1180

Удобоукладываемость бетонной смеси может быть задана маркой и дополнительно конкретным значением показателя удобоукладываемости в соответствии с табл. 1.25-1.28. Допустимое отклонение заданных значений показателей удобоукладываемости бетонной смеси не должно превышать величин, приведенных в табл. 1.29.

Таблица 1 . 2 9 Допустимые отклонения заданных значений показателей

удобоукладываемости

Расслаиваемость бетонной смеси не должна превышать значений, приведенных в табл. 1.30.

Таблица 1 . 3 0 Требования к расслаиваемости бетонной смеси

31

Допустимое отклонение заданных значений средней плотности, расслаиваемости, пористости, температуры и сохраняемости свойств во времени не должно превышать значений, приведенных в табл. 1.31.

Таблица 1 . 3 1 Допустимые отклонения заданных значений показателей качества

бетонной смеси

Таблица 1 . 3 2 Продолжительность перемешивания бетонных смесей тяжелых и

мелкозернистых бетонов на плотных заполнителях

Таблица 1 . 3 3 Продолжительность перемешивания бетонных смесей легких бетонов на

пористых заполнителях в смесителях принудительного действия

32

5.1. Приготовление пробных замесов бетонной смеси.

Перемешивание материалов для пробных замесов производится вручную на металлическом поддоне размером 0,7 1 м с помощью лопат или в лабораторном смесителе. На смоченный водой поддон высыпается песок, затем цемент, после их перемешивания добавляется щебень. Материалы перемешиваются в течение 3-4 мин. В сухой смеси делается углубление для добавления воды. Сначала подается примерно половина дозы воды и осуществляется ее перемешивание с сухими материалами в течение 3-4 мин, затемподаетсяостальнаявода, исмесьопятьтщательноперемешивается.

Проверка пробного замеса на заданную подвижность производится по осадке конуса.

Определение осадки бетонной смеси осуществляется следующим образом (ГОСТ 10181.1–81; 10181–2000). Металлический конус, предварительно смоченный водой, устанавливается на металлический лист. Наполнение конуса бетонной смесью производится в три слоя. Каждый слой штыкуется 25 раз металлическим стержнем диаметром 16 мм и длиной 650 мм. Затем снимается насадка, срезается ножом избыток бетонной смеси, конус поднимается вертикально вверх, и измеряется осадка бетонной смеси.

Если осадка меньше заданной, т.е. подвижность смеси недостаточна, то в нее добавляются вода и цемент (2-3 % от заданного их количества) для сохранения принятого водоцементного отношения и производится повторное определение подвижности (осадки).

Если бетонная смесь имеет избыточную подвижность, в замес добавляются песок и щебень в количестве 3-5 % от заданного и производится повторное определение подвижности.

Для контроля бетонной смеси по жесткости используется методика,

изложенная в ГОСТ 10181.1–81; 10181–2000. 6. Формование опытных образцов.

Свежеприготовленная бетонная смесь засыпается в предварительно взвешенную форму с избытком. Каждая бригада готовит 6 образцов-кубов с ребром 10 см.

Уплотнение бетонной смеси производится на виброплощадке со стандартной частотой и амплитудой колебаний. Время уплотнения рекомендует преподаватель.

7. Корректировка состава бетона.

Для корректировки состава бетона необходимо сначала определить среднюю плотность, затем коэффициент K, отражающий отношение фактической плотности бетонной смеси к теоретической.

Средняяплотностьуплотненнойбетоннойсмесивычисляетсяпоформуле

V

где m1 – масса формы с бетонной смесью, кг;

33

m2 – масса пустой формы, кг; V – объем бетонной смеси, л.

Коэффициент К (теоретически должен равняться 1) определяется по формуле

ф К= бт.см , (1.26)

б.см

где бт.см – теоретическое значение средней плотности бетонной смеси,

кг/л (см.табл.1.33);

фб.см – фактическое значение средней плотности бетонной смеси, получаемое по результатам опытов, т.е. по формуле (1.25), кг/л.

