6007
.pdfМИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
А. А. Мольков, Н. И. Ханова
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ВИБРОУПЛОТНЕНИЯ
БЕТОННОЙ СМЕСИ
Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторной работы по дисциплине
«Процессы и аппараты в технологии строительных материалов» для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Производство
и применение строительных материалов, изделий и конструкций
Нижний Новгород
2022
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
А. А. Мольков, Н. И. Ханова
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ВИБРОУПЛОТНЕНИЯ
БЕТОННОЙ СМЕСИ
Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторной работы по дисциплине
«Процессы и аппараты в технологии строительных материалов» для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Производство
и применение строительных материалов, изделий и конструкций
Нижний Новгород ННГАСУ
2022
УДК 691
Мольков, А.А. Изучение процесса виброуплотнения бетонной смеси : учебнометодическое пособие / А.А. Мольков, Н.И. Ханова ; Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2022. – 11 с. : ил. – Текст : электронный.
Приведены сведения о процессе виброуплотнения бетонной смеси, описана методика изучения вибрационного метода формования бетонной смеси и влияния уплотнения на свойства затвердевшего бетона.
Предназначено обучающимся в ННГАСУ для выполнения лабораторной работы по теме «Изучение процесса виброуплотнения бетонной смеси» по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Производство и применение строительных материалов, изделий и конструкций
© А. А. Мольков, Н. И. Ханова, 2022
© ННГАСУ, 2022
3
Содержание
ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................................................. |
4 |
|
1 |
Процесс виброуплотнения бетонной смеси ...................................................................................... |
4 |
1 |
ЦЕЛЬ РАБОТЫ .................................................................................................................................... |
8 |
2 |
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ ............................................................................................. |
8 |
3 |
МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ .......................................................................................... |
8 |
4 |
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ........................................................................................................... |
9 |
ЛИТЕРАТУРА....................................................................................................................................... |
11 |
|
4
ВВЕДЕНИЕ
Настоящее учебно-методическое пособие составлено для выполнения лабораторной работы «Изучение процесса виброуплотнения бетонной смеси» по дисциплине «Процессы и аппараты в технологии строительных материалов» студентам III курса направления 08.03.01. «Строительство» профиль: Производство и применение строительных материалов, изделий и конструкций.
В пособии приведены теоретические сведения о процессе виброуплотнения бетонных смесей, изложена методика выполнения лабораторных замесов бетонных смесей и формования образцов кубов, а также методика обработки полученных в ходе работы результатов.
1 Процесс виброуплотнения бетонной смеси
Бетонная смесь это смесь вяжущего, крупного и мелкого заполнителей воды и добавок.
По мере затвердевания такого бетона воздушные включения трансформируются в воздушные поры.
Свежеприготовленная бетонная смесь представляет собой рыхлую конгломератную слипшуюся массу случайным образом расположенных зерен крупного заполнителя в
оболочках |
из растворной составляющей, которая, в свою очередь, представляет |
композицию зерен мелкого заполнителя, окутанных цементным тестом (рисунок 1). |
|
В |
этой массе большая доля объема занята воздушными полостями. Присутствие их в |
свежеуложенном бетоне крайне нежелательно. Они, как и любые другие поры в бетоне,
значительно ухудшают его свойства: снижают прочность (каждый 1% воздушных пор снижает прочность на (6 – 8) %); увеличивает водопроницаемость, уменьшает коррозионную стойкость.
Если из такой бетонной смеси отформовать изделие, не изменяя ее структуру, то после отвердевания бетонной смеси свойства бетона в изделии будут весьма низкими.
5
Рисунок 1 – Схема распределения компонентов в бетонной смеси
Для уплотнения свежеуложенной бетонной смеси, как на строительной площадке, так и
в заводских условиях наиболее часто применяют виброуплотнение. Вибрационный метод – это метод активного воздействия на формирующуюся структуру строительного композита.
Наиболее наглядно это прослеживается при формовании бетонных и железобетонных изделий.
Применительно к ЖБИ под формованием следует понимать определенную
совокупность элементарных процессов, в результате которых исходная бетонная смесь приобретает заданную геометрическую форму и размеры и, самое главное, достигает предельно высокой плотности.
Вибрационные же воздействия на бетонную смесь приводят к упорядочению,
усовершенствованию ее структуры.
