Лабы
.pdfЛабораторная работа 8
ПОДБОР СОСТАВА ТЯЖЕЛЫХ БЕТОНОВ
Бетон - искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания рационально подобранной и тщательно уплотненной смеси, состоящей из вяжущего, воды, заполнителей и, при необходимости, специальных добавок. Эта смесь до затвердевания называется бетонной смесью.
Качество бетона зависит от правильности выбора составляющих бетонной смеси и проектирования состава бетона. Подбор состава бетона включает следующие операции: расчет состава бетона; опытную проверку расчетного состава пробными замесами; определение формовочных свойств бетонной смеси; определение коэффициента выхода бетонной смеси; определение механических свойств бетона.
Цель работы: освоение методики расчета состава и изучение свойств бетонной смеси и бетона.
Материалы и оборудование: цемент, песок, (щебень) гравий, вода, добавки; стандартный конус для определения подвижности; секундомер; линейка; штыковка; мастерки; виброплощадка; формы для изготовления образцов; гидравлический пресс для определения прочности.
Задание 1. Расчет состава бетона
Расчет состава бетонной смеси заключается в установлении наиболее рационального соотношения между составляющими бетономатериалами (цементом, песком, щебнем или гравием, водой). Такое соотношение должно обеспечивать необходимую жесткость или подвижность смеси для принятого способа ее уплотнения, а также приобретение бетоном необходимой прочности в заданный срок при меньшем расходе цемента.
Для того чтобы произвести расчет состава бетонной смеси, необходимо иметь данные о бетоне и результаты испытания материалов, применяемых для бетона. Данные о материалах берут из паспортов завода или получают в результате испытания в
лаборатории по методике соответствующих ГОСТов.
В характеристике бетонируемой конструкции должны содержаться сведения о ее наименовании и размерах, густоте армирования, минимальном расстоянии между стержнями арматуры и способе укладки бетонной смеси и максимальная величина зерен крупного заполнителя.
41
Наиболее простым и удобным методом определения состава обычного тяжелого бетона является метод расчета по абсолютным объемам, разработанный профессором Б. Г. Скрамтаевым. Расчет и подбор бетона после испытания сырьевых материалов ведут в следующей последовательности: определяют расход воды; определяют расчетным путем В/Ц; устанавливают расход цемента на 1 м³бетона; определяют расход заполнителей.
Исходные данные.
Бетон и бетонная смесь |
|
Марка бетона – R б = ___________кгс/см². |
Подвижность – ОК = |
________см. |
|
Метод укладки бетонной смеси ____________________________________.
Материалы
Цемент
Вид применяемого цемента __________________. Активность (марка) цемента – R ц =______________кгс/см².
Истинная плотность рц =________г/см³. Насыпная плотность рнц=______г/см³.
Крупный заполнитель Вид крупного заполнителя ____________________________.
Насыпная плотность рнщ =_______г/см³. Истинная плотность рщ =_____г/см³. Объем пустот V = ____________. Наибольшая крупность _____________мм.
Мелкий заполнитель Истинная плотность рп = ______г/см³.
Модуль крупности Мк = _________.
Насыпная плотность рнп =_____г/см³.
Влажность Wп = ___________%.
1. Расход воды, л/м3, ориентировочно определяют исходя из заданной удобоукладываемости бетонной смеси по табл. 1, с учетом вида и крупности заполнителя.
42
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
|
Водопотребность бетонной смеси |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Удобоукладываемость |
Расход воды, л/м3, при наибольшей крупности |
||||||
бетонной смеси |
|
|
заполнителя, мм |
|
|
||
Осадка |
Жесткость, |
|
гравия |
|
|
щебня |
|
конуса, |
с |
10 |
20 |
40 |
10 |
20 |
40 |
ОК, см |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
120 - 90 |
150 |
135 |
125 |
160 |
145 |
135 |
0 |
80 – 60 |
160 |
145 |
130 |
170 |
155 |
145 |
0 |
50 – 30 |
165 |
150 |
135 |
175 |
160 |
150 |
0 |
15 – 30 |
175 |
160 |
145 |
185 |
170 |
155 |
1 - 2 |
- |
185 |
170 |
155 |
195 |
180 |
165 |
3 – 4 |
- |
195 |
180 |
165 |
205 |
190 |
175 |
5 – 6 |
- |
200 |
185 |
170 |
210 |
195 |
180 |
7 – 8 |
- |
205 |
190 |
175 |
215 |
200 |
185 |
9 - 10 |
- |
215 |
200 |
185 |
225 |
210 |
195 |
11 - 12 |
- |
215 |
205 |
190 |
225 |
215 |
200 |
В=_______л.
