Бетоны и строительные растворы.Методические указания к

СОДЕРЖАНИЕ
Лабораторная работа № 1
ЗЕРНОВОЙ СОСТАВ КРУПНОГО И МЕЛКОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ БЕТОНА
1. Определение зернового состава крупного заполнителя бетона – щебня…………………..…………………………………………………………..……7
2. Определение содержания в щебне пластинчатых (лещадных) и и гловатых
зерен…..…………………………………………………………………………….9
3. Определение зернового состава мелкого заполнителя бетона – песка.……..……...10
Лабораторная работа № 2
ПОДБОР СОСТАВА ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА
1. Расчет состава бетона………………………………………………………………...17
2. Приготовление пробного замеса, испытание бетонной смеси, корректировка
состава и формование образцов ………………………………….……………21
Лабораторная работа № 3
ПОДБОР СОСТАВА СТРОИТЕЛЬНОГО РАСТВОРА
1. Расчет состава раствора………………………………………………….…..….27
2. Приготовление пробного замеса, испытание растворной смеси, корректировка состава и формование образцов ………….……………………...…….28
Список литературы……………...………………………………………………......31
3
Лабораторная работа № 1
ЗЕРНОВОЙ СОСТАВ КРУПНОГО И МЕЛКОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ БЕТОНА
Цель работы: определение зернового состава щебня и песка. Оценка качества заполнителей. Оценка правильности полученного результата.
Теоретическая часть
Заполнители – природные или искусственные материалы определенного зернового
состава, которые в рационально составленной смеси в сочетании с вяжущим веществом
образуют раствор или бетон. Они занимают в бетоне до 80-90 % общего объема, оказывая большое влияние на технологические свойства бетонной смеси и качество затвердевшего бетона.
Рациональное применение заполнителей позволяет уменьшить расход вяжущего,
снизить усадку цементных бетонов, уменьшить за счет применения высокопрочных заполнителей прочность и модуль упругости бетона, снизить плотность бетона и его теплопроводность, используя для этой цели легкие пористые заполнители, производить
специальные бетоны на особо тяжелых и гидратных заполнителях для надежной защиты
от проникающей радиации.
По характеру формы зерен различают заполнители:
●имеющие угловатую, с шероховатой поверхностью форму зерен, получаемые путем дробления горных пород, гравия или искусственных материалов (щебень, песок
из отсевов дробления, аглопорит идр.);
●имеющие округлую форму зерен (гравий, природный песок и др.).
Форма зерен заполнителя влияет прежде всего на удобоукладываемость бетонной и
растворной смеси. Пластинчатые, удлиненные (лещадные) зерна заполнителя укладываются в строго ориентированном, горизонтальном положении. Это делает структуру бетона неоднородной, а его свойства – неодинаковыми (анизотропными) в разных направлениях. Поэтому содержание зерен лещадной формы ограничивается стандартами.
Зерновой состав заполнителей определяют по результатам просеивания пробы через
стандартный набор, включающий в себя 10 сит с отверстиями 80(70); 40; 20; 10; 5; 2,5;
1,25; 0,63; 0,315; и 0,16 мм. Граница раздела между крупным и мелким заполнителем
проходит по зерну в 5 мм: мелкие (песок) с размером зерна до 5 мм и крупные (гравий и
щебень) с размером зерен 5-80(70) мм. При бетонировании массивных конструкций
применяют щебень или гравий крупностью до 150 мм. Нередко зерновой состав называют фракционным.
По происхождению заполнители подразделяют на три основные группы:
● природные (неорганические – гранит, диабаз, диорит, известняк, вулканический
туф, пемза, кварцит, мрамор; органические – отходы переработки сельскохозяйственной
продукции и полимерных материалов);
● искусственные (керамзит, шлаковая пемза, безобжиговый зольный гравий, аглопорит);
● получаемые из отходов промышленности (песок и щебень из металлургических и
топливных шлаков, золы ТЭС, золошлаковые смеси, кирпичный бой).
По плотности зерен ρз заполнители подразделяются на плотные заполнители, со
средней плотностью зерен свыше 2000 кг/м3, предназначенные для тяжелых (обычных)
бетонов, и на пористые (легкие), имеющие пористую структуру с плотностью зерен, менее 2000 кг/м3 (обычно 1600-1400 кг/м3) и предназначенные для использования в легких
бетонах или в качестве теплоизоляционного материала.
Прочность заполнителей влияет на прочность бетона. Требования по прочности
устанавливают только для крупного заполнителя и для тяжелых бетонов она должна
быть в 1,5-2 раза выше прочности бетона. Прочность щебня из горных пород характери-
4
зуется маркой, соответствующей пределу прочности на сжатие образцов - цилиндров исходной горной породы в водонасыщенном состоянии (20-140 МПа).
Вредными примесями в заполнителях являются органические, пылеватые и глинистые включения. Особенно вредна глина, т.к. она препятствует сцеплению заполнителя с
цементным камнем и снижает морозостойкость. Вредны включения реакционноспособных минералов – сульфатов, сульфидов, аморфных разновидностей кремнезема (халцедон, опал, вулканическое стекло), т.к. они могут в процессе эксплуатации вызвать разрушение бетона. Количество вредных примесей регламентируется стандартами.
