close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Kuksa Podbor sost2010

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки
Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
Строительный факультет
Кафедра строительных материалов и технологий
ПОДБОР СОСТАВА ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА
С ЗАДАННЫМИ СВОЙСТВАМИ
Методические указания
по выполнению лабораторной работы
для студентов строительных специальностей
Санкт-Петербург
2010
1
УДК 691.3
Рецензент канд. техн. наук, доц. А. Р. Аллик
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Подбор состава тяжелого бетона с заданными свойствами: метод. указ. по выполнению лабораторной работы для студентов строительных специальностей / сост.: П. Б. Кукса, Л. Г. Колесникова,
М. В. Мокрова; СПбГАСУ. – СПб., 2010. – 16 с.
Приведены общие сведения о бетонах, дано определение тяжелого бетона.
Подробно описана последовательность подбора состава тяжелого бетона расчетноэкспериментальным методом. Даны рекомендации по составлению заключения.
Табл. 3. Ил. 2.
 Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет, 2010
2
Бетоном называется искусственный каменный материал конгломерантного строения, получаемый затвердеванием тщательно перемешанной и должным образом уложенной смеси, состоящей из крупного
и мелкого заполнителей, вяжущего вещества и воды, взятых в оптимальных пропорциях. Такая смесь носит название бетонной смеси.
Каждый компонент бетонной смеси и бетона имеет свое назначение. Зерна крупного заполнителя, плотно укладываясь, образуют остов
(каркас) бетона, воспринимающий в конструкциях эксплуатационные
нагрузки. Мелкий заполнитель предназначен для заполнения пустот
между зернами крупного заполнителя. Чем больше объемная доля заполнителей в бетоне, тем меньше деформации бетона, он долговечнее
и его себестоимость ниже. Заполнители не являются абсолютно химически инертными компонентами бетона. Разные заполнители в разной
степени участвуют в процессах твердения бетона.
Вяжущее вещество, смешанное с водой, образует дисперсную вяжущую систему – цементное тесто. Оно заполняет пустоты в смеси заполнителей, распределяется тонкими оболочками на поверхности зерен заполнителей, обеспечивая их слипание. На этапах приготовления
бетонной смеси, ее транспортирования и укладки цементное тесто выполняет роль своеобразной смазки, уменьшая трение между зернами
заполнителей. От количества цементного теста и его вязкости зависит
удобоукладываемость бетонной смеси. После укладки бетонной смеси
происходит химическое взаимодействие вяжущего вещества и воды
с образованием новых продуктов, формирующих структурную прочность цементного камня. Таким образом, на этапе твердения бетона вяжущее вещество и вода выполняют функцию своеобразного клея, скрепляющего зерна заполнителей, обеспечивая получение искусственного
монолитного камня.
Бетоны классифицируются по разным признакам. В зависимости
от плотности различают бетоны:
• особо тяжелые – плотностью более 2500 кг/м3;
• тяжелые – плотностью 2200–2500 кг/м3;
• облегченные – плотностью 1800–2200 кг/м3;
3
• легкие – плотностью 500–1800 кг/м3;
• особо легкие – плотностью менее 500 кг/м3.
Тяжелый бетон – самая распространенная разновидность бетонов
в современном строительстве. Его можно получить, в частности, используя в качестве крупного заполнителя гранитный щебень, а в качестве мелкого заполнителя – кварцевый песок.
Настоящая лабораторная работа посвящена подбору состава тяжелого бетона, т. е. установлению оптимальных пропорций компонентов бетонной смеси для получения заданных свойств смеси и бетона.
Рационально подобранная бетонная смесь должна отвечать требованиям по удобоукладываемости и обеспечивать получение бетона заданных свойств при минимально возможном расходе цемента.
Состав бетона определяется расчетно-экспериментальным методом. Чем больше предъявляется требований к свойствам бетона, тем
сложнее экспериментальная часть работы, так как требуются изготовление большого числа образцов и их длительные испытания. Поэтому
лабораторная работа ограничивается подбором состава бетона по необходимой удобоукладываемости бетонной смеси и заданного класса бетона по прочности при сжатии.