Происходит переукладка ее зернистых составляющих таким образом, что зерна крупного заполнителя, как наиболее тяжелые, размещаются предельно компактно в первую очередь, а растворная составляющая становится легкотекучей и наиболее плотно заполняет оставшиеся промежутки. Способность бетонных смесей на время вибрации переходить в легкотекучее состояние называется тиксотропией. Затвердевший бетон такой совершенной структуры обладает максимально высокими прочностью и другими физико-механическими свойствами, так как среди его структурных составляющих (цементный камень, воздушные и капиллярные поры, заполнитель) крупный заполнитель из природных горных пород с высокими свойствами занимает максимум объема. На практике в исходных составах бетонных смесей, подлежащих виброуплотнению, содержание щебня всегда выше, чем у литых бетонных смесей.
Таким образом, вибрационный метод уплотнения бетонной смеси имеет определенные преимущества перед другими методами и поэтому он остается доминирующим.
6
Механизм процесса виброуплотнения При самом общем подходе виброуплотнение происходит в результате того, что
бетонной смеси передаются частые, периодически повторяющиеся механические импульсы,
под воздействием которых она вовлекается в колебательные движения. Любое колебательное движение характеризуется частотой, амплитудой, скоростью, ускорением, фазой колебания.
Для разных по размеру частиц бетонной смеси они оказываются разными. В результате зернистые составляющие бетонной смеси совершают колебательные движения с фазовыми
(относительно друг друга) сдвигами, и даже в противофазах. Итогом этого является бесчисленное множество взаимных сдвиговых деформаций в объеме бетонной смеси, в
ходе которых проявляются реологические свойства бетонной смеси.
В первом приближении можно считать, что взаимное перемещение частиц будет
обеспечено в том случае, если инерционная сила частицы, сообщенная ей внешним
механическим импульсом, обеспечит преодоление предельного напряжения сдвига бетонной смеси, а точнее – тонкодисперсной ее составляющей. После этого возможно течение бетонной смеси с проявлением переменной, убывающей с увеличением скорости сдвига, вязкостью.
Скорость сдвига легко регулируется частотой и амплитудой колебаний. Но так как колебательный процесс знакопеременный, то скорость в нем также переменна и изменяется в
пределах от нуля до некоторой предельной в каждом случае величины. Это говорит о
том, что управлять процессом виброуплотнения через параметр скорости трудно. В то же время имеется другая характеристика – амплитуда ускорения колебательного процесса Аω2 (А
- амплитуда, ω - частота колебаний), которая вполне измеряема, задаваема, учитывает значение скорости и может служить в качестве управляющего параметра. Общая зависимость изменения эквивалентной вязкости бетонной смеси от величины ускорений колебательного процесса имеет вид:
Рисунок 2 - Зависимость изменения эквивалентной вязкости бетонной смеси от величины ускорений колебательного процесса
7
Как видно из рисунка, в определенный момент, наступает состояние предельного псевдоожижения смеси, при котором она способна течь подобно вязкой ньютоновской жидкости. Именно псевдоожижение бетонной смеси является главным и необходимым условием перестройки ее структуры, так как только в таком состоянии возможна свободная переориентация в пространстве, переукладка частиц заполнителя.
Непосредственной же причиной переориентации частиц является нескопмпенсированность сил, действующих на каждую из частиц, а именно: инерционных сил,
сил тяжести и архимедовых (выталкивающих) сил. Немаловажным положительным фактором является снижение взаимного трения частиц при наступлении состояния псевдоожижения.
Способы реализации вибраций |
|
|
|
Вибрациями в технологии бетонов принято называть |
механические колебания, |
||
имеющие частоту в пределах от 10 до 350 Гц. Источниками |
вибраций |
служат |
|
вибровозбудители – вибраторы. Существует несколько типов вибровозбудителей; |
|
||
-механические преобразователи вращательного движения в колебательное типа кривошипно-шатунных механизмов;
-пневмо- и гидровозбудители;
-электромагнитные вибровозбудители;
-инерционные вибровозбудители в виде вращающихся неуравновешенных масс.
Конструктивно вибровозбудители могут быть оформлены по-разному: поверхностные,
погружные, навесные и др. В заводской технологии наибольшее распространение получили виброплощадки.
Вибровозбуждение, наиболее часто, осуществляется за счет вращения валов, на которых устанавливаются так называемые дебалансы.
На качество виброуплотнения бетонной смеси оказывает влияние множество факторов:
-режим виброуплотнения, его интенсивность и продолжительность;
-наличие дополнительного давления, пригруза;
-способ закрепления форм;
-характер и вид колебаний;
-форма колебательных движений (круговые, вертикальные, горизонтальные);
-реологические характеристики бетонной смеси (подвижность, жесткость,
пластичность, текучесть).