Крупный заполнитель для бетона (щебень, гравий) – зернистый материал с размером частиц 5…80(70) мм.
Щебень – материал, получаемый дроблением горных пород, валунов, крупного гравия или искусственных камней. Частицы щебня имеют угловатую форму и шероховатую, более развитую поверхность, благодаря чему сцепление с цементным камнем у
щебня выше, чем у гравия. Для высокопрочного бетона наиболее предпочтительнее
применять щебень. Природный гравий представляет собой рыхлую смесь окатанных обломков. Зерна гравия отличаются округлой формой и гладкой поверхностью. Из-за недостаточного сцепления с цементным камнем в бетоне гравий, как правило, не применяется в бетонах с пределом прочности выше 30 МПа. Плотные заполнители имеют насыпную плотность ρнас >1200кг/м3, а пористые, используемые для плотного бетона, - ρнас
<1200кг/м3
Качество крупного заполнителя определяется минеральным составом и свойствами
материала, из которого он получен, зерновым составом, формой зерен и содержанием
вредных примесей.
Зерновой состав крупного заполнителя в значительной мере влияет на качество приготовленного на нем бетона. При выборе зернового состава крупного заполнителя для
бетона необходимо исходить из основного требования: получить наименьший объем пустот в крупном заполнителе, а, следовательно, наименьший расход цемента в бетоне заданной марки.
Мелкий заполнитель бетона (песок) – это зернистый материал с размером частиц
0,16…5 мм.
Мелкий заполнитель, как и крупный, может быть естественным или искусственным.
Естественные пески образовались в результате выветривания различных горных пород
(магматических, метаморфических, осадочных). Искусственные являются отходами
производства щебня (отсевами) или продуктом дробления отходов промышленности и
искусственных пористых заполнителей. Свойства песка зависят от свойств материала, из
которого он получен, зернового состава, содержания вредных примесей, а также модуля
крупности.
1. Определение зернового состава крупного заполнителя бетона – щебня
Материалы: щебень.
Приборы и приспособления: весы лабораторные технические, стандартный набор
сит с диаметром отверстий 5, 10, 20, 40, 70 мм.
Ход работы
Сущность метода заключается в определении частных и полных остатков на стандартных ситах после просеивания пробы крупного заполнителя.
Частным остатком называют отношение массы не прошедших сквозь сито зерен к
общей массе пробы заполнителя, выраженного в процентах (а).
Полным остатком называют сумму частных остатков на данном сите и на всех ситах
с отверстиями большего размера (А).
5
Перед просеиванием отвешивают пробу заполнителя массой 5 кг. Собирают набор
сит в колонку, располагая сита с более крупными отверстиями над ситами с более мелкими отверстиями. Высыпают пробу заполнителя на сито с наибольшим диаметром отверстий 70 мм и производят просеивание ручным или механическим способом.
После просеивания взвешивают остатки на каждом сите, вычисляют в процентах
частные (а5, а10, а20, а40) и полные (А5, А10, А20, А40) остатки, и устанавливают наибольшую и наименьшую крупность щебня.
Частные остатки, %:
ai= (mi/m)·100,
где ai – частный остаток, %; mi – масса остатка на данном сите, кг; m – масса просеиваемой навески, кг.
По известным значениям частных остатков рассчитывают полные остатки, %, на
каждом сите:
Аi= а70 +…+ ai ,
где а70 +…+ ai – частные остатки на всех ситах с большими размерами отверстий плюс
остаток на данном сите, %. Результаты записывают в таблицу 1.
Таблица 1
Полные и частные остатки щебня на ситах
Остаток на
Размеры отверстий сит, мм
сите
70 40 20 10 5 Прошло через
сито 0,5
Частный:
кг
%
Полный, %
За наибольшую крупность заполнителя (Dнаиб) принимают размер отверстий того сита, на котором полный остаток не превышает 5 % просеиваемой пробы, а за наименьшую
крупность (Dнаим) – размер отверстия нижнего сита, полный остаток на котором составляет не менее 95 %. Кроме того, вычисляют значения 0,5(Dнаим + Dнаиб) и 1,25 Dнаиб. Зерновой состав каждой фракции или смеси фракций должен находиться в пределах, указанных в таблице 2.
Таблица 2
Зерновой состав фракций щебня
Размер контрольных
Dнаим
0,5(Dнаим + Dнаиб)
Dнаиб
1,25 Dнаиб
сит
Полный остаток на
от 90 до 100
от 30 до 80
до 10
до 0,5
ситах, % по массе
Для оценки зернового состава щебня по результатам просеивания строят кривую
просеивания и сравнивают ее со стандартной областью допустимых колебаний гранулометрического состава
крупного заполнителя (рис. 1).
2. Определение содержания в щебне
пластинчатых (лещадных) и игловатых зерен
Сущность метода заключается
в ручном отборе зерен щебня, толщина или ширина которых меньше длины в три и более раз.