Работа выполняется в следующей последовательности:
1. Составление задания на подбор и расчет начального и дополнительных составов тяжелого бетона.
2. Приготовление опытных замесов и корректировка номинального состава.
3. Определение средней плотности и расчет окончательного состава бетонной смеси.
4. Формование стандартных образцов и их испытание.
5. Составление заключения по работе.
Данная лабораторная работа рассчитана на три занятия.
не имея привязки к перечисленным факторам, студенты вместе с преподавателем составляют задание произвольно.
В задании указывается требуемый класс прочности бетона, выражающий нормативную прочность при сжатии (Rн) в МПа, обеспеченную с гарантией 95 %. Класс прочности бетона (Rн) является основной
характеристикой данного материала, который всегда назначается в проектной документации.
Для последующих расчетов необходимо определить требуемую
среднюю прочность бетона при сжатии:
R28 =
Rн
,
1 − 1,64 ⋅ V
где Rн – нормативная прочность, МПа;
V – коэффициент вариации, характеризующий однородность прочности бетона.
При отсутствии данных о фактической однородности бетона среднюю прочность вычисляют, используя установленный нормами коэффициент вариации прочности тяжелого бетона, равный 13,5 % (0,135).
Следовательно,
Rб28 =
Rн
.
0,78
Задание на подбор состава бетона обычно составляется для конструкций конкретной номенклатуры, изготавливаемых из бетона одного
вида и качества по определенной технологии. В лабораторной работе,
В задании также указывается необходимая осадка стандартного
конуса (ОК), см, характеризующая удобоукладываемость (подвижность)
бетонной смеси.
Материалы, применяемые при подборе состава бетона, должны
соответствовать требованиям стандартов или технических условий
на эти материалы. Используя результаты предыдущих лабораторных работ, студенты записывают в лабораторный журнал следующие данные:
• марку цемента или фактическую среднюю прочность стандартных цементных образцов в возрасте 28 дней (активность цемента) – Rц;
• соответствие крупного и мелкого заполнителей и песка требованиям стандартов по наличию вредных примесей;
• насыпную плотность песка (ρн.п);
• насыпную плотность щебня (ρн.щ);
• пустотность щебня – Пщ (в долях объема);
• наибольшую крупность зерен щебня – Дщ.
4
5
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ
Составление задания на подбор состава бетона и расчет
начального и дополнительных составов тяжелого бетона
По фактическим характеристикам исходных материалов рассчитывают начальный состав бетона. Расчетом в нижеприведенной последовательности определяют расходы материалов для получения 1 м3 бетонной смеси.
1. Определение расхода щебня
Объемная доля крупного заполнителя в тяжелом бетоне обычно
составляет 70–90 %. Она зависит от удобоукладываемости бетонной
смеси. Повышение удобоукладываемости приводит к уменьшению
объемной доли крупного заполнителя в бетоне. Для малоподвижных и
умеренно подвижных бетонных смесей назначают объем щебня 85 %
от объема бетонной смеси (Vщ = 0,85 м3).
Массу щебня вычисляют по формуле
Щ = 0,85 ρ н.щ , кг,
где ρн.щ – насыпная плотность щебня, кг/м3.
2. Определение расхода песка
Объем песка принимают равным объему пустот (пустотности) в
крупном заполнителе: Vп = Vпустот.
Для обеспечения требуемых свойств бетонной смеси (связности,
удобокладываемости) необходимо увеличить объем песка на 10–30 %.
Увеличение объема песка достигается в расчетах использованием коэффициента раздвижки зерен крупного заполнителя (α). С учетом объем
песка рассчитывают по формуле
Vп = α ⋅ Vпустот = α ⋅ Vщ ⋅ Пщ = α ⋅ 0,85 ⋅ Пщ, м3,
где Vп – объем песка, м3;
Пщ – пустотность щебня (в долях);
α – коэффициент раздвижки зерен:
α = 1,1 для очень мелкого песка;
α = 1,2 для мелкого песка;
α = 1,3 для песка средней крупности.
