Технология бетона, строительных изделий и конструкций. Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Технология бетона, строите

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ФОРМОВАНИЯ БЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

Цель работы — экспериментальное определение оптимального времени вибрирования бетонной смеси, предназначенной для производства бетонных изделий.

Применение жестких и малоподвижных бетонных смесей с минимально возможным водоцементным отношением позволяет получать бетоны с высокими прочностными и эксплуатационными характеристиками. Применение данных бетонных смесей возможно только в стационарных условиях производства сборных бетонных и железобетонных изделий, т.к. требует специального массивного вибрационного оборудования. В связи с высокими эксплуатационными и энергетическими затратами на вибрирование наиболее актуальным вопросом в данном случае является снижение продолжительности вибрирования.

При формовании подвижных бетонных смесей марок по удобоукладываемости П1—П3 вибрирование также является обязательной операцией, обеспечивающей однородность структуры бетона по всему объему изделия или конструкции. В данном случае необходимо определять оптимальное время вибрирования, при котором будет обеспечено достаточное уплотнение бетонной смеси, но не наступит ее расслоение.

2.1. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ ФОРМОВАНИЯ НА СВОЙСТВА БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ

Каждая из подгрупп перед выполнением данной лабораторной работы получает задание на проектирование состава тяжелого бетона с заданной удобоукладываемостью (подвижная и жесткая смесь для разных подгрупп). После чего, согласно рассчитанному номинальному составу бетона, изготавливает пробный замес (рекомендуемый объем пробного замеса в данной лабораторной работе составляет 12 л) смеси и определяет ее удобоукладываемость и плотность.

Фактическая удобоукладываемость полученных составов бетона должна соответствовать проектной или отличаться от нее в допустимых пределах, приведенных в ГОСТ 7473-2010.

После определения удобоукладываемости смесь каждого вида укладывается в металлические формы для изготовления образцов кубов бетона со стороной 100 и 150 мм (в три формы типа 2ФК-100 и три

11

формы ФК-150). Перед укладкой бетонной смеси формы предварительно взвешиваются. После чего формы со смесью (по одной форме 2ФК100 и ФК-150) устанавливаются на лабораторную виброплощадку и подвергаются вибрированию. Продолжительность вибрирования на первой партии форм назначается в зависимости от фактической удобоукладываемости бетонной смеси. Жесткие смеси подвергаются вибрации в течение 15 с, малоподвижные (марка по подвижности П1, П2) — 10 с и подвижные (марка по подвижности П3—П5) — 5 с. Продолжительность вибрирования каждой последующей партии форм со смесью должна быть увеличена на величину, зависящую от удобоукладываемости смеси: жестких — на 15 с, малоподвижных — на 10 с и подвижных — на 5 с.

После окончания вибрирования все формы взвешиваются и определяется средняя плотность бетона в каждой партии по формуле (8):

где m2 — масса формы с бетонной смесью, кг; m1 — масса формы, кг;

Vф — объем формы, м3;

ф — фактическая плотность бетонной смеси, кг/м3.

Также для каждой партии бетонной смеси рассчитывается коэффициент уплотнения, определяемый по формуле (9):

где ф — фактическая средняя плотность, кг/м3;т — расчетная теоретическая средняя плотность бетонной смеси, определяемая по формуле (10):

где Ц, П, Щ, В — масса цемента, песка, щебня (гравия), воды для изготовления 1 м 3 бетонной смеси, кг.

Результаты работы оформляются в виде таблицы, в которую заносятся все определенные и расчетные значения, полученные в ходе выполнения лабораторной работы. Также на основании полученных ре-

12

зультатов выстраивается график, на котором приводятся полученные зависимости коэффициента уплотнения от времени вибрирования бетонных смесей различной удобоукладываемости и размеров испытуемых образцов. На основании установленных зависимостей делается вывод об оптимальном времени вибрирования бетонных смесей.