Содержание зерен пластинчатой и
игловатой формы определяют для
фракции щебня 10…20 мм. Для этого
Рис. 1. График зернового состава щебня
6
отбирают навеску массой 1 кг. От взятой навески отбирают зерна, у которых один размер (толщина и ширина) в три раза и более раза меньше двух других.
Взвешивают все отобранные пластинчатые и игловатые зерна, а также отдельно – все
остальные зерна.
Содержание пластинчатых и игловатых зерен, %:
П=m/(m+m1)100,
где m – масса зерен пластинчатой и игловатой формы, г; m1 – масса остальных зерен, г.
щебень по форме зерен подразделяют на три группы (табл. 3)
Таблица 3
Допустимый показатель наличия в щебне зерен пластинчатой формы
Группа щебня по форме
зерен
Окатанная
Кубовидная
Улучшенная
Обычная
Максимальное содержание зерен
пластинчатой и игловатой формы,
% по массе, не более
10
15
25
35
3. Определение зернового состава мелкого заполнителя бетона – песка
Материалы: кварцевый песок.
Приборы и приспособления: весы лабораторные технические, стандартный набор
сит с диаметром отверстий 0,16; 0,315; 0,63; 1,25; 2,5 и 5 мм.
Ход работы
Из пробы песка, прошедшего через сито с отверстиями диаметром 5 мм, отбирая
навеску 1000 г и просеивают ее ручным или механическим способом через комплект сит,
последовательно расположенных по мере уменьшения размера отверстий в ситах 2,5;
1,25; 0,63; 0,315; 0,16. Просеивание считается законченным, если через сито на чистый
лист бумаги за 1 мин проходит не более 0,1 % зерен песка от общей массы просеиваемой
навески.
Остатки песка на каждом сите взвешивают и вычисляют частные остатки на каждом
сите с точностью до 0,1 % по формуле:
ai= (mi/m)·100,
где ai – частный остаток, %; mi – масса остатка на данном сите, г; m – масса просеиваемой навески, г.
По известным значениям частных остатков рассчитывают полные остатки, %, на
каждом сите:
Аi= а2,5 +…+ ai ,
где а2,5 +…+ ai – частные остатки на всех ситах с большими размерами отверстий плюс
остаток на данном сите, %.
Результаты рассева заносят в таблицу 4.
7
Таблица 4
Остаток на
сите
Полные и частные остатки песка на ситах
Размеры отверстий сит, мм
2,5
1,25
0,63
0,315
0,16
Прошло
через
сито
0,014
Частный:
г
%
Полный, %
Для оценки зернового состава песка и его пригодности для приготовления бетона
результаты просеивания (по полным остаткам) наносят на график (рис. 2). Если кривая,
характеризующая зерновой состав испытуемого песка, располагается в заштрихованной части графика, то такой
песок признают годным для приготовления бетона. Если кривая располагается выше заштрихованной части, то
песок считается мелким, а если ниже –
крупным. В песке для бетонов и растворов не допускается наличие зерен
размером более 10 мм. Зерен размером
от 5 до 10 мм не должно быть более 5
% по массе. Количество мелких чаРис. 2. График зернового состава песка
стиц, прошедших через сито № 016, не
должно превышать 10 %.
Вычисляют модуль крупности зернового состава песка с точностью до 0,1 по формуле:
Мк=(А2,5+А1,25+А063+А0315+А014)/100,
где А2,5, А1,25, А063, А0315, А014 – полные остатки на ситах, %.
Пески для строительных работ (ГОСТ 8736-93) в зависимости от зернового состава
подразделяют на следующие группы, представленные в табл. 5.
Таблица 5
Классификация песков по зерновому составу
Группа песков
Мк
Полный остаток на си- Водопотребность, %
те № 063, % по массе
Очень крупный
Свыше 3,5
Свыше 75
Повышенной крупности
3,0…3,5
65…75
4…6
Крупный
2,0…3,0
45…65
4…6
Средний
2,0…2,5
30-45
6…8
Мелкий
1,5…2,0
10-30
8…10 и более
Очень мелкий
1,0…1 ,5
до 10
более 10
Тонкий
0,7…1,0
не нормируется
Очень тонкий
До 0,7
не нормируется
ВЫВОД
1.
2.
3.
4.
5.
Контрольные вопросы
Что называется крупным заполнителем бетона?
Чем отличается щебень от гравия?
Классификация крупных заполнителей.
Перечислите свойства щебня и охарактеризуйте их.
Как взаимосвязаны свойства крупного заполнителя и свойства бетона?
8
6.
7.
8.
9.
Дайте определение мелкого заполнителя бетонов.
Какие виды песков Вы знаете?
Чем характеризуется крупность песка?
От чего зависит пустотность песка?
Лабораторная работа № 2
ПОДБОР СОСТАВА ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА
Цель работы: подбор состава тяжелого бетона. Оценка качества бетонной смеси. Оценка правильности полученного результата.