6
Массу песка вычисляют по формуле
П = Vп ⋅ ρн.п, кг,
где Vп – объем песка;
ρн.п – насыпная плотность песка.
3. Определение расхода цемента и воды
Для определения расхода цемента и воды по формуле И. Боломея
вычисляют цементно-водное отношение:
Ц
 – формула И. Боломея;
Rб28 = A ⋅ Rц  ± 0,5 
В

R 28
Ц
= б + 0,5 ,
В A ⋅ Rц
где Rб28 – требуемая средняя прочность бетона при сжатии, МПа;
Rц – марка или активность цемента, МПа;
А – коэффициент, позволяющий учитывать качество заполнителей:
А = 0,65 – заполнители высокого качества;
А = 0,60 – заполнители рядовые;
А = 0,55 – заполнители пониженного качества.
Наряду с расчетом начального состава бетона в соответствии
с ГОСТ 27006–86 «Бетоны. Правила подбора состава бетона» необходимо рассчитывать дополнительные составы с параметрами, отличающимися от принятых в начальном составе в большую и меньшую сторону. В качестве варьируемых параметров состава принимают параметры, оказывающие влияние на свойства бетонной смеси и показатели
качества бетона. Например, дополнительные составы тяжелого бетона
могут отличаться от начального долей песка в смеси заполнителей, цементно-водным отношением, количеством добавки. Цементно-водное
отношение является параметром, в большей мере влияющим на прочность бетона.
7
В двух дополнительных составах, рассчитываемых аналогично
начальному, принимают Ц/В, отличающееся от полученного по формуле И. Боломея в большую и меньшую сторону на 15 %.
Расход цемента (Ц) зависит от требуемой удобоукладываемости
бетонной смеси (осадки конуса) и от Ц/В. Его определяют по графикам,
приведенным на рис. 1, для начального и дополнительных составов.
кг/м2
Составы опытных замесов бетонной смеси
Состав
Первый состав
дополнительный
Второй состав
начальный
Третий состав
дополнительный
Ц/В
Таблица 1
Расход материалов на 0,007 м3
бетонной смеси, кг
Цемент
Вода
Песок
Щебень
Приготовление опытных замесов и корректировка
номинального состава
где В – расход воды в кг (л) на 1 м3 бетонной смеси;
Ц – расход цемента в кг на 1 м3 бетонной смеси.
Дальнейшая работа производится с опытными замесами рассчитанных составов бетонной смеси. Расчет составов опытных замесов
осуществляют на объем 7 л бетонной смеси (0,007 м3). Объем каждого
опытного замеса должен не менее чем на 10 % превышать объем проб,
используемых для определения подвижности бетонной смеси
и изготовления стандартных образцов. Полученные данные записывают в табл. 1.
Учебная группа студентов разделяется на три бригады. Каждая
бригада приготавливает один опытный замес.
Производят дозирование материалов путем взвешивания на весах
с погрешностью не более 1 %. Воду дозируют по объему, используя
мерный цилиндр и рабочий сосуд.
Приготовление опытных замесов производят вручную на предварительно увлажненном бойке с перемешиванием в течение 3–5 мин.
Работу начинают с перемешивания сухих материалов, а затем постепенно добавляют в замес назначенное по расчету количество воды. На
основе визуального контроля удобоукладываемости и связности бетонной смеси допускается вносить изменения в количестве отдозированной воды или песка.
После приготовления бетонной смеси проверяют ее удобоукладываемость по показателю подвижности – осадке конуса (ОК).
Для определения подвижности бетонной смеси используют металлический стандартный конус, имеющий следующие размеры: нижний
диаметр – 200 мм, верхний диаметр – 100 мм, высота – 300 мм. Внутреннюю поверхность конуса перед испытанием увлажняют.
Конус устанавливают на ровную поверхность бойка и заполняют
его бетонной смесью через воронку в три слоя одинаковой высоты.
Каждый слой на его высоту уплотняют штыкованием металлическим стержнем 25 раз. Конус во время заполнения и штыкования должен
быть плотно прижат к поверхности бойка.
