Материал: Материаловедение. лабораторный практикум. Черкасов С.В., Адоньева Л.Н
10.4.Порядок выполнения работы
10.4.1.Сырьевые материалы для тяжелого бетона
Для определения состава бетона предварительно определяют следующие данные: класс и плотность бетона, гранулометрический состав заполнителей, объем межзерновых пустот в заполнителях, прочность, влажность, среднюю и истинную плотность заполнителей, вид и марку цемента, его среднюю и истинную плотность, удобоукладываемость бетонной смеси, способ формования изделий из проектируемого бетона.
Для приготовления тяжелого бетона в качестве вяжущих материалов следует применять портландцемент и шлакопортландцемент, сульфатостойкий и пуццолановый цементы. Марку цемента следует назначать в зависимости от требуемой прочности (марки или класса) бетона согласно данным табл. 42. Минимальный расход цемента для неармированных (бетонных) конструкций должен составлять не менее 200 кг на 1 м3 бетона, а для железобетонных конструкций не менее 220 кг . Максимальный расход цемента в бетоне не должен превышать 600 кг на 1 м3.
Таблица 42 Марка цемента в зависимости от заданного класса бетона
Класс (марка) |
В7,5 |
В10 |
В15 |
В25 |
В30 |
В40 |
В45 |
бетона |
(100) |
(150) |
(200) |
(300) |
(400) |
(500) |
(600) |
Марка цемента |
300 |
400 |
400 |
400 |
500 |
600 |
600 |
При выборе щебня (гравия) для тяжелого бетона следует иметь в виду, что прочность щебня (в насыщенном водой состоянии) должна превышать прочность бетона в 2 раза, если его марка 300 и более, и в 1,5 раза длябетонов меньших марок. Максимально допустимая крупность щебня зависит от размера бетонируемой конструкции. Для достижения необходимой удобоукладываемости нельзя применять щебень крупнее¼ части минимального размера сечения конструкции и больше минимального расстояния между стержнями арматуры. При изготовлении плит покрытий применяют щебень с максимальной крупностью зерен, составляющей до ½ толщины плиты. Крупность заполнителей в бетонных смесях, подаваемых по трубопроводам, должна быть не более⅓ их диаметра. Плотность заполнителей для тяжелого бетона должна составлять 2000...2800 кг/м3.
В качестве мелкого заполнителя для тяжелого бетона следует применять природный песок и песок из отсевов дробления истинной плотностью 2000…2800 кг/м3. Для бетона наиболее пригоден крупный и средний песок по модулю крупности (Мк = 2...3,5). Песок для бетонов марок 200 и выше должен иметь
насыпную плотность не ниже 1550 кг/м3 , в остальных случаях не ниже 1400 кг/м3.
Вода для приготовления бетонных смесей должна содержать ограниченное количество органических веществ, не содержать окрашивающих примесей, нефтепродуктов, масел, жиров.
76
10.4.2. Расчет ориентировочного состава бетона
Для определения состава тяжелого бетона существует ряд расчетноэкспериментальных методов. Наибольшее распространение получил метод абсолютных объемов, согласно которому, во-первых, сумма объемов всех компонентов в 1 м3 бетонной смеси составляет 1 м3, т.е.