2.Определяют водоцементное отношение по формуле
при |
В/Ц |
> 0.4 |
|
В/Ц |
= |
( |
А· |
Rц |
)/( Rб |
+ |
0,5·А·Rц |
) |
= |
|
________________________=; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
при |
В/Ц |
< 0.4 |
В/Ц |
= |
(А1 |
· |
Rц ) |
/ |
( |
Rб |
- |
0,5·А1·Rц |
) |
= |
_____________________=, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где |
Rб – прочность бетона в возрасте 28 |
суток; Rц – |
активность или марка |
цемента; А и А1 – коэффициенты, учитывающие качество материалов (табл. 2).
43
|
|
Таблица 2 |
|
Значения коэффициентов А и А1 |
|
|
|
|
|
|
|
Характеристика заполнителей и цемента |
А |
А1 |
|
Высококачественные |
0,65 |
0,43 |
|
Рядовые |
0,6 |
0,4 |
|
Пониженного качества |
0,55 |
0,37 |
|
3.Определяют расход цемента (Ц) на 1 м³ бетонной смеси.
Ц= В / ( В/Ц ) =_____________=_________кг.
4.Определяют расход крупного заполнителя (Зкр) на 1 м³ бетона.
Зкр = 1000 / [(Vпуст · a ) / pнкр + 1 / ркр ] = _________________________=___кг.
где Vпуст – пустотность крупного заполнителя (в долях его объема); рн кр – насыпная средняя плотность крупного заполнителя, г/см³; ркр – истинная плотность зерен крупного заполнителя, г/см³; > - коэффициент раздвижки зерен щебня, принимают в зависимости от расхода цемента и водоцементного отношения (для жестких бетонных смесей принимают равным 1,05 – 1,15; для
пластичныхсмесей– |
потабл. 3). |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Таблица 3 |
|
|
|
|
|
|
Значениекоэффициентараздвижкизерен> |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расход |
|
|
|
Коэффициент>приВ/Ц |
|
|
|||
цемента, |
0,3 |
|
0,4 |
|
0,5 |
0,6 |
|
0,7 |
0,8 |
кг/м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
250 |
- |
|
- |
|
- |
1,26 |
|
1,32 |
1,38 |
300 |
- |
|
- |
|
1,30 |
1,36 |
|
1,42 |
- |
350 |
- |
|
1,32 |
|
1,38 |
1,44 |
|
- |
- |
400 |
1,31 |
|
1,40 |
|
1,46 |
- |
|
- |
- |
500 |
1,44 |
|
1,52 |
|
1,56 |
- |
|
- |
- |
550 |
1,52 |
|
1,56 |
|
- |
- |
|
- |
- |
44
5. Определяют расход мелкого заполнителя |
на 1 м³ бетона. |
|
|
|
|||||
П |
= [1000 |
– ( |
Ц |
/ рц |
+ |
В + Зкр / ркр |
)] · |
рп |
= |
_______________________=____кг. |
|
|
|
|
|
|
|||
где - Ц, Зкр, В, – |
расходы |
цемента, |
крупного заполнителя, кг/м³; |
воды л, |
рц, |
||||
ркр, рп – истин- |
ная плотность |
зерен цемента, |
крупного заполнителя, |
песка, |
|||||
г/см³. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6. Вычисляют среднюю плотность бетонной смеси.
рб см = Ц+ П+ В+ Зкр =________________________= ________кг/м³.
7.Рассчитывают коэффициент выхода бетона лабораторного состава.
В= 1000 / ( Ц/рнц + Зкр/рн кр + П/рнп ) =________________________=_____,
где - рнц, рнкр, рнп – насыпная средняя плотность цемента, крупного заполнителя и песка.
Рассчитываютсоставпробногозамесаизаносятвтабл. 4.
|
|
|
|
|
|
Таблица 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расход материалов, |
кг |
|||
Материалы |
на1 м3 бетона |
|
|
|
фактическийрасход |
|
|
|
|
на6 лбетона |
|
материалов |
|
|
|
|
|
|
|
|
Вода |
|
|
|
|
|
|
Цемент |
|
|
|
|
|
|
Гравий (щебень) |
|
|
|
|
|
|
Песок |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задание 2. |
Опытная проверка |
расчетного состава бетона пробными |
замесами
Опытной проверкой устанавливают соответствие расчетного состава бетона заданным условиям подвижной бетонной смеси и прочности затвердевшего бетона. При изготовлении бетонной смеси делают пробный замес на 6 л. Перемещение отвешенных сухих материалов производят в следующей последовательности: отвешенное количество песка помещают в чашу, добавляюттребуемоеколичествоцементаиперемешиваютдополучения смеси однородного цвета, затем добавляют крупный заполнитель и всю смесь перемешивают до тех пор, пока щебень (гравий) не будет равномерно распределен в сухой смеси; в середине перемешанной смеси делают углубление, куда вливают отмеренную воду, затем энергично перелопачивают
45
бетонную смесь до достижения ею однородности. После перемешивания определяют подвижность бетонной смеси в сантиметрах или секундах, в зависимостиотпринятогоспособаукладкибетонавконструкцию.
