book_23313

Пример 2.1. Вычислить средние значения и установить показатели свойств бетонных смесей, пробы которых были испытаны в лаборатории. (табл. 2.3).

2.2.Плотность, влажность, водопоглощение

ипористость бетона

Эти свойства характеризуют физические характеристики и особенности структуры бетона. Они определяются по ГОСТ 12730-78.

Плотность. Средняя плотность бетона характеризует его массу в единице объема с учетом пор и пустот. Массу бетона при опреде-

61

лении плотности измеряют с погрешностью не более 0,1 %, объем – не более 1 %.

Плотность бетона определяют как на образцах (ГОСТ 12730.1 – 78), так и непосредственно в конструкциях. Наиболее распространены методы определения средней плотности бетона на образцах, которые могут находиться в состоянии естественной влажности или в сухом, воздушно-сухом, нормально-влажностном и водонасыщенном состоянии. Образцы изготавливают и испытывают сериями. В состав серии входит три образца.

При определении плотности бетона в состоянии естественной влажности образцы испытывают сразу же после их изготовления, или сохраняют в паронепроницаемой упаковке или герметичной таре, объем которой превышает объем образцов не более чем в два раза.

Для определения средней плотности бетона в сухом состоянии образцы высушивают до постоянной массы в электрошкафу при температуре (105±10) °С. Высушивание считается оконченным, если разница между двумя последовательными взвешиваниями в процессе высушивания не превышает 1 г.

Для определения средней плотности бетона в воздушно-сухом состоянии образцы перед испытанием выдерживают не менее 28 сут в помещении при температуре (25±10) °С и относительной влажности воздуха (60±10) %.

При определении средней плотности бетона в нормальных влажностных условиях образцы сохраняют 28 сут в камере нормального твердения, эксикаторе или другой герметической таре при относительной влажности воздуха не менее 95% и температуре (20±2) °С.

При определении средней плотности бетона в водонасыщенном состоянии образцы насыщают водой. С этой целью их помещают в сосуд, наполненной водой, с таким расчетом, чтобы уровень воды в нем был выше верхнего уровня образцов приблизительно на 50 мм. Через каждые 24 час нахождения в воде образцы взвешивают на лабораторных весах или весах для гидростатического взвешивания до тех пор, пока результаты двух последующих взвешиваний будут отличаться не более чем на 0,1%.

Образцы для испытания могут иметь как правильную, так и неправильную геометрическую форму. Их изготавливают из бетонной

62

смеси рабочего состава или выпиливают (выбуривают, выламывают) из изделий и конструкций.

Среднюю плотность бетонов на пористых заполнителях и ячеистых бетонов при производственном контроле определяют испытанием образцов правильной геометрической формы, предназначенных для определения прочности бетона. Номинальные размеры образцов правильной геометрической формы, методы их изготовления должны соответствовать требованиям ГОСТ 10180-90. Объем образцов правильной формы вычисляют по их геометрическим размерам.

Наименьший объем образцов неправильной формы зависит от размера фракции крупного заполнителя, мм: более 5 до 20 - 1,от 20 до 40 - 3, от 40 до 80 - 8 дм3. Объем образцов неправильной формы определяют при помощи объемомера (рис. 2.6) или гидростатическим взвешиванием (рис. 2.7). Образцы бетона до испытания высушивают до постоянной массы, нагревают в сушильном шкафу до температуры 60°С и покрывают парафином, нагретым до 100°С. Парафин образует тонкую пленку, заполняя открытые каверны, раковины и поры на поверхности образцов. При применении объемомера (рис. 2.6) его заполняют водой и рассчитывают объем вытесненной парафированным образцом Vв воды по формуле:

Объем образца (V0) на гидростатических весах определяют взвешиванием его на воздухе и в воде и рассчитывают по формуле

63

Среднюю плотность бетона ρw образца с влажностью в момент испытания Wm определяют с погрешность до 1 кг/м3 по формуле

где m – масса образца, кг; V – объем образца, м3.

Для серии образцов среднюю плотность бетона определяют как среднее арифметическое значение результатов испытания всех образцов, входящих в серию.

Среднюю плотность бетона в нормированном влажностном состоянии определяют по формуле

1 + Wн

ρн = ρw 100 , (2.18)

1 + 100Wm

где ρн – нормированная средняя плотность бетона, кг/м3; ρw –

средняя плотность бетона при влажности Wm, кг/м3; Wн – нормированная влажность бетона, %; Wm – влажность бетона в момент испытания.

Плотность бетона непосредственно в изделиях и конструкциях измеряют радиоизотопным методом (ГОСТ 17623-87). Он основан

64

на зависимости между плотностью материала и характеристиками ослабления или рассеяния гамма-излучения. Существующие радиоизотопные приборы позволяют определять плотность бетона в диа-

пазоне 600 - 2500 кг/м3.

