На третьем занятии определяют плотность, водонепроницаемость и прочность бетона по контрольным образцам, анализируют результаты испытаний, полученные на трех занятиях, предлагают уточненный состав бетона.

4.3.Пример подбора состава бетона

4.3.1.Задание. Подобрать состав бетона класса В20 для массивной бетонной конструкции опоры или фундамента моста, расположенной в подземной незатопляемой зоне. Климатические условия района строительства суровые. Марка бетона по морозостойкости F100, марка по водонепроницаемости W4. Среднее значение коэффи-

циента вариации прочности бетона Vm за анализируемый период составило 13,5 %.

Осадка конуса бетонной смеси ОК = 3 – 4 см. Твердение бетона в естественных условиях при температуре воздуха 15 – 20 °С.

Ограничения по составу бетона: объем вовлеченного воздуха

2 %; значения водоцементного отношения и расходы цемента следует принимать в соответствии с требованиями СП 46.13330.2012 [2] (см. п. 1.5, табл. 1 и 10).

Требования к применяемым материалам: портландцемент для конструкций мостов по ГОСТ Р 55224; комплексная добавка, содержащая пластифицирующий и воздухововлекающий компоненты; щебень гранитный с маркой по дробимости не ниже М1000, песок природный среднезернистый.

4.3.2. Для приготовления бетона получены следующие материа-

лы:

-портландцемент ЦЕМ I 42,5Н ЖИ ГОСТ Р 55224–2012 с активностью Rц = 40 МПа, истинной плотностью 3100 кг/м3;

-гранитный щебень с маркой по дробимости М1200, истинной плотностью 2640 кг/м3, содержанием пылевидных и глинистых частиц 2 %. Щебень имеет наибольшую крупность зерен 40 мм, состоит из смеси фракций: фракции 5 – 10 мм – 20 %; 10 – 20 мм – 30 %; 20 – 40 мм – 50 % по массе;

-песок природный среднезернистый с модулем крупности 2,2, истинной плотностью 2620 кг/м3;

-химические добавки ПАВ: ЛСТ и СНВ. Плотность пластифицирующей добавки ЛСТ равна 1730 кг/м3, воздухововлекающей добавки СНВ – 1370 кг/м3.

22

4.3.3.По табл. 1 определяем, что водоцементное отношение бетона с добавками для массивной конструкции должно быть не более

0,6. Минимальный расход цемента должен составлять не менее 230, максимальный – не более 450 кг/м3 бетона (см. пп. 1.5.1, 1.5.2).

Объем вовлеченного воздуха в бетонной смеси должен состав-

лять (3,5 ± 1,5) % об. (см. табл. 10).

По табл. 4 уточняем наибольшую крупность зерен и зерновой состав крупного заполнителя с учетом наличия фракций. Требования

кограничению наибольшей крупности щебня не предъявляются, так как конструкция бетонная массивная (см. табл. П.1.4).

Назначаем расходы добавок (ЛСТ – 0,2 %; СНВ – 0,001 % от массы цемента), объем вовлеченного воздуха 2 %, осадку конуса 3 см

(см. табл. П.1.3).

4.3.4.Расчет состава бетона ведем на 1 м3 (1000 л) уплотненной бетонной смеси в следующем порядке:

1. Определяем требуемую прочность тяжелого бетона RТ по формуле (6) при среднем значении коэффициента вариации прочно-

сти бетона Vm за анализируемый период 13,5 % (см. табл. 3) и нормируемой прочности Внорм = 20 МПа.

RТ = 1,305 · 20 = 26,1 МПа. 2. Определяем В/Ц по формуле (7):

В/Ц = 0,45·40 / (26,1 + 0,18·40) = 0,54.

Такая величина меньше предельного значения В/Ц (см. табл. 1).

3.Устанавливаем по табл. 12 расход воды в бетонной смеси при осадке конуса ОК = 3 см и наибольшей крупности щебня 40 мм. Расход воды равен 160 л.

Принимаем расход воды 150 л, так как в бетонной смеси используется пластифицирующая добавка (см. примечание к табл. 12).

4.Определяем расход цемента по формуле (8):

Ц= В / В/Ц = 150/0,54 = 278 кг.

Согласно п. 1.5.1 такой расход допустим.

5. Расход химических добавок составит (см. табл. 9)

23

ЛСТ = 0,002 · 278 = 0,5560 кг; СНВ = 0,00001 · 278 = 0,0278 кг.