8
9
Рис. 1. Зависимость расхода цемента
от Ц/В и осадки конуса
Расход воды в каждом из рассчитываемых составов вычисляют по
формуле
Ц
В=
,
Ц/В
После уплотнения бетонной смеси воронку снимают, избыток смеси срезают вровень с верхним краем конуса и поверхность заглаживают. Далее в течение 5–7 с конус плавно, в строго вертикальном направлении снимают с отформованной бетонной смеси и устанавливают рядом с ней. Время от начала заполнения конуса до его снятия не должно
превышать 3 мин. Осадку конуса определяют, уложив ровный стержень
на верх металлической формы и измерив расстояние от нижней поверхности стержня до верха бетонной смеси, как показано на рис. 2.
При измерении допускается погрешность не более 0,5 см.
Определение средней плотности и расчет
окончательного состава бетонной смеси
Для определения средней плотности бетонной смеси используют
мерный металлический сосуд емкостью 5 л. Перед испытанием сосуд
взвешивают с погрешностью не более 1 г. Бетонную смесь помещают в
сосуд и уплотняют вибрированием. После уплотнения избыток смеси
срезают и поверхность тщательно выравнивают вровень с краями мерного сосуда. Затем сосуд с бетонной смесью взвешивают с погрешностью не более 1 г.
Среднюю плотность бетонной смеси ρб.с вычисляют по формуле
3
ρб.с =
4
1
2
Рис. 2. Измерение осадки конуса:
1 – форма-конус; 2 – бетонная смесь; 3 – линейка;
4 – ровный стержень
Если удобоукладываемость бетонной смеси не соответствует заданной, следует провести корректировку состава. Для увеличения подвижности в бетонную смесь добавляют пропорциональное количество
воды и цемента (обычно 5–15 %). Если нужно уменьшить подвижность,
аналогичным образом добавляют щебень и песок. Далее вторично перемешивают смесь и повторяют определение осадки конуса. Корректировку проводят до достижения нужной удобоукладываемости. Количество добавленных материалов записывают в лабораторный журнал.
10
M 2 − M 1 , кг/м3,
Vc
где М1 – масса мерного сосуда, кг;
М2 – масса мерного сосуда с бетонной смесью, кг;
Vс – объем мерного сосуда.
Далее в лабораторный журнал записывают фактический расход
материалов (с учетом добавок) на изготовление каждого опытного замеса. Выражают составы опытных замесов в виде соотношения компонентов по массе относительно расхода цемента – 1 : Х : Y; В/Ц (Ц/Ц : П/Ц :
Щ/Ц; В/Ц).
Рассчитывают окончательный номинальный состав бетонной смеси каждого из трех замесов в следующей последовательности.
Расход цемента на 1 м3 бетонной смеси вычисляют по формуле
Ц=
ρб.с
, кг,
1 + X + Y + В/Ц
где ρб.с – плотность бетонной смеси, определенная экспериментальным
путем;
1, Х, Y, В/Ц – расход компонентов бетонной смеси в относительных
величинах.
Расход песка вычисляют по формуле
П = Ц ⋅ Х, кг.
11
Расход щебня вычисляют по формуле
Щ = Ц ⋅ Y, кг.
Расход воды вычисляют по формуле
В = Ц ⋅ В/Ц, л.
Суммируя полученные расходы материалов, определяют расчетную
среднюю плотность бетонной смеси.
Формование стандартных образцов и их испытание
Для определения прочности бетона при сжатии изготавливают
стандартные образцы – кубы. Размеры образцов устанавливаются стандартом
и зависят от наибольшей крупности заполнителя (табл. 2). За эталонный
образец базового размера принимается куб размером 15×15×15 см.
Зависимость размеров образцов от наибольшей
крупности заполнителя
Наибольшая крупность
заполнителя, мм
10
20
40
70
100
Таблица 2
Размеры ребра
образца – куба, мм
70,7
100,0
150,0
200,0
300,0
Перед испытанием образцы подвергаются осмотру и измерению.