|
Ц |
+ |
П |
+ |
Щ |
+ В = 1 , |
(63) |
|
|
|
|
||||
|
ρц |
ρп |
ρщ |
|
|||
где Ц, В, П, Щ расходы цемента, |
воды, песка и щебня |
|
|||||
на 1 м3 бетонной смеси, кг; |
кг/м3 . |
||||||
ρц , ρп , ρщ истинные плотности цемента, песка и щебня, |
|||||||
И, во-вторых, цементно-песчаный раствор расходуется на заполнение объема межзерновых пустот крупного заполнителя с некоторой раздвижкой его зерен. Это условие характеризует следующее уравнение:
|
|
Ц |
+ |
П |
+ В = |
Щ |
V К |
р , |
(64) |
|||
|
|
ρ |
|
ρ |
|
ρ |
|
|||||
|
|
ц |
|
п |
щн |
п |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где ρщн насыпная плотность щебня, кг/м3 |
; |
|
|
|||||||||
Vп |
объем межзерновых пустот щебня (в долях единицы); |
|
||||||||||
Кр |
коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя |
|
||||||||||
|
(коэффициент избытка раствора). |
|
|
|
||||||||
Кроме того, в расчете используется формула закона прочности бетона:
|
Rб28 = А· Rц (Ц/В - 0,5) , |
(65) |
||
где Rб28 прочность бетона при сжатии, кгс/см2; |
|
|
||
Rц активность (или марка) цемента, кгс/см2; |
|
|
||
А коэффициент, зависящий от качества заполнителей, |
|
|
||
|
принимаемый по табл. 43. |
Таблица 43 |
||
|
Значение коэффициента качества заполнителей бетона |
|||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Качество заполнителей |
|
А |
|
|
Высокое |
|
0,65 |
|
|
Рядовое (среднее) |
|
0,60 |
|
|
Пониженного качества (гравий вместо щебня, мелкий песок) |
|
0,55 |
|
|
|
|
|
|
Расчет состава бетона по методу абсолютных объемов произв о- дится в следующей последовательности:
1. Определяют водоцементное отношение (В/Ц), исходя из требуемой прочности бетона (Rб28), по формуле
77
В/ Ц = |
АRц |
|
. |
(66) |
R +0,5АR |
|
|||
|
б |
ц |
|
|
2. В зависимости от принятой подвижности (или жесткости) бетонной смеси, наибольшего размера зерен крупного заполнителя и его вида определяют ориентировочный расход воды (табл. 44).
Таблица 44 Ориентировочный расход воды на 1 м3 бетонной смеси
|
Удобоукладывае- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расход воды, л/м3, при крупности, мм |
|
|||||||||||||||||||
|
мость бетонной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гравия |
|
|
|
|
|
|
|
щебня |
|
||||||||||||
|
смеси |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
осадка |
жест- |
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
40 |
10 |
20 |
|
40 |
|||||||
|
конуса, |
кость, с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
150...200 |
|
145 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
130 |
|
|
|
|
120 |
155 |
145 |
|
130 |
||||||||||
|
0 |
90...120 |
|
150 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
135 |
|
|
|
|
125 |
160 |
150 |
|
135 |
||||||||||
|
0 |
60...80 |
|
160 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
145 |
|
|
|
|
130 |
170 |
160 |
|
145 |
||||||||||
|
0 |
30...50 |
|
165 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
150 |
|
|
|
|
135 |
175 |
165 |
|
150 |
||||||||||
|
0 |
20...30 |
|
175 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
160 |
|
|
|
|
140 |
185 |
175 |
|
155 |
||||||||||
|
0 |
15...20 |
|
180 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
165 |
|
|
|
|
145 |
195 |
180 |
|
160 |
||||||||||
|
2...2,5 |
- |
|
185 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
170 |
|
|
|
|
150 |
200 |
185 |
|
165 |
||||||||||
|
3...4 |
- |
|
190 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
175 |
|
|
|
|
155 |
205 |
190 |
|
170 |
||||||||||
|
5 |
- |
|
195 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
180 |
|
|
|
|
160 |
210 |
195 |
|
175 |
||||||||||
|
7 |
- |
|
200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
185 |
|
|
|
|
170 |
215 |
200 |
|
180 |
||||||||||
|
8 |
- |
|
210 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
195 |
|
|
|
|
175 |
220 |
205 |
|
185 |
||||||||||
|
10...12 |
- |
|
220 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
205 |
|
|
|
|
185 |
230 |
215 |
|
195 |
||||||||||
|
3. Вычисляют расход цемента на 1 м3 бетонной смеси по формуле |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ц = |
|
|
|
|
|
В |
|
|
, |
|
|
кг , |
|
|
|
(67) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В/ Ц |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
где В расход воды на 1 м3 бетонной смеси, л; |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
В/Ц водоцементное отношение, доли. |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
4. Расход щебня (гравия) и песка в кг на 1 м3 бетонной смеси вычисляют |
||||||||||||||||||||||||||||||||
по формулам: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Щ = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
(68) |
||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
V |
|
|
К |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
щ |
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ρщ |
|
|
|
|
ρщн |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
Ц |
|
|
|
|
|
В |
|
|
|
|
Щ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ρп , кг |
|
|
|
(69) |
|||||||||||||||
|
|
П = 1 |
−( |
ρ |
ц |
+ |
|
ρ |
|
+ |
|
ρ |
щ |
|
) |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
78
где Ц, В, Щ, П расход цемента, воды, щебня и песка на 1 м3 бетонной смеси, кг; Vщ объеммежзерновыхпустотщебня(вдолях единицы);
Кр коэффициентраздвижки зеренкрупного заполнителя; ρщ , ρп истинная плотность щебня и песка, кг/м3 ; ρщн насыпная плотность щебня, кг/м3 .