2.2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ ФОРМОВАНИЯ НА СВОЙСТВА БЕТОНОВ

При выполнении лабораторной работы № 2.1 каждая из подгрупп изготавливает дополнительно по одному пробному замесу с заданными свойствами, из которого формует по три партии образцов кубов (в каждой партии по 4 образца куба со стороной 100 мм). Время вибрирования каждой партии соответствует времени, принимаемому в лабораторной работе № 2.1 для каждой партии. Изготовленные образцы выдерживаются в камере нормального твердения 28 суток, после чего испытываются по следующим показателям: плотность, водопоглощение, прочность при сжатии.

Плотность образцов бетона необходимо определять в соответствии с требованиями ГОСТ 12730.1-78.

Водопоглощение образцов бетона необходимо определять в соответствии с требованиями ГОСТ 12730.3-78.

Прочность при сжатии образцов бетона необходимо определять в соответствии с требованиями ГОСТ 10180-2012.

Для показателей плотности и водопоглощения необходимо определить среднеквадратичное отклонение полученных результатов. По результатам единичных испытаний прочности при сжатии необходимо рассчитать: коэффициент вариации прочности бетона, фактический класс по прочности при сжатии.

Оформление результатов: результаты работы оформляются в виде таблицы, в которую заносятся все определенные и расчетные значения, полученные в ходе выполнения лабораторной работы. Также на основании полученных результатов выстраивается график, на котором приводятся полученные зависимости плотности, водопоглощения и прочности при сжатии от времени вибрирования бетонных смесей различной удобоукладываемости. На основании полученных зависимостей делается вывод об оптимальном времени вибрирования бетонных смесей и его влиянии на однородность получаемых физико-механических характеристик бетонов.

13

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. ТЕПЛОВЛАЖНОСТНАЯ ОБРАБОТКА ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТЯЖЕЛЫХ БЕТОНОВ

Цель работы — освоение методик корректировки составов бетонов при их тепловлажностной обработке; определение оптимального режима тепловлажностной обработки бетонов различных составов.

В данной лабораторной работе за основу берутся составы бетона известного состава с установленными свойствами (определенными в рамках выполнения лабораторной работы № 1). Для каждой подгруппы преподаватель выдает дополнительное задание, содержащее данные о требуемой прочности бетона после тепловлажностной обработки (далее ТВО). Студентам необходимо оценить качество применяемых сырьевых материалов, скорректировать составы бетона и определить оптимальные режимы ТВО для каждого состава, обеспечивающие выполнение проектных требований к бетону.

3.1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВОВ ТЯЖЕЛЫХ БЕТОНОВ, ПОДВЕРГАЕМЫХ ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОЙ ОБРАБОТКЕ

Для ускорения твердения при изготовлении сборных железобетонных конструкций применяют тепловлажностную обработку. Рост прочности бетона при этом определяется не только активностью, но и минералогическим составом цемента, составом бетона, консистенцией бетонной смеси, режимом обработки, размерами изделия, условиями теплообмена и другими факторами. Предварительно трудно учесть влияние всех факторов на структуру и свойства бетона, поэтому определение состава пропаренного бетона, как правило, на заводах сборного железобетона проводят на основе зависимостей, полученных в результате предварительных испытаний.

Особенностью проектирования составов тяжелых бетонов, подвергаемых тепловлажностной обработке (далее ТВО), является их корректировка, при которой будут компенсированы деструктивные факторы (возникающие в процессе ТВО), вызывающие снижение физикомеханических и эксплуатационных характеристик.

Правильная оценка качества цемента, применяемого для изготовления бетонов, подвергаемых ТВО, является необходимым условием для достижения проектных показателей бетонов.

14

По темпу набора прочности при тепловлажностной обработке цементы делятся на три группы в зависимости от минералогического состава:

I группа — портландцементы с содержанием алюминатов до 5 %; II группа — портландцементы с содержанием алюминатов до 9 %; III группа — портландцементы с содержанием алюминатов более 9 %. Портландцементы I группы характеризуются замедленным нарас-

танием прочности при коротких режимах тепловлажностной обработки с общим циклом до 8 ч и достаточно интенсивным приростом прочности при удлинении ее продолжительности и при последующем твердении. Прочность бетонов на этих цементах в 28-суточном возрасте, как правило, равна или на 10…15 % превышает прочность бетона нормального твердения. При использовании данных цементов пересчета состава бетона в случае применения ТВО не производят либо снижают содержание цемента при превышении фактической средней прочности проектных значений более чем на 7 %.