При осмотре образцов-кубов выбирают опорные грани, которые будут
прилегать к плитам пресса. Опорные грани выбирают так, чтобы сжимающая сила при испытании была направлена параллельно слоям укладки бетонной смеси в формы. По результатам измерения определяют
рабочую площадь опорных граней образцов F в см2.
Для испытания образец устанавливают одной из заранее выбранных граней (боковых) на нижнюю плиту пресса центрально относительно его оси, пользуясь рисками, нанесенными на плите. Нагрузка на образец при испытании должна возрастать непрерывно с постоянной скоростью 6 ⋅ 10–1 ± 7 ⋅ 10–1 Н/с до его разрушения.
Предел прочности при сжатии (Rcж) в МПа вычисляют по формуле
для каждого образца:
Rсж =
P
, МПа,
F
где Р – разрушающая нагрузка, кгс.
По результатам испытания серии образцов-близнецов определяют
среднюю величину предела прочности при сжатии:
R
Rсж = ∑ п , МПа,
n
После определения плотности бетонную смесь вновь перемешивают
и укладывают с некоторым избытком в форму, внутренние поверхности
которой должны быть покрыты тонким слоем смазки. Уплотнение бетонной смеси производится на виброплощадке до прекращения оседания бетонной смеси, выравнивания ее поверхности и появления на ней тонкого
слоя цементного теста. Поверхность образцов заглаживают мастерком.
Форму с уплотненной бетонной смесью накрывают влажной тканью, через сутки образцы вынимают из формы, маркируют и помещают в камеру нормального твердения, где поддерживается температура
20 ± 2 °С и влажность не менее 90 %.
Испытания контрольных образцов производятся через 28 сут нормального твердения. В случае необходимости допускается проводить
контрольные испытания и в более короткие сроки, но не ранее 3 сут
твердения.
где Rп – предел прочности при сжатии отдельных образцов серии, МПа;
n – количество образцов в серии.
Предел прочности при сжатии в 28-суточном возрасте для каждого
состава рассчитывают по формуле
12
13
28
= Rτ ⋅ α
Rсж
lg 28
, МПа,
lg τ
где α – масштабный коэффициент для приведения прочности бетона
к прочности бетона в образцах базового размера, приведенный в табл. 3;
τ – число суток твердения образцов;
Rτ – предел прочности при сжатии образцов, испытанных в возрасте τ.
Значения масштабного коэффициента
Форма и размеры образца
(куб, ребро), мм
70
100
150
200
300
Таблица 3
Масштабный коэффициент
0,85
0,95
1.00
1,05
1,10
lg 28
применяетlg τ
ся только в тех случаях, когда испытание образцов было произведено
в возрасте менее 28 сут твердения.
Далее для каждого состава рассчитывают нормативную прочность
по формуле
В приведенной формуле отношение логарифмов
28
Rн = 0,78 ⋅ Rсж
, МПа.
Составление заключения по работе
Полученную прочность бетона разных составов сравнивают с заданной прочностью. Полученная прочность должна быть не меньше
заданной и в то же время не должна превышать заданную более чем
на 15 %. Из трех составов бетона выбирают тот, который отвечает указанным требованиям и характеризуется наименьшим расходом цемента. Этот состав записывается в лабораторный журнал как номинальный.
ПОДБОР СОСТАВА ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА
С ЗАДАННЫМИ СВОЙСТВАМИ
Методические указания по выполнению лабораторной работы
для студентов строительных специальностей
Составители: Кукса Петр Борисович,
Колесникова Людмила Григорьевна,
Мокрова Марина Владимировна
Редактор О. Д. Камнева
Корректор К. И. Бойкова
Компьютерная верстка И. А. Яблоковой
Подписано к печати 21.10.10. Формат 60×84 1/16. Бум. офсетная.
Усл. печ. л. 0,9. Тираж 300 экз. Заказ 104. «С»89.
Санкт-Петербургский архитектурно-строительный университет.
190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул, д. 4.
Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул, д. 5.
14
15
ДЛЯ ЗАПИСЕЙ
16
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
241 Кб
Теги
podbor, sost2010, kuksa
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа