3599

1

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А. В. Исаев

Проектирование составов тяжёлого бетона

Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ и практических занятий для

обучающихся по дисциплинам «Строительные материалы», «Бетоноведение» и «Технология бетона, строительных изделий и конструкций» по направлению подготовки 08.03.01 Строительство,

профиль «Производство и применение строительных материалов, изделий и конструкций»

Нижний Новгород ННГАСУ

2023

2

УДК 666.972.7

Исаев, А.В. Проектирование составов тяжёлого бетона : учебно-мето-

дическое пособие / А.В.Исаев; Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2023. − 46 с. − Текст : электронный.

В пособии описывается традиционная и альтернативные методики подбора составов тяжёлых конструкционных бетонов. В приложении при-

ведена современная классификация бетонов.

Пособие предназначено для обучающихся в ННГАСУ по дисципли-

нам «Строительные материалы», «Бетоноведение» и «Технология бетона,

строительных изделий и конструкций» по направлению подготовки 08.03.01

Строительство, профилю «Производство и применение строительных мате-

риалов, изделий и конструкций»

© А.В. Исаев, 2023 © ННГАСУ, 2023

4

Введение

Бетон – один из древнейших строительных материалов. На территории бывшей Югославии найдены остатки зданий с полами из бетона на извести,

которые датируются 5600 г. до н.э. В третьем тысячелетии до н.э. из бетона построены часть Великой Китайской стены, своды и галереи пирамид в Египте. Широкое применение получил бетон в Древнем Риме во втором тысячелетии до н.э.: из него строили волноломы, акведуки, бани, дома до 4

этажей, общественные здания с пролётами до 22 м, театры, дворцы и т.п. При этом римляне добавляли к извести пуццолановые* добавки, что придавало бетону водостойкость. Остатки древних бетонных сооружений найдены также на территории Южной Америки. [13]

Толчок к бурному развитию бетона дало открытие в 1824 г. портланд-

цемента, а также изобретение в 1848 – 49 гг. железобетона.

В настоящее время на бетон и железобетон приходится до 30 % общего объёма строительных материалов.

Бетон – это искусственный камневидный материал, представляющий собой затвердевшую бетонную смесь.

Бетонная смесь – смесь вяжущих, заполнителей, затворителя и, при необходимости, добавок.

Сухая бетонная смесь – бетонная смесь без затворителя.

Бетон – это весьма широкое понятие, включающее в себя большое ко-

личество материалов, соответствующих приведённому определению, но раз-

личающихся свойствами, применяемыми сырьевыми материалами, техноло-

гией приготовления, формования и твердения. Единственный компонент, яв-

ляющийся обязательным для изготовления бетона, это вяжущее вещество.

* "Пуццолана" – от г. Поццуоли в Древнем Риме, где брали вулканический песок, который при смешивании с водой твердел.

5

Классификация бетонов приведена в приложении А.

Понятие «тяжёлый бетон», с точки зрения современной классификации по ГОСТ 25192 [7], может применяться в двух значениях:

1) бетон на любых вяжущих и заполнителях, имеющий среднюю плот-

ность в сухом состоянии свыше 2000 до 2500 кг/м³; 2) цементный бетон с плотными мелким и крупным заполнителями.

Именно тяжёлые бетоны во втором значении получили наиболее ши-

рокое распространение в строительстве, и в настоящем учебно-методиче-

ском пособии понятие «тяжёлый бетон» в дальнейшем будет употребляться в этом смысле.

Вяжущим в тяжёлых бетонах служит какой-либо цемент, чаще всего – портландцемент по ГОСТ 31108 [10]. В качестве крупных заполнителей в них применяют щебень или гравий из плотных горных пород по ГОСТ 8267 [2], в качестве мелкого заполнителя – строительный песок по ГОСТ 8736 [3].

Возможно применение некоторых отходов производства – шлаков, зол, бе-

тонного боя и т.п. в виде щебня или песка. Затворителем в тяжёлых бетонах является вода по ГОСТ 23732 [6]. В них также могут применяться различные химические добавки, например, водоредуцирующие, ускоряющие твердение,

противоморозные и т.п.

Существует устойчивое заблуждение, что плотные заполнители в тя-

жёлых бетонах необходимы для придания бетонам прочности. Но это не так,

хотя прочность бетона и прочность заполнителей определённым образом связаны между собой. Цементный камень, полученный при твердении це-

ментного теста с консистенцией, сходной с консистенцией бетонной смеси,

будет иметь бóльшую прочность, чем соответствующий бетон (за исключе-

нием высокопрочных бетонов). Основное назначение заполнителей:

- уменьшение усадки материала (в тяжёлых бетонах заполнители уменьшают усадку по сравнению с цементным камнем примерно в 10 раз);

6

- сокращение расхода цемента, являющегося наиболее дорогим компо-

нентом тяжёлого бетона (не считая некоторых химических добавок).

В настоящем методическом пособии приводятся две методики подбора состава тяжёлой бетонной смеси без добавок [11, 12], предусматривающих три этапа:

-расчёт лабораторного состава бетонной смеси;

-проведение опытного замеса с корректировкой состава по удобоукла-

дываемости и изготовление контрольных образцов; - испытание контрольных образцов бетона на прочность и, при необхо-

димости, окончательное корректирование состава.

