Мелкозернистые бетоны: Методические указания к лабораторной работе

Министерство образования Российской Федерации

ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра технологии строительных материалов и изделий

А.И.Кравцов

МЕЛКОЗЕРНИСТЫЕ БЕТОНЫ Методические указания к лабораторной работе по курсу ,,Технология бетона строительных изделий и конструкций ‘’ для студентов специальности 290600.

Оренбург 2000

ББК 38.33 Я7 К 78 УДК 691.3(076.5)

Введение. Широкое применение бетона в строительной практике объясняется многообразием его свойств. Это многообразие стало возможным в результате использования бетонов различных составов с заполнителями и вяжущими различных видов. В некоторых случаях традиционный для бетонов крупный заполнитель можно исключить, используя в качестве заполнителя один лишь песок . Это приводит к некоторому перерасходу цемента , но исключает применение дефицитного в некоторых районах щебня. Областью применения таких бетонов является дорожное строительство, изготовление армоцементных конструкций и т.п. При оптимальном составе свойства мелкозернистых бетонов не отличается от свойств тяжелых, а некоторые , например прочность при изгибе, водонепроницаемость, морозостойкость - выше. Целью данной работы является подбор состава мелкозернистого бетона с заданными прочностными характеристиками. Все расчеты и данные измерений заносятся непосредственно в лабораторный журнал, рядом с соответствующими формулами и в указанные таблицы.

2

1 Общие положения. 1.1 Мелкозернистые бетоны- это бетоны , в которых отсутствует крупный заполнитель. Свойства мелкозернистого бетона определяются теми же факторами, что и обычного бетона активность цемента, водоцементное отношение, качество материалов. Особенностями мелкозернистых бетонов являются: -более высокая прочность при изгибе, чем у тяжелых бетонов; -повышенный расход цемента, на 20-40% по сравнению с обычным бетоном; -возможность получения при оптимальном составе и режиме уплотнения большей прочности, чем у тяжелого бетона (до 50-70 МПа) на рядовых цементах; -необходимость применения пластификаторов для улучшения удобоукладываемости и снижения расхода цемента; -снижение прочности на 25-30%

3

2 Порядок расчета состава мелкозернистого бетона . Исходные данные для расчета : -требуемая прочность бетона на сжатие Rб (назначается), -условия уплотнения и соответствующая удобоукладываемость (назначается), -характеристики исходных материалов (определяются экспериментальным путем или по литературным источникам). Состав мелкозернистого бетона определяется расчетноэкспериментальным путем в следующем порядке. 2.1 Определяют водоцементное отношение необходимое для получения требуемой прочности бетона: (В/Ц)2=АRц/(Rб+0,8ARц)

(1)

где (В/Ц)2- водоцементное отношение; А- коэффициент качества для материалов высокого качества-0,8; среднего качества -0,75 и для цемента низких марок и мелкого песка-0,65. Rц- активность цемента , МПа, Rб- требуемая прочность мелкозернистого бетона , МПа. Для уточнения водоцементного отношения рассчитывают дополнительно два состава с В/Ц отличающиеся на ±0,05 от расчетного (В/Ц)2 (В/Ц)1=(В/Ц)2-0,05

(2)

(В/Ц)3=(В/Ц)2+0,05

(3)

2.2 По графикам рисунок Б1 определяют соотношение между цементом и песком 1/n= Ц/П обеспечивающее заданную подвижность или жесткость бетонной смеси. При отклонении показателей песка от принятых для рисунка А.1 (модуль крупности 2,5 ; водопотребность 7%) Производят следующую корректировку расчетного содержания песка. При применении мелкого песка с водопотребностью свыше 7% содержание его уменьшают на 5% на каждый процент увеличения водопотребности .При использовании крупного песка с водопотребностью ниже 7% содержание его увеличивают на 5% на каждый процент уменьшения водопотребности . Если водопотребность песка неизвестна Ц/П корректируют по графику на рисунке В.1,. Соотношения 1/n=Ц/П определяют для трех составов (В/Ц)1 (В/Ц)2 и (В/Ц)3 соответственно: 1/n1= (Ц/П)1 4

(4)

1/n2= (Ц/П)2

(5)

1/n3= (Ц/П)3

(6)

