Технология бетонных и железобетонных изделий

9. Лабораторная работа №9. Выбор химических добавок в зависимости от вида вяжущего, степени армирования железобетонных изделий и назначения конструкций с оценкой их эффективностью

9.1 Общие сведения

Для регулирования свойств бетонной смеси и бетона, а также экономии цементе в бетон при изготовлении вводят различные добавки. Широко применяются химические вещества, добавляемые в бетон в небольшом количестве (0,1-0,2% массы цемента). Эффективными добавками являются суперпластификаторы-синтетические полимерные вещества, которые вводятся в количестве 0,1-0,2% массы цемента. Эти добавки увеличивают подвижность и текучесть бетонной смеси и существенно улучшают строительно-технологические свойства бетона.

Эффективность применения добавок в бетонах зависит от многих технологических факторов (вида, минералогического состава цемента, состава бетона, вида и качества заполнителя и т.п.).

Цель работы

Выбрать химическую добавку применительно к условиям производства бетонных и железобетонных изделий и оценить их эффективность.

9.2 Содержание лабораторной работы

Работа состоит из нескольких заданий, каждое из которых выполняется двумя звеньями. Звено готовит необходимое количество замесов, один из которых является эталонным. Из этих замесов изготовляются образцы, количество которых изготовляется исходя из условий задачи, поставленной в задании. Эффективность добавки определяется путем сравнения значений свойств бетонной смеси и бетона с исследуемой добавкой и без нее (в эталонной смеси). Учитывая, что эффективность добавки зависит от многих технологических факторов, желательно при определении ее одновременно исследовать влияние этих факторов. Для упрощения в этом случае рекомендуется применить метод математического планирования эксперимента с расчетами на ЭВМ.

9.3 Необходимые приборы, оборудование и материалы

1. Противень

2. Лопаты штыковые

3. Мастерки

4. Весы торговые с разновесами

5. Стандартные конуса с насадками

6. Прибор для определения жесткости бетона

7. Металлические линейки

8. Стеклянные мерные цилиндры

9. Вибростол лабораторные

10. Формы кубов 10х10х10 см.

11. Штыковки стандартные металлические

12. Стандартные металлические однолитровые мерные цилиндры

13. Камера нормального твердения

14. Цемент, песок и щебень

Задание 9.3 Выбрать химическую добавку, ускоряющую процесс твердения бетона в железобетонных конструкциях с ненапрягаемой арматурой, и определить оптимальное количество добавки, обеспечивающее достижение наибольшей прочности бетона в возрасте 1 сут. Заданная прочность бетона 30 МПа. Подвижность бетонной смеси 5 см. Материалы: портландцементы с содержанием С3А= 5-7% (для 1-го звена) и более 10% (для 2-го звена); песок с Мкр=2,5; водопотребность-7%, доля песка в смеси заполнителей r=0,35; щебень с Днаиб=20 мм, фракционированный. Изделия твердеют в нормальных температурно-влажностных условиях.

Задание 9.4 Определить оптимальное содержание пластифицирующей добавки СДБ для бетона прочностью 30 МПа в железобетонных ненапрягаемых конструкциях и определить получаемую при этом экономию портландцемента. Материалы для приготовления бетонной смеси и условия проведения эксперимента те же, что и в задании 9.1 портландцемент содержанием С3А= 5-7%.

Задание 9.5. Определить эффективность применения суперпластификатора марки С-3 (или другой марки) на свойства бетонной смеси (подвижность) для монолитного бетона с заданной прочностью 30 МПа. Подвижность бетонной смеси 18-20 см. Материалы для приготовления бетонной смеси те же, что и в задании 1.

Задание 9.6 Определить экономию цемента от введения в бетонную смесь суперпластификатора С-3 (или другой марки) при условии сохранения подвижности смеси и прочности бетона при изготовлении железобетонных напрягаемых конструкций. Требуемая прочность бетона 30 МПа. Материалы для приготовления бетона и условия проведения эксперимента те же, что и в задании 9.1.

9.4 Указания по проведению лабораторной работы

Каждое звено подбирает состав бетона без добавки по показателям заданной прочности и удобоукладываемости. Этот состав бетона является эталоном. Затем рассчитывают расход материалов на замес (обычно 7 л).

Подбор состава бетона с добавками производится по показателю подвижности или жесткости бетонной смеси и прочности бетона на сжатие (в зависимости от задания). При этом необходимо соблюдать условия, изложенные в рекомендациях (13)

Изготовляются замесы и образцы, определяется подвижность или жесткость бетонной смеси, средняя плотность бетонной смеси и фактический расход материалов на 1 м³ бетона в соответствии с общими методическими указаниями к лабораторным работам (см 1.3)

В установленные сроки образцы испытывают для определения средней плотности и прочности бетона при сжатии.

Результаты выполненных расчетов и испытаний приводят в отчете, составленном индивидуально каждым студентом.

По результатам работы двух бригад делаются частные выводы, а всех звеньев - общие выводы, включающие теоретическое и экономическое обоснование выбранной добавки и ее количества, а также оценку эффективности от ее применения (например, по себестоимости 1 м³ бетонной смеси).

При оценке эффективности добавок за эталон принимаются бетонные смеси или бетоны без добавок. Эффективность добавки определяется путем сравнения значений исследуемых характеристик бетонной смеси бетона с исследуемой добавкой эталона. Добавка считается эффективной и пригодной для применения, если полученные в результате опытов свойства бетонной смеси или бетона выше эталонных и находятся в пределах критериев эффективности.

Пример

Определение оптимального содержания добавки СДБ в бетоне приводится применительно к заданию

Производится расчет расхода материалов на 1 м3 бетона без добавки (эталонный состав). Рассчитывается расход материалов на замес 7 л. Приготовляется опытный замес и корректируется расчетный состав бетона по заданной подвижности (около 5 см)

Корректируется состав бетона с добавкой исходя из поставленной в задании задачи (в данном случае добавка применяется для сокращения расхода цемента), изготовляются пробные замесы, в которые при изготовлении вводится добавка СДБ в количествах 0,1; 0,15; 0,2 от массы цемента. При этом уменьшается расход цемента и воды по сравнению с составом бетонной смеси без добавки до получения бетонной смеси заданной подвижности. Добавка вводится в виде 10% раствора СДБ, расход которой определяется по таблице и результаты расчетов заносят в таблицу 9.1.