Теоретическая часть
Бетон – это искусственный камень, полученный в результате затвердевания специально подобранной, тщательно перемешанной и уплотненной бетонной смеси, состоящей из вяжущего вещества, крупного и мелкого заполнителя и воды. В отдельных случаях могут вводиться специальные добавки. Смесь из указанных выше материалов до
начала ее затвердевания называется бетонной смесью.
Бетон работает под нагрузкой как единый композиционный материал, и в формировании его прочности участвуют цементный камень (матрица), зерна заполнителя и контактный слой между ними, т.е. прочность бетона зависит от прочности составляющих
его материалов и от прочности сцепления их друг с другом. Прочность заполнителя
(песка, щебня, гравия) в тяжелом бетоне, как правило, выше заданной прочности бетона,
поэтому мало влияет на последнюю. Таким образом, прочность бетона определяется в
основном двумя факторами:
- прочностью затвердевшего цементного камня;
- прочностью его сцепления с заполнителем.
Прочность цементного камня (Rб) зависит от двух факторов: активности (марки) используемого цемента (Rц) и соотношения количеств цемента и воды (Ц/В или В/Ц).
Чем выше марка цемента, тем при прочих равных условиях будет прочнее цементный камень.
Цемент при твердении химически связывает не более 20-25 % воды от своей массы.
Но чтобы обеспечить необходимую пластичность цементного теста и, соответственно,
подвижность бетонной смеси, необходимо брать 40-80 % воды от массы цемента. Чем
больше в бетоне будет свободной, химически не связанной воды, тем больше впоследствии будет пор в цементном камне и соответственно ниже станет его прочность.
Прочность сцепления между цементным камнем и заполнителем определяется в основном качеством поверхности заполнителя. Для обеспечения высокой прочности сцепления поверхность зерен заполнителя должна быть чистой и шероховатой. Например,
бетон на щебне при всех прочих равных условиях прочнее бетона на гравии. В обобщенном виде этот показатель именуется коэффициентом качества заполнителей (А).
Высказанные теоретические предпосылки были положены в основу экспериментальных исследований зависимости прочности бетона от Ц/В, марки цемента и качества заполнителя и описаны уравнением:
Rб=АRц(Ц/В±b), где b=±0,5
Это уравнение выражает основной закон прочности бетона и называется формулой
Боломея-Скрамтаева.
Состав бетона выражают расходом всех составляющих материалов по массе на 1 м3
уложенной и уплотненной смеси или отношение массы составляющих материалов смеси
к массе цемента ,принимаемой за единицу, т.е. 1 : x : y (цемент : песок : щебень или гравий) при В/Ц = Z. Например, в первом случае состав бетона: цемента – 280, песка – 670,
щебня – 1300, воды – 170 кг/м3, а во втором случае: 1:2,4:4,7 при В/Ц=0,6.
9
Различают два состава бетона: номинальный (лабораторный), рассчитанный для материалов в сухом состоянии, и производственный (полевой) – для материалов в естественно-влажном состоянии.
Наибольшее применение среди минеральных вяжущих веществ имеют цементы различных видов. Цементное тесто, образующееся при затворении цемента водой, обволакивает зерна песка, щебня или гравия, заполняет промежутки между зернами заполнителя и играет роль своеобразной смазки, придающей бетонной смеси необходимую подвижность. Цементное тесто, затвердевая, переходит в камневидное состояние и надежно связывает зерна заполнителя; последний образует жесткий скелет бетона и уменьшает
его усадку, возникающую в результате усадки цементного камня при твердении. Структура цементного камня представлена на рис. 1.
Бетонная смесь обладает рядом свойств: удобоукладываемость (подвижность, жесткость), однородность, средняя
плотность, водоцементное отношение – которые регламентируются нормативными документами и от которых в значительной степени зависит прочность и другие характеристики
затвердевшего бетона. Свойства бетонной смеси обусловлены
ее составом, т.е. количеством исходных компонентов, расходуемых на приготовление 1 м3 смеси.
Состав бетонной смеси определяется расчетноэкспериментальным методом подбора состава бетона. Данный
метод включает два этапа: первый – расчет состава бетонной
Рис. 1. Схема структуры
смеси; второй (экспериментальный) – приготовление пробнозатвердевшего тяжелого
бетона: 1 - цементный каго замеса, формование, выдержка и испытание опытных обмень; 2 – песок; 3 – щебень.
разцов.
Цель первого этапа – математический расчет количества исходных компонентов бетонной смеси, которая после затворения водой и затвердевания обеспечит заданную
марку бетона.
Второй этап включает приготовление пробного замеса бетонной смеси, формование
контрольных образцов-кубов размером 15х15х15 см или 10х10х10 см, выдержку их в
нормальных условиях 28 сут и испытание в соответствии с ГОСТ 8462-85 для определения марки полученного бетона.
2. Расчет состава бетона
Ход работы
Исходные данные:
- проектируемая марка бетона (R28);
- требуемая удобоукладываемость бетонной смеси (ОК или Ж);
- активность цемента (Rц);
- качество заполнителей –А - (вид, крупность, пустотность, влажность);
- истинная плотность цемента – 3120 кг/м3;
- насыпная плотность цемента – 1340 кг/м3.