Влажность. Влажность бетона по ГОСТ 12730.2-78 определяют на пробах, полученных измельчением образцов после испытания на прочность или из готовых изделий или конструкций.

Наибольшая крупность измельченных кусков должна быть:

-для тяжелых бетонов и бетонов на пористых заполнителях - не более максимального размера зерен заполнителей;

-для мелкозернистых бетонов (включая ячеистые и силикатные)

-не более 5 мм.

Из измельченного материала путем квартования отбирают усредненную пробу массой не менее:

1000 г - для тяжелых бетонов и бетонов на пористых заполнителях;

100 г - для ячеистых, силикатных и мелкозернистых бетонов. При производственном контроле влажности бетона в бетонных и

железобетонных изделиях допускается проводить испытания проб бетона меньшей массы.

Подготовленные пробы или образцы взвешивают, после чего их помещают в сушильный шкаф и высушивают до постоянной массы. Перед повторным взвешиванием пробы (образцы) охлаждают в эксикаторе с безводным хлористым кальцием или в сушильном шкафу до комнатной температуры.

Влажность пробы (образца) бетона по массе Wm в процентах определяют с погрешностью до 0,1% по формуле:

m mс

где mв - масса пробы (образца) бетона до сушки, г; mc - масса пробы (образца) бетона после сушки, г.

При необходимости для бетонов определяют сорбционную влажность - то есть влажность воздушно-сухого материала, которую он приобретает в результате сорбции при заданной относительной влажности воздуха. Пробу материала, масса которой выбирается в зависимости от размера фракции крупного заполнителя в

65

пределах от 100 до 500 г, после высушивания кладут в эксикатор над насыщенным раствором соответствующей соли. Раствор выбирают в зависимости от заданной относительной влажности воздуха:

Пробу выдерживают в эксикаторе до достижения бетоном постоянной массы и вычисляют сорбционную влажность по формуле

где m1 - масса стакана с образцом после стабилизации влажности, г; m2 - масса стакана с образцом после его высушивания до постоянной массы, г; m3 - масса сухого стакана, г.

При контроле влажности бетонных изделий применяют диэлькометрический метод измерения влажности, основанный на корреляционной зависимости диэлектрической проницаемости материала от содержания в нем влаги при положительных температурах (ГОСТ 21718-84). С этой целью применяют электронный влагомер ВСКМ-12 и др.

Для экспрессного автоматизированного измерения влажности бетонных смесей и бетонов применяют нейтронный метод (ГОСТ 23422-87), основанный на эффекте замедления быстрых нейтронов в процессе их взаимодействия с ядрами атомов водорода в воде, содержащейся в материале. Число медленных нейтронов регистрируемых влагомерами, характеризует объемную влажность контролируемого материала. Массовую влажность находят по отношению значения объемной влажности материала к его средней плотности.

Водопоглощение. Водопоглощение бетона оценивается количеством воды, поглощаемой образцами при их непосредственном контакте с водой в результате капиллярного всасывания, осмотической миграции и гидростатического давления. Величина водопоглоще-

66

ния характеризуется в % по отношению к массе образцов или их объема.

Для проведения испытаний применяют образцы правильной и неправильной формы, аналогичные образцам, используемым при определении плотности бетона. Образцы в состоянии естественной влажности или высушенные до постоянной массы помещают в сосуд, наполненный водой, с таким расчетом, чтобы уровень воды в нем был выше верхнего уровня образцов примерно на 50 мм. Через каждые 24 ч нахождения в воде образцы предварительно обтирают и взвешивают. Испытания проводят до тех пор, пока результаты двух последовательных взвешиваний будут отличаться не более чем на 0,1 %.

Для ускоренного определения водопоглощения образцы подвергают кипячению в сосуде с водой, объем которой должен не менее чем в два раза превышать объем размещенных в ней образцов. После каждых 4 ч кипячения образцы охлаждают в воде до температуры ( 20 ± 5 ) ° С , вытирают влажной отжатой тканью и взвешивают. Испытания также как и при методе, рассмотренном выше, проводят до тех пор, пока результаты двух последовательных взвешиваний будут отличаться не более чем на 0,1%.

Вычисляют водопоглощение (W) по формулам:

где mв - масса образца после насыщения водой, г; mс - масса сухого образца, г. ρo - средняя плотность сухого бетона, г/см3; ρв - плот-

ность воды ( ρв = 1 г/см3).

Пористость. Порами бетона можно считать все элементы его структуры, не занятые твердыми фазами исходных компонентов и новообразований.

Существуют различные классификации пор в зависимости от их происхождения, формы и взаимного расположения. Известно множество методов определения пористости. Их можно подразделить на две группы: методы, позволяющие дифференцировать поры по

67

величине радиусов в зависимости от их объема и методы, позволяющие определить общий объем пор того или иного вида.