а) Определение подвижности бетонной смеси
Определение подвижности бетонной смеси производится при помощи стандартного конуса следующим образом.
Внутреннюю поверхность формы и площадку смачивают водой. Форму- конус ставят на середину площадки и ногами прижимают через упоры. Форму наполняют бетонной смесью через загрузочную воронку, установленную на конусе. Наполнение производят тремя слоями и каждый слой уплотняют штыкованием металлическим стержнем 25 раз.
Штыкование нижнего слоя бетонной смеси производится на всю ее толщину, а верхних двух слоев до нижнего. Затем воронку снимают и избыток смеси срезают кельмой вровень с краями формы. После этого бетонную смесь освобождают от формы, осторожно поднимая последнюю в вертикальном положении. Форму-конусставятнаплощадкурядомсконусомбетоннойсмеси. Бетонная смесь, освобожденная от формы, под действием собственной массы начинает оседать(рис. 1).
Рис. 1. Определениеподвижностибетоннойсмесистандартнымконусом: 1 - упоры; 2 - ручки; 3 - конус; 4, 5 - линейки (в скобках приведены размеры увеличенного конуса).
На верхнее основание формы-конуса укладывают линейку, от нижнего ребра которой измеряют осадку конуса (ОК) бетонной смеси с точностью до
1см.
46
Величина осадки конуса (ОК), выраженная в см, характеризует подвижность бетонной смеси. Если подвижность бетонной смеси окажется ниже установленной, то в нее добавляют воду и цемент в количестве 10% от первоначальновзятыхматериалов, сохраняяводо- цементноеотношение. Затем массу снова перемешивают, после чего определяют подвиж- ность бетонной смеси. Если подвижность бетонной смеси окажется выше заданной, то добавляют, сохраняя заданное соотношение, песок и крупный заполнитель в количестве 10% от первоначально взятых. Добавление порции песка и крупного заполнителя продолжают до тех пор, пока не доведут подвижность бетоннойсмесидозаданной. Количестводобавленныхматериаловфиксируется исуммируетсясрасчетнымирасходами материалов.
б) Определение жесткости бетонной смеси упрощенным способом
Этот способ применяется, когда в лаборатории нет технического вискозиметра. Для этой цели на виброплощадку устанавливают и закрепляют форму- кубразмером 20 х20 х20 см.
В форму вставляют полый конус с диаметром нижнего основания, несколько уменьшеннымпосравнениюскубом. Конусзаполняетсябетоннойсмесью, как былоописановыше, послечегоегоосторожноподнимаютвертикальновверхи освобождают бетонную смесь от конуса. Затем форму куба с бетонной смесью подвергают вибрированию до тех пор, пока бетонная смесь не заполнит все углы формы иповерхность еене примет горизонтальногоположения. Время в секундах, необходимое для выравнивания поверхности бетонной смеси в форме, умноженное на коэффициент 1,5, характеризует жесткость бетонной смеси.
Если жесткость бетонной смеси окажется ниже заданной, то в бетонную смесь вводят добавки 10% крупного и мелкого заполнителя от первоначально взятых и после перемеши- вания бетонной смеси вновь определяют жесткость. Если жесткость бетонной смеси выше заданной, то в бетонную смесь вводят 10% цемента и воды ( сохраняя водоцементное отношение ) от первоначально взятыхи вновь производят определение жесткости.
Определяют фактическую среднюю плотность бетонной смеси и данные заносятвтабл. 5.
|
|
|
|
Таблица 5 |
|
Масса пустой |
Масса формыс |
|
Объем |
Средняя плотность |
|
формы, кг |
бетон- |
|
формы, л |
бетонной смеси, кг/л |
|
|
ной смесью, кг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
47 |
|
|
|
Зная массу пустых форм и форм, заполненных бетонной смесью, вычисляютсреднюю плотность бетонной смеси по формуле
рб = (m1 – m)/V ф = ____________________= _________ кг/л,
где m – масса пустой формы, кг; m1 – масса формы с бетонной смесью, кг; VФ – объем формы, л.
Выход бетона в литрах, полученный из пробного замеса, определяют путем деления суммарного расхода взятых на замес материалов в килограммах насреднюю плотность бетонной смеси, выраженную в кг/л.