Фактический расход материалов на 1 м3 с учетом коэффициента К рассчитывается из следующих выражений:

где Ц, В, Щ, П – соответственно расходы цемента, воды, щебня, песка, кг на 1 м3 бетона.

8. Испытание опытных образцов и назначение состава бетона.

Результаты испытаний записываются в табличной форме (табл.1.34). Таблица 1 . 3 4

Физико-механические характеристики опытных образцов из тяжелого бетона

Опытные образцы из бетона в контрольные сроки испытываются на сжатие до разрушения. Испытанию подвергаются три образца.

Предварительно определяются и заносятся в табл.1.34 размеры и площадь сечения F, см2, образца. Опорные грани выбираются так, чтобы

34

сжимающая нагрузка была направлена параллельно слоям укладки бетонной смеси в форму. Выбранные грани помечаются мелом. Опытный образец помещают на нижнюю плиту пресса, тщательно центрируя его по оси. Нагрузка при испытании должна возрастать плавно со скоростью 0,4-0,6 МПа/см2 в секунду.

Предел прочности при сжатии вычисляется (как среднее арифметическое трех испытаний) по формуле

где P – разрушающая нагрузка, МПа (кгс);

F – площадь сечения образца, см2.

Полученное значение Rб приводится к пределу прочности образцов стандартного размера 150 150 150 мм путем умножения на коэффициент, значение которого для образца-куба с ребром 100 мм равно 0,95.

На основании результатов испытания опытных образцов на сжатие строится график зависимости Rб = f(Ц) (рис.1.3), по которому определяется расход цемента в зависимости от требуемой (заданной) прочности бетона.

Расчет потребности количества щебня и песка осуществляется по формулам (1.23) и (1.24). Необходимое количество воды определяется исходя из фактического В/Ц-отношения, уточненных составов бетона, рассчитываемых по формуле (1.27).

Полученные результаты записываются в табличной форме (табл.1.35). Таблица 1 . 3 5

Расход компонентов на 1 м3 бетонной смеси

Цемент

Щебень

Песок

Вода

35

1.2.Выбор и назначение состава тяжелого бетона

сприменением методов математического планирования

эксперимента

На технологические свойства бетонной смеси, а следовательно, и затвердевшего бетона оказывают влияние такие факторы, как качество и содержание цементного теста в бетонной смеси, водоцементное отношение, количество и вид крупного и мелкого заполнителей и т.д. Воздействие этих факторов на реологические характеристики бетонной смеси и технологические свойства бетона необходимо учитывать при проектировании состава бетона с заданными свойствами.

Закономерности количественного и качественного влияния различных факторов на свойства бетонной смеси и бетона будем выявлять методом многофакторного планирования эксперимента с использованием ЭВМ.

Сущность планирования эксперимента и выбора состава тяжелого бетона с применением математико-статистических методов заключается в установлении зависимости между заданными свойствами бетона, расходом

исвойствами составляющих компонентов. Получаемая математическая зависимость используется для назначения и поиска оптимальных составов бетона.

Изучение методики проектирования и назначения состава бетона нескольких марок методами математического планирования эксперимента

иисследование факторов, влияющих на свойства бетонной смеси и бетона, а также установление математических закономерностей влияния различных факторов на свойства бетонной смеси и бетона с применением ЭВМ осуществляются в следующей последовательности:

1.Выбор переменных факторов и условий их варьирования.

2.Составление матрицы планирования и плана проведения эксперимента.

3.Расчет состава бетона и приготовление опытных образцов в соответствии с планом проведения эксперимента.

4.Получение математических моделей.

5.Проведение анализа полученных математических моделей и построение графических зависимостей.

1.Выбор переменных данных.

При планировании эксперимента производится выбор переменных факторовX, влияющихнасвойствоY. Факторыдолжныприниматьразличныезначения, т.е. варьироваться на разных уровнях. Количество уровней варьирования

факторов Xi должно быть 2, 3, 4 и т.д., если в модели фактор X будет фигурировать соответственно с показателем степени 1, 2, 3. Естественно, что чем меньше уровней варьирования, тем проще организовать эксперимент, но это не всегда соответствует лучшим свойствам матрицы планирования с точки

36

зрения математической обработки (так, например, в центральном композиционномпланевторогопорядкапринимают5 уровнейварьирования).

Интервал варьирования (разность значений между ближайшими уровнями) фактора должен быть достаточно большим относительно погрешности значения фактора.

Интервал варьирования и средний уровень определяются из

Часто бывает удобно от физических значений переменных переходить к кодированным значениям.

Пусть переменная Xi варьируется на двух уровнях: Ximax иXimin .

Кодированные значения переменных могут быть определены по формуле

Тогда

Ximax 1 , Ximin 1 , Xi 0 .

Отсюда видно, что переменным, варьируемым на двух уровнях, можно придать кодированные значения +1, –1, а переменным, варьируемым на трех уровнях, – значения +1, 0 и –1, если средний уровень определить как полусумму верхнего и нижнего уровней.

В табл.1.36 заносятся условия проведения эксперимента.

Таблица 1 . 3 6

2. Составление плана эксперимента.

Если предположить, что модель линейна относительно факторов, то достаточно каждый фактор варьировать на двух уровнях (кодированные переменные принимают значения +1 и –1). В этом случае удобно применять дробный или полный факторный план (ДФП и ПФП соответственно).

37

Полный факторный план типа 22 представлен в табл.1.37 (опыты с первого по четвертый).

Таблица1 . 3 7

Матрица планирования ПФП

Если известен ПФП типа 2n (2 – количество уровней, n – число переменных), то для построения ПФП типа 2n под планом 2 подписывают такой же план, а справа присоединяют столбец с фактором Xn+1, который принимает значения +1 в одной половине столбца и –1 – в другой. Последовательность достраивания ПФП типа 25 представлена в табл.1.37.

ПФП типа 2n имеет 2n строк и требует для реализации проведения 2n опытов. При больших значениях n это число опытов оказывается избыточным. Тогдацелесообразноприменятьдробныефакторныепланы.

38

ДФП типа 2n-p строится следующим образом. Выбрав n и p, записывают ПФП типа 2n-p, справа к нему приписывают p столбцов, каждый из которых получается перемножением от двух до n–p столбцов исходного ПФП. Число опытов для реализации ДФП типа 2n-p равно 2n-p, что значительно меньше, чем для ПФП при том же количестве факторов. В табл.1.38

Матрица планирования получается аналогично случаю ПФП. Важной особенностью ПФП и ДФП является их ортогональность.

Если линейная модель оказалась неадекватной, а также если заранее модель предполагается более сложной, чем линейная, следует строить план для квадратичной модели. В таком плане факторы варьируют не менее чем на трех уровнях.

Обычно для квадратичных моделей строят центральные композиционные планы (ЦКП). Ядром ЦКП является ПФП типа 2n или ДПФ типа 2n-p. К ядру добавляют 2n «звездных» точек и центральную точку (центр плана). Пример построения ЦКП для трех факторов, варьируемых на трех уровнях, представлен в табл.1.39.

Таблица 1 . 3 9 Центральный композиционный план трехфакторного эксперимента

39

Окончание табл. 1 . 3 9

Для получения матрицы планирования к ЦКП слева приписывается столбец X0 со значениями +1, а справа – столбцы, полученные из столбцов ЦКП. В табл.1.40 представлена матрица планирования для трех факторов с ядром ЦКП типа 23. Выбором и можно придать различные свойства

n p

ЦКП. При = 2 4 , = 0 получается ротатабельный ЦКП, а при

имеем ортогональный ЦКП.

Таблица 1 . 4 0 Матрица планирования ЦКП для трех факторов

40