Рассчитывают состав тяжелого бетона в следующем порядке:
1.Обеспечение требуемой прочности бетона. Зависимость прочности бетона через
28 сут твердения от его состава имеет вид: Rб=АRц(Ц/В±0,5).
При возможности выбора марки (активности) цемента рекомендуется, чтобы его
марка была в 2-2,5 раза выше требуемой прочности бетона. Меньшая разница в этих показателях ведет к увеличению расхода цемента, при большей разнице необходимо в цемент вводить тонкомолотые минеральные добавки (молотые гранулированные шлаки,
золы ТЭС, молотый известняк и т.п.).
10
Указанная формула позволяет определить соотношение воды и цемента В/Ц, которое
при данном качестве заполнителей А и данной активности цемента Rц обеспечивает получение требуемой прочности бетона:
В/Ц = АRц/(R28 + 0,5АRц) – для пластичных смесей при В/Ц ≥ 0,4.
Коэффициенты А1 и А2, учитывающие качество материалов приведены в таблице 1.
Таблица 1
Значение коэффициентов А1 и А2
Характеристика заполнителей и цемента
А1
А2
Высококачественные
0,65 0,43
Рядовые
0,6
0,4
Пониженного качества
0,55 0,37
Примечание: 1. К высококачественным материалам относят щебень из плотных горных пород высокой
прочности, песок оптимальной крупности и портландцемент высокой активности без добавок или с минимальным количеством гидравлической добавки; заполнители должны быть чистые и фракционированные.
2. К рядовым материалам относят заполнители среднего качества, в том числе гравий, портландцемент
средней активности или высокомарочный шлакопортландцемент. 3. К материалам пониженного качества
относят крупные заполнители низкой прочности, мелкие пески, цементы низкой активности.
А –для рядового щебня А=0,55, для гравия А=0,5.
2. Расход воды (В) определяют, исходя из заданной удобоукладываемости (подвижности или жесткости) бетонной смеси по графикам или справочным таблицам (табл. 2) и
выражают в л (кг) на 1 м3 бетонной смеси.
Таблица 2
Определение расхода воды на 1
Подвижность,
ОК, см
9…12
6…8
3…5
1…2
-
Жесткость, с
30…50
60…80
90…120
150…20
0
м3
бетонной
смеси*
Расход воды, л/м3, при наибольшей крупности
заполнителя, мм
Гравий
Щебень
10
20
40
70
10
20
40
70
215 200 185 170 230 215 200 185
205 190 175 160 220 205 190 175
195 180 165 150 210 195 180 165
185 170 155 140 200 185 170 155
165 160 150
175 170 160
155 150 140
165 160 150
145 140 135
160 155 140
135 130 128
150 145 135
-
*Примечание. Данные табл. 1 справедливы для бетонов с расходом цемента не выше 400 кг/м 3. При использовании пуццолановых цементов расход воды увеличивается на 15…20 л. При использовании мелкого
песка расход воды увеличивается на 10 л.
3. Расход цемента (Ц) на 1 м3 бетонной смеси, кг:
Ц = В/ (В/Ц)
4. Расход заполнителей (песка и крупного заполнителя) рассчитывают, решая совместно два уравнения, характеризующие строение бетонной смеси.
Объем 1 м3 (1000 дм3) плотно уложенной бетонной смеси слагается из абсолютных
(без воздушных пустот) объемов цемента, воды, мелкого и крупного заполнителя:
Ц/ ρц + В + П/ ρп + Щ/ ρщ = 1 (1),
где Ц, Щ, В – расходы соответственно цемента, щебня, воды; ρц, ρщ, ρп – истинные плотности цемента, щебня, песка, кг/м3.
Пустоты между зернами крупного заполнителя должны быть заполнены растворной
смесью с учетом некоторой раздвижки зерен, значение которой определяется коэффициентом раздвижки:
11
VnαЩ/ρнасщ = Ц/ ρц + В + П/ρп (2), где
- насыпная плотность щебня кг/м3;
α – коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя устанавливается по табл. 3 для
пластичных смесей, а для жестких принимают равным 1,05-1,15;
Vn – пустотность крупного заполнителя, выраженная в долях единицы (берут из выполненной лаб. работы по определению пустотности, которая составила 0,39…0,42).
ρнасщ
Таблица 2
Коэффициент раздвижки зерен*
Расход
цемента, кг
250
300
350
400
500
Коэффициент раздвижки зерен при
В/Ц
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
1,26 1,32
1,38
1,30
1,36 1,42
1,32
1,38
1,44
1,40
1,46
1,52
1,56
-
*Примечание. При других значениях В/Ц и расхода цемента коэффициент раздвижки зерен находят
интерполяцией.
Решая совместно приведенные выше уравнения, получаем формулы для определения
расхода (в кг на м3 бетона):
расход щебня:
Щ=ρисщ / [1+ (ρисщ/ ρнасщ)αVn], где
щ
ρис - истинная плотность щебня кг/м3;
расход песка, кг:
П = [1 – (Ц/ρисц + Щ/ρисщ + В/ρв)] ρисп , где
ρисц, ρисщ, ρисп – истинные плотности цемента, щебня, песка, кг/м3.