Vб = (Ц+ В+ П+ Зкр)/рб = ___________________________= ______л,
где Vб – фактический объем бетона, л; рб – средняя плотность бетонной смеси, кг/л.
Определяют коэффициентвыхода бетонной смесилабораторногосостава:
В= Vб/(Ц/рц + П/рп + Зкр/ркр) = _________________________= _____.
в) Изготовление образцов
Стандартными образцами для испытания на прочность при сжатии являются образцы в форме куба размером 15 х 15 х 15 см. Для каждого срока испытаниядолжно быть изготовлено не менее 3 образцов.
Передизготовлениемобразцоввнутренниеповерхностиформдолжныбыть покрытытонкимслоемсмазки, неоставляющейпятеннаповерхностиобразцов Укладку и уплотнение в формах бетонной смеси производят следующим
образом.
Форму, заполненную бетонной смесью с некоторым избытком, устанавливаютижесткозакрепляютнавиброплощадкеиподвергаютвибрации до полного уплотнения, характе- ризуемого прекращением оседания бетонной смеси, выравниванием ее поверхности и появ- лением на ней тонкого слоя цементноготеста.Поверхность образца заглаживается кельмой.
Для определения марки бетона образцы после их изготовления хранят однисуткивформах, покрытыхвлажнойтканью, впомещениистемпературой воздуха 20+2ºС, после чего их вынимают из формы, маркируют и выдерживают до момента испытания в камере нормального твердения при температуре 20 ± 2ºС и относительной влажности воздуха 95 – 100%.
48
г) Определение средней плотности и прочности бетона
Для определения средней плотности бетона образцыподвергают осмотру, измеряют по длине, ширине, высоте с точностью до 1 мм, взвешивают, после чего определяют среднюю плотность бетона и заносят в табл. 6. Среднюю плотность вычисляют в кг/м³ путем деления массы образца на его объем. Определение предела прочности при сжатии производят путем испытания образцов на гидравлическом прессе. При этом фиксируют величину показания манометра(Р) вНи, деляеенаплощадьобразца, определяютпределпрочности присжатии.
R = P / F , кгс/см² (МПа).
Чтобы решить вопрос о пригодности состава бетона, о соответствии его заданным условиям, необходимо полученные результаты привести к стандартной прочности, которая получилась бы при испытании стандартных образцов сдлинойребра 15 см.
Таким образом, фактическая прочность равняется пределу прочности образца, умноженному на переводной коэффициент ( а ).
Далее, для определения марки бетона следует произвести перерасчет прочности от данного срока испытания к возрасту 28 суток.
|
|
R28 = Rn · ( lg 28 / lgn ), кгс/см² (МПа), |
где Rn |
- |
прочность бетона в возрасте n суток, кгс/см² (МПа); |
R28 – |
прочность бетона в возрасте 28 суток, кгс/см² (МПа); |
|
n |
- |
число суток твердения бетона. |
49
|
|
|
|
|
Таблица 6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Результаты испытаний образцов |
||||
Наименование показателя |
|
|
|
|
||
1 |
2 |
3 |
Среднее |
|||
|
|
|||||
|
|
|
|
|
значение |
|
Масса образца, кг |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Длина, |
см |
|
|
|
|
|
Ширина, см |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Высота, |
см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Объем, |
см³ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Средняя плотность, г/см³ |
|
|
|
|
||
Разрушающий груз, Н (кгс/см² |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
Площадь образца, см² |
|
|
|
|
||
Пределпрочностиприсжатии ввоз- |
|
|
|
|
||
расте 7 суток, МПа (кгс/см²) |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
Переводной коэффициент |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
Пределпрочностиприсжатииввоз- |
|
|
|
|
||
расте 28 суток, МПа (кгс/см²) |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
Марка бетона (Мб) |
|
|
|
|
||
Класс бетона (В) |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Соответствие заданной и полученной марки бетона записывается следующим образомвтабл. 4.
|
|
|
Таблица 4 |
|
|
|
|
Заданная |
Полученная |
Расхождение, |
Расхождение, |
прочность бетона, |
прочность |
МПа |
% |
МПа |
бетона, МПа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Полученную стандартную прочность бетона в возрасте 28 суток сравниваютсзаданноймаркойбетона, и, еслиотклоненияотнеенепревышают + 5%, подобранный состав бетона рекомендуется без корректировки. Если отклонения в прочности более +5%, но не превышают +20%, производится перерасчет бетона на заданную марку. При расхождении в прочности больше +20% перерасчет не производится и состав бетона подбирается заново (с повторнойпроверкой качества исходных материалов).
50