Таблица 9.1 Определение расхода раствора СДБ

Плотность раствора СДБ, г-см	Концентрация раствора СДБ, %	Содержание сухого вещества в растворе, кг/л	Расход раствора на 100 кг цемента, л, при введении СДБ, % от массы цемента
			0,1	0,15	0,2
1,02	10	0,105	0,95	1,425	1,9
1,06	12	0,128	0,851	1,277	1,702
1,07	14	0,151	0,752	1,129	1,504
1,08	16	0,174	0,653	0,931	1,306
1,09	18	0,187	0,554	0,833	1,108
1,10	20	0,22	0,454	0,681	0,903
1,11	22	0,242	0,424	0,636	0,847
1,12	24	0,264	0,394	0,591	0,787
1,13	26	0,286	0,364	0,546	0,725
1,14	28	0,308	0,334	0,501	0,664
1,15	30	0,33	0,303	0,455	0,606
1,16	32	0,36	0,384	0,427	0,568
1,17	34	0,39	0,265	0,399	0,53
1,18	36	0,42	0,246	0,371	0,492
1,19	38	0,45	0,227	0,343	0,454
1,20	40	0,48	0,208	0,312	0,416

Заданная прочность бетона 30 МПа. Подвижность бетонной смеси 5 см. Материалы: портландцементы с содержанием С3А= 5-7% (для 1-го звена) и более 10% (для 2-го звена); песок с Мкр=2,5; водопотребность-7%, доля песка в смеси заполнителей r=0,35; щебень с Днаиб=20 мм, фракционированный. Изделия твердеют в нормальных температурно-влажностных условиях.

Задание 9.4. Определить оптимальное содержание пластифицирующей добавки СДБ для бетона прочностью 30 МПа в железобетонных ненапрягаемых конструкциях и определить получаемую при этом экономию портландцемента. Материалы для приготовления бетонной смеси и условия проведения эксперимента те же, что и в задании 9.1 портландцемент содержанием С3А= 5-7%.

Из откорректированных составов бетонной смеси изготовляют образцы, которые твердеют в нормальных температурно-влажностных условиях.

Предположим, что в результате испытания образцов и пересчета составов бетона получены следующие данные. Анализ приведенных в таблице результатов показывает, что оптимальным количеством добавки СДБ является 0,2% от массы цемента. В этом случае обеспечивается получение бетона с заданной прочностью 30 МПа при экономии цемента около 10%. Полученная экономия цемента удовлетворяет ориентировочным данным по уменьшению расхода цемента за счет введения добавки.

Контрольные вопросы:

1. Какие виды химических добавок вы знаете?

2. Какие виды пластифицирующих добавок вы знаете?

3. Что такое суперпластификатор, и его свойства?

4. Что такое подвижность, и какое влияние она оказывает на бетонную смесь?

5. От чего зависит эффективность применения добавок в бетонах?

Контрольные вопросы для задания СРС

1. Общие требования ко всем бетонам и бетонным смесям;

2. Требования к цементам;

3. Виды химических добавок;

4. Свойства добавок.

10. Лабораторная работа №10. Влияние различных факторов на удобоукладываемость бетонной смеси

10.1 Общие сведения

Важнейшим свойством бетонной смеси является ее удобоукладываемость - способность укладываться в форму, обеспечивая при этом получение бетона максимальной плотности. Удобоукладываемость бетонной смеси определяется ее подвижностью или жесткостью.

Важнейшим фактором, влияющим на удобоукладываемость бетонной смеси, является ее водосодержание. Кроме того, удобоукладываемость зависит от расхода цемента. С увеличением расхода цемента при одинаковом водосодержании, удобоукладываемость ухудшается.

Цель работы

1. Определить зависимость удобоукладываемости бетонной смеси от водосодержания.

2. Определить зависимость удобоукладываемости бетонной смеси от расхода цемента.

10.1	Материалы и оборудование
10.1.1	Цемент	- 15 кг.
10.1.2	Песок	- 30 кг.
10.1.3	Щебень	- 60 кг.
10.1.4	Лопаты	- 3 шт.
10.1.5	Мастерки	- 3 шт.
10.1.6	Стандартный конус	- 2 шт.
10.1.7	Стандартная штыковка	- 2 шт.
10.1.8	Металлический лист 1 х Ъ = 7Ох 60 см.
10.1.9	Мерный стеклянный сосуд 1 л.	- 1 шт.
10.1.10	Сосуд для воды 1 л.	- 3 шт.
10.1.11	Металлическая линейка	- 1 шт.

10.2 Задание

Определение зависимости удобоукладываемости бетонной смеси от водосодержания. Для установления зависимости удобоукладываемости бетонной смеси от водосодержания при постоянном расходе цемента приготовляют опытные замесы с расходами материалов, приведенными в таблицу 10.1.

Таблица 10.1. Расходы материалов на опытные замесы

Бригада	Цемент, кг	Песок, кг	Щебень, кг	Вода, л
1	2	5	8,0	1,2
2	2	5	8,0	1,5
3	2	5	8,0	1,8

После приготовления замеса определяют удобоукладываемость.

Для этого бетонную смесь укладывают в форму куба размером 20х20х20 см и помещают его на вибростол. Включают вибростол и секундомер и наблюдают, когда бетонная смесь заполнит форму и примет горизонтальное положение и фиксируют время. Если бетонная смесь пластичная по удобоукладываемости фиксируют осадкой конуса.

Результаты определений заносят в таблицу 10.2.

Таблица 10.2. Результаты определения удобоукладываемости

Бригада	Водосодержание в л на пробный замес	Водосодержание на 1 м3 бетонной смеси	Удобоукладываемость, с или ОК, см
1	1,2	170
2	1,5	215
3	1,8	240

По данным таблиц 10.2 строится график зависимости удобоукладываемости бетонной смеси от ее водосодержания (рисунок 10.1), на основе которого делаются выводы.



Рисунок 10.1 Зависимость удобоукладываемости бетонной смеси от ее водосодержания

10.3 Определение зависимости удобоукладываемости бетонной смеси от расхода цемента

Для определения зависимости удобоукладываемости бетонной смеси от расхода цемента при постоянном водосодержании приготовляют пробные замесы с расходами материалов, указанных в таблице 10.3.

