6.5 Средняя плотность бетонной смеси

Средняя плотность бетонной смеси характеризуется массой единицы ее объема после уплотнения (ручным или механиче­ским способом).

Бетонная смесь — легко деформируемое вязкопластичное те­ло, поэтому среднюю плотность бетонной смеси определяют по методике определения средней плотности сыпучих тел (см. главу 5), используя мерные сосуды. Для смесей с наибольшей крупностью зерен заполнителя 40 мм применяют сосуд вмести­мостью 5 л, для смесей с более крупным заполнителем — 15 л. Перед испытанием сосуды взвешивают и затем загружают в них бетонную смесь.

Пластичные смеси загружают в три слоя, уплотняя каждый из них (в сосуде вместимостью 5 л— 16 раз, в сосуде вмести­мостью 15 л — 35 раз). Нижний слой бетонной смеси штыкуют на всю его толщину, а последующие слои таким образом, чтобы стальной стержень проникал в нижележащий слой на глубину не более 2...3 см.

Жесткие смеси уплотняют вибрированием на лабораторной виброплощадке до появления на ее поверхности цементного молока (1...1,5 мин), добавляя при необходимости смесь до вер­ха мерного цилиндра.

После окончания ручного или механического уплотнения из­быток смеси срезают стальной линейкой вровень с краями сосуда и поверхность тщательно выравнивают. Сосуд с бетонной смесью взвешивают и вычисляют среднюю плотность бетонной смеси ρ_т (кг/м³) по формуле (6.15).

, (6.15)

где m – масса бетонной смеси с сосудом, кг;

m_с – масса сосуда, кг;

V_с – объем сосуда, л (см³).

Для каждой пробы бетонной смеси определяют среднюю плотность. Окончательное значение р вычисляют с округлением до 10 кг/м³ как среднее арифметиче­ское значение результатов двух определений из одной пробы, от­личающихся между собой не более чем на 5 %.

6.6 Прочность бетона на сжатие. Марка и класс бетона

При испытании бетона на сжатие применяют гидравличе­ские прессы. При выборе пресса учитывают, что разру­шающая нагрузка должна составлять не менее 0,2 и не более 0,8 от максимального усилия F_max для пресса (при выбранной шка­ле измерения).

При испытании бетона на сжатие (ГОСТ 10180-90) образцы изготовляют в виде кубов и цилиндров размерами: длина ребра Куба или диаметр цилиндра 70, 100, 150, 200 или 300 мм, высота цилиндра должна быть в два раза больше диаметра. Для цилин­дрических образцов, выпиленных из готовых изделий, допуска­ется отношение высоты к диаметру от 1 до 2 (для ячеистого бетона и бетонов низкой прочности).

При нестандартных испытаниях, проводимых параллельно с исследованием деформационных характеристик бетона, приме­няют образцы-призмы квадратного сечения 100x100, 150x150 или 200x200 см и высотой, равной четырехкратному размеру сечения.

Размер образца выбирают в зависимости от наибольшей круп­ности заполнителя D_max.

Минимальный размер образца при D_max > 70 мм должен со­ставлять 300 мм, при D_max > 40 мм — 200 мм, при D_max > 20 мм — 150 мм, при D_max < 20 мм - 100 мм и при D_max < 10 мм - 70 мм.

Образцы для испытаний изготовляют из проб бетонной сме­си, применяемой при изготовлении контролируемого изделия. Пробы берут из одного замеса или из кузова автомобиля, пере­возящего бетонную смесь. Объем пробы должен быть больше объема изготовляемых из нее образцов. Из пробы изготовляют несколько серий, каждая по три образца. Количество серий оп­ределяется задачами испытаний. В некоторых случаях образцы бетонируют в формах, заложенных в конструкцию (при иссле­довании массивных сооружений со слабым армированием).

