КРАСОВСКИЙ_УП

Таблица 7.5

Оптимальные значения коэффициента α для пластичных

бетонных смесей (В = 7 %)

Можно несколько увеличивать коэффициент раздвижки в литых смесях при использовании суперпластификаторов для сохранения связности смеси.

Решая совместно уравнения, получаем формулу для определения количества щебня, кг,

Масса песка, кг, определяется по разности из уравнения

Количество материалов подсчитано на 1 м3 бетона. Для проверки состава бетона достаточно затворить 8…10 л бетона. Поэтому надо подсчитать расход материалов на этот объем бетона, пользуясь простой пропорциональностью, и сделать пробный замес для проверки показателей смеси и бетона.

7.4. Корректировка состава смеси по удобоукладываемости

Наиболее приемлемыми при производстве бетонных работ для контроля удобоукладываемости являются методы определения подвижности смеси с помощью конуса Абрамса (для пластичных смесей) и технического вискозиметра (для жестких смесей).

Показателем подвижности бетонной смеси, уплотняемой штыкованием, является осадка конуса в сантиметрах, показателем жесткости – время в секундах, необходимое для преобразования бетонного конуса в равновеликий по объему цилиндр.

Проверка удобоукладываемости осуществляется в следующем порядке.

В смоченный поддон вначале высыпается песок, а затем цемент в строгом соответствии с расчетами для пробного замеса. Смесь перемешивается всухую, а затем к ней добавляют щебень и также перемешивают всухую. После того,

81

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

как смесь приобрела ровный по объему цвет, массу размещают в центре поддона, делают в ней углубление и, добавляя воду по частям, производят тщательное перемешивание смеси. Приготовленную смесь сгребают в сторону и на освободившуюся часть поддона устанавливают конус Абрамса с насадкой.

Перемешанный бетон укладывают в конус тремя слоями равной толщины, уплотняя каждый слой штыкованием 25 раз металлическим стержнем диаметром 16 мм и длиной 650 мм с округленными концами. Стержень погружается в бетон без удара нажимом руки каждый раз лишь на толщину укладываемого слоя.

После штыкования последнего слоя избыток бетонной смеси снимают кельмой вровень с краями конуса. Конус во время наполнения и штыкования плотно прижимают к поддону, а после заполнения осторожно поднимают строго вертикально вверх в течение 3…7 с и ставят рядом с бетоном.

Осадку конуса определяют с точностью до 0,5 см и проводят дважды в течение не более 10 минут. Окончательно осадку конуса вычисляют с округлением до 1 см как среднее арифметическое результатов двух определений осадки из одной пробы, отличающихся между собой не более чем:

–на 1 см при ОК ≤ 4 см;

–на 2 см при ОК = 5…9 см;

–на 3 см при ОК ≥ 10 см.

В случае получения подвижности меньшей, чем предусматривалось расчетом, необходимо для увеличения подвижности увеличить слой смазки вокруг частиц мелкого и крупного заполнителей, что достигается дополнительным введением воды и цемента в смесь в строгом соответствии с цементно-водным отношением.

Когда же смесь получается излишне пластичной, для уменьшения толщины смазки в смесь необходимо добавить заполнители для увеличения поверхности и уменьшения толщины слоя цементного клея. Введение заполнителей осуществляется пропорционально расчетному количеству, как правило, по 10 %.

Все добавленные материалы фиксируются в журнале проведения работ. После получения требуемой подвижности производится определение плотности свежеприготовленной бетонной смеси. Для этого используется стандартный сосуд емкостью 5 л, который перед испытанием взвешивают с погрешностью не более 0,1 %.

После укладки и уплотнения бетонной смеси избыток ее срезается линейкой вровень с краями мерного сосуда, и он вновь взвешивается с той же погрешностью.

Плотность бетонной смеси ρсм , кг/м3, вычисляют по формуле

где m – масса мерного сосуда с бетонной смесью, кг; m1– масса мерного сосуда без смеси, кг; V – объем мерного сосуда, л.

82

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Плотность смеси определяют дважды и вычисляют с округлением до 10 кг/м3 как среднее арифметическое из двух определений, отличающихся не более чем на 5 % от меньшего значения.

