close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

4338 belov v. v. petropavlovskaya v. b. shlapakov yu. a laboratornie opredeleniya svoystv stroitelnih materialov

код для вставкиСкачать
В.Б.Петропавловская Ю.А. Шлапаков
свойств
ОПРЕДЕЛЕ НИЯ
СТРОИТЕЛЬНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
В.В. Белов
В.Б. Петропавловская
Ю.А. Шлапаков
ЛАБОРАТОРНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
СВОЙСТВ СТРОИТЕЛЬНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Допущено Министерством образования
Российской Федерации в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений, обучающихся
по направлению подготовки дипломированных
специалистов «Строительство»
Издательство Ассоциации строительных вузов
Москва
2011
Рецензенты:
кафедра «Строительство, строительные материалы и конструкции»
Тульского государственного университета
(зав.каф., советник РААСН, д.т.н., проф. А.А. Трещев);
генеральный директор ОАО «НОКОСТ» советник РААСН,
к.т.н., лауреат премии Совета Министров СССР,
почётный строитель России, заслуженный изобретатель РФ В.В. Цыро.
Белов В.В., Петропавловская В.Б., Шлапаков Ю.А.
Лабораторные определения свойств строительных материалов: Учебное пособие.
- М.: Издательство АСВ, 2011. - 176 с.
ISBN 978-5-93093-256-0
В пособии описаны испытания и методы определения свойств основных строительных
материалов и композиций для их изготовления в соответствии с действующими ГОСТами и
стандартизированными методиками. Практикум снабжен необходимым объемом справочных
данных. Приведены методические указания к двум самостоятельным и семи практическим
работам студентов по изучению важнейших групп строительных материалов, решению наибо­
лее часто встречающихся задач и расчетам состава основных композиций для изготовления.
Предназначено для студентов строительных специальностей высших учебных заведений,
преподавателей, инженеров-строителей и работников строительных лабораторий.
Под редакцией к.т.н., доцента В.В. Белова
Владимир Владимирович Белов
Виктория Борисовна Петропавловская
Юрий Абрамович Шлапаков
Компьютерная верстка:
ISBN 978-5-93093-256-0
А.Б. Гранит
О ООО «Издательство АСВ», 201 1
© Белов В.В., Петропавловская В.Б.,
Шлапаков Ю.А., 2011
Лш пярфоду J^jty716188 от 01.04.98.
ПоШігсанр қ.ле^ат^. 14-Q6. Г1. Формат 60x90/16.
Бумага офс. №1: Гарнитура Таймс. Печать офсетная.
I ҮслАІТ if.л. Тираж 500 э®. Заказ № 3318
і№ даіельетво Ассоциации строительных вузов (АСВ)
Ь
29337, Москва^ ярославское шоссе, 26, оф. 511
тел., факс: (499) 183-56-83, e-mail: iasv@mgsu.ru
Отпечатано в ППП «Типография «Наука»
121099, Москва, Шубинский пер., 6
ПРЕДИСЛОВИЕ
Учебное пособие составлено в соответствии с учебными программами
дисциплины «Материаловедение. Технология конструкционных материа­
лов (строительные материалы и изделия)» для подготовки студентов строи­
тельных специальностей вузов и содержит методические разработки к ла­
бораторным, практическим и самостоятельным работам по основным раз­
делам курса.
В процессе лабораторных работ студенты знакомятся с методами испы­
таний строительных материалов, учатся работать с учебной и справочной
литературой, определять важнейшие свойства строительных материалов, их
сорта и марки.
Типовые примеры решения задач по основным свойствам строительных
материалов, технологии минеральных вяжущих, бетона, керамических из­
делий, а также методики расчетов состава композиций для изготовления
тяжелого, в том числе мелкозернистого, бетона и строительного кладочного
раствора призваны обеспечить подготовку студентов по этим трудным и
практически важным аспектам курса.
Выполнение самостоятельных работ направлено на развитие творческо­
го мышления и профессиональных способностей студентов, умения решать
вопросы прикладного характера, делать самостоятельные выводы.
Все работы снабжены формами рабочих журналов или формами запи­
сей, а также необходимыми справочными данными. К лабораторным и са­
мостоятельным работам разработаны контрольные вопросы, а к практиче­
ским работам - контрольные задания, - для самоподготовки студентов и
проверки приобретенных ими знаний.