2.3 В случае уплотнения бетона прокатом , прессованием, трамбованием расход цемента определяют по формуле Ц2=1000/(1/ρц+(В/Ц)2+n2/ρп)

(7)

где ρц - истинная плотность цемента ,кг/дм3, ρп истинная плотность песка ,кг/дм3, (В/Ц)2- водоцементное отношение определенное по формуле (1), n2- соотношение 1/(Ц/П)2 , 1000-сумма абсолютных объемов составных частей плотного цементнопесчанного бетона, л; Расход цемента определяют для остальных двух составов по формулам; Ц1=1000/(1/ρц+(В/Ц)1+n1/ρп)

(8)

Ц3=1000/(1/ρц+(В/Ц)3+n3/ρп)

(9)

2.4 При уплотнении бетона вибрированием вовлеченного воздуха вычисляют:

расход цемента с учетом

Ц=(1000-ВВ)/(1/ρц+ В/Ц +n/ρп)

(10)

где ВВ- объем вовлеченного воздуха, л ориентировочно для подвижной бетонной смеси на среднем (Мк=2÷2,5) и крупном (Мк=2,5÷3) песке принимают 20 л, на мелком песке (Мк=1,5÷2) -30 л, для жестких смесей на среднем и крупном песке 50 л, на мелком 70 л. Расходы цемента определяют для трех составов Ц1=(1000-ВВ)/(1/ρц+(В/Ц)1+n1`/ρп)

(11)

Ц2=(1000-ВВ)/(1/ρц+(В/Ц)2+n2/ρп)

(12)

Ц3=(1000-ВВ)/(1/ρц+(В/Ц)3+n3/ρп)

(13)

2.5 Определяют расходы воды для трех составов по формулам: В1=(В/Ц)1Ц1

(14)

В2=(В/Ц)2Ц2

(15) 5

В3=(В/Ц)3Ц3

(16)

2.6 Определяют расходы песка для трех составов по формулам: П1=n1Ц1

(17)

П2=n2Ц2

(18)

П3=n3Ц3

(19)

Данные расчетов составов заносят в таблицу (А1)

6

3 Изготовление и испытание образцов. 3.1 Для приготовления смеси отвешивают расчетное количество компонентов. В предварительно протертой влажной тканью сферическую чашку смешивают в сухую песок и цемент, затем в сделанное смеси углубление добавляют воду и перемешивают смесь в течении 3-5 минут. 3.2 Подвижность бетонной смеси определяют на встряхивающем столике следующим образом. Приготовленной смесью заполняют форму-конус ГОСТ 310.4-81/6/, установленную в центре встряхивающего столика. Перед этим конус и столик протирают мокрой тканью. Форму-конус заполняют в два приема, сначала до половины уплотняя металлической штыковкой 15 раз, далее до верху с небольшим избытком и штыкуют 10 раз. Избыток смеси удаляют. После снятия конуса смесь встряхивают на столике 30 раз за 30±5с, после чего штангенциркулем измеряют диаметр конуса в двух взаимно-перпендикулярных направлениях у основания. При несовпадении подвижности смеси с заданной, корректируют содержание цементного теста. Для увеличения подвижности добавляют цемент и воду в заданном соотношении, примерно по 5%, для уменьшения добавляют песок . Все изменения состава фиксируются. 3.3 Жесткость бетонной смеси определяют при помощи прибора Красного/3/. Для этого прибор размещают на поверхности смеси в форме или в мерном сосуде объемом 1дм3. Форму( сосуд) помещают на виброплощадку. За жесткость принимают время в секундах от начала вибрирования смеси, до появления цементного молока в двух отверстиях диска прибора. Корректировка жесткости производится аналогично рекомендациям пункта 3.2. 3.4 Плотность бетонной смеси определяют путем взвешивания мерного сосуда объемом 1дм3 или формы с уложенной и уплотненной вибрированием 30-60с или принятым способом уплотнения бетонной смесью. ρсмф=(m2-m1)/V

(20)

где ρсм- плотность смеси кг/дм3; m1- масса пустого сосуда (формы), кг; m2- масса сосуда (формы) со смесью, кг; V- объем сосуда (формы) дм3. 3.5 Для определения прочностных характеристик цементов, изготавливают образцы балочки из смеси раствора приготовленной по п.п. 3.1 и 3.2. Форму для трех балочек размерами 4∗4∗16 см устанавливают на виброплощадку, наполняют смесью по высоте на 1см и вибрируют в течении трех минут, добавляя в первые две минуты смесь в формы. По окончании вибрирования форму снимают, удаляют избыток смеси, заглаживая ее вровень с 7