В случае определения жесткости смеси вискозиметр устанавливают на виброплощадке, закрепляют и далее заполняют конус смесью и снимают его в описанном выше порядке. Поворотом штатива устанавливают диск над отформованным конусом и плавно опускают его на поверхность конуса смеси. Затем одновременно включают секундомер и виброплощадку и наблюдают за выравниванием смеси. Вибрирование производят до тех пор, пока не начнется выделение цементного теста из любых двух отверстий диска. В этот момент выключают секундомер и виброплощадку. Полученное время в секундах характеризует показатель жесткости, который можно изменять за счет введения дополнительного объема цементного теста или заполнителей пока он не достигнет требуемого по проекту.

После определения плотности бетонной смеси начинается пересчет состава бетона с учетом произведенных добавлений в смесь. Для этого определяют фактический объем бетонной смеси, л, полученной в поддоне после введения

где ∑m – масса всех компонентов смеси с учетом произведенных добавлений в поддоне, кг; ρб.см – плотность бетонной смеси, кг/л.

Поскольку объем смеси за счет дополнительного введения материалов изменяется, изменяется и соотношение материалов в смеси.

Фактический расход материалов, кг, определяется по формулам, аналогичным приведенной ниже:

где Цз – расход цемента, кг, в поддоне (вместе с добавкой, если она вводилась); Vб.см – фактический объем замеса, л.

Откорректировав состав по подвижности, приступаем к корректировке состава по прочности.

7.5. Корректировка состава бетона по прочности

Для корректировки состава бетона по прочности из откорректированной по подвижности смеси на каждый срок испытаний изготовляют по три куба размерами в зависимости от диаметра наибольшей крупности заполнителя.

Формы заполняют бетонной смесью слоями высотой не более 100 мм. Каждый слой уплотняют штыкованием из условия, чтобы один нажим приходился на 10 см2 верхней открытой поверхности образца равномерно по спирали от краев формы к ее середине.

83

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

При подвижности смеси менее 10 см или жесткости менее 11 с форму с уложенной бетонной смесью жестко закрепляют на виброплощадке и дополнительно уплотняют, вибрируя до полного уплотнения, характеризуемого прекращением оседания бетонной смеси и прекращением выделения пузырьков воздуха.

После этого делают еще два подобных замеса с В/Ц отношениями на 15 % большим и меньшим от полученного при расчете. При этом удобоукладываемость смеси должна быть получена равной удобоукладываемости первого замеса. Из двух дополнительных замесов также изготовляют по три куба на каждый срок испытаний и укрывают их влажной тканью или другим материалом, исключающим испарение влаги из бетона и оставляют в формах не менее чем на 24 часа.

После распалубливания образцы помещают в камеру, обеспечивающую у поверхности образцов нормальные условия (t = (20±3) °С и относительную влажность воздуха (95±5) %) и оставляют их на хранение до 28-суточного возраста. Образцы в камере не должны непосредственно орошаться водой.

Допускается хранение образцов под слоем влажных песка, опилок или других систематически увлажняемых гигроскопичных материалов.

После истечения срока хранения образцы вынимают из камеры, осматривают и укладывают на плиты пресса выбранной гранью так, чтобы сжимающая сила была направлена параллельно слоям укладки бетонной смеси в формы. Нагружение образцов производят непрерывно со скоростью, обеспечивающей повышение расчетного напряжения в образце до его полного разрушения в пределах (0,6±0,4) МПа/с. При этом время нагружения одного образца должно быть не менее 30 с, а все образцы одной серии изготовления испытаны в течение не более 1 часа.

Прочность бетона вычисляют с точностью до 0,1 МПа (1 кг/см2) с учетом масштабного коэффициента, принимаемого в зависимости от размеров испытуемого образца (табл. 7.6).

Таблица 7.6

Значения масштабных коэффициентов

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Окончание табл. 7.6

7.6. Переход от лабораторного состава к полевому

Проектирование состава бетона в лабораторных условиях производится на сухих материалах. Однако при хранении заполнителей в штабелях на заводах или стройплощадках даже под крышей в щебне и песке накапливается определенное количество влаги, зависящее от температуры воздуха, его влажности и свойств заполнителя.

Полевой состав бетонной смеси с учетом влажности заполнителя рассчитывают следующим образом.