Таблица 10.3 Расход материалов на опытные замесы

Бригада	Песок, кг	Щебень, кг	Цемент, кг	Водосодержание
			на замес	на 1 м3
1	5,0	8	2,0	300
2	4,6	8	2,4	350
3	4,2	8	2,8	400

После приготовления опытного замеса определяют удобоукладываемость (как было указано выше) и результаты определений заносят в таблицу 10.4

Таблица 10.4 Результаты определения удобоукладываемости

Бригада	Цемент на замес, кг	Цемент на 1 м3, кг	Вода, л	Удобоукладываемость
			на замес	на 1 м3 смеси
1	2	300	1,5	215
2	2,4	350	1,5	215
3	2,8	400	1,5	215

По результатам таблицы 10.4 строится график зависимости удобоукладываемости бетонной смеси от расхода цемента при постоянном водосодержании (рисунок 10.2). На основании этого графика делаются выводы.

Рисунок 10.2 Зависимость удобоукладываемости от расхода цемента

Контрольные вопросы

1. Что называется удобоукладываемостью?

2. Как подразделяются бетонные смеси по удобоукладываемости?

3. Марки бетонов по пластичности;

4. Марки бетона по жесткости;

5. От каких факторов зависит удобоукладываемость?

6. Как определяется осадка конуса?

Контрольные задания для СРС

1. Как определяется жесткость бетонной смеси?

2. Как определяется удобоукладываемость на опытном замесе?

3. Как приготовляется опытный замес?

4. Как строится график зависимости удобоукладываемости от расхода воды?

5. Как строится график зависимости удобоукладываемости от расхода цемента?

6. Какие выводы можно сделать по графикам?

11. Лабораторная работа №11. Проектирование состава ячеистого бетона (автоклавного и неавтоклавного твердения) и исследование основных факторов, влияющих на их свойства

11.1 Общие сведения

Ячеистыми бетонами называют искусственные каменные материалы, получаемые в результате затвердевания поризованного вяжущего и имеющие ячеистую пористость наряду с капиллярной и гелевой микропористостью.

Ячеистые бетоны разделяют:

1. По назначению: на теплоизоляционные со средней плотностью 500 кг/м³ и менее; теплоизоляционно-конструктивные - 500-900 кг/м³; конструктивные - 900-1200 кг/м³.

2. По виду вяжущего-на цементные (газобетоны, пенобетоны); на извести (газосиликаты, пеносиликаты); на смешанном цементно-известковом вяжущем (газобетоны или газосиликаты в зависимости от соотношения цемента и извести); на гипсе (газогипс, пеногипс).

3. По характеру твердения-естественного твердения; твердения при атмосферном давлении (в камерах пропаривания, в термореактивных формах, в камерах с инфракрасным излучением); твердения при высоком давлении (в автоклавах).

Ячеистые бетоны относятся к хрупким материалам. Теплопроводность их зависит от средней плотности и содержания влаги в материале.

11.2 Общие требования к методам испытаний

Механические и физические показатели ячеистого бетона определяют испытанием серии контрольных образцов. Количество образцов одного размера в серии должно быть не менее трех.

Контрольные образцы выпиливают или высверливают из контрольных неармированных блоков или же из готовых изделий после их остывания. Образцы выпиливают из верхней, средней и нижней части изделия. При толщине изделий горизонтального формования менее 25 см образцы выпиливают только из их средней части.

Выпиливание производят, отступив от граней изделия или блока не мене, чем на 2 см. при этом не допускается увлажнение изделий или блоков.

11.3 Определение плотности ячеистого бетона

Плотность ячеистого бетона определяют испытанием образцов в состоянии естественной влажности или нормированном влажностном состоянии: в сухом, воздушно- сухом, нормальном, водонасыщенном.

Объем образцов правильной формы вычисляют по их геометрическим размерам. Размеры образцов определяют линейкой или штангенциркулем с погрешностью не более 1 мм. Объем образцов не правильной формы определяют с помощью объемометра или гидростатическим взвешиванием. Массу образцов определяют взвешиванием с погрешностью не более 0,1 %.

Плотность бетона образца w вычисляют с погрешностью до 1 кг/м3 по формуле:

w = (m/V) 1000(11.1)

где m - масса образца, г;

V - объем образца, см³.

Плотность бетона серии образцов определяют как среднеарифметическое значение результатов испытания всех образцов серии.

Плотность бетона при нормированном влажном состоянии rн в кг/м³ вычисляют по формуле:

rн = rw((1+ Wн /100)/(1+ Wм /100))(11.2)

где rw-плотность бетона при влажности Wм, кг/м³

Wн-нормированная влажность бетона, %, принимается 8-12%

Wм-влажность бетона в момент испытания, %.

11.4 Определение влажности ячеистого бетона

Влажность бетона определяют испытанием образцов или проб, полученных дроблением образцов после их испытания на прочность или извлеченных из готовых изделий. Наибольшая крупность кусков ячеистого бетона должна быть не более 5 мм. Из раздробленного материала отбирают пробу массой не менее 100 г. Дробят и взвешивают образцы или пробы сразу же после отбора и хранят в паронепроницаемой упаковке или герметичной таре.

Подготовленные пробы или образцы взвешивают с погрешностью 0,01 г, ставят в сушильный шкаф и высушивают до постоянной массы при температуре 1055С.

Влажность бетона пробы (образца) по массе в процентах вычисляют с погрешностью до 0,1% по формуле:

Wм= ((mв -mс)/ mс)·100% (11.3)

где mв-масса пробы (образца) до сушки, г;

mс-масса пробы (образца) после сушки, г.

Влажность бетона пробы (образца) по объему Wо в процентах вычисляют по формуле:

Wо = Wм О/в(11.4)

где: О-плотность сухого бетона, г/см3;

в-плотность воды, принимаемая 1 г/см3.

Влажность бетона серии проб определяют как среднее арифметическое результатов определения влажности отдельных проб (образцов) бетона.

11.4 Определение водопоглащения ячеистого бетона

Водопоглощение ячеистого бетона определяют испытанием образцов. Поверхность образцов очищают от пыли, грязи и следов смазки с помощью проволочной щетки или абразивного камня. Испытание образцов производят в состоянии естественной влажности или высушенных до постоянной массы.