6. Находим по формуле (14) соотношение масса/плотность для смеси добавок:

Д/ Д = 0,5560/1,73 + 0,0278/1,37 = 0,342.

7.Определяемабсолютный объемцементноготестапоформуле (9)

VТ = 278/3,1 + 0,342 + 150 = 240,02 л.

8.Рассчитываем абсолютный объемзаполнителей поформуле (10)

VЗ = 1000 – 240,02 = 759,98 л.

9.Для расчета количества песка и щебня следует принять значение r = П/Щ – соотношение по массе между песком и щебнем. Согласно рекомендациям (см. табл. 13), для среднезернистого песка принимаем значение r = 0,55.

10.Приведенная плотность смеси заполнителей, определяемая по формуле (15), составит

ρЗ = (2,64 + 2,62 · 0,55) / (1 + 0,55) = 2,63 кг/л.

11. Рассчитываем расходы заполнителей, песка и щебня по фор-

мулам (9) – (11):

З= 2,63 · 759,98 = 1998,7 кг;

Щ= 1998,7 / (1 + 0,55) = 1289,5 кг;

П= 1998,7 – 1289,5 = 709,2 кг.

Так как расходы компонентов бетонной смеси рассчитаны на объем 1 м3, то расчетная средняя плотность бетонной смеси ρmр может быть определена делением суммы масс цемента, воды, песка и щебня на объем 1 м3:

ρmр = (Ц + В + П + Щ) / Vбс;

ρmр = 278 + 150 + 709,2 + 1289,7 = 2426,9 кг/м3.

24

12. Получен следующий номинальный состав бетонной смеси при r = 0,55 и В/Ц = 0,54:

Ц:П:Щ – (Ц/Ц:П/Ц:Щ/Ц) – 1:2,55:4,64.

4.3.5. После завершения расчета сначала готовится пробная бетонная смесь номинального состава с введением комплексной добавки и принятым значением r. Количество смеси должно быть не менее 12 л, чтобы можно было определить подвижность бетонной смеси и ее фактическую плотность по методике, изложенной в работах [3, 16].

Расходы компонентов бетонной смеси рассчитывают на объем 12 л, для чего значения Ц, В, П, Щ и Д, рассчитанные на 1000 л бетонной смеси, умножают на 0,012. Добавки растворяют в рассчитанном для бетонной смеси количестве воды затворения.

Корректировку состава бетонной смеси в случае отклонения подвижности от требуемой величины проводят с соблюдением принятого В/Ц и при неизменном r.

4.3.6.Из бетонной смеси откорректированного состава необходимо изготовить не менее трех образцов-кубов с размером ребра 150 мм для последующих испытаний на прочность при сжатии и водонепроницаемость.

Допустимо изготовление образцов-кубов с размером ребра 100 мм при наибольшей крупности щебня до 20 мм. Для изготовления трех образцов-кубов с размером ребра 100 мм готовят 7 л бетонной смеси.

Методика изготовления образцов-кубов и их испытания на прочность при сжатии изложена в работах [3, 4], методика определения марки бетона по водонепроницаемости – в разделе 5.

4.3.7.Для установления зависимости прочности бетона от водоцементного отношения необходимо рассчитать еще два дополнительных состава, отличающихся от номинального по величине В/Ц на 0,02 – 0,05 в бóльшую и меньшую стороны, и приготовить бетонные смеси.

4.3.8.Произведем подбор дополнительных составов для рассмотренного примера, приняв величину отклонения В/Ц равной 0,04, оставив неизменными r, подвижность смеси и свойства материалов

(табл. 14, 15).

Изменение В/Ц обусловливает изменение расхода цемента, добавок и, следовательно, цементного теста, которое в свою очередь изменит расходы щебня и песка. Расход воды остается неизменным, так как подвижность бетонной смеси и наибольшая крупность щебня не меняются.

25

Таблица 14

Составы бетонных смесей на 1000 л при разных водоцементных отношениях

4.3.9. На третьем занятии студенты испытывают бетонные образцы на водонепроницаемость и прочность при сжатии, строят графики зависимостей прочности и плотности бетона от В/Ц, анализируют результаты испытаний, полученные на первом и втором занятиях, предлагают уточненный состав бетона. Пример оформления таблиц по лабораторной работе приведен в прил. 2.

26

5.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОНЕПРОНИЦАЕМОСТИ БЕТОНА

5.1.Водонепроницаемость бетона в образцах определяют экс- пресс-методом с помощью устройства «АГАМА». Определение водо-

непроницаемости бетона основано на наличии зависимости между воздухопроницаемостью поверхностных слоев бетона и его водонепроницаемостью, определяемой по методу «мокрое пятно»

(ГОСТ 12730.5) [17].