Предлагаемое учебное пособие может быть полезно преподавателям
строительных отделений вузов и строительных техникумов, инженерамстроителям и технологам, а также работникам строительных лабораторий
при определении свойств строительных материалов и композиций для их
изготовления.
Учебное пособие подготовлено коллективом авторов кафедры произ­
водства строительных изделий и конструкций Тверского государственного
технического университета.
Авторы выражают глубокую благодарность рецензентам книги профес­
сору А.А. Трещеву и генеральному директору ОАО «НОКОСТ» В.В. Цыро
за ценные замечания по содержанию пособия.
3
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ
Строительные материалы и конструкции воспринимают те или иные
нагрузки и подвергаются воздействию окружающей среды. Поэтому строи­
тельные материалы должны обладать комплексом определенных показате­
лей свойств, например, достаточной прочностью, способностью сопротив­
ляться физическим и химическим воздействиям среды: воздуха и содержа­
щихся в нем паров и газов, воды и растворенных в ней веществ, колебаниям
температуры и влажности, совместному воздействию воды и мороза и т.п.
Важнейшими свойствами строительных материалов, определяющими
их долговечность и надежность, являются физические и механические
свойства.
Физические свойства материала характеризуют его строение или отно­
шение к физическим воздействиям окружающей среды. Физические свой­
ства разделяются на:
1) удельные характеристики состояния и структурные характеристики
(истинная плотность, средняя плотность, насыпная плотность; общая, от­
крытая и закрытая пористость);
2) свойства материалов по отношению к действию воды, или гид­
рофизические свойства (влажность, водопоглощение и другие), а также к
одновременному действию воды и мороза (морозостойкость);
3) свойства материалов по отношению к действию тепла или холода,
т.е. теплофизические свойства (теплопроводность, теплоемкость, огнеупор­
ность, огнестойкость и другие).
Механические свойства строительных материалов характеризуют спо­
собность материала сопротивляться разрушающему или деформирующему
воздействию внешних сил или внутренних напряжений.
Механические свойства разделяют на деформативные (упругость, пла­
стичность и другие) и прочностные (пределы прочности при сжатии, рас­
тяжении, изгибе, скалывании; ударная прочность или сопротивление удару;
сопротивление истиранию).
Лабораторные работы, относящиеся к данному разделу, содержат мето­
дики определения основных физических и механических свойств материа­
лов в основном применительно к испытаниям каменных материалов и пре­
жде всего бетона.
4
Лабораторная работа №1
Определение физических свойств строительных материалов
7. Определение истинной плотности
Истинная плотность - масса единицы объема материала в абсолютно
плотном состоянии, т.е. без пор и пустот. Истинная плотность р (г/см3,
кг/м3) вычисляется по формуле
p = miV^
( 1. 1)
где т - масса материала; Va- объем материала в абсолютно плотном состоянии.
Истинную плотность материала определяют либо с помощью специ­
альной стеклянной колбы - объёмомера Ле-Шателье, вместимостью 120150 см3, либо с помощью пикнометра - колбы точного объема, обычно вме­
стимостью 100 см3.
Для определения истинной плотности каменного материала с помощью
объёмомера Ле-Шателье из отобранной и тщательно перемешанной пробы
отвешивают 200-220 г. Кусочки отобранной пробы сушат в сушильном
шкафу при температуре (110±5)°С до постоянной массы; затем их тонко
измельчают в агатовой или фарфоровой ступке. Полученный порошок про­
сеивают через сито с сеткой № 02 (размер ячейки в свету 0,2x0,2 мм). Отве­
сив в фарфоровой чашке навеску около 180 г просеянного порошка, его
снова высушивают при температуре (110±5)°С, а затем охлаждают до ком­
натной температуры в эксикаторе, в котором порошок хранят до проведе­
ния испытания. Объёмомер наполняют до нижней нулевой черты жидко­
стью (водой, безводным керосином или спиртом), инертной по отношению
к порошку материала.
