4. Определение водопотребности щебня

Высушенную до постоянной массы пробу щебня, равную 2 кг, погружают в сетчатом стакане в сосуд с водой. Уровень воды в сосуде был выше верхнего слоя зерен щебня на 2…10 см. Щебень выдерживают в воде в течение 30 мин, извлекают его и дают стечь воде в течение 30 мин. После этого щебень взвешивают и определяют водопоглощение с погрешностью 0,1 % по формуле

m_нас – m_сух

W_m = -------------- ·100 %, (30)

m_сух

где W_m – водопоглощение, %; m_нас – масса пробы щебня после насыщения водой, кг; m_сух – масса пробы щебня до испытания (в сухом состоянии), кг.

Выводы по работе

По результатам исследований отдельные звенья студентов классифицируют изучаемые пробы щебня по НК и делают заключение о возможности их использования в качестве крупного заполнителя для приготовления тяжелого бетона различного назначения. При этом следует учитывать данные по зерновому составу, НК и насыпной плотности и их соответствия техническим требованиям. Отмечаются пробы щебня с наименьшими показателями пустотности, наличием зерен пластинчатой, игловатой формы и наличия пылеватых и глинистых частиц.

Контрольные вопросы

1. Какие горные породы используются в качестве сырья для производства щебня для получения тяжелого бетона?

1. Известняк, гранит, мрамор, трахит.

2. Известняк, песчаник, мрамор, кварцит, сланцы

3. Мрамор, известняк, трахит, кварцит, порфир, порфирит.

4. Известняк, гранит, мрамор, диатомит

2. Какой вид крупного заполнителя рациональнее использовать для получе­ния подвижной бетонной смеси?

1. Щебень.

2. Гравий.

3. Смесь гравия и щебня.

4. Вид применяемого крупного заполнителя не влияет на подвижность бетонной смеси.

3. Чем характеризуют зерновой состав щебня?

1. Размерами зерен щебня.

2. Полным остатком на сите 10 мм.

3. Содержанием мелкой фракции менее 5 мм.

4. Содержанием крупной фракции более 20 мм.

4. Как определяется дробимость щебня, состоящего из смеси фракций?

1. При испытании щебня, состоящего из смеси двух или более смеж­ных фракций, дробимость определяется как средневзвешенное зна­чение результатов испытания отдельных составляющих фракций.

2. При испытании щебня, состоящего из смеси двух или более смеж­ных фракций, дробимость определяется по средней пробе.

3. При испытании щебня, состоящего из смеси двух или более смеж­ных фракций, дробимость определяется по зерновому составу.

4. При испытании щебня, состоящего из смеси двух или более смеж­ных фракций, дробимость определяется по размеру применяемого сита.

5. С чем связано ограничение содержания пластинчатых (лещадных) и игловатых зерен в крупном заполнителе для тяжелых бетонов?

1. Со снижением прочности при изгибе ЖБИ.

2. С толщиной изделия и частотой армирования ЖБК.

3. С размерами зерен щебня.

4. С отсутствием мелкого заполнителя в бетоне.

6. К чему приводит наличие глины в комках в щебне?

1. К снижению пластичности бетонной смеси.

2. К повышению пластичности бетонной смеси.

3. К снижению прочности бетона.

4. К повышению прочности бетона.

7. Как влияет пустотность щебня на расход цемента?

1. Увеличивает расход цемента.

2. Снижает расход цемента.

3. Не влияет ни при каких условиях.

4. Пустотность щебня – величина постоянная.

8. В чем отличие заполнителей, полученных дроблением, от природных заполнителей?

1. В форме и размерах зерен.

2. В поверхности зерен.

3. В пористости.

4. В водопоглощении.

9. Какая форма зерен щебня предпочтительней для качественного заполнителя?

1. Пластинчатая форма.

2. Близкая к кубической форме.

3. Игловатая форма.

4. Близкая к форме параллелепипеда.

10. Почему не рекомендуют применять гравий для бетонов высоких марок?

1. Зерна гравия имеют низкую прочность.

2. Гравий содержит большое количество вредных примесей.

3. Форма зерен гравия не обеспечивает плотную упаковку их в бетонной смеси.

4. Состояние поверхности зерен гравия не обеспечивает хорошее сцепление с цементным камнем.

11. На какие фракции по зерновому составу подразделяют крупный заполнитель?

1. 5−10, 10−20, 20−40 и 40−70.

2. 5−15, 15−30, 30−40 и 50−70.

3. 5−25, 25−45, 45−60 и 60−70.

4. 10−15, 15−25, 25−45 и 45−80.