Известно, что прочность бетона зависит от очень многих факторов, основными из которых являются активность вяжущего, качество заполнителей, качество уплотнения и
8
условия твердения бетона. Поэтому косвенно эффективность уплотнения может быть оценена по прочности затвердевшего бетона, которая является функцией его плотности.
1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью работы является исследование режимов вибрационного уплотнения бетонных смесей разной подвижности и их влияния на конечную прочность бетона.
2 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Исследование выполняется студентами в течение двух занятий, то есть четырех учебных часов. Исследование выполняется отдельными звеньями по 3-5 студентов.
На первом занятии каждому звену назначается изготовление бетонной смеси с определенной подвижностью, исследование ее свойств, формование образцов с уплотнением их на виброплощадке на разных режимах.
На втором занятии производят испытание затвердевших бетонных образцов,
построение графиков и составление выводов по работе.
3 МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
3.1.Каждому звену преподаватель выдает задание, в котором указывается состав бетонной смеси, а так же режимы уплотнения бетонной смеси.
3.2.Каждое звено изготавливает бетонную смесь своего состава. Для этого студенты отмеряют необходимые количества вяжущего вещества, заполнителей и воды. Сухие компоненты смеси помещают в предварительно протертую влажной тканью сферическую чашу перемешивают, добавляют воду и снова перемешивают до однородного состояния.
3.3.Полученной смесью заполняют стальной мерный цилиндр объемом 2 л до верхнего края, не допуская при этом уплотнения смеси. Цилиндр со смесью устанавливают на лабораторную виброплощадку и производят виброуплотнение смеси в течение времени,
указанного в задании.
3.4. После уплотнения при помощи линейки измеряют осадку бетонной смеси.
Результаты измерений заносят в таблицу лабораторного журнала.
3.5. Бетонную смесь извлекают из цилиндра, перемешивают и заполняют ей предварительно смазанные тонким слоем машинного масла стальные формы-кубы с ребром
9
70,7 мм. Бетонную смесь укладывают во все три ячейки формы с некоторым избытком, также не допуская при этом уплотнения. Заполненные формы устанавливают на лабораторную виброплощадку и производят виброуплотнение смеси в течение времени, указанного в задании.
3.6.После уплотнения формы дополняют бетонной смесью до краев и выравнивают верхнюю поверхность образцов, не допуская при этом уплотнения. Образцы маркируются и хранятся в стандартных условиях до испытания.
3.7.Пункты 3.1 – 3.6 повторяют для других режимов уплотнения.
3.8.По истечении времени хранения образцы испытываются на сжатие. Результаты испытаний заносятся в таблицу лабораторного журнала.
4 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
4.1 По результатам полученным при измерении осадки бетонной смеси в цилиндре вычисляется плотность и пористость бетонной смеси, а так же коэффициент уплотнения.
4.1.1 Высчитывается плотность бетонной смеси
|
|
|
|
|
|
|
|
(1) |
||
|
|
|
|
|
|
|||||
где |
mц |
– масса цилиндра, кг; |
||||||||
|
mбс – масса бетонной смеси в цилиндре, кг; |
|||||||||
|
hц |
– высота цилиндра, м; |
||||||||
|
hос |
– осадка бетонной смеси в цилиндре, м. |
||||||||
|
4.1.2 Далее определяется пористость бетонной смеси |
|||||||||
|
|
|
|
(2) |
||||||
|
|
|
||||||||
где |
hосi – осадка бетонной смеси за определенное время вибрирования, м; |
|||||||||
|
hос(max) – максимальная осадка бетонной смеси, м |
|||||||||
|
ki |
– остаточная пористость, % (при В/Ц = 0,4 ki = 3 %, при В/Ц=0,5 ki = 4 %, при В/Ц = |
||||||||
0,6 ki = 5 %). |
||||||||||
|
4.1.3 Далее определяется коэффициент уплотнения бетонной смеси |
|||||||||
|
|
|
|
(3) |
||||||
|
|
|
||||||||
где |
Рi |
– пористость бетонной смеси в определенное время вибрирования, % |
||||||||
4.2 По результатам испытаний на сжатие определяются пределы прочности при сжатии
(R) всех образцов. Высчитывается среднее значение предела прочности для каждого режима уплотнения.