Формы для образцов изготовляют из стали или других плотных материалов с низким водопоглощением, малой деформативностью, низким температурным коэффициентом ли­нейного расширения, а также стойких к воздействию щелочной среды. Отклонения внутренних линейных размеров форм не должны превышать ±1 %, а размеров свыше 200 мм — более 2 мм. Отклонение от взаимной перпендикулярности рабочих по­верхностей форм не должно превышать 0,5 мм на 100 мм длины, а уклоны внутренних искривлений поверхности допускаются до 0,03 мм на 100 мм длины.

Перед бетонированием внутренние поверхности формы сма­зывают минеральным маслом, эмульсиями или другими соста­вами, которые предохраняют стенки форм от прилипания бето­на и от коррозии. Бетон укладывают не позже чем через 15 мин после отбора пробы или приготовления замеса.

Очень подвижные бетонные смеси (осадка конуса более 12см) укладывают в один-два слоя штыкованием, уплотняя с помощью гладкого стального стержня 10...20 раз от краев к се­редине. При уплотнении первого слоя стержень опускают до дна, а второго так, чтобы он входил на 20...30 мм в первый слой. Более жесткие бетонные смеси уплотняют на лабораторной виброплощадке. Во всех случаях смесь уплотняют до появления на ее поверхности цементного молока, но не больше, так как затем начинается расслоение смеси. По окончании уплотнения поверхность выравнивают кельмой, срезая избыток смеси.

Затем формы, накрыв влажной тканью, хранят 24 ч в поме­щении с температурой (20±2) °С. Образцы в цилиндрических формах закрывают крышкой и хранят в горизонтальном поло­жении. Через 24...30 ч образцы распалубливают и помещают в камеру нормального твердения при влажности 95 % или хранят во влажных опилках. Образцы, предназначенные для контроля за твердением бетона в конструкции, хранят при температурно-влажностных условиях, аналогичных условиям твердения бетона в конструкции, и распалубливают одновременно с конструкци­ей.

При отборе образцов из бетонной конструкции их выпили­вают или высверливают в местах, где это практически не сни­жает прочности конструкции. К моменту отбора образцов бетон должен набрать не менее половины проектной прочности. Если нет возможности определить прочность бетона косвенным пу­тем, то время твердения до достижения половины проектной прочности принимают в зависимости от применяемого цемента: для глиноземистого цемента — 1 сут, для быстротвердеющих портландцемента и шлакопортландцемента — 3 сут, для портландцемента марок 400, 500 — 7 сут, для цементов марки 300 — 14 сут.

Для пиления и сверления бетона при отборе образцов применяют дисковые пилы и сверла с алмазными или победитовыми резцами. Кубы и призмы обычно выпиливают, а цилиндры - высверливают, а затем опиливают с внутреннего торца. Образец маркируют на наружном торце масляной краской. Если в изде­лии нельзя выбрать участок без арматуры, то образцы с армату­рой можно испытывать на сжатие поперек арматуры.

Образцы, отформованные из бетонной смеси, испытывают через 28 суток после изготовления. В особых случаях (контроль прочно­сти в процессе твердения, контроль времени набора проектной прочности бетона в конструкции и др.) — в сроки, указанные в специальной программе испытаний. Перед испытанием образцы осматривают, проверяя ровность поверхностей и отсутствие тре­щин и раковин. Небольшие неровности глубиной до 2 мм вы­равнивают быстротвердеющим цементно-песчаным раствором. Образцы обмеряют с погрешностью не более +1 мм и взвеши­вают с погрешностью не более 0,1 %. Для одной серии испыта­ний средняя плотность образцов должна отличаться от среднего значения по серии не более чем на 3 %.

Перед установкой образца в пресс тщательно очищают и протирают сухой тканью рабочие поверхности плит пресса и образца. Образец устанавливают так, чтобы направление на­грузки было параллельно слоям укладки бетонной смеси (т. е. цилиндры и призмы устанавливают вертикально, а кубы – обычно вверх боковой гранью). На плите пресса должна быть заранее сделана строго центрированная разметка. Если же это условие не выполнено, то при установке используют специальный цен­трирующий шаблон.