Теоретическая средняя плотность бетонной смеси, кг/м3:
ρб.с.теор = Ц + В + Щ + П
Поправка в расчетный состав бетонной смеси с учетом влажности щебня и песка, кг:
П'=П+ПWп/100;
Щ'=Щ+ЩWщ/100;
В'=В-(ПWn/100+ ЩWщ/100)
Результаты расчетов сводят в табл. 3
Таблица 3
Расход компонентов на 1 м3 бетонной смеси
Ц
Расчетный состав
В
Щ
П
Ц
Производственный состав
В
Щ
Коэффициент выхода бетонной смеси ():
 = 1/ (Ц/ρнасц + Щ/ ρнасщ + П/ρнасп) или
 = 1/(Vц + Vп + Vщ )
12
П
Расчет ведется на сухие составляющие. Этот коэффициент необходим для пересчета количества исходных компонентов на 1 замес 1000-литрового бетоносмесителя. Значение β
обычно находится в пределах 0,55-0,75.
2. Приготовление пробного замеса, испытание бетонной смеси, корректировка состава и формование образцов
Материалы: портландцемент, щебень, песок, вода.
Приборы и приспособления: весы технические, открытая емкость и лопатки для
перемешивания бетонной смеси, стандартный конус СтройЦНИЛ, штыковка, мерные
емкости, 2 линейки, стальные формы 10х10х10 см, ванна с гидравлическим затвором,
пресс гидравлический, развивающий усилие 50 тс.
Ход работы
Рассчитывают количество исходных материалов на 10 л бетонной смеси, кг:
Ц''=Ц0,01;
В''=В0,01;
Щ''=Щ0,01;
П''=П0,01
При этом заполнители (щебень и песок) должны быть высушены до постоянной массы при температуре не выше 80ºС и охлаждены до комнатной температуры.
Отвешивают необходимое количество (в соответствии с расчетом) цемента, щебня и
песка и отмеряют необходимое количество воды. Дозирование производится с точностью до 1 %.
Из подготовленных материалов готовят пробный замес бетонной смеси. Перемешивание осуществляют либо механическим способом, либо вручную. Для этого:
- отвешенное количество песка смешивают с отдозированным количеством цемента до
получения смеси однородного цвета (примерно минуту);
- добавляют щебень и перемешивают до тех пор, пока щебень не будет равномерно распределен в сухой смеси;
- в середине сухой смеси делают воронку, куда вливают половину отмеренной воды,
осторожно перемешивают смесь дп впитывания прилитой воды, и затем, добавляя
оставшуюся воду, перемешивают до достижения полной однородной смеси. Продолжительность перемешивания должна
составлять не менее 5 мин.
По окончании перемешивания проверяют подвижность бетонной смеси с помощью стандартного конуса СтройЦНИЛ
(рис. 2). Для этого:
- форму-конус, предварительно
смоченную водой, устанавливают на горизонтальную поверхность и производят ее наполнение бетонной смесью тремя равРис. 2. Измерение осадки бетонного конуса: 1 – осевший конус бетонной смеси; 2, 3 – металлические линейки; 4 – форма- ными слоями с уплотнением
конус
каждого слоя 25-кратным штыкованием металлическим стержнем (штыковкой);
13
- после укладки и штыковки последнего слоя, излишек бетонной смеси срезают лопаткой вровень с краями конуса, после чего форму-конус снимают вертикально вверх с образовавшегося бетонного конуса;
- освобожденная от формы бетонная смесь под действием собственного веса начинает
оседать. После окончания осадки снятую форму-конус устанавливают рядом с осевшим
бетоном;
- на верхнее основание формы-конуса укладывают линейку, от нижнего ребра которой
измеряют осадку бетонной смеси с точностью до 1 см. Измерение производят дважды во
взаимно перпендикулярных направлениях и находят среднее арифметическое.
Удобоукладываемость
см с
Средняя
плотность,
кг/м3
сме
си
бетона
Расход компонентов, кг/м3
Ц
В
П
Щ
14
Марка бетона
В/Ц
Коэффициент выхода смеси выхода смеси
Предел рочности
при сжатии, МПа
Если осадка конуса получилась меньше заданной, то для увеличения подвижности бетонной смеси добавляют 3…5 % (от расчетного количества) цемента и воды, сохраняя
В/Ц постоянным. Если больше – добавляют 3…5 % песка и щебня (от их массы), сохраняя при этом соотношение между ними заданное по расчету.
После введения дополнительных компонентов (если это необходимо) бетонную
смесь тщательно перемешивают и вновь определяют подвижность. Таким образом производят корректировку состава до тех пор, пока величина подвижности достигнет заданной.
После корректировки производят перерасчет действительного расхода компонентов
на 1 м3 бетонной смеси.