Портландцементы II группы характеризуются ускоренным ростом прочности в начальный период тепловлажностной обработки и невысоким темпом твердения при удлинении ее продолжительности. Прочность бетонов на этих цементах в 28-суточном возрасте, как правило, равна прочности бетона нормального твердения. При применении данных цементов корректировка составов бетона в большинстве случаев не требуется.

Портландцементы III группы отличаются наиболее высоким темпом роста прочности в начальный период тепловлажностной обработки и резко замедленным ростом прочности при удлинении ее продолжительности и последующем твердении. Прочность бетонов на этих цементах в 28-суточном возрасте, как правило, ниже прочности бетона нормального твердения. Поэтому применение этих цементов при тепловлажностной обработке бетонов, как правило, нецелесообразно либо требует корректировки состава бетона путем увеличения содержания цемента на 5…7 %.

После определения вида цемента, применяемого для получения бетонов, подвергаемых ТВО, в случае необходимости осуществляется корректировка составов цементов, разработанных подгруппами в ходе

15

выполнения лабораторной работы № 1. Данная корректировка необходима в случае, если в задании указана отпускная прочность в % после ТВО и проектная, в возрасте 28 суток.

Корректировка состава бетона осуществляется в следующем порядке. 1. Определяется расход цемента в зависимости от группы приме-

няемого цемента по формуле (11):

где Ц — расход цемента, рассчитанный в лабораторной работе № 1, кг; α — коэффициент, зависящий от вида цемента (для цемента I группы —

0,95, III группы — 1,05).

2. Рассчитывается скорректированный расход песка и щебня по формулам (12) и (13):

где Щ и П — расходы щебня и песка, рассчитанные в лабораторной работе № 1, кг;

r — отношения песка к щебню r = Щ/П;

щ, п, ц — истинные плотности щебня, песка и цемента, кг/м3.

В случае, если в задании указана только отпускная прочность бетона после ТВО, водоцементное отношение при проектировании соста-

где Ц,ПР — активность цемента при пропаривании, МПа (данная характеристика обычно указывается в паспорте на применяемый цемент);— средняя проектная прочность бетона после ТВО, МПа.

Расчет расхода остальных компонентов бетонной смеси в данном случае определяется по известной методике.

16

3.2. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЖИМА ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ТЯЖЕЛЫХ БЕТОНОВ

При выполнении следующего этапа лабораторной работы каждой из подгрупп необходимо определить оптимальный режим тепловлажностной обработки образцов бетона, после которого бетон будет обладать проектными физико-механическими характеристиками.

Общий цикл тепловлажностной обработки задается в виде (3) + 3 +

+6 + 4, где каждая из цифр указывает время в часах и обозначает:

1)длительность предварительной выдержки бетона перед тепловой обработкой;

2)скорость подъема температуры в тепловой установке;

3)длительность изотермического прогрева;

4)время снижения температуры в тепловой установке до температуры окружающей среды.

Также основной характеристикой режима ТВО является температура изотермической выдержки, которую следует принимать 60…80 °С в зависимости от проектных требований к бетону.

Время предварительной выдержки бетона перед ТВО назначают в зависимости от времени начала схватывания цемента. В большинстве случаев данного времени предварительной выдержки достаточно для обеспечения свойств и минимальной деструкции структуры бетона. При назначении времени предварительной выдержки образцов перед ТВО необходимо провести испытания по определению начала схватывания применяемого цемента по ГОСТ 30744-2001.

Скорость подъема температуры при ТВО необходимо определять в зависимости от начальной прочности бетона по табл. 2.