Вкачестве параметра, характеризующего воздухопроницаемость, используется значение времени, за которое давление в камере устройства падает на определенную величину.

5.2. Устройство «АГАМА» (рисунок) представляет собой полую цилиндрическую камеру 1 с фланцем 2, на нижней поверхности которого имеется паз. На боковой поверхности камеры установлен вакуумметр 3, соединенный с камерой через штуцер 4. Ручной вакуумный насос 7 присоединяется к камере с помощью гибкого шланга 6 и штуцера 5. На оси штуцера 5 внутри камеры расположен вакуумный клапан 8. Штуцер 5 перекрывается при испытании заглушкой 9. Для проведения испытания в паз фланца 2 камеры 1 укладывается жгут 10 из герметизирующей мастики, затем устройство устанавливается на поверхность бетонного образца 11.

5.3.Проведение измерений и обработка результатов.

5.3.1. Воздухопроницаемость бетона определяют по результатам испытания трех образцов-кубов. Испытания проводят при температуре воздуха от +1 до +20 °С.

Втечение двух суток до испытания поверхность бетона не должна подвергаться воздействию воды или иной жидкости.

Перед испытанием грань куба, на которой будут проводиться испытания, очищают щеткой от поверхностной пленки цементного камня. В зоне контакта фланца камеры с поверхностью бетона не должно быть раковин глубиной более 1 мм и диаметром более 6 мм, а также выступов более 1 мм и видимых трещин. Фланец камеры не должен выступать за край контролируемой поверхности.

5.3.2. Герметизирующую мастику в виде жгута диаметром 8 мм укладывают во фланец камеры в паз по его средней линии и соединяют концы так, чтобы они перекрывали друг друга.

5.3.3. Устанавливают камеру фланцем на подготовленную грань испытываемого образца и прижимают устройство к поверхности дву-

27

мя руками, создавая необходимое давление прижатия 0,05 МПа (усилие прижатия 150 – 200 Н).

Схема устройства «АГАМА»:

1 – полая цилиндрическая камера; 2 – фланец; 3 – вакуумметр; 4, 5 – штуцера; 6 – гибкий шланг; 7 – вакуумный насос; 8 – вакуумный клапан; 9 – заглушка; 10 – мастика герметизирующая; 11 – бетонный образец

5.3.4. Разряжение в камере создается следующим образом:

1)взять в ладонь левой руки вакуумный насос;

2)правой рукой откачать воздух из камеры несколькими воз- вратно-поступательными движениями штока насоса до значений от

0,075 до 0,080 МПа;

3)быстро снять конец шланга 6 со штуцера 5 камеры и плотно установить на штуцере 5 заглушку 9;

4)наблюдать за показаниями вакуумметра до понижения давления до значения РН = 0,060 МПа;

5)при падении давлениядоначального разряжения (РН=0,060 МПа) включается секундомер и засекается время, за которое давление в камере упадет до конечного разряжения РК = 0,054 МПа.

Марку бетона по водонепроницаемости определяют по табл. 16.

28

Таблица 16

Марки бетона по водонепроницаемости

5.3.5. Воздухопроницаемость бетона рассчитывается как среднее арифметическое значение, полученное при испытании трех проконтролированных образцов.

6. ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

6.1.К работе в лаборатории допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности. Инструктаж студентов проводит преподаватель. Все виды работ выполняются студентами под руководством преподавателя и учебного мастера.

6.2.Перед началом работы необходимо ознакомиться с содержанием работы, порядком ее выполнения и необходимыми условиями безопасного проведения экспериментов.

6.3.При выполнении лабораторной работы необходимо надевать спецодежду: фартуки или халаты и рукавицы. По окончании работы следует отключить электроэнергию, привести в порядок рабочее место.

6.4.В случае возникновения пожара в лаборатории необходимо немедленно отключить вентиляционные установки и приступить к тушению пожара, одновременно сообщив в пожарную охрану. До прибытия пожарной дружины гасить пожар при помощи пенных огнетушителей.

6.5.Правила безопасности при работе на прессах и вибростолах.

6.5.1.Перед работой на прессе необходимо убедиться в его ис-

правности. Исправность устанавливается путем внешнего осмотра и опробования.

6.5.2. Образцы для испытания под пресс необходимо устанавливать и закреплять так, чтобы была исключена возможность их смеще-

29