Большинство методов исследования пор по радиусам пригодны для цементного камня. С этой целью широко применяется метод ртутной порометрии, основанный на том, что ртуть не смачивает большинство материалов и может проникать под давлением в капилляры твердых тел. При этом давление (р) связано с радиусом (r) капилляра уравнением:

где σ – поверхностное натяжение; θ – краевой угол смачивания. Метод продавливания газа через образцы также основывается на

уравнении (2.23), но заключается сначала в насыщении образца смачивающей жидкостью с последующим освобождением капилляров газом под давлением, превышающим капиллярное давление жидкости.

Для бетона согласно ГОСТ 12730.4-78 определяют полный объем пор, объем открытых капиллярных и некапиллярных пор, объем условно замкнутых пор, а также показатели микропористости, среднего размера и однородности размера пор.

Полный объем пор бетона предлагается определять в % с погрешностью до 0,1% по формуле:

где ρб – истинная плотность измельченного в порошок бетона, кг/м3; ρо - средняя плотность сухого бетона в серии образцов, кг/м3.

Для определения истинной плотности пробу бетона измельчают и растирают в порошок, высушивают до постоянной массы и охлаждают до комнатной температуры в эксикаторе над концентрированной серной кислотой или над безводным хлоридом кальция. Истинную плотность определяют пикнометрическим методом или более ускоренно с помощью колбы Ле Шателье

(ГОСТ 8269.0).

68

Объем открытых капиллярных пор бетона в серии образцов По

находят, определив объемное водопоглощение в серии образцов (Wо ) по формуле:

Объем открытых некапиллярных пор бетона в отдельных образцах (объем межзерновых пустот, Пмз в %) определяют по формуле:

где V - объем образца; V1 - объем образца, определенный в объемомере (рис. 2.6) без предварительного высушивания и парафинирования после насыщения водой в течение 24 часов и выдерживания 10 мин. на решетке.

Объем условно-замкнутых пор бетона в серии образцов Пз в про-

где Пп - общий объем пор бетона; По - объем открытых капиллярных пор бетона; Пмз - объем открытых некапиллярных пор бетона,%.

Показатель микропористости бетона серии образцов Пмк опреде-

ляют по формуле

где WС – сорбционная влажность бетона в серии образцов в % по объему при относительной влажности воздуха от 95 % до 100 %; По – объем открытых капиллярных пор бетона, %; Пмз – объем открытых

некапиллярных пор бетона, %.

Показатели среднего размера пор (λ) и однородности размеров пор (α)определяют по кинетике водопоглощения бетона, характеризующейся увеличением его массы во времени.

Кривые водопоглощения выражаются уравнением

где Wτ – водопоглощение образца за время τ в процентах по массе; Wm – водопоглощение образца, в процентах по массе; е – основание

69

натурального логарифма равное 2,718; λ – показатель среднего размера открытых капиллярных пор, равный пределу отношения ускорения процесса водопоглощения к его скорости, он определяется по номограммам, приведенным на рис. 2.8-2.10;α - показатель однородности размеров открытых капиллярных пор, определяемый по номограммам, приведенным на рис. 2.8-2.10.

Кинетика водопоглощения определяется путем непрерывного или дискретного взвешивания предварительно высушенных образцов в процессе их насыщения водой. При непрерывном гидростатическом взвешивании строят кривую увеличения массы во времени в координатах: водопоглощение (в процентах по массе) - время (в часах). Кроме того, в конце испытания выполняют гидростатическое и обычное взвешивание насыщенного водой образца для определения его объема. По результатам испытаний на кривой водопоглощения

находят точки, в которых водопоглощение составляет Wτ1 = 0,632 Wm и Wτ 2 = 0,5Wm и соответствующее этим точкам время τ1 и τ2. По значениям τ1 и τ2 с помощью номограммы (рис. 2.8) находят пара-

метры поровой структуры λ и α . Пример пользования номограммой показан на рис. 2.8.

При дискретном методе взвешивание осуществляют через 0,25 ч и 1,0 ч после погружения высушенного образца в воду, а затем - через каждые 24 ч до постоянной массы. Постоянной считают массу образца, при которой результаты двух последовательных взвешиваний отличаются не более чем на 0,1%.В конце испытаний выполняют гидростатическое взвешивание образца. По результатам испытаний рассчитывают относительное водопоглощение по массе в моменты времени τ = 0,25 и τ = 1 час. По этим величинам с помо-

щью номограмм определяют вспомогательный параметрλ и параметрα , по которым рассчитывают или находят по номограмме

(рис. 2.8) параметрλ .

Параметры пористости λ иα серии образцов бетона определяют как среднее арифметическое значение результатов испытаний всех образцов.

70