17

Для определения начальной прочности бетона формуются дополнительные образцы — кубы размером 100×100×100 мм, которые через 3 часа после окончания формования испытываются на прочность при сжатии. Скорость нагружения образцов в данном испытании составляет

0,03 МПа/с.

Время и температуру изотермической выдержки бетона при ТВО необходимо определить по графикам (рис. 1).

Рис. 1. Зависимости прочности бетона от температуры и продолжительности изотермической выдержки

Каждая подгруппа согласно выданному заданию определяет оптимальное время и температуру изотермической выдержки, учитывая при этом, что:

проектная прочность бетона должна соответствовать требованиям как после окончания ТВО, так и в возрасте 28 суток;

общее время ТВО должно составлять от 10 до 16 часов;

при проектной марке по морозостойкости бетона от F100 и выше температура изотермической выдержки должна быть минимально возможной.

Скорость снижения температуры после изотермической выдержки зависит от температуры изотермической выдержки и размеров образцов и составляет от 20 до 40 °С/ч.

18

3.3.ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ТЯЖЕЛЫХ БЕТОНОВ ПОСЛЕ ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ

Исследование свойств тяжелых бетонов после ТВО заключается в последовательном выполнении следующих экспериментальных работ:

корректировка состава бетона, свойства которого были предварительно определены при твердении в нормальных условиях (лабораторная работа № 1);

определение оптимального режима ТВО, обеспечивающего проектные свойства бетона;

изготовление пробной партии бетонной смеси, формование об-

разцов;

ТВО изготовленных образцов по заданному режиму;

проведение испытаний по определению физико-механическихи эксплуатационных свойств бетонов.

Количество и вид испытаний по определению физикомеханических характеристик бетонов определяются согласно выданному заданию для каждой из подгрупп. Количество и размер образцов определяются согласно требованиям действующих нормативных документов (см. приложение).

Оформление результатов работы. При составлении отчета о выполненной лабораторной работе в него должны быть включены следующие пункты: исходный и скорректированные составы бетонов, данные о качестве применяемых сырьевых материалов, обоснование определенного режима ТВО, результаты испытаний в виде таблицы, в которой должны быть указаны все промежуточные расчетные и конечные значения.На основании полученных результатов делается вывод о соответствии полученных характеристик разработанного состава бетона проектным требованиям, а в случае несоответствияприводятсяобоснованные предложения о количественной корректировке разработанного состава легкого бетона либо изменении принятого режима ТВО.

19

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВОВ БЕТОНОВ С ДОБАВКАМИ

Цель работы — обучение студентов методам проектирования тяжелых бетоновс применением различных видов добавок, которые позволяют корректировать свойства бетонов в соответствии с предъявляемыми к ним требованиями при эксплуатации.

В начале выполнения лабораторной работы № 4 каждой из подгрупп выдается задание на разработку состава бетона с использованием определенного вида добавки.

4.1. БЕТОНЫ С ПЛАСТИФИЦИРУЮЩИМИ ДОБАВКАМИ

Пластифицирующие добавки применяют для снижения водопотребности бетонных смесей при получении составов с повышенной и равной исходной подвижностью при пониженном добавлении воды в бетон.

Расчет состава бетонов с содержанием пластифицирующей добавки базируется на расчете состава обычного тяжелого бетона и не требует полного перерасчета компонентов для одного кубометра смеси.

На практике применение суперпластификаторов позволяет поднять верхнюю границу добавляемого цемента при применении правила постоянства водоцементного отношения при сохранении равноподвижных составов, что позволяет избежать добавления дополнительной дозы цемента для высокопрочных бетонов, а при обычных дозировках цемента резкое снижение введенной воды приводит за собой повышение прочности бетона за счет уменьшения количества капиллярных пор.

Определить расход воды в тяжелом бетоне с пластификатором можно по формуле (15):

Коэффициент K1 показывает, на сколько уменьшается количество воды в бетонной смеси по сравнению с обычным составом.

Определяется K1 через величину В % (снижение водопотребности с данным видом добавки) по формуле (16):

20