краями формы. Образцы маркируют, хранят (24±1) ч во влажных условиях, затем расформовывают и остальные 27 суток хранят в воде меняя ее через 14 суток. 3.6 Прочность при изгибе определяют на приборе МИИ-100, устанавливая образец таким образом, чтобы его горизонтальные при изготовлении грани находились в вертикальном положении. Схема расположения образцов показана на рисунке Г.1(а). Предел прочности при изгибе вычисляют как среднее арифметическое значение двух наибольших результатов и испытания трех образцов. Результаты заносят в таблицу (см. приложение А). 3.7 Прочность при сжатии определяют путем испытания на прессе, полученных после испытания на изгиб шести половинок балочек. Половинку балочки помещают между двумя пластинками таким образом, чтобы боковые грани, которые при изготовлении прилегали к стенкам формы, находились на плоскостях пластинок, а упоры пластинок плотно прилегали к торцевой гладкой плоскости образца ( см.рисунок Г.1(б)). Средняя скорость нарастания нагрузки при испытании должна быть (2,0±0,5) МПа/с. Результаты заносят в таблицу (см. приложение А). Предел прочности при сжатии образца определяют по формуле: R=0.1F/A

( 21)

где R- прочность образца на сжатие, МПа; F-разрушающая нагрузка, кгс; А- площадь рабочего сечения образца (площадь пластинок 25см2), см2; 0,1 - коэффициент перехода от кг/см2 к МПа. Предел прочности при сжатии определяют как среднее арифметическое значение четырех наибольших из шести результатов. Результаты заносят в таблицу приложения А. 3.8 Для ускорения твердения образцы изготовленные в соответствии с пунктами 3.1 и 3.2, можно подвергнуть тепловой обработке в пропарочной камере по режиму: -выдержка 120±10 минут; -подъем температуры до 85±5°С в течении 180±10 минут; -изотермический прогрев при температуре 85±5°С в течении 360±10 мин ; -остывание образцов 120±10 минут. Расформовка и испытание образцов производится через 24±2ч с момента изготовления. 3.9 Режимы приготовления, уплотнения, твердения и испытания образцов отличные от вышеуказанных, устанавливаются преподавателем дополнительно. 8

4 Обработка результатов. По результатам испытаний делаются выводы о степени уплотнения бетонной смеси, определяется В/Ц отношение, которое позволяет достичь требуемых значений прочности на сжатие, если требуется на изгиб. 4.1 Коэффициент уплотнения бетонной смеси определяется на основе сравнения значений плотности бетонной смеси формула (20) и расчетной плотности бетонной смеси, которая определяется по формуле: ρсмр=Ц+П+В

(22)

где ρсм- расчетная плотность бетонной смеси, кг/дм3; Ц,П,В- соответственно полученные при расчете расходы материалов цемента, песка, воды, кг. Коэффициент уплотнения рассчитывают по формуле: Купл=ρсмф/ρсмр

(23)

Коэффициент уплотнения считается оптимальным при наибольшем значении Купл, минимальное значение для бетонов с хорошей степенью уплотнения 0.97. Действительный расход материалов на приготовление смеси определяют по формуле, Ц11=Ц1Купл1

П11=П1Купл1

Ц12=Ц2Купл2

П12=П2Купл2

В11=В1Купл1 В12=В2Купл2

(24) (25)

Ц13=Ц3Купл3 П13=Ц1Купл3 В13=В3Купл3 (26) 4.2 Требуемое для получения заданной прочности бетона В/Ц определяется графическим способом, по графикам приложения Д, полученным в результате испытаний образцов на прочность. По графику выбирают значение В/Ц необходимое для получения н требуемой прочности на сжатие R сж - точка А. При выбранном значении В/Ц по графику определяют значение при изгибе, если оно нормируется, оно должно быть не ниже заданного. При нормировании только одного свойства прочности на сжатие или на изгиб. Значение второго используется для получения соотношения Rсжн/Rи ,по которому в дальнейшем можно ориентировочно контролировать значение ненормируемого свойства. По результатам анализа графика делается расчет состава бетона исходя из В/Ц обеспечивающего требуемые свойства бетона.