При влажности песка W1, %, а щебня W2, %, количество влажности в заполнителях, л, составляет:

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Это количество воды необходимо учесть при расчете расхода заполнителей и воды

Плотность бетона при этом не изменится. Коэффициент выхода бетонной смеси определяют по формуле

Завершается проектирование состава бетона расчетом расхода материалов на замес бетономешалки.

7.7. Расчет расхода материалов на один замес бетоносмесителя

При расчете исходят из условия, что сумма объемов цемента, песка и щебня в рыхлом состоянии соответствует емкости барабана бетоносмесителя, а фактически песок располагается в пустотах щебня, цемент в пустотах между зернами песка и потому бетонной смеси получается меньше. Расход материалов на один замес, кг, определяют по формулам:

На этом этапе проектирование состава бетона можно считать законченным. Остается лишь для удобства определения расхода материалов при планировании работ выразить состав бетона либо в натуральных показателях: цемент – 320 кг/м3; вода – 160 л/м3; щебень – 1240 кг/м3; песок – 680 кг/м3, либо соотно-

шением по массе 1 : х : у = 1 : 1,1 : 3,9, В/Ц = 0,5.

86

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Контрольные вопросы

1.Перечислите способы выражения состава бетона.

2.Назовите порядок проектирования состава бетона.

3.Какие данные необходимы для проектирования состава бетона?

4.Как выбрать необходимую пластичность смеси?

5.Как правильно определить В/Ц и Ц/В?

6.Что влияет на расход воды и как его определить?

7.Каков физический смысл коэффициента раздвижки и от чего он зависит?

8.Как определяется расход заполнителей на 1 м3 бетонной cмеси?

9.Чем вызвана необходимость корректировки состава бетонной смеси и какие корректировки производятся?

10.Как корректируют состав бетона по подвижности?

11.В чем заключается корректировка состава по прочности?

8. СВОЙСТВА БЕТОНА

8.1. Классификация бетонов по прочности

О прочности бетона при сжатии и при изгибе, о статическом ее контроле подробно см. разд. 6. Следует только указать, что в соответствии с ГОСТ 26633-91 [7] прочность тяжелых и мелкозернистых бетонов характеризуют классами прочности на сжатие, осевое растяжение, растяжение при изгибе, определяемыми в возрасте 28 суток.

Для таких бетонов установлены следующие классы:

–по прочности на сжатие В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В50; В55; В60; В65; В70; В75; В80; В85; В90;

–по прочности на осевое растяжение: В(t)0,4; В(t)0,8; В(t)1,2; В(t)1,6; В(t)2;

В(t)2,4; В(t)2,8; В(t)3,2; В(t)3,6; В(t)4;

– по прочности на растяжение при изгибе: В(tв)0,4; В(tв)0,8; В(tв)1,2; В(tв)1,6;

В(tв)2; В(tв)2,4; В(tв)2,8; В(tв)3,2; В(tв)3,6; В(tв)4; В(tв)4,4; В(tв)4,8; В(tв)5,2; В(tв)5,6; В(tв)6; В(tв)6,4; В(tв)6,8; В(tв)7,2; В(tв)8.

8.2. Деформативные свойства бетона

8.2.1. Первоначальная усадка бетонной смеси

В процессе изготовления изделий из бетона, в ходе их эксплуатации бетон претерпевает объемные изменения, величина которых зависит от структуры бетона, свойств его составляющих, особенностей технологии и др. Деформации, происходящие при подобных объемных изменениях, учитывают при проектировании конструкций, поскольку они оказывают большое влияние на качество и долговечность бетонных и железобетонных сооружений.

87

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Условно деформации бетона можно разделить:

–на собственные деформации бетонной смеси (первоначальная усадка) и бетона (усадка и набухание);

–деформации под действием механических нагрузок (кратковременные и длительные);

–температурные деформации.

После укладки бетонной смеси в опалубку и уплотнения в ней может происходить седиментационное осаждение твердых частиц и постепенное дополнительное уплотнение. Наиболее заметно оно в пластичных и литых смесях и сопровождается иногда заметным даже на глаз водоотделением и осаж-

дением смеси.

Деформации интенсивно развиваются в первый момент после укладки и уплотнения бетонной смеси и постепенно затухают уже через 30–90 минут

(рис. 8.1).