Из бетонной смеси заданной подвижности формуют контрольные образцы-кубы
10х10х10 см в количестве 3 шт. Для этого (если подвижность бетонной смеси менее 12
см) предварительно смазанную форму заполняют бетонной смесью с избытком, устанавливают на лабораторную виброплощадку и вибрируют до тех пор, пака смесь не выровняется и на ее поверхности не появится тонкий слой цементного молока; если подвижность бетонной смеси более 12 см ОК – уплотнение ее производят без применения вибрации.
Свежесформованные образцы хранят в формах сутки, после чего вынимают из форм,
маркируют, помещают в камеру нормального твердения (температура 20±2ºС, относительная влажность воздуха 95-100 %), где выдерживают до момента испытаний 28 сут.
Испытание контрольных образцов при сжатии (определение марки) производят на
гидравлическом прессе в соответствии с п. 1 лаб. работы № 5 «Прочность строительных
материалов» методических указаний «Основные свойства строительных материалов».
Марку (класс) бетона определяют как предел прочности при сжатии бетонного образца-куба с длиной ребра 150 мм. При длине ребра куба 70, 100, 200, 300 мм предел
прочности пересчитывают, пользуясь соответственно коэффициентами: 0,85, 0,95, 1,05 и
1,1.
Перед испытанием определяют среднюю плотность в соответствии с п. 2 лаб. работы
«Определение истинной и средней плотности» методических указаний «Основные свойства строительных материалов».
Результаты работы по подбору состава тяжелого бетона представляют в виде табл. 4.
Таблица 4
Результаты работы по подбору состава
тяжелого бетона
ВЫВОД
Контрольные вопросы
1. Что называется бетоном?
2. Какие этапы включает расчетно-экспериментальный метод подбора тяжелого бетона и какова цель каждого из них?
3. Какие факторы оказывают влияние на марочную прочность бетона?
4. Как производят корректировку подвижности бетонной смеси?
5. Охарактеризуйте свойства бетонной смеси и их взаимосвязь со свойствами затвердевшего бетона.
Лабораторная работа № 3
ПОДБОР СОСТАВА СТРОИТЕЛЬНОГО
РАСТВОРА
Цель работы: подбор состава строительного раствора. Оценка качества строительного
раствора. Оценка правильности полученного результата.
Теоретическая часть
Строительный раствор – это искусственный каменный материал, полученный в
результате затвердевания специально подобранной растворной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды и мелкого заполнителя (песка). Возможно введение различных
добавок.
Строительный раствор – это частный случай бетона – мелкозернистый бетон. Растворы подразделяются по нескольким признакам:
- по виду вяжущего: простые, состоящие из одного вида вяжущего – цемента, извести,
гипса; смешанные - цементно-известковые, цементно-гипсовые и др.
- по маркам: 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150 и 200;
- по средней плотности: тяжелые – средняя плотность в сухом состоянии 1500 кг/м3 и
более; легкие – средняя плотность менее 1500 кг/м3;
- по назначению: кладочные, применяемые при кладке стен, фундаментов и т.п.; штукатурные – для оштукатуривания различных поверхностей; монтажные – для заполнения
швов и других технологических пустот, образовавшихся при строительстве зданий и сооружений; специальные – декоративные; тампонажные; гидроизоляционные и др.
Растворная смесь, как и бетонная, обладает рядом свойств, которые должны быть
выдержаны при подборе состава раствора: подвижностью, расслаиваемостью, средней
плотностью и водоудерживающей способностью.
Состав растворной смеси, т.е. количество ее компонентов, определяется, и как для
бетона расчетно-экспериментальным методом, включающим расчетную и экспериментальную часть.
1. Расчет состава раствора
Проводится расчет смешанного раствора.
Исходные данные:
- марка раствора (Рр);
- вид вяжущего (цементно-известковое, цементно-гипсовое или цементно-глинистое);
- активность цемента (Рц);
- подвижность растворной смеси (ОК).
Эти данные задаются преподавателем.
15
Кроме того, используются значения истинной и насыпной плотности цемента и песка, а также величину плотности добавки кг/м3: известкового теста – 1400; глиняного теста – 1450; гипсового теста – 1350.
Количество цемента на 1 м3 песка, кг:
Qц=1000Rp/0,7Rц,
где Rр – проектируемая марка раствора, кг/см2; Rц - активность цемента, кг/см2.
Или по объему расход цемента на 1 м3 песка, м3:
Vц=Qц/ρнасц,
ц
где ρнас – насыпная плотность цемента, кг/м3.
Объем второго компонента вяжущего-добавки (известкового, гипсового или глиняного теста), м3:
Vg=0,17(1-0,002Qц),
или по массе расход второго компонента-добавки на 1 м3 песка, кг: Qg=Vgρg.
Ориентировочный расход воды на 1 м3 песка, л:
В=0, 5(Qц + Qg).
Найденное по расчету количество воды уточняют опытным путем при приготовлении пробного замеса до получения заданной подвижности.
Состав сложного (смешанного) раствора выражают в частях по объему путем деления расхода всех компонентов (кроме воды) на расход цемента по объему:
Vц/Vц : Vg/Vц : 1(м3 песка)/Vц =1: Vg/Vц : 1/Vц
Исходя из соотношения цемент : песок, определяют расход цемента.