12. Что представляет собой показатель дробимости крупного заполнителя?

1. Предел прочности при сжатии.

2. Процентное содержание раздробленных при испытании зерен в общей массе испытываемой пробы.

3. Доля раздробленных при испытании зерен в процентах от массы испытываемой пробы.

4. Доля раздробленных при испытании зерен и прошедших через контрольное сито в процентах от массы испытываемой пробы.

Лабораторная работа № 10

РАСЧЕТ СОСТАВА ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА

Общие сведения

Расчет состава тяжелого бетона производится для получения необходимых свойств бетона в конструкциях, установленных государственными стандартами, техническими условиями и проектной документацией на эти конструкции при минимальном расходе цемента. От правильного назначения состава бетона зависят его свойства, долговечность и экономическая эффективность. Для правильного назначения количества компонентов бетона на единицу его объёма (обычно на 1 м³ бетонной смеси) студенты четко должны представлять факторы, влияющие на качество и свойства бетона, понимать основные принципы метода расчета.

Для расчёта состава наиболее применяемого тяжелого бетона чаще всего используется метод абсолютных объёмов. Этот метод базируется на следующих принципах:

− прочность бетона зависит от активности вяжущего, качества применяемых материалов, цементно-водного отношения (Ц/В) и средней плотности;

− в бетонной смеси оптимального состава компоненты находятся как бы в «абсолютно плотном состоянии». Пустоты крупного заполнителя заполняются мелким заполнителем, а пустоты мелкого заполнителя заполняются цементным тестом. При качественном уплотнении бетонной смеси бетон будет плотным, прочным и долговечным.

Цель работы

Изучить и овладеть порядком расчёта состава тяжелого бетона по методу абсолютных объёмов.

Порядок выполнения работы

На лабораторном занятии студенты изучают теоретические предпосылки и этапы расчёта состава тяжелого бетона по методу абсолютных объёмов. После этого каждый студент выполняет самостоятельно один из вариантов (по указанию преподавателя) задания на расчёт состава тяжёлого бетона, приведённых в приложении 3.

Пример расчёта состава бетона

Требуется определить состав тяжелого бетона М300 (В22,5), предназначенного для изготовления железобетонных забивных свай при коэффициенте вариации прочности бетона V_п = 10 %, обеспечивающий получение после тепловлажностной обработки отпускной прочности R_о = 1,0 R_т. Бетон готовится из бетонной смеси марки по удобоукладываемости П2 (осадка конуса 4…6 см) и марки по морозостойкости F200. Проектное задание на расчет состава бетона с необходимыми характеристиками исходных материалов представлено в табл. 26.

Таблица 26

Задание на расчет состава тяжёлого бетона

Характеристики	Наименование показателей	Обозначение	Единица измерения	Значение
Бетона	Класс (марка) по прочности при сжатии	В (М)	МПа (кг/см2)	22,5 (300)
	Коэффициент вариации (изменчивости) прочности	Vп	%	10
	Отпускная прочность	Rо	%	100
	Марка по морозостойкости	F	циклы	200
Бетонной смеси	Подвижность	ОК	см	4…6
	Воздухововлечение	ВВ	%	4
Цемента	Наименование (вид)	−	−	ПЦ Д-5
	Активность (марка)	Rц	МПа	50
	Активность при пропаривании	Rцп	МПа	32,7
	Нормальная густота	НГ	%	28,5
	Плотность истинная	ρц	г/см3	3,0
	Плотность насыпная	ρцнас	г/см3	1,2
Песка природного	Модуль крупности	Мк	−	2,5
	Плотность зёрен	ρ п	г/см3	2,65
	Плотность насыпная	ρпнас	г/см3	1,72
	Водопотребность	Вп	%	6,0
	Влажность	ωп	%	4,0
Крупного заполнителя	Вид (горная порода)	−	−	щебень (гранит)
	Плотность зёрен	ρщ	г/см3	2,60
	Плотность насыпная	ρщнас	г/см3	1,48
	Наибольшая крупность	НК	мм	20
	Влажность	ωщ	%	3,0
	Зерен лещадной формы	−	%	39

В качестве вяжущих веществ для приготовления тяжелого бетона следует применять портландцемент и его разновидности, отвечающие требованиям ГОСТ 10178, а также сульфатостойкие и пуццолановые цементы по ГОСТ 22266 и цементы по действующим техническим условиям.

Для бетонов, подвергаемых ТВО, следует применять цементы I или II групп эффективности при пропаривании по ГОСТ 22236 (табл. 27), применение цементов III группы одинаковых видов и марок нецелесообразно, так как вызывает значительное повышение расхода цемента.

