4 Определение водопотребности щебня

Водопотребность щебня определяется по упрощенной методике. Высушенную до постоянной массы пробу щебня, равную 2 кг, погружают в сетчатом стакане в сосуд с водой. Уровень воды в сосуде был выше верхнего слоя зерен щебня на 2…10 см. Щебень выдерживают в воде в течение 30 мин, извлекают его и дают стечь воде в течение 30 мин. После этого щебень взвешивают и определяют водопоглощение с погрешностью 0,1 % по формуле

W_m = (m_нас - m_сух)/m_сух·100 %, (26)

где W _m– водопоглощение,, %; m_нас– масса пробы щебня после насыщения водой, кг; m_сух– масса пробы щебня до испытания, кг.

Выводы по работе

По результатам исследований отдельные звенья студентов классифицируют изучаемые пробы щебня по НК и делают заключение о возможности их использования в качестве крупного заполнителя для приготовления тяжелого бетона различного назначения. При этом следует учитывать данные по зерновому составу, НК и насыпной плотности и их соответствия техническим требованиям. Отмечается пробы щебня с наименьшими показателями пустотности, наличием зерен пластинчатой, игловатой формы и наличия пылеватых и глинистых частиц.

Контрольные вопросы

1 Какие горные породы используются в качестве сырья для производства щебня для получения тяжелого бетона?

1 Известняк, гранит, мрамор, трахит.

2 Известняк, песчаник, мрамор, кварцит, сланцы

3 Мрамор, известняк, трахит, кварцит, порфир, порфирит.

4 Известняк, гранит, мрамор, диатомит

2 Чем характеризуют зерновой состав щебня?

1 Размерами зерен щебня.

2 Полным остатком на сите 10 мм.

3 Содержанием мелкой фракции менее 5 мм.

4 Содержанием крупной фракции более 20 мм.

3 С чем связаны ограничения по зерновому составу крупного заполнителя для тяже­лых бетонов?

1 С видом применяемого вяжущего вещества.

2 С наличием мелкого заполнителя.

3 С отсутствием мелкого заполнителя.

4 С толщиной изделия и частотой армирования ЖБК.

4 С чем связано ограничение содержание пластинчатых (лещадных) и игловатых зерен в крупном заполнителе для тяжелых бетонов?

1 Со снижением прочности при изгибе ЖБИ

2 С толщиной изделия и частотой армирования ЖБК.

3 С размерами зерен щебня.

4 С отсутствием мелкого заполнителя в бетоне.

5 К чему приводит наличие глины в комках в щебне?

1 К снижению пластичности бетонной смеси.

2 К повышению пластичности бетонной смеси.

3 К снижению прочности бетона.

4 К повышению прочности бетона.

6 Как влияет пустотность щебня на расход цемента?

1 Увеличивает расход цемента.

2 Снижает расход цемента.

3 Не влияет не при каких условиях.

4 Пустотность щебня величина постоянная.

7 Какой вид крупного заполнителя рациональнее использовать для получе­ния подвижной бетонной смеси?

1 Щебень.

2 Гравий.

3 Смесь гравия и щебня.

4 Вид применяемого крупного заполнителя не влияет на подвижность бетонной смеси.

8 Как определяется дробимость щебня, состоящего из смеси фракций?

1 При испытании щебня, состоящего из смеси двух или более смеж­ных фракций, дробимость определяется как средневзвешенное зна­чение результатов испытания отдельных составляющих фракций.

2 При испытании щебня, состоящего из смеси двух или более смеж­ных фракций, дробимость определяется по средней пробе.

3 При испытании щебня, состоящего из смеси двух или более смеж­ных фракций, дробимость определяется по зерновому составу.

4 При испытании щебня, состоящего из смеси двух или более смеж­ных фракций, дробимость определяется по размеру применяемого сита.

9 В чем отличие дробленых заполнителей от природных?

1 В форме и размерах зерен.

2 В поверхности зерен

3 В пористости.

4 В водопоглощении.

10 На какие фракции подразделяют крупный заполнитель?

1 5-15, 15-30, 30-50, 50-70.

2 5-10, 10-20, 20-40, 40-70.

3 5-20, 15-30, 40-50, 50-70.

4 10-15, 15-25, 30-40, 40-60.

11 Какая форма зерен щебня предпочтительней для качественного заполнителя?

1 Пластинчатая форма.

2 Близкая к кубической форме.

3 Игловатая форма.

4 Близкая к форме параллелепипеда.

Лабораторная работа № 11

РАСЧЕТ СОСТАВА ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА

Общие сведения

Расчет состава тяжелого бетона производится для получения необходимых свойств бетона в конструкциях, установленных государственными стандартами, техническими условиями и проектной документацией на эти конструкции при минимальном расходе цемента. От правильного назначения состава бетона зависят его свойства, долговечность и экономическая эффективность. Для правильного назначения количества компонентов бетона на единицу его объёма (обычно на 1 м³) студенты четко должны представлять факторы, влияющие на качество и свойства бетона, понимать основные принципы метода расчета.

