книги из ГПНТБ / Черкасов, Г. И. Введение в технологию бетона

£

<o

■5»

5<

C5 ca

’5

Рис. 4. График рекомендуемого зернового состава гравия и щебня.

тах, при определении удобоукладываемости смесей, назначе­ нии размеров контрольных образцов, для определения проч­ ности бетона и регламентирует возможность применения щебня для той или иной конструкции. Наибольшая крупность заполнителя не должна превышать '/з минимального размера сечения бетонного изделия и 3/^ расстояния между стержнями арматуры. Крупность песка характеризуется условным пока­ зателем — модулем крупности, который определяется деле­ нием суммы полных остатков на стандартных ситах с отверс­ тиями от 0,14 до 2,5 мм на вес исходной навески. При выра­ жении полных остатков в процентах их сумма делится на 100:

где Ах — полные остатки на ситах с размерами отверстий х, выраженные в процентах.

В зависимости от значений Мк пески относятся к той или иной труппе крупности. Дополнительным показателем, опре­

21

деляющим крупность песка, .является полный остаток на сите

0,063 (табл. 4).

Желательно, чтобы зерна заполнителей имели изодиаметрическую форму, близкую .к форме шара и куба. Зерна плас­ тинчатой и игловатой формы ухудшают удобоукладываемость и понижают прочность бетона, содержание их в крупном за­ полнителе не должно быть более 15%.

Резко отрицательно сказывается на качестве бетона при­ сутствие в заполнителях пылеватых, иловатых и глинистых частиц, ухудшающих удобоукладываемость смесей и вызы­ вающих перерасход цемента. Содержание этих частиц, опре­ деляемое отмучиванием, может быть не больше 1 % в круп­ ном заполнителе и 3% в песке.

Органические примеси в заполнителях замедляют твер­ дение бетона, а некоторые из них разрушают цементный камень. Эти примеси обнаруживают при выдерживании за­ полнителей в растворе едкого натра: растворяясь в нем и вступая с ним в реакцию, они вызывают потемнение раство­ ра. Количество примесей определяется цветом раствора, который должен быть не темнее установленного эталона.

Вода. Для затворения бетонных смесей необходимо при­ менять чистую воду из природных источников или систем водоснабжения. Нельзя использовать воды кислые, имеющие pH менее 4, сильно засоленные (более 5 г солей в 1 л), суль­ фатные, а также сточные воды промышленных предприятий.

III. ЗАВИСИМОСТИ СВОЙСТВ БЕТОНА ОТ ЕГО СОСТАВА

Состав бетона выражают в весовых количествах материа­ лов на 1 л*3 свежеуложенного бетона. Содержание материа­

22

ч

лов на 1 м3 бетона обычно обозначают первой буквой назва­ ния: В — количество воды в 1 , Ц — количество цемента в кс, П — количество песка в кг, Щ(Г) — количество щебня или

гравия в кг.

Часто состав бетона выражают в виде весовых отношений Ц : П : Щ и В/Ц, принимая количество цемента за единицу. Весовое содержание материалов подсчитывают исходя из тре­ бования плотности свежеуложенного бетона, выражаемого формулой

В+ -У -+Л f Л = 1000,

1ц ■ Тп 7щ

где уц — удельный вес цемента; уп — удельный вес песка;

Уш — кажущийся удельный вес щебня (гравия). Количество цемента в кг на 1 м3 бетона может быть опре­

делено как

Определив содержание цемента, вычисляют по заданному соотношению количество остальных материалов.

Зависимость, вцраженная приведенной формулой, назы­ вается «уравнением абсолютных объемов» и широко исполь­ зуется в расчетах состава бетона.

Необходимо отметить, что это уравнение не является абсо­ лютно точным, так как не учитывает содержание воздуха в свежеуложенном бетоне, которое в зависимости от технологии уплотнения может достигать 2—5%. Однако в предваритель­ ных расчетах бетонов из наиболее распространенных подвиж­ ных смесей этим пренебрегают.

Подвижные бетонные смеси и бетоны из них

Подвижные и малоподвижные бетонные смеси применяют наиболее широко из-за сравнительной легкости приготовления и укладки, обеспечивающей получение плотного свежеуложепного бетона. Подвижные смеси приготовляют в бетоносмеси­ телях свободного или принудительного перемешивания, про­

23

должительность которого зависит от подвижности смесей и типа смесителя и обычно составляет одну-три минуты.

Удобоукладываемость бетонных смесей зависит от их соста­ ва, свойств применяемых заполнителей и цемента и всегда повышается с увеличением в них содержания воды. Однако увеличивать количество воды можно только до определенного предела во избежание расслоения смеси. Количество воды, взятое для приготовления 1 мг бетонной смеси, называется ее водосодержанием. Водосодержание, обеспечивающее опре­ деленную удобоукладываемость смеси, называется водопо­ требностыо.

Увеличение содержания цемента в пределах наиболее ши­ роко применяемых количеств — от 200 до 400 кг/м3 — почти не изменяет удобоукладываемости бетонной смеси. Это свой­ ство, установленное В. И. Сорокером, получило в технологии бетона название «.правило постоянства водосодержания» и имеет большое практическое значение для расчетов удобо­ укладываемости бетонных смесей. Связано оно с тем, что уве­ личение вязкости цементного теста при введении дополнитель­ ного количества цемента компенсируется утолщением пленок цементного теста на зернах заполнителей, и в результате удобоукладываемость бетонной смеси не изменяется. При расходе цемента свыше 400 кг/м3 эта компенсация становится

укладываемой. Увеличение содержания песка резко увеличи­ вает вязкость раствора, а уменьшение сближает между собой частицы крупного заполнителя; и .в том и в другом случае удобоукладываемость бетонной смеси ухудшается.

Оптимальную долю песка обычно определяют от общего веса заполнителей*1 и обозначают буквой г:

П

Г _ П+Щ'

Значение г для подвижных бетонных смесей находится в пределах 0,3—0,4.

1 Ранее оптимальная доля песка в смеси заполнителей г определялась отношением абсолютных объемов материалов

П

I п

П__!_ Щ-

7 п 1 7щ

24

Большое влияние на удобоукладываемость оказывают и физические свойства заполнителей. Уменьшение крупности заполнителей, присутствие пылеватых и глинистых примесей увеличивает их удельную поверхность и ухудшает удобоукла- дывае-мость. Так же отрицательно влияет неокатанность, ше­ роховатость поверхности, лещадность и игловатость зерен заполнителей.

При заполнителях определенного качества и установлен­ ном г удобоукладываемость бетонной смеси будет рднозначно определяться ее водосодержанием. Эта однозначная зависи­ мость легла в основу построения различных графиков и таб­ лиц. На рис. 5 приведены широко распространенные графики, разработанные С. А. Мироновым, Б. Г. Скрамтаевым _и др., для определения водопотребности бетонных смесей.

График построен для бетонных смесей на гравии с песком средней крупности при значении г= 0,4; параллельные кривые выражают водопотребность смеси при гравии соответствую­ щей крупности. Использование графика для определения во­ допотребности бетонных смесей с другими заполнителями ясно из примечания.

По данному графику можно определить как водопотреб­ ность бетонной смеси для обеспечения заданной удобоукладываемости, так и удобоукладываемость смеси при опреде­ ленном водосодержании."

Затвердевший бетон представляет собой конгломератный материал, состоящий из заполнителей и цементного камня (рис. 6). Прочность тркого материала зависит от прочности заполнителей, прочности цементного камня и сцепления меж­ ду ними (адгезии):

Re — f (Кзап, Ru. к., Адг).

Можно выбрать заполнители, прочности которых гораздо больше прочности бетона, и поэтому исключить R:taiI из при­ веденной функции, а влияние повышенной прочности запол­ нителей на распределение напряжений учесть введением соот­ ветствующего коэффициента.

Прочность цементного камня зависит от марки це­ мента и отношения количества воды в бетоне к количеству цемента.

Изменение прочности цементного камня связано с повы­ шением его пористости при увеличении В/Ц, так как на хими­ ческие реакции твердения цемента воды расходуется только

25

ти бетона приобретает линейный характер, и предложил более удобную для практического пользования формулу

'Rr>— A-R4(-^— С).

Исследования, проведенные в нашей стране под руковод­ ством Б. Г. Скрамтаева и др., позволили установить, что за­ висимость прочности бетона от цементоводного отношения, имеющая криволинейный характер, может быть без больших погрешностейг заменена двумя прямыми линиями (рис. 7).

R5/Rn

Рис. 7. Зависимость прочности бетона от водоцементного отношения:

А — зона обычных бетонов; Б — зона высокопрочных бетонов.

При использовании заполнителей, отвечающих требова­ ниям ГОСТ, прямые пересекаются в точке, примерно соответ­ ствующей Ц/В=2,5. Для прочности бетонов со значениями Ц/В от 1,4 до 2,5 предложена формула

Re = A 1-Ru(-y— 0,5).

Для прочности бетонов со значениями Ц/В больше 2,5, так называемых высокопрочных, предложена формула

R6 = A 3-Ru(4 + 0 ,5 ) .

28

Значения коэффициентов Ai и А2, используемых в указан­ ных формулах, приведены в табл. 5^

Цементоводное отношение, равное 2,5, соответствующее точке пересечения прямых линий на графике, носит название критического цементоводного отношения.

Как следует из расчетных формул, бетоны на заполните­ лях среднего качества, имеющие В/Ц ниже критического, будут иметь прочности менее 1,2 марки цемента. При Ц/В меньше критического действует правило постоянства водосодержания и водопотребность смесей может быть определена по графикам и таблицам. При значениях Ц/В больше крити­ ческого содержание воды нужно увеличивать на 1—2% на каждую десятую долю Ц/В сверх критического.

Из приведенных формул и графика (рис. 7) видно, что вы­ сокопрочные бетоны при увеличении Ц/В имеют меньшую интенсивность нарастания прочности и гораздо больший рас­ ход цемента, чем обычные бетоны. Большое количество це­ ментного камня в этих бетонах делает их не только неэконо­ мичными, но и менее долговечными1.

1 В последнее время исследованиями, проведенными в НИИЖБ под руководством С. А. Миронова и И. М. Френкеля, установлена линейность и непрерывность функции Ro = f(U/B) при значениях Ц/В от 1,43 до 3,3 для неизменных заполнителей и цемента. При Этом только одно значение Ro, примерно соответствующее (Ц /В)Кр = 2,5, может находиться выше общей прямой, что'связано с наиболее благоприятными условиями гидра­ тации цемента при данном Ц/В. В то же время отмечено большое влияние вида цемента на размещение прямой в координатах R6—Ц/В. С. А. Ми­ ронов -считает, что принятые ® настоящее время расчетные формулы и коэф­ фициенты пригодны лишь для ориентировочных расчетов бетонов невысо­ ких марок. Высокопрочные бетоны следует рассчитывать по формулам, устанавливаемым экспериментально для каждых заполнителей и цементов. Эти замечания учтены нами при описании экспериментального метода под­ бора состава бетона.

29

Жесткие бетонные смеси и бетоны из них

Жесткие бетонные смеси характеризуются малым содер­ жанием цементного теста. У подвижных смесей прослойки теста между зернами заполнителя имеют величину более 30 мк, у жестких смесей она может составлять всего 2—3 мк, что обусловливает некоторые особенности свойств смесей н затвердевшего бетона. Жесткие смеси имеют плохую удобоукладываемость, определяемую показателем жесткости, и требуют повышенных затрат работы для их уплотнения ин­ тенсивным вибрированием с применением иногда дополни­ тельной нагрузки в виде различных пригрузов и штампов.

Удобоукладываемость жестких смесей зависит в основном от тех же факторов, что и подвижных, но влияют они сильнее из-за малого водосодержания.'

Зависимость между водосодержанием и жесткостью при

Для жестких смесей, так же как для подвижных, прием­ лемо правило постоянства водосодержания, однако верхний предел расхода цемента, определяющий применимость пра­ вила, меньше, чем у подвижных смесей, и уменьшается с по­ вышением жесткости.

Удобнее связывать применимость правила постоянства водосодержания со значениями критического Ц/В, которое для смесей на определенных материалах почти не меняется. ^Значение критического Ц/В для жестких смесей составляет Ъколо 2,2.

Оптимальная доля песка в смеси заполнителей г для обес­ печения минимальной жесткости колеблется в пределах 0,2— 0,3.

Изменение физических свойств заполнителей — крупности, состояния поверхности, окатанности, количества примесей — 'на удобоукладываемость жестких смесей влияет сильнее, чем на удобоукладываемость подвижных. Так, в опытах М. Кап­ лана изменение угловатости крупного заполнителя повышало жесткость смеси постоянного состава с 35 до 100 сек. При применении в бетонных смесях песков разной крупности водо­

30