Включив пресс, образец нагружают непрерывно и равномер­но со скоростью (0,6 ±0,2) МПа в секунду до разрушения об­разца. Разрушающая нагрузка Р_р фиксируется на силоизмерительной шкале пресса по показанию пассивной стрелки, кото­рая после начала снижения разрушающего усилия F_р остается на месте.

Разрушающую нагрузку определяют как произведение пока­зания пассивной стрелки шкалы на тарировочный коэффици­ент, указанный в паспорте пресса или специально найденный по показаниям образцового динамометра. Площадь сечения об­разца определяют как полусумму площадей опорных граней.

Предел прочности при сжатии R_сж (МПа) вычисляют по фор­муле (3.14) (п. 3.8). При этом следует иметь в виду, что разрушаю­щее усилие F_р на шкале пресса может быть выражено в кгс. В та­ком случае, чтобы получить предел прочности R_сж (МПа), нужно показания пресса умножить на 0,102, т. е. R_сж = 0,102 F_p/S.

Если серия состоит из двух образцов, прочность бетона оп­ределяют как полусумму двух полученных значений R_сж. При трех образцах в серии получают три значения R_сж: меньшее, большее и промежуточное. Если и меньшее, и большее значе­ния отличаются от промежуточного не более чем на 15 %, то прочность бетона принимают как среднее арифметическое из трех значений R_сж. При большей разнице пределом прочности при сжатии будет промежуточное значение R_сж.

Кроме предела прочности бетона, для образцов данных раз­меров надо вычислить «эталонную» прочность, которую показал бы образец среднего стандартного размера (куб с ребром разме­ром 150 мм). Пересчет на «эталонную» прочность производят ум­ножением предела прочности образцов данного размера на ко­эффициент α:

Форма образца Кубическая Цилиндрическая

Размер образца (ребро

или диаметр), мм ........ 70 100 150 200 300 70 100 200 300

Коэффициента.......... 0,85 0,91 1,00 1,05 1,10 1,16 1,16 1,20 1,24

Бетон - материал неоднородный: его прочность колеблется от замеса к замесу, и даже образцы, взятые из одного замеса, могут отличаться по прочности. Это объясняется изменчиво­стью в качестве сырья, неточностью его дозировки, неоднород­ности перемешивания и уплотнения, различием в режиме твер­дения. Поэтому средняя кубиковая прочность бетона и опреде­ляемая на ее основе марка бетона не дает гарантии получения именно этой прочности бетона (прочность может оказаться как больше, так и меньше).

Поэтому было введено понятие класс бетона по прочности (В) — прочность бетона с гарантированной обеспеченностью 0,95. Это значит, что установленная классом прочность обеспе­чивается не менее чем в 95 случаях из 100.

Статистикой установлен нормативный коэффициент вариа­ции прочности бетона ν = 13,5 % (расчет коэффициента вариа­ции см. п. 3.14). Для определения класса бетона (В) по извест­ной кубиковой прочности () и коэффициенту вариации (ν) ис­пользуют формулу

B = (1 - 1,64 ν), (6.16)

при ν = 13,5 % В = ·0,778. Из формулы следует, что чем выше коэффициент вариации, тем ниже класс бетона при одной и той же марке (средней прочности).

При малом числе образцов для вычисления класса бетона В можно воспользоваться таблицей 6.7.

Таблица 6.7

Соотношение между марками и классами тяжелого бетона по прочности при коэффициенте вариации 13,5 %

Класс бетона	Средняя прочность данного класса, кгс/см2	Ближайшая марка бетона	Класс бетона	Средняя прочность данного класса, кгс/см2	Ближайшая марка бетона
В3,5	46	М50	ВЗО	393	М400
В5	65	М75	В35	458	М450
В7,5	98	М100	В40	524	М550
В10	131	М150	В45	589	М600
В12.5	164	М150	В50	655	М600
В15	196	М200	В55	720	М700
В20	262	М250	В60	786	М800
В25	327	М350