2. Приготовление пробного замеса, испытание растворной смеси, корректировка
состава и формование образцов
Пересчитывают количество исходных компонентов на 2 л растворной смеси, кг:
Qц = Qц0,002; Qg = Qg0,002;
В = В0,002; П = П0,002.
Отвешивают необходимое количество (в соответствии с расчетом) количество цемента, добавок, воды и песка с точностью до
1 %.
Песок высыпают в открытую емкость для перемешивания растворной смеси, к нему добавляют цемент и тщательно перемешивают в течение 3 мин. Затем вводят второй компонент вяжущего
(добавку) в виде теста и снова перемешивают. После этого добавляют воду и окончательно перемешивают смесь в течение 3-5
мин.
По окончании перемешивания определяют подвижность растворной смеси по величине погружения подвижного конуса рис.
1). Для этого:
- металлическую емкость наполняют растворной смесью примерно на 1 см ниже ее краев;
Рис. 1. Прибор для
- уложенный раствор штыкуют 25 раз металлическим стержнем
определения подвиждиаметром 10-12 мм и встряхивают 5-6 раз;
ности растворной сме- острие конуса приводят в соприкосновение с поверхностью расси: 1 –сосуд со смесью
твора в емкости и закрепляют стержень, отметив при этом поло(8); 2 – конус со стержнем (5); 3 -зажимной
жение стрелки на шкале;
винт; 4 –шкала с делеОтпуская стержень, снимают отсчет глубины погружения кониями; 6 –стойка с
нуса по шкале.
держателями (7);
Значение подвижности растворной смеси вычисляют как
среднее арифметическое результатов 2-х испытаний.
16
Если фактическое погружение конуса отличается от заданного, то состав раствора
корректируют. При погружении конуса на большую глубину, чем задано, добавляют песок в количестве5-10 % его содержания в пробном замесе. Если погружение конуса
меньше заданного, добавляют воду в количестве 5-10 % ее содержания в пробном замесе. После чего вновь определяют подвижность.
Пробный замес корректируют до тех пор, пока подвижность растворной смеси не будет соответствовать заданной, с обязательным пересчетом расхода исходных компонентов на 1 м3 песка.
После корректировки вычисляют теоретическую среднюю плотность растворной
смеси, кг/м3:
Ρр.смтеор = Ц + В + Д + П
Из растворной смеси требуемой подвижности для определения марки раствора формуют контрольные образцы-кубы размером 70,7х70,7х70,7 мм в количестве 3 шт., для
чего формы заполняют растворной смесью и уплотняют штыкованием и постукиванием
о стол.
Изготовленные образцы маркируют, выдерживают в формах 2 сут, затем вынимают
из форм и помещают в камеру нормального твердения, где они твердеют 7 сут с момента
формования, после чего твердение продолжается 28 сут на воздухе.
Испытание контрольных образцов на прочность при сжатии (определение марки)
производят на гидравлическом прессе в соответствии с п. 1 лаб. работы № 5 «Прочность
строительных материалов» методических указаний «Основные свойства строительных
материалов».
Перед испытанием на прочность определяют среднюю плотность высушенных образцов в соответствии с п. 2 лаб. работы № 1 «Определение истинной и средней плотности» методических указаний «Основные свойства строительных материалов».
Результаты работы по подбору состава раствора представляют в виде табл. 1.
Таблица 1
Удобоукладываемость
см
с
Средняя
плотность,
кг/м3
сме рас
си
тво
ра
Расход компонентов, кг/м3
Ц
В
П
Д
Марка бетона
В/Ц
Предел
рочности
при сжатии, МПа
Результаты работы по подбору состава
строительного раствора
ВЫВОД
Контрольные вопросы
1.
2.
3.
4.
Что называется строительным раствором?
Как производится подбор строительного раствора?
Приведите классификацию раствора.
Для чего вводятся добавки в растворную смесь?
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
17
1. Попов Л.Н., Попов Н.Л. Лабораторные работы по дисциплине «Строительные материалы и изделия»: Учеб. пособие. - М.: ИНФРА-М, 2003. – 219 с.
2. Попов К.Н., Каддо М.Б. Строительные материалы и изделия: Учеб. – М.: Высш. шк.,
2002. – 367 с.
3. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение. – М: Высшая школа, 2003. – 700 с.
4. Микульский В.Г., Куприянов В.Н., Сахаров Г.П. и др. Строительные материалы. – М:
Изд-во АСВ, 2000. – 536 с.
5. Строительные материалы: Учебно-справочное пособие. –Ростов-на-Д: Феникс, 2005.608 с.
6. ГОСТ 27006-86. Бетон тяжелый. Правила подбора состава.
7. СН 290-74. Инструкция по приготовлению и применению строительных растворов.М.: Стройиздат, 1975.
8. ГОСТ 8735-88. Песок для строительных работ. Методы испытаний.
9. ГОСТ 8269-76. Щебень из естественного камня, гравий и щебень из гравия для строительных работ. Методы испытаний.
18