Водоотделение литых смесей достигает максимума через 10–20 минут, а ки εn.y от времени t, прошедшего с мо- затем начинается постепенное всасывание воды вглубь бетона вследствие интенсивного протекания процесса

контракции цементного теста. Первоначальная усадка уменьшается со снижением водосодержания бетон-

ной смеси и уменьшения расхода цементного теста; при применении тонкомолотых добавок, хорошо удерживающих воду (трепел, диатомит, метиллцеллюлоза); при высоком содержании крупного заполнителя, формующего жесткий скелет в смеси. Однако внутри такого скелета смеси с большим расходом воды в ходе седиментационного процесса увеличивается доля скрытой усадки, протекающей в отдельных микрообъемах и вызывающей расслоение и ухудшение качеств бетонной смеси.

При прессовании бетонных смесей в них проявляется упругое последействие. Вследствие этого материал несколько расширяется. Большое влияние на величину сжимаемости оказывает вовлеченный воздух: чем его больше, тем больше сжимаемость.

На величину первоначальной усадки могут оказать влияние форма, арматурный каркас и производственные факторы. Густое армирование и узкая форма будут препятствовать появлению первоначальной усадки.

Все эти факторы необходимо учитывать при формовании изделий, так как они влияют на окончательные размеры изделия и качество его поверхности.

88

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

8.2.2. Усадка бетона

Процесс твердения бетона в атмосферных условиях сопровождается уменьшением его объема – усадкой. При твердении бетона в воде или во влажных условиях возможно даже незначительное его расширение.

Усадка вызывается физико-химическими процессами, происходящими в бетоне при твердении и изменении его влажности. Она складывается из влажностной, контракционной и карбонизационной деформаций, названных так по виду определяющих факторов.

Влажностная усадка вызывается испарением влаги из образовавшегося скелета цементного камня. Эта составляющая играет ведущую роль в суммарной усадке бетона. Контракционная усадка вызывается тем, что объем новообразований цементного камня меньше объема, занимаемого веществами, вступающими в реакцию. Эта усадка развивается в период интенсивного протекания химических реакций между цементом и водой и, сохраняя внешне размеры образца, изменяет поровую структуру материала. Обычно она развивается в период затвердевания бетона, когда он еще достаточно пластичен и поэтому не сопровождается растрескиванием. Карбонизационная усадка вызывается карбонизацией гидрооксида кальция и развивается постепенно с поверхности бетона в глубину.

Влажностная и карбонизационная усадки происходят в уже затвердевшем бетоне и могут привести к возникновению трещин в бетоне, что резко сокращает долговечность конструкций.

8.3. Упругопластические свойства бетона

Бетон не обладает совершенной упругостью, и полная его деформация в результате приложения к нему внешней нагрузки за некоторое время ее действия складывается из двух слагаемых (упругой и остаточной):

судят по его модулю деформации, т. е. по отношению напряжения к относительной деформации, вызываемой его действием (рис. 8.3) [4].

89

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Чем выше модуль деформации, тем менее деформативен материал. Поскольку диаграмма сжатия бетона криволинейна, то обычно определяют либо начальный модуль деформации бетона Ео, когда преобладают упругие деформации, либо модуль деформации при определенном значении σ/R, например, при σ/R = 0,5. Так как для расчета железобетонных конструкций важнее зависимость модуля деформаций от прочности бетона, предложен ряд формул

Рис. 8.3 Диаграмма деформирова- для определения средних значений модуля де-

личины предельных деформаций, при которых начинается разрушение бетона. Предельная сжимаемость бетона составляет 0,0015…0,003, увеличиваясь при

повышении прочности бетона, а предельная растяжимость в 15…20 раз меньше. При длительном воздействии нагрузки модуль деформации бетона умень-

шается. Это объясняется тем, что полные деформации бетона растут быстрее, чем напряжения, вследствие накопления деформаций ползучести.

Под ползучестью бетона понимают процесс развития деформаций под действием постоянной статической нагрузки. Рост остаточных деформаций бетона

ставляющая обладает свойством вязкого течения под нагрузкой [24]. Затухающий характер ползучести объясняется уменьшением доли геля и увеличением доли кристаллического каркаса, а также увеличением вязкости геля. Конечные деформации ползучести бетона тем меньше, чем меньше расход цемента и водоцементное отношение и чем больше возраст бетона к моменту загружения.

Для оценки ползучести удобно пользоваться мерой ползучести С, под кото-

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com