Образцы взвешивают с точностью до 0,01 г, затем помещают в емкость, наполненную водой с таким расчетом, чтобы уровень воды в емкости был выше верхнего уровня уложенных образцов примерно на 50 мм. Образцы укладывают на прокладки. Температура воды в емкости должна быть 20…22 оС. образцы взвешивают через каждые 24 часа. Испытание проводят до тех пор, пока результаты двух последовательных взвешиваний будут отличаться не более, чем на 0,1%. Образцы испытанные в состоянии естественной влажности, после окончания процесса водонасыщения высушивают до постоянной массы.

Водопоглощение бетона отдельного образца по массе Wм в процентах определяют с погрешностью до 0,1% по формуле:

Wм = ((mв - mс)/mс) * 100(11.5)

Где

mв-масса водонасыщенного образца, г;

mс-масса высушенного образца, г.

Водопоглощение бетона отдельного образца по объему Wо в процентах определяют с погрешностью до 0,1% по формуле:

Wо = (Wм * о)/в(11.6)

гдео - плотность сухого бетона, г/см³;

в - плотность воды, принимаемая равной, 1 г/см³.

Водопоглощение бетона серии образцов определяют как среднее арифметическое значение результатов испытаний отдельных образцов в серии.

11.5 Определение прочности на сжатие ячеистого бетона и коэффициента размягчения

11.5.1 Определение прочности на сжатие ячеистого бетона

Прочность ячеистого бетона определяют испытанием до разрушения специально изготовленных образцов имеющих следующую форму и номинальные размеры:

а) кубы с ребрами 70, 100, 150, 200, 300, мм.

б) цилиндры с длиной ребра и диаметром 70, 100, 150, 200, 300, мм.

В качестве базовых применяют образцы-кубы с размером ребра 150 мм. При испытании других образцов полученные результаты пересчитывают с применением масштабных коэффициентов (таблица 11.1.)

Прочность бетона на сжатие каждого образца, кгс/см² определяют по формуле:

Rсж = (F/S)·б·Кв (11.7)

гдеF-разрушающая нагрузка, кгс;

S-площадь поперечного сечения образца, см²;

б-масштабный коэффициент, определяемый по таблице 11.1.

Кв-коэффициент учитывающий влажность бетона, определяемый по таблице 11.2.

По результатам определения прочности отдельных образцов определяют среднюю прочность бетона в серии.

11.5.2 Определение коэффициента размягчения

Для определения коэффициента размягчения производится испытание на сжатие образцов ячеистого бетона в высушенном и водонасыщенном состоянии. Коэффициент размягчения определяется по формуле:

Кр = Rв/Rс (11.8)

Где

Rв и Rс-предел прочности при сжатии водонасыщенного и сухого бетона, кгс/см².

Таблица 11.1 Масштабный коэффициент

Форма и размер образцов, мм	Масштабные коэффициенты
Кубы с ребром
70	0,85
100	0,95
150	1,00
200	1,05
300	1,10
Цилиндры с диаметром 70 100 150 200 300	1,16 1,16 1,20 1,24 1,28
Влажность ячеистого бетона по массе, %	Переводной коэффициент
0	0,80
5	0,90
10	1,00
15	1,05
20	1,10
25 и более	1,15

Примечание: промежуточные значения определяют методом линейной интерполяции.

Контрольные вопросы

1. Что такое истинная плотность? Как она определяется?

2. Что такое влажность? Как она определяется?

3. Что такое водопоглощение? Как она определяется?

4. Как определяется коэффициент размягчения?

5. Как определяется прочность ячеистого бетона.

Контрольные задания для СРС

1. Виды механических свойств материала;

2. Долговечность и надежность ячеистого бетона;

3. Относительная деформация, хрупкость материала.

12. Лабораторная работа №12. Проектирование состава высокопрочного легкого бетона на пористых заполнителях и исследование основных факторов, влияющих на его свойства

12.1 Общие сведения

К важнейшим свойствам легких бетонов относят теплопроводность, прочность и долговечность. Первые два свойства при прочих равных условиях зависят от пористости, с увеличением ее теплопроводность и прочность понижаются. В связи с этим необходимо искать оптимальную величину пористости бетона с учетом его прочности и теплопроводности.

Таблица 12.1 Рекомендуемые зерновые составы лёгких заполнителей (в % по объёму)

Вид пористого заполнителя	Наибольшая крупность, мм	Размеры фракции, мм
		до 1,2	1,2 - 5	5 - 10	5 - 20	10 - 20	20 - 40
Особо лёгкий заполнитель при объёмной массе смеси менее 800 кг/м3	20			-		-	-
Заполнитель средней тяжести при объёмной массе смеси 1100 - 1400 кг/м3	40	До			-

Примечание В числителе приведены данные для щебня в знаменателе -- для гравия.

В качестве заполнителей для легких бетонов применяют материалы: пористые - пемзу, вулканические туфы и лавы, известковые туфы; пористые минеральные отходы - топливные шлаки, гранулированные доменные шлаки; искусственные пористые материалы - керамзит, термозит, поры в котором образуются при особом режиме охлаждения расплавленного доменного шлака, и т.д.

В связи с указанными выше особенностями легких бетонов подбирать их состав нельзя по закономерности, установленной для обычных тяжелых бетонов. Поэтому подбор состава легких бетонов основывают на результатах многочисленных опытов и исследований.

Состав легкого бетона подбирают обычно при помощи опытных за творений следующим образом. Подбирают оптимальный зерновой состав легкого заполнителя. Для этого удобно пользоваться графиком, предложенным проф. Н. А. Поповым (рисунок 12.1).

Рисунок 12.1 Оптимальные зерновые составы заполнителей для легких бетонов при различной наибольшей крупности зерен

а-10-15 мм; б-20-25 мм; в-40-50 мм.

Рекомендуемые зерновые составы смеси пористых заполнителей для легких бетонов средней объемной массы приведены в таблицу 12.1.

Величины коэффициентов выхода бетона, полученные при трех разных расходах воды, наносят на график (рисунок 12.2). Соединив полученные точки кривой, можно установить тот оптимальный расход воды, при котором получается наименьшая величина выхода бетона, причем объемная масса бетонной смеси будет наибольшей. Таким подбором можно получить наиболее плотную бетонную смесь.