Методика, приведённая в [11], является широко известной и наиболее распространённой. Методика, приведённая в [12], появилась недавно и пока не нашла широкого распространения.

1 Основные свойства бетонных смесей и бетонов

1.1 Удобоукладываемость

1.1.1 Удобоукладываемостью бетонных смесей называют их способ-

ность заполнять форму, сохраняя при этом монолитность и однородность. На практике удобоукладываемость характеризуется одним из двух показателей

– подвижностью или жёсткостью по ГОСТ 7473 [1]. Методы их определения приведены в ГОСТ 10181 [4].

1.1.2 Подвижность бетонной смеси оценивают по осадке конуса (ОК)

или расплыву конуса (РК), отформованного из бетонной смеси. Расплыв ко-

нуса определяют только у высокоподвижных бетонных смесей марок П4 и

П5, и методика его определения в данном учебном пособии не приводится.

7

Осадка конуса – величина оседания отформованного из бетонной смеси стандартного конуса в сантиметрах.

Стальной конус, изображённый на рисунке 1, устанавливают на глад-

кий лист из твёрдого водонепроницаемого материала (металл, пластмасса и т.п.), надевают сверху загрузочную воронку, прижимают конус к листу (но-

гами – через упоры 3 или руками – за ручки 1) и заполняют при помощи кельмы или совка бетонной смесью. Все соприкасающиеся с бетонной сме-

сью поверхности оборудования и инструментов должны быть предвари-

тельно увлажнены. Бетонную смесь укладывают в три слоя одинаковой вы-

соты, уплотняя каждый штыкованиями по 25 раз металлическим стержнем диаметром 16 мм со скругленными концами. Бетонной смесью марок П4 и

П5 конус заполняют в один приём и штыкуют 10 раз.

Н – 40

1 — ручка; 2 — корпус; 3 — упоры; 4 — сварной шов. H = 300 мм; D = 200 мм; d = 100 мм.

Рисунок 1 — Конус для определения подвижности

Конус во время заполнения, штыкования и заглаживания верхней по-

верхности должен быть плотно прижат к листу.

8

После уплотнения бетонной смеси воронку снимают, избыток смеси срезают ножом вровень с верхними краями конуса и заглаживают поверх-

ность бетонной смеси. Время от начала заполнения конуса до его снятия не должно превышать 3 мин.

Конус плавно снимают с отформованной бетонной смеси в строго вер-

тикальном направлении и устанавливают рядом с ней. Время, затраченное на подъём конуса, должно составлять (5 – 7) с.

Осадку конуса бетонной смеси определяют, укладывая одну линейку на верх формы-конуса и измеряя другой линейкой расстояние от нижней по-

верхности линейки до верха бетонной смеси с погрешностью не более

0,5 см так, как это показано на рисунке 2 (поз. 4).

Рисунок 2 – Определение осадки конуса

Если после снятия формы-конуса бетонная смесь разваливается, изме-

рение не выполняют, и испытание повторяют на новой пробе бетонной смеси.

Осадку конуса бетонной смеси вычисляют с округлением до 1 см как среднеарифметическое результатов двух определений из одной пробы, отли-

чающихся между собой не более чем:

на 1 см при OK ≤ 9 см;

» 2 см » OK = 10 – 15 см;

9

» 3 см » OK ≥ 16 см.

При большем расхождении результатов определение повторяют на но-

вой пробе.

По показателю подвижности бетонные смеси подразделяются на марки

[1]:

П1 – ОК = 1 – 4 см;

П2 – ОК = 5 – 9 см;

П3 – ОК = 10 – 15 см;

П4 – ОК = 16 – 20 см;

П5 – ОК ≥ 21 см.

Бетонные смеси, имеющие осадку конуса меньше 1 см, характеризуют показателем жёсткости.

1.1.3 Жёсткость бетонной смеси характеризуют временем вибрации в секундах, необходимым для уплотнения бетонной смеси.

Стандарт [4] предусматривает три метода определения жёсткости:

-на установке типа Вебé (рисунок 3);

-по методу Крáсного;

-по методу Скрамтаева.

Здесь рассматривается только первый из этих методов.

Установка типа Вебе, приведённая на рисунке 3, состоит из цилиндра

1, к которому прикреплена втулка 7 со штативом 5. Во втулке 6 штатива рас-

положена штанга 10 с горизонтально расположенным диском 8 с шестью от-

верстиями диаметром 10 мм. Общая масса диска, штанги и шайбы 9 уста-

новки должна составлять (2750 ± 50) г. В цилиндр устанавливается стандарт-

ный конус с загрузочной воронкой, описанный в п. 1.1.2, но без упоров. Для прижатия конуса к днищу цилиндра применяется специальное кольцо с руч-

ками 3. Прибор устанавливают на лабораторную виброплощадку, обеспечи-

вающую вертикально направленные колебания частотой (2900 ± 100) мин-1 и

амплитудой (0,5 ± 0,05) мм. Виброплощадка и установка должны иметь