Для расчёта состава тяжелого бетона используется метод абсолютных объёмов, который базируется на следующих принципах:

− прочность бетона зависит от активности вяжущего, качества применяемых материалов, цементно-водного отношения (Ц/В) и средней плотности;

− так как для тяжелого бетона применяются плотные заполнители, то средняя плотность бетона зависит от степени уплотнения бетонной смеси, количества воды затворения и соотношения компонентов;

− в бетонной смеси оптимального состава компоненты находятся в «абсолютно плотном состоянии». Пустоты крупного заполнителя заполняются мелким заполнителем, а пустоты мелкого заполнителя заполняются цементным тестом. Если такая бетонная смесь хорошо уплотнена, то и бетон из неё будет достаточно плотным, прочным и долговечным;

− существенное влияние на качество бетона оказывает цементно-водное отношение (Ц/В), которое характеризует плотность цементного камня. Чем больше воды приходится на единицу массы цемента в бетоне, тем больше останется при определённых условиях твердения несвязанной химически и адсорбционной воды, что будет повышать пористость цементного камня, снижать его плотность, прочность и долговечность.

Цель работы

Изучить и овладеть порядком расчёта состава тяжелого бетона по методу абсолютных объёмов.

Порядок выполнения работы

На лабораторном занятии студенты изучают теоретические предпосылки и этапы расчёта состава тяжелого бетона по методу абсолютных объёмов. Затем каждый студент выполняет самостоятельно один из вариантов задания на расчёт состава тяжёлого бетона, приведённых в таблице 47.

Пример расчёта состава бетона

Требуется подобрать состав тяжелого бетона М 300 (В 22,5), предназначенного для изготовления железобетонных забивных свай при коэффициенте вариации прочности бетона V _п = 10 %, обеспечивающий получение после тепловлажностной обработки ТВО отпускной прочности R _о. Бетон изготовляется из бетонной смеси с маркой по удобоукладываемости П 2 (осадка конуса 4…6 см) и маркой бетона по морозостойкости F 200. Проектное задание на расчет состава бетона с необходимыми характеристиками исходных материалов приведено в таблице 31.

Таблица 31 − Задание на расчет состава тяжёлого бетона

Характеристики	Наименование показателей	Обозначение	Единицы измерения	Значения
Бетона	Класс по прочности при сжатии	В	МПа	22,5
	Коэффициент вариации прочности	Vп	%	10
	Отпускная прочность	R о	%	100
	Марка по морозостойкости	F	циклы	200
Бетонной смеси	Подвижность	ОК	см	4…6
	Воздухововлечение	ВВ	%	4
Цемента	Наименование (вид)	–	–	ПЦ Д-5
	Активность (марка)	R ц	МПа	50
	Активность при пропаривании	R цп	МПа	32,7
	Нормальная густота	НГ	%	28,5
	Плотность истинная	ρ ц	г/см3	3,0
	Плотность насыпная	ρ ц нас	г/см3	1,2
Песка природного	Модуль крупности	МК	–	2,5
	Плотность зёрен	ρ п	г/см3	2,65
	Плотность насыпная	ρ п нас	г/см3	1,72
	Водопотребность	В п	%	6,0
	Влажность	ω п	%	4,0
Крупного заполнителя	Вид (горная порода)	–	–	щебень (гранит)
	Плотность зёрен	Ρ щ	г/см3	2,60
	Плотность насыпная	Ρ щ нас	г/см3	1,48
	Наибольшая крупность	НК	Мм	20
	Влажность	ω щ	%	3,0
	Зерен лещадной формы	–	%	39

В качестве вяжущих веществ для приготовления тяжелого бетона следует применять портландцемент и его разновидности, отвечающие требованиям ГОСТ 10178, а также сульфатостойкие и пуццолановые цементы по ГОСТ 22266 и цементы по действующим техническим условиям. Марку цемента следует выбирать в зависимости от проектной марки (класса) бетона по прочности при сжатии (таблица 31).

Для бетонов, подвергаемых ТВО, следует применять цементы I или II групп эффективности при пропаривании по ГОСТ 22236 (таблица 32), применение цементов III группы одинаковых видов и марок нецелесообразно, так как вызывает значительное повышение расхода цемента.

Таблица 32 − Группы цементов по эффективности при пропаривании

Группа цемента	Цемент	Rц, МПа, после ТВО 2+3+6+2 при 80 оС для цементов марок
		300	400	500	550,600
І	ПЦ	> 23	> 27	> 32	> 38
	ШПЦ	> 21	> 25	> 30	–
ІІ	ПЦ	20…23	24…27	28…32	33…39
	ШПЦ	18…21	22…25	26…30	–
ІІІ	ПЦ	< 20	< 24	< 28	< 33
	ШПЦ	< 18	< 22	< 26	–

При использовании цемента высоких марок для получения бетонов низких марок рекомендуется для обеспечения требуемой удобоукладываемости вводить в состав бетонной смеси активные минеральные добавки АМД: золы, молотые доменные гранулированные шлаки, природные пуццоланы. При наличии цементов разных видов и марок следует учитывать коэффициенты их эффективности (таблица 33).