Таблица 27

Группы цементов по эффективности при пропаривании

Группа цемента	Вид цемента	Rц, МПа, после ТВО 2+3+6+2 при 80 оС для цементов марок
		300	400	500	550, 600
І	ПЦ	> 23	> 27	> 32	> 38
	ШПЦ	> 21	> 25	> 30	−
ІІ	ПЦ	20…23	24…27	28…32	33…39
	ШПЦ	18…21	22…25	26…30	−
ІІІ	ПЦ	< 20	< 24	< 28	< 33
	ШПЦ	< 18	< 22	< 26	−

При использовании цемента высоких марок для получения бетонов низких марок рекомендуется для обеспечения требуемой удобоукладываемости вводить в состав бетонной смеси активные минеральные добавки АМД (золы, молотые доменные гранулированные шлаки, природные пуццоланы).

При наличии цементов разных видов и марок следует учитывать коэффициенты их эффективности (табл. 28).

Таблица 28

Коэффициенты эффективности различных видов и марок цемента

Коэффициент	Марка и вид цемента	Коэффициент
Межмарочный	300	1,20
	400	1,00
	500	0,88
	550, 600	0,8
Межвидовой	ПЦ Д-0, ПЦ-Д 5	0,91
	ПЦ Д-20, ПЦ Д-20 Б	1,00
	ШПЦ, ШПЦ-Б	1,05, 1,10*
	ППЦ	1,12

* Для бетона сборных конструкций 1,05, монолитных – 1,10.

Выбор вида цемента для различных условий работы конструкций следует производить по ГОСТ 10178, ГОСТ 23464 с учетом требований ГОСТ 26633, касающихся условий использования цементов для производства различных видов конструкций и предъявляемых к ним требований. Применение пуццолановых цементов для бетонов сборных ЖБК не рекомендуется.

Для бетона дорожных и аэродромных покрытий, железобетонных напорных и безнапорных труб, железобетонных шпал, мостовых конструкций, стоек опор ЛЭП должен применяться портландцемент на основе клинкера с нормированным минералогическим составом (С₃А ≤ 8 %). Для бетона дорожных оснований допускается применение ШПЦ.

Для бетонов с марками по морозостойкости F200, F300 рекомендуется применять портландцементы ПЦ Д-0, ПЦ Д-5, ПЦ Д-20, использование ШПЦ или ППЦ для таких бетонов не допускается. Для бетонов с маркой по морозостойкости F400 и выше следует использовать портландцементы ПЦ Д-0, ПЦ Д-5 или сульфатостойкие портландцементы.

Введение добавок при изготовлении изделий из бетона или железобетона обязательно в следующих случаях:

− для приготовления высокоподвижных или литых бетонных смесей с осадкой конуса более 10 см, а также при марке бетона равной или большей марки цемента необходимо использование пластификаторов или суперпластификаторов;

− для изделий из бетона с повышенной морозостойкостью (марки F200 и более) необходимо введение воздухововлекающих или пластифицирующе-воздухововле­кающих добавок;

− для агрессивных условий эксплуатации должны вводиться добавки повышающие стойкость бетона и его защитные свойства по отношению к арматуре;

− для бетона с повышенными требованиями по водонепроницаемости (марка W6 и более) вводятся уплотняющие добавки.

Помимо обязательных случаев химические и минеральные добавки могут применяться для регулирования качества бетонной смеси и бетона, придания бетону специальных свойств, а также для экономии цемента.

НК заполнителя принимается в зависимости от вида бе­тонируемой конструкции и способа транспортирования бетонной смеси. НК не должна превышать 3/4 минимального расстояния между стержнями арматуры, для плитных изделий НК должна быть не более половины толщины плиты. При подаче бетонной смеси по хоботам и бетононасосами НК должна быть не более 1/3 внут­реннего диаметра хобота или трубопровода, а при укладке бетонной смеси в сколь­зящую опалубку не должна превышать 1/6 размера наименьшего сечения бетони­руемой конструкции. При назначении НК предпочтительно применение макси­мально допустимого значения для заданного изделия. Принимаем НК = 20 мм.

Определение состава бетона производится расчетно-экспериментальным способом, который включает:

− установление исходного расчетного состава;

− экспериментальную проверку и корректировку исходного состава по консистенции бетонной смеси, по прочности бетона с получением лабораторного состава на сухих заполнителях;

− определение производственного состава на влажных заполнителях и расчет расхода материалов на замес бетоносмесителя.

Порядок расчета состава бетона