотности бетонной смеси применяют: формы для изготовления контрольных образцов бетона по ГОСТ 22685; весы лабораторные по ГОСТ 24104; виброплощадку лабораторную; кельму типа КБ по ГОСТ 9533; линейку стальную по ГОСТ 427; сосуды металлические цилиндрические, размеры которых принимают в зависимости от наибольшей крупности зерен фракции заполнителя по таблице 4. Плотность бетонной смеси, предназначенной для приготовления бетонов классов В5 и менее на пористых заполнителях, определяют в сосудах вместимостью 5000 см³ или в формах ФК-150 независимо от наибольшей крупности заполнителя.

Таблица 4 – Размеры сосудов для определения плотности бетонной смеси

Наибольшая крупность зерен фракции заполнителя, мм	Вместимость сосуда, см3	Внутренний размер сосуда, мм
		диаметр	высота
20	1000	108	108
40	5000	185	185
70	10000	234	234

Перед испытанием мерный сосуд взвешивают с погрешностью не более 1 г. Бетонную смесь помещают в сосуд и уплотняют в соответствии с ГОСТ 10180 в зависимости от удобоукладываемости смеси. После уплотнения избыток смеси срезают стальной линейкой, и поверхность тщательно выравнивают вровень с краями мерного сосуда. Затем сосуд с бетонной смесью взвешивают с погрешностью не более 1 г.

Среднюю плотность бетонной смеси вычисляют по формуле

p_см = _·1000, [кг/м³] (1)

где m - масса мерного сосуда с бетонной смесью, г;

m₁ - масса мерного сосуда без смеси, г;

V - вместимость мерного сосуда, см³.

Среднюю плотность бетонной смеси определяют дважды для каждой пробы смеси и вычисляют с округлением до 10 кг/м³, как среднеарифметическое значение результатов двух определений из одной пробы, отличающихся между собой не более чем на 5 % среднего значения. При большем расхождении результатов определение повторяют на новой пробе бетонной смеси.

2.4 Определение прочности бетона при сжатии

При испытании бетона на сжатие применяют гидравлические прессы. При выборе пресса учитывают, что разрушающая нагрузка должна состав­лять не менее 0,2 и не более 0,8 от максимальной для пресса.

Пробы бетонной смеси для изготовления контрольных бетонных об­разцов должны быть по объему в 1,5-2 раза больше, чем требуется для изготовления образцов. Стандартным эталонным образцом для испытания прочности на сжатие считаются кубы размерами 150×150×150 мм. Для изготовления контроль­ных образцов применяют металлические разъемные формы. Одновременно изготавливают серию образцов с минимальным количеством из 3 штук. Перед бетонированием внутренние поверхности форм смазывают минеральным маслом для предохранения стенок форм от прилипания бетона и от коррозии.

Вместе с кубами изготавливают призмы для испытания на изгиб. Об­разцы, изготовленные из бетонной смеси, испытывают через 28 суток по­сле изготовления.

Очень подвижные бетонные смеси (осадка конуса более 12 см) уклады­вают в один-два слоя штыкованием, уплотняя с помощью гладкого сталь­ного стержня 10-20 раз от краев к середине. Более жесткие бетонные смеси уплотняют на лабораторной площадке. Во всех случаях смесь уп­лотняют до появления на ее поверхности цементного молока. По оконча­нии уплотнения поверхность выравнивают кельмой, срезая избыток смеси. Затем формы, накрыв влажной тканью, хранят 24 ч в помещении с темпе­ратурой (20+2) °С. Образцы-призмы накрывают крышкой и хранят в гори­зонтальном положении.

Перед испытанием образцы осматривают, проверяя ровность поверх­ностей и отсутствие трещин и раковин. Образцы обмеряют с погрешно­стью не более + 1 мм и взвешивают с погрешностью не более 1 г. Для од­ной серии испытаний средняя плотность образцов должна отличаться от среднего значения по серии не более чем на 3 номера.

Перед установкой образца в пресс его плиты очищают и протирают, образец устанавливают так, чтобы направление нагрузки было параллель­но слоям укладки бетонной смеси, установка производится строго по цен­трированной точке.

Включая пресс, образец нагружают непрерывно и равномерно со ско­ростью (0,6+0,2) МПа в секунду до разрушения образца. Предел прочности при сжатии R вычисляют по формуле

R_сж = , [МПа] (2)

где P_p - разрушающая сила, кгс;

S — площадь, см².

3 Результаты эксперимента

Таблица 5 – Определение удобоукладываемости бетонной смеси

Наименование материала	Расход, кг			Подвижность, см		Марка по подвижности
	на 1м3	на 8л
Цемент	229	1,832	3		П1
Вода	180	1,440
Песок	635	5,080
Щебень	1423	11,456

Таблица 6 - Определение марки и класса бетона

№ п/п	S, см2	Р7сж., кгс	К	R7cж, МПа	R28cж, МПа	Марка	Класс
1	100	16375	0,95	15,5	26,412	М 250	В 20
2	100	18750		17,8	30,33
3	100	17875		16,9	28,79

Вывод: таким образом, мы изучили основные свойства бетона и бетонной смеси, определили на практике подвижность бетонной смеси, среднюю плотности бетонной смеси, и прочность бетона на сжатие.

Подвижность бетонной смеси характеризовали измеряемой в сантиметрах величиной осадки конуса (ОК), отформованного из бетонной смеси, подлежащего испытанию.

Жесткость бетонной смеси (Ж) характеризовали временем вибрации (в секундах), необходимых для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса бетонной смеси в приборе для определения жесткости

Среднюю плотность бетонной смеси характеризовали отношением массы уплотненной бетонной смеси к ее объему.

Лабораторная работа № 12

«Изучение свойств строительного раствора»

Цель работы: изучить основные свойства строительного раствора, определить на практике подвижность растворной смеси, расслаиваемость растворной смеси, определить среднюю плотность растворной смеси, а так же прочность раствора при сжатии.