Таблица 33 − Коэффициенты эффективности различных видов и марок цемента

Коэффициент	Марка и вид цемента	Коэффициент
Межмарочный	300	1,20
	400	1,00
	500	0,88
	550, 600	0,8
Межвидовой	ПЦ Д-0, ПЦ-Д 5	0,91
	ПЦ Д-20, ПЦ Д-20 Б	1,00
	ШПЦ, ШПЦ-Б	1,05, 1,10*
	ППЦ	1,12

* – для бетона сборных конструкций 1,05, монолитных – 1,10.

Выбор вида цемента для различных условий работы конструкций следует производить по ГОСТ 10178, ГОСТ 23464 с учетом требований ГОСТ 26633, касающихся условий использования цементов для производства различных видов конструкций и предъявляемых к ним требований. Применение пуццолановых цементов для бетонов сборных ЖБК из-за повышенной водопотребности не рекомендуется.

Для бетона дорожных и аэродромных покрытий, железобетонных напорных и безнапорных труб, железобетонных шпал, мостовых конструкций, стоек опор ЛЭП должен применяться портландцемент на основе клинкера с нормированным минералогическим составом (С₃А ≤ 8 %). Для бетона дорожных оснований допускается применение ШПЦ.

Для бетонов с марками по морозостойкости F 200, F 300 рекомендуется применять портландцементы ПЦ Д-0, ПЦ Д-5, ПЦ Д-20, использование ШПЦ или ППЦ для таких бетонов не допускается. Для бетонов с маркой по морозостойкости F 400 и выше следует использовать портландцементы ПЦ Д-0, ПЦ Д-5 или сульфатостойкие портландцементы.

Введение добавок при изготовлении изделий из бетона или железобетона обязательно в следующих случаях:

− для приготовления высокоподвижных или литых бетонных смесей с осадкой конуса не менее 10 см, а также при марке бетона равной или большей марки цемента необходимо использование пластификаторов или суперпластификаторов;

− для изделий из бетона с повышенной морозостойкостью (марки F 200 и более) необходимо введение воздухововлекающих или пластифицирующе-воздухововлекающих добавок;

− для агрессивных условий эксплуатации должны вводиться добавки повышающие стойкость бетона и его защитные свойства по отношению к арматуре;

− для бетона с повышенными требованиями по водонепроницаемости (марка W 6 и более) вводятся уплотняющие добавки.

Помимо обязательных случаев химические и минеральные добавки могут применяться для регулирования качества бетонной смеси и бетона, придания бетону специальных свойств, а также для экономии цемента.

Наибольшая крупность заполнителя (НК) принимается в зависимости от вида бетонируемой конструкции и способа транспортирования бетонной смеси. НК не должна превышать 3/4 минимального расстояния между стержнями арматуры, для плитных изделий НК должна быть не более половины толщины плиты. При подаче бетонной смеси по хоботам и бетононасосами НК должна быть не более 1/3 внутреннего диаметра хобота или трубопровода, а при укладке бетонной смеси в скользящую опалубку не должна превышать 1/6 размера наименьшего сечения бетонируемой конструкции. При назначении НК предпочтительно применение максимально допустимого значения для заданного изделия. Принимаем НК = 20 мм.

Определение состава бетона производится расчетно-экспериментальным способом, который включает:

− установление исходного расчетного состава;

− экспериментальную проверку и корректировку исходного состава по консистенции бетонной смеси и по прочности бетона с получением лабораторного состава на сухих заполнителях;

− определение производственного состава на влажных заполнителях и расчет расхода материалов на один замес бетоносмесителя.

Исходный состав тяжелого бетона определяется в следующем порядке.

1 Проектирование состава бетона осуществляется для обеспечения среднего уровня прочности, который принимается с учетом фактической однородности бетона по прочности, характеризуемой коэффициентом вариации (V _n). Если отсутствуют данные о фактической однородности бетона, средний уровень прочности принимают равным требуемой прочности по ГОСТ 18105 для бетона данной марки (класса) при V _n = 13,5 % для всех конструкций из тяжелого бетона, кроме гидротехнических, для которых V _n = 17 %.

Средний уровень прочности в зависимости от V _n определяется по формулам

R _у = R _т^. К _мп = R _н^. К _т^{1 .} К _мп (27)

R _у = В н ^. К _т ^. К _мп, (28)

где R _т – требуемая прочность МПа; R _н – нормируемая по маркам прочность, МПа; В _н – нормируемая по класса прочность, МПа; К _мп, К _т¹, К _т – коэффициенты, зависящие от V _n, приведены в таблице 34.

Таблица 34 − Коэффициенты для расчета среднего уровня и требуемой прочности

V n,%	< 6	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
К мп	1,03	1,04	1,05	1,07	1,07	1,09	1,09	1,09	1,10	1,10	1,10	1,10
К т1	0,83	0,83	0,84	0,85	0,87	0,89	0,92	0,96	1,00	1,04	1,08	1,12
К т	1,07	1,08	1,09	1,09	1,11	1,14	1,18	1,23	1,28	1,33	1,38	1,43

V _n, = 10 %. К _мп = 1,09, К _т = 1,14

Из условия задачи находим, что R _у = 22,5*^. 1,14*^. 1,09 = 28 МПа.