Рисунок 12.2. Графический способ определения наименьшего выхода бетона при разных расходах воды

Далее следует определить объёмную массу сухого бетона по формуле:

(12.1)

где ро.с-объемная масса бетона, кг/м³;

1,15-коэффициент учитывающий среднее количество воды, вступающее в химическое соединение с цементом;

В, Щ, П-масса сухих составляющих замеса, кг;

Vб-объем бетона, полученный из данного замеса, кг/м³.

Зная объемную массу сухого бетона, определяют коэффициент теплопроводности по таблице 12.2. Если объемная масса и коэффициент теплопроводности бетона окажется выше требуемых, то заполнитель заменяют более легким или вводят в бетой порообразующие добавки.

Таблица 12.2 Объёмные массы, коэффициенты теплопроводности и марки лёгких бетонов

Ориентировочные основные показатели	Объёмная масса лёгких бетонов в сухом состоянии, кг/м3
	1000	1200	1400	1600	1800
Коэффициенты теплопроводности, ккал/(м*град*ч): в сухом состоянии… В стене…
Марки бетонов (прочность при сжатии, кгс/см2)	15 - 20	25 - 70	25 - 100	25 - 150	50 - 200

Окончательный состав бетона устанавливают путем испытания образцов в заданный срок на сжатие. Образцы испытывают двух серий каждого состава бетонной смеси с оптимальным расходом воды. Результаты испытания наносят на график, по которому устанавливают расход цемента, обеспечивающий получение бетона заданной прочности (рисунок 12.3).

Рисунок 12.3 Пример графического способа определения расходов вяжущего для получения бетона заданной марки

Контрольные вопросы

1. Зерновой состав легкого бетона

2. Марки по насыпной плотности крупного пористого заполнителя

3. Марка по морозостойкости пористых заполнителей

Контрольные задания для СРС

1. Основные технические характеристики различных видов легких бетонов на пористых заполнителях.

2. Технические характеристики и требования к пористым заполнителям для легких бетонов.

3. Влияние пористого заполнителя на формирование структуры бетона.

4. Факторы, влияющие на прочность при сжатии и среднюю плотность легких бетонов.

13. Лабораторная работа №13. Проектирование состава плотного силикатного бетона и исследование основных факторов, влияющих на состав и экономичность бетона

13.1 Характеристика сырьевых материалов

Для расчета состава плотного силикатного бетона приняты следующие сырьевые материалы и их характеристики: известь-кипелка с содержанием активной окиси кальция около 70%, молотый кварцевый песок с удельной поверхностью 1500, 2000, 2500 см²/г и немолотый кварцевый песок мелкий и средний (ГОСТ 8776).

Вяжущим в силикатном бетоне является смесь тонкомолотого песка и извести, немолотый песок служит заполнителем.

13.2 Порядок расчета состава

Расчет состава силикатного бетона производят, исходя из заданной прочности бетона, удобоукладываемости массы, содержания активной окиси кальция в извести, крупности песка и его зернового состава.

В таблицах 13.1-13.5 приводятся данные, необходимые для подбора состава бетона.

Расчет материалов на 1 м³ силикатной бетонной смеси производится в следующей последовательности:

а) По таблице 1.2 находят требуемую удобоукладываемость бетонной смеси;

б) По таблице 1.3 находят для заданного песка влажность смеси (Wсм);

в) По таблице 1.4 находят среднюю плотность сухой смеси 1 м³ бетона (г);

г) По таблице 1.5 находят расход вяжущего (Ц) и воды (В) на 1 м³ бетона;

д) По таблице 1.1 находят процентное содержание активной окиси кальция (СаО) в смеси (Ас);

е) Исходя из найденной ранее средней плотности сухой смеси (г) одного кубометра бетона и зная содержание в ней активной СаО, находят количество активной СаО, кг/м³:

(13.1)

ж) Находят количество (валовое) извести (Ив)в 1 м³ смеси, кг/м³:

(13.2)

з) Находят содержание молотого песка (Пм), кг/м³:

(13.3)

и) Находят содержание активной СаО в вяжущем (Ц), %:

(13.4)

к) Количество немолотого песка (Пн) равно разности сухой смеси и вяжущего в 1 м³, кг/м³:

(13.5)

Таблица 13.1 - Содержание активной окиси кальция (Ас) в смеси в зависимости от зернового состава песка

Марка бетона	Содержание активной окиси кальция в смеси песка, %
	очень мелкого	мелкого	среднего	крупного
150	5,5	5,2	5,0	4,5
200	6,0	5,7	5,5	5,0
300	7,7	7,2	7,0	6,5
400	9,5	9,0	8,5	8,0

Таблица 13.2 - Удобоукладываемость силикатной бетонной смеси при изготовлении различных деталей.

Наименование деталей	Удобоукладываемость по техническому вискозиметру под пригрузом 50 г/см2, сек
Блоки наружных и внутренних стен	300 - 400
Пустотелые настилы перекрытий	180
Цокольные панели	140
Панели внутренних стен	120
Лестничные марши	50

Таблица 13.3 - Удобоукладываемость по техническому вискозиметру в зависимости от влажности силикатобетонной смеси (Wсм) при песках разной крупности

Wсм, %	Удобоукладываемость, с, при песке (ГОСТ 8736)
	очень мелком	мелком	среднем	крупном
10	---	---	300	180
11	---	400	200	100
12	400	300	120	60
13	300	200	80	40
14	220	120	50	25
15	140	60	30	15
16	80	40	20	10
17	50	25	15	5

Таблица 13.4 - Средняя плотность сухой смеси (г) в зависимости от формовочной влажности смеси Wсм

Wсм, %	Объемный вес сухой смеси (кг/м3) при марке бетона
	150	200
10	1795	1960
11	1780	1930
12	1770	1895
13	1755	1870
14	1740	1840
15	1730	1810
16	1710	1770
17	1700	1750

Таблица 13.5 - Расход вяжущего и воды в зависимости от удельной поверхности молотого песка, марки бетона и формовочной влажности смеси Wсм

Wсм, %	Расход вяжущего (кг/м3) при марке бетона
	150	200
	Расход воды, л/м3	Удельная поверхность молотого песка, см2/г	Расход воды, л/м3	Удельная поверхность молотого песка, см2/г
		1500	2000		1500	2000	2500	3000
10	190	260	225	210	310	260	250	240
11	205	280	245	225	325	275	260	250
12	220	300	255	240	340	290	275	260
13	230	320	270	250	360	305	290	270
14	245	335	290	260	375	320	300	290
15	250	355	305	275	395	340	315	300
16	280	375	320	290	410	350	330	310
17	290	390	335	300	425	370	340	320

13.3 Задание для расчета состава плотного силикатного бетона

Вариант 1 - Подобрать состав силикатного бетона марки 150 для изготовления панелей внутренних стен. Песок мелкий, удельная поверхность молотого песка 1500 см²/г. Содержание активной СаО в извести 70%.

Вариант 2 - Подобрать состав силикатного бетона марки 200 для изготовления пустотелых настилов перекрытий. Песок мелкий, удельная поверхность молотого песка 2000 см²/г. Содержание активной СаО в извести 70%.

Вариант 3 - Подобрать состав силикатного бетона марки 150 для изготовления панелей внутренних стен. Песок мелкий, удельная поверхность молотого песка 2000 см²/г. Содержание активной СаО в извести 70%.

Вариант 4 - Подобрать состав силикатного бетона марки 200 для изготовления цокольных панелей. Песок средний, удельная поверхность молотого песка 2500 см²/г. Содержание активной СаО в извести 70%.

Контрольные задания для СРС

1. Получение тяжелых бетонов с заданными свойствами.

2. Назначение тяжелых бетонов.

3. Основы технологии получения бетона.

14. Лабораторная работа №14. Изучение электротермического метода натяжения арматуры

14.1 Общие сведения

В железобетонных конструкциях с обычной ненапрягаемой арматурой в растянутой зоне могут возникнуть трещины, которые не всегда допустимы по условиям эксплуатации.

Создание в растянутой зоне бетона сжимающих напряжений путем предварительного натяжения арматуры и обжатие бетона позволяет значительно повысить трещиностойкость конструкций и уменьшить их деформативность.

В настоящее время натяжение арматуры может осуществляться следующими способами: механическим, электротермическим, электротермомеханическим и за счет использования энергии расширения цемента.

При электротермическом способе натяжения арматуры используется свойство стали удлиняться при нагреве во время пропускания электрического тока. Охлаждаясь, арматурный стержень стремится сократиться, но этому препятствуют упоры. В результате арматура напрягается.

При производстве предварительно напряженных железобетонных изделий и конструкций наиболее широкое применение нашел электротермический способ натяжения арматуры. Он не требует сложного технологического оборудования.

Цель работы

Ознакомить студентов с электротермическим методом натяжения арматуры, т.е. с методикой расчета длины арматурной заготовки и температуры нагрева, а также с измерением величины натяжения арматуры по ее удлинению и измерением напряжения.

Материалы и оборудование

1. Арматурные стержни.

2. Ножницы для резки арматуры.

3. Установка для электронагрева стержней.

4. Форма с упорами.

5. Рулетка.

6. Динамометр ПРД.

14.2 Определение длины заготовки и температуры нагрева стержня

Длину отрезаемого стержня или проволоки определяют по формуле:

1о = 1з + 2а, мм (14.1)

где 1о-длина отрезаемого стержня, мм;

1з-длина заготовки, мм;

2а-длина конца стержня или проволоки, расходуемых на установку или образование временного концевого анкера, мм.

Длина арматурной заготовки определяется по формуле:

1з = 1у-Д1о- Д 1ф- 1с, мм (14.2)

где1у-расстояние между наружными гранями упоров на формах или поддонах, мм;

Д1о-абсолютное удлинение натянутой арматурной заготовки при напряжении у = у 0 + у 1, мм;

Дle-продольная деформация формы или поддона при напряжении арматуры, принимаемой равной 1 мм или рассчитывается, мм;

Дle-величина, учитывающая смятие шайб под высаженными готовками, смятие, высаженных головок или приваренных коротышей, а также упоров, принимается 3-5 мм.

Продольная деформация формы при натяжении на бетон рассчитывается по формуле:

,(14.3)

где:уб-напряжение в бетоне под действием силы натяжения арматуры, Мпа;

Енб-нормальный модуль упругости бетона, Мпа;

L-длина издания, мм.

Абсолютное удлинение для стержневой арматуры определяется формуле:

, мм (14.4)

где у0-заданное напряжение арматуры в Мпа, равное 70% условного предела текучести арматуры (таблица 14.1);

у1-верхнее и нижнее предельные отклонения заданного предварительного натяжения арматуры, приведенное в таблице 14.2;

Енс-модуль упругости арматурных сталей, равный 2 10s Мпа;

l-длина нагреваемого участка, мм.

Таблица 14.1 Характеристики арматурных сталей

Арматурная сталь	Условный предел текучести, МПа	Временное сопротивление разрыва	Относительное удлинение, %	Модуль упругости -Е, МПа
Вид	Класс	Диаметр мм
Горячекатанная периодического	A-IV	10...32	590	885	8	1,96 105
	A-V	10...32	785	1030	7	1,86 105
Термически упрочненная периодического профиля	Ат-IV	10...28	590	785	9...10	1,86 105
	At-V	10...28	785	980	7...8	1,86 105
	"Ат-	10...28	980	1200	6...7	1,86 105
Арматурная проволока	В-II	4	1440	1800	4
		3	1520	1900	4
		5	1360	1700	4
		6	1280	1600	5	1,96 105
		7	1200	1500	6
		8	1120	1400	6
Арматурная	Вр-II	3	1440	1800	4
		4	1360|	1700	4
		5	1280	1600	4	1,86 105
		6	1200	1500	5
		7	1120	1400	6
		8	940	1300	6

Таблица 14.2 Значение для изделий различной длины

Длина изделия, м	5	6,5	9,5	13	16	19	25 и более
Предельные отклонения, у Мпа	100	80	70	60	55	50	45

Для проволочной арматуры определяется по формуле:

А1о=Е1к, мм(14.5)

где Е-относительное удлинение натянутой арматуры при напряжении

у = уo+ у1

Величину удлинения арматуры при нагреве для ее свободно укладки в упоры поддонов, форм вычисляются по формуле:

Д1r = Д1о + Д1ф + Д10 + Д1g(14.6)

где Д1g-дополнительное удлинение арматуры, обеспечивающее ее свободную укладку в упоры, равное 1 мм на 1 пог. м. длины арматуры.

Требуемая температура нагрева определяется по формуле:

(14.7)

где а-коэффициент линейного расширения, приведенного в таблицу 14.3

h-длина нагреваемого участка арматуры, мм;

to-температура окружающей среды, °С.

Таблица 14.3 Коэффициенты линейного расширения сталей

Температурный интервал, °С	Коэффициент линейного расширения арматуры, 106, °С
	Горячекатанной классов A-IV, A-V	Термически упрочненная Ат-IV, At-V, At-IV	Проводки класса ВрII
20...300	13.2	12.5	13.0
20...350	13.5	13.0	13.4
20...400	13.8	13.5	13.8
20...450	14.2	14.0	14.1
20...500	14.5	-	14,5

Величина t не должна превышать рекомендуемую или максимально допустимую, приведенную в таблицу 14.4.

Таблица 14.4 Рекомендуемые и допустимые величины температуры нагрева для различных классов арматуры

Арматура	Марка или	Температура нагрева	Время
класса	диаметр	рекомендуемая	максимально допустимая	нагрева, мин.
A-V	23Х2Г2Т	400	500	0.5...10
A-TV	80 С	400	600	0.5... 10
	20ХГ211	400	500	0.5...10
	20ХТСТ	400	500	0.S...10
At-IV	20ГС.20ГС2	400	450	0.5...10
At-V	20ГС20ГС2	400	450	0.S...10
At-VI	20ГС20ГС2	400	450	0.5...10
Вр-II	4	_	450	0.1...0.5
	5		450	0.15...0.8
	6	-	450	0.2...1

Для определения длины отрезаемого стержня (проволоки) необходимо найти величину а длину конца стержня, расходуемого на образование временного концевого анкера, которая зависит от вида и конструкции анкерного устройства. Они бывают в виде: приваренных коротышей, приваренных петель, высаженных головок на стержне или проволоки и др.

Диаметр привариваемых коротышей dx определяют по формуле:

(14.8)

где d-номинальный диаметр арматурного стержня, см;

Rип-предел текучести арматурной стали, МПа;

Rk-расчетное сопротивление материала коротышей, МПа.

Как правило, материалом для коротышей служит сталь марок СТ-3 и СТ-5. Диаметр высаженных головок на стержне арматуры должен быть 1,5-2 диаметра стержня, а длина 18-22 мм.

14.3 Расчет длины арматурной заготовки и проверка принятой температуры нагрева стержня

Требуется определить длину отрезаемого стержня на изготовление плиты покрытия. Рабочая арматура класса A-IV, rf=16 мм, марка стали 20ХГ2Ц. База формы 6200 мм. Длина нагреваемого участка 5700 мм. Вид анкеровки - высадка головок. Расчетное напряжение в арматуре 450 Мпа. Определяем наибольшее допустимое предварительное напряжение по формуле:

у = уо + у1= 450 + 80 = 530 Мпа.(14.9)

Определяем абсолютное удлинение натянутой арматуры у=530 МПа

(14.10)

Определяем длину арматурной заготовки, принимаемая у1о =4 мм, у1ф = 2 мм, 13 = 1 - Д1о - Дle - Д1ф = 6200 -16,4 - 4- 2 = 6177,6 мм. Результаты расчета заносят в таблицу 15.5.

Таблица 14.5 Результаты расчета длины арматурной заготовки

№бригады	у0, МПа	у1, МПа	у, МПа	Дlo; мм	Д1у, мм	Д1К, мм	Д1ф, мм	Д1з, мм
1	450	80	530	16,4	6200	4	2	6177,6

Две другие бригады рассчитывают другие виды арматуры по заданию преподавателя.

Затем нагревают арматуру до рекомендуемой температуры и замеряют длину арматуры. Результаты измерений абсолютного удлинения арматурной заготовки заносят в таблицу 14.6

Таблица 14.6 Результаты измерений абсолютного удлинения арматурной заготовки

№бригады	1о, мм	1s, мм
	расчетная	измеренная	расчетная	измеренная
1
2
3

После этого проверяем удлинение арматуры, на которое необходимо удлинить арматуру при данных расчетах по формуле:

Дlo = Дlo + Д1Ф + Д1С + Дlt = 4 + 2+ 16,4 + 6,2 = 28,6 мм.(14.11)

Далее проверяем достаточно ли рекомендуемой температуры для удлинения арматуры на расчетную величину по формуле:

Дl-ф = (400 + Д1Оу) 1н а = (400 - 20) 5700 13,7 10-6 = 30,09 мм.(14.12)

Результаты проверки принятой температуры нагрева стержня записывают в таблицу 14.7.

Таблица 14.7 Результаты проверки принятой температуры нагрева стержня

№бригады	t кп	to, °C	1н, мм	а	Д1r, мм
					расчета	необх.	опытн
1	400	20	5700	13,7 104	30,09	28,06
2
3

Проверка фактического натяжения арматуры. Для определения натяжения арматуры применяется динамометр ПРД или другой прибор. Принцип действия ПРД основан на измерении величины прогиба натянутого стержня или другого вида арматуры под действием заданной поперечной силы. В данном случае, действие прибора основано на упругой оттяжке натянутого стержня в середине его пролета с помощью тарированной пружины, которой сообщается постоянное перемещение. Деформация пружины измеряется индикатором и эти измерения представляют собой показания прибора.

Прибор тарируется на каждую длину и диаметр арматуры. По данным тарировки строится график зависимости:

Р = Е(упр), (14.13)

где Р-усилие натяжения в арматуры;

Е(упр)-показание прибора.

Эта зависимость ля данной длины напрягаемого стержня и его диаметра является внешней характеристикой прибора.

При измерении напряжения арматуры прибор ставится упорными лапами на форму, крюк захвата заводится под стержень и поворотом маховичка приводится в контакт со стержнем. Поворотом рукоятки лимба дают начальную оттяжку, соответствующую перемещению стрелки индикатора на 5 делений (0,05 мм). В этой позиции отмечается положение лимба относительно риски на корпусе прибора. Далее маховичок поворачивают на целое число оборотов (3, 5, 8 и т.д.), после чего снимают показания на шкале индикатора.