Список использованных источников 1 Баженов Ю.М. Технология бетона : Учебное пособие для технол . спец. строит. вузов . 2-е изд ., перераб.- М.: Высш .шк .,1987- 415 с.ил. 2 Баженов Ю.М. Способы определения состава бетона различных видов: Учеб. пособие для вузов - М .: Стройиздат , 1975.- 268 с. 3 Смеси бетонные : ( Сборник ) : ГОСТ 10181.0-81-ГОСТ 10181.4- М .: Изд-во стандартов , 1981 - 28 с. : ил. 4.Диковский И.А., Кравцов А.И. Механические свойства бетона :Учебное пособие для строительных специальностей вузов.-Оренбург.1998.-159 с. 5. ГОСТ 26633-91.Бетоны тяжелые и мелкозернистые .Технические условия =Heavy weigeht and sand concretes. Specifikations.-Переизд.Дек 1991.Взамен ГОСТ 10268-80 и ГОСТ 26633-85 ; Введ. 16.05.91.-М.: Изд-во стандартов.1992.-23 с.: ил.УДК 961.32:006.354.Группа Ж13 .СССР. 6. ГОСТ 310.4-81∗ Цементы .Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии.=Cements. Methods of bending and compresion strengt determination.- Переизд. 1994 с изм.- Взамен ГОСТ 310.4-76; Введ. С 01.07.83 – М.: Изд-во стандартов 1994.-6с.: ил.-УДК 691.54.001.4:006.354.Группа Ж19.СССР. 7. Шейкин А.М. Цементобетон для дорожных и аэродромных покрытий.М.:Транспорт,1991.-151 с.

10

Приложение А Оформление таблицы результатов

Разруш ающее

Проч ност ь при сжат ии,

усилие.

кг/см

При

Коэ ффи цие.

исп ыта нии

упло тнен ия

,кг

Дата Номер образ ц

Расход материалов .кг/м3

Срок

твер

изг ото вле ни я

исп ыта ния

Расчетный Це мент

Пе сок

Вод а

После пересчета Цемент

Песок

Расход материалов

Ма сса

Об ъем

на замес, кг Вод а

Цемент

Песок

Вод а

обр азца, г

обр азца см3,

Средняя плотность бетона ,кг/м3 Свежеул оженного фактиче ская

расчетн ая

2

Проч ность при изгиб е кг/см2

При меча ния, расп лыв, см; Ж, с

1-1 1-2 1-3 сред 2-1 2-2 2-3 сред 3-1 3-2 3-3 сред

11

Приложение Б График для выбора соотношения между расходом цемента и песка

1:1

1:2

1:3

1:4

225

Расплыв,мм конуса,см

205 185 165 145 125 105 0,3

0

0,4

1:1

1:2

0,5

1:3

0,6

В/Ц

1:4

20

Жесткость,с

40 60 80

0,3

0,4

0,5

0,6

В/Ц

Рисунок Б.1-График для выбора соотношения между расходом цемента и песка средней крупности с водопотребностью 7 %.

Приложение В График для корректировки соотношения между расходом цемента и песка

Ц1/П1

2

1

3

1:3 1:2

1:1

1:0

1:1

1:2

1:3

1:4

Ц/П (по рис. Б.1)

1- Мкр=2,5 2- Мкр=1,5 3 Мкр=0,75 Рисунок В.1-График для определения корректированного соотношения Ц1/П1 в зависимости от крупности песка.

14

Приложение Г Схемы испытания образцов

а)

б)

40

50 ±0,15

100 ±0,15

Рисунок Г.1- Схема расположения образца при испытаниях на изгиб (а) и

15

Приложение Д Схема выбора значений В/Ц для бетона с заданными свойствами

Rизг.

Rсж.

н

R

А

В/Ц

кривая прочности на сжатие, кривая прочности на изгиб. Рисунок Д-1-Схема выбора значений В/Ц необходимых для н получения требуемой прочности бетона на сжатие R сж ,и при изгибе Rи

сж.

Rизг

Rсж

В/Ц кривая прочности на сжатие, кривая прочности на изгиб. Рисунок Д.2-Схема выбора значений В/Ц необходимых для н получения требуемой прочности бетона на сжатие R сж ,и при изгибе Rи

18