Значение коэффициента раздвижки зерен для умеренно жестких бетонных смесей принимается 1,15...1,2, а для жестких бетонных смесей 1,0...1,1. Для подвижных бетонных смесей значения зависят от расхода цемента и принимаются согласно данным табл. 45.
Таблица 45 Значение коэффициента раздвижки зерен заполнителя для подвижных смесей
Расход цемента на 1 м3 бетонной |
Значения Кр |
|
смеси, кг |
|
|
Бетон на гравии |
Бетон на щебне |
|
|
|
|
250 |
1,34 |
1,30 |
300 |
1,42 |
1,36 |
350 |
1,48 |
1,42 |
400 |
1,52 |
1,47 |
5. Записывают состав бетона в частях по массе путем деления расхода ка-
ждого компонента смеси на расход цемента: |
|
||||||
Ц : П : Щ = |
Ц |
: |
П |
: |
Щ |
(70) |
|
|
|
|
, |
||||
Ц |
Ц |
Ц |
|||||
где Ц, Д, П - соответственно расходы цемента, песка и щебня в бетоне.
10.4.3. Подбор удобоукладываемости бетонной смеси и марки бетона с помощью опытных замесов
Для производства работ и обеспечения высокого качества бетона в конструкции или изделиях необходимо, чтобы бетонная смесь имела удобоукладываемость (консистенцию), соответствующую условиям ее укладки. Удобоукладываемость бетонной смеси оценивают показателем подвижности или жесткости. При проектировании состава бетона удобоукладываемость смеси назначают в зависимости от вида и способа формования изделия согласно данным табл. 46.
79
Таблица 46
Удобоукладываемость бетонной смеси в зависимости от способа формования
Вид конструкции и способ уплотнения |
Подвижность, см |
Жесткость, с |
|
|
|
Массивные армированные конструкции, плиты, |
3…6 |
- |
балки, колонны, изготавливаемые с наружным |
|
|
или внутренним вибрированием |
|
|
Монолитные, густоармированные железобе- |
10…18 |
- |
тонные конструкции при сложных условиях |
и более |
|
вибрирования |
|
|
Перекрытия и стеновые панели, формуемые на |
|
|
виброплощадке; подготовка под фундаменты, |
1…3 |
5…10 |
полы и основания дорог наружным вибрирова- |
|
|
нием |
|
|
После выполнения расчета готовится пробный замес объемом 10 л из соответствующего количества компонентов. Смесь тщательно перемешивают сначала в сухом состоянии, а затем вместе с рас-
четным количеством воды в течение 5 мин.
ОК
Затем определяют удобоукладываемость смеси.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Подвижные смеси оседают под действием |
|
|
Рис. 31. Определение |
|||||||||
|
|
|
собственной массы. |
||||||||
|
|
подвижности бетонной |
|
||||||||
|
|
смеси |
|
|
|
|
|
|
|
Подвижность смеси определяют с помощью |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) |
|
|
|
|
б) |
|
стандартного конуса (рис. 31) по величине осадки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
конуса (ОК) следующим образом. Конус запол- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
няют бетонной смесью в три слоя одинаковой вы- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
соты с 25 штыкованиями каждого слоя. После за- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
полнения стального конуса его вертикально сни- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мают и ставят рядом с бетонным конусом, кото- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рый оседает и расплывется. С помощью двух ли- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
неек определяют величину осадки конуса в санти- |
|
|
|
|
|
метрах, которая и является характеристикой под- |
||||||
|
|
Рис. 32. |
Определение |
|
|||||||
|
|
жесткости бетонной |
|
вижности смеси. |
|||||||
|
|
смеси: |
|
|
|
|
|
|
|
Жесткие бетонные смеси при снятия конуса |
|
|
|
а - до вибрации; |
|
||||||||
|
|
б - после вибрации |
|
не оседают. Поэтому для их уплотнения требуется |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
значительное механическое воздействие – вибрация, |
прессование, вибропрессование.
Жесткость смеси тоже определяют с помощью стандартного конуса (рис. 32) по времени виброуплотнения смеси следующим образом. Конус помещают в стальной цилиндр, установленный на вибростоле, заполняют бетон-
80