Как уже отмечалось, переход от замеров по индикатору к величине натяжения стержня осуществляется с помощью тарировочной кривой прибора

Перед замерами необходимо выполнить следующее:

- очистить поверхность под лапами или корпусом прибора от грязи, рыхлой окалины и т.д., так как наличие таких загрязнений влечет за собой погрешности в показаниях прибора;

арматурный стержень должен быть освобожден по всей длине от соприкосновения со сварными каркасами, распорками и прочими деталями;

перед установкой ноля на индикаторе прибора нагрузить и разгрузить пружину оборотами маховичка, заведя крюк под измеряемый пруток;

рукоятку маховичка прибора следует вращать плавно без рывков и покачивания прибора;

величина смещения крюка от оси прибора не должна превышать 5 мм, а в течении всей оттяжки пруток не должен касаться опорных лап прибора;

нельзя чтобы прибор менял свое положение, при котором дано предварительное поджатие на 5 делений. Результаты испытаний заносят в таблицу 14.8.

Таблица 14.8 Результаты проверки натяжения арматуры

№бригады	уо МПа	у1 МПа	у, МПа	Показания индикатора прибора	у данные тарировочной кривой	Отклонение уф от у
1.
2.
3.

В конце работы делаются выводы.

Контрольные вопросы

1. Что такое напрягаемая арматура?

2. Для чего необходимо натяжение арматуры?

3. Величина натяжения арматуры.

4. Что такое натяжение на упоры?

5. Что такое натяжение на бетон?

Контрольные задания для СРС

1. Что дает предварительное натяжение?

2. Методы натяжения арматуры?

3. По какой формуле определяют длину заготовки стержня?

4. По какой формуле определяется абсолютное удлинение?

5. По какой формуле определяется требуемая температура нагрева арматуры?

6. Каким прибором определяется напряжение в арматуре'

7. Как работает прибор ПДР?

Список использованной литературы

1. Баженов Ю.М. Технология бетона: Учебник. М.: Изд-во АСВ, 2003.-500 с.

2. Баженов Ю.М., Комар А.Г. Технология бетонных и железобетонных изделий: Учебник для вузов - М.: Высшая школа, 2002. - 500 с.

3. Белов В.В., Петропавловская В.Б., Шлапаков Ю.А. Лабораторные определения свойств строительных материалов. М.: АСВ, 2004. - 176 с.

4. Микульский В.Г. и др. Строительные материалы (материаловедение и технология): Учеб. Пос.-М.: ИАСВ, 2004.

5. Материаловедение в строительстве / Под ред. И.А. Рыбьева - М.: Издательский центр "Академия", 2006.

6. Бетоны. Материалы, технологии, оборудование: Справочник. Серия "Строитель". М.: Стройинформ, ФЕНИКС, 2006. - 424 с.

7. Ферронская А.В. и др. Лабораторный практикум по курсу "Технолгия бетонных и железобетонных изделий": Учебное пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 1988. - 224 с.

8. Современные строительные материалы и товары: Справочник. М.: "ЭКСМО", 2003.

9. Соловьев В.И. Бетоны с гидрофобизирующими добавками. - Алма-Ата: Наука, 1990. - 112 с.

10. Венюа М. Цементы и бетоны в строительстве / Пер. с франц.; Под ред. Б.А. Крылова. - М. 1980. - 445 с.

11. Шинтемиров К.С. Защита арматуры железобетонных конструкций от коррозии. - Алматы: КазГАСА, 1996. - 181 с.

12. Гусев Б.В., Демидов А.Д., Крюков Б.И. и др. Ударно-вибрационная технология уплотнения бетонных смесей. - М.: Стройиздат, 1982. - 149.

13. Дмитрович А.Д. Тепло- и массоперенос при твердении бетона в паровой среде. - М.: Стройиздат, 1967. - 243 с.

14. Добролюбов Г., Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. Прогнозирование долговечности бетона с добавками. - М.: Стройиздат, 1983. - 212 с.

15. Миронов С.А., Малинина Л.А. Ускорение твердения бетона. Пропаривание бетона в заводских условиях. - М.: Стройиздат, 1961. - 347 с.

16. Миронов С.А., Малинский Е.Н. Основы технологии бетона в условиях сухого жаркого климата. - М.: Стройиздат, 1991. - 538 с.

17. Николаев СВ. Сборный железобетон. Выбор технологических решений. - М.: Стройиздат, 1978. - 234 с.

18. Лещинский М.Ю. Испытание бетона. - М.: Стройиздат, 1980. - 360 с.

19. Малинина Л.А. Тепловлажностная обработка тяжелого бетона. - М.: Стройиздат, 1977. - 117 с.

20. Носенко Н.Я. Механизация и автоматизация изготовления арматуры для железобетонных конструкций. -- М.: Стройиздат, 1970. - 345 с.

21. Попов А.Н. Бетонные и железобетонные трубы. - М.: Стройиздат, 1973. - 265 с.

22. К.В. Михайлова, А.А. Фоломеева. Справочник по производству сборных железобетонных изделий. М.: Стройиздат, 1982. - 440 с.

23. Сизов В.Н., Киров С.А., Попов Л.Н. Технология бетонных и железобетонных изделий. М.: Стройиздат, 1972. - 518 с.

24. Технология изделий из силикатных бетонов. / Под ред. А.В. Саталкина / М: Стройиздат, 1972. - 344 с.

25. Попов Л.Н. Технология железобетонных изделий в примерах и задачах. М.: Высшая школа,1973. - 265 с.

26. СНиП 5.01.23 Типовые нормы расхода цемента при изготовлении бетонов сборных и монолитных ЖБК.

27. ГОСТ 22690.0 Бетон тяжелый. Общие требования к методам

28. ГОСТ 12730.0 Испытание бетонов. Общие требования к методам

29. ГОСТ 12730.1 Испытание бетонов. Плотность

30. ГОСТ 12730.1 Испытание бетонов. Влажность

31. ГОСТ 12730.1 Испытание бетонов. Водопоглощение

32. ГОСТ 12730.1 Испытание бетонов. Пористость

33. ГОСТ 12730.1 Испытание бетонов. Водонепроницаемость

34. Стефанов Б.В., Русанова Н.Г., Волянский А.А. Технология бетонных и железобетонных изделий. -- Киев; Вища школа, 1982. - 406 с.

35. Гершберг О.А. Технология бетонных и железобетонных изделий. - М.: Стройиздат, 1971 - 359 с.

Размещено на Allbest.ru