После этого свободную от жидкости часть (выше черты) тщательно
протирают тампоном из фильтровальной бумаги. Затем объёмомер 4 поме­
щают в стеклянный сосуд 5 с водой и термометром 3 (рис. 1.1). Вода имеет
температуру 20°С (температура, при которой градуировали его шкалу). В
воде объёмомер остается все время, пока идет испытание. Чтобы объёмо­
мер в этом положении не всплывал, его закрепляют на штативе 1 так, чтобы
вся градуированная часть шейки находилась в воде.
От подготовленной пробы, находящейся в эксикаторе, отвешивают с
погрешностью до 0,01 г на технических весах 80 г порошка материала и
высыпают его ложечкой через воронку 2 в прибор небольшими порциями
до тех пор, пока уровень жидкости в нем не поднимется до черты с делени­
ем 20 см3 или до черты в пределах верхней градуированной части прибора.
Разность между конечным и начальным уровнями жидкости в объёмомере
показывает значение объема порошка, всыпанного в прибор. Остаток по­
рошка взвешивают. Масса порошка, высыпанного в объёмомер, будет равна
разности между результатами первого и второго взвешиваний.
5
Истинная плотность материала (г/см3)
Р ~ ( т х - m 2)/Va,
(1.2)
где т 1- навеска материала до опыта, г; /и2 f остаток от навески, г; Va- объем
жидкости, вытесненной навеской материала (объем порошка в
объёмомере), см .
. ,
‘,
Истинную плотность материала вычисляют с округлением до 0,01 г/см3
как среднее арифметическое двух определений, расхождение между кото­
рыми не должно превышать 0,02 г/см3.
Рис. 1.1. Прибор для определения истинной плотности
Результаты опытов записывают в табл. 1.1.
Таблица 1.1.
Результаты определения истинной плотности с помощью объёмомера Ле-Шателье
Наимено­
№
Первона­
Масса
Объем
Истин­
Сред­
вание
опы­
чальная
остатка,
вытес­
ная
нее
материала
та
масса
г
ненной
плот­
значе­
пробы, г
жидкости,
ность,
ние,
см
г/см3
г/см3
0 І
Для определения истинной плотности материала с помощью пикномет­
ра используют предварительно высушенную и измельченную пробу около
30 г. Ее разделяют на две части. Каждую часть засыпают отдельно в заранее
высушенный и взвешенный пикнометр. Затем определяют массу пикномет­
ра с материалом.
В пикнометр заливают дистиллированную воду, примерно на 1,5-2 см
выше уровня материала, ставят на водяную или песчаную баню в наклон­
ном положении и кипятят в течение 15-20 минут для удаления пузырьков
воздуха.
После этого пикнометр охлаждают до комнатной температуры, доли­
вают водой до метки (по нижнему мениску), вытирают и взвешивают с по­
грешностью до 0,01 г. Пикнометр освобождают от содержимого, промыва­
ют и заполняют дистиллированной водой до риски и снова взвешивают.
6
Истинную плотность материала вычисляют по формуле
( т . - т 2) р В
(1.3)
Р
т 1 т2 + т3 т
где гп\ - масса пикнометра с порошком, г; т2~ масса пустого пикнометра, г;
яіз - масса пикнометра с дистиллированной водой, г; /я4 - масса пикнометра
с порошком и дистиллированной водой, г; р в - плотность воды (принима­
ется равной 1 г/см3).
Истинную плотность вычисляют как среднее арифметическое двух оп­
ределений, расхождение между которыми не должно превышать 0,02 г/см3.
Результаты опытов заносят в табл. 1.2.
Таблица 1.2.
Результаты определения истинной плотности с помощью пикнометра
ев
ев
X
D.
с—
ев
5
и
X
X
ев
со
О
X
о
S
S
ев
X
2.
формы
O'
с
во
о
н
3с
о
о
ев
cL
S
S
о О
X
и
Xа
о
ев о.
О
о
ев
1
э(D
S
О
X
X
с
оU гч
о
н
о
с
ев
о
осв
о
X5
Х
о Э
св О
е*
О
со
(U>Х
о оX
X
X
2 св
X
ев
с О
ев О.
о X
о
ев
2
■
1 X
о св
с 0
о О
С- U
св X
тГ
5
р*
5
X >х
S Р
о
О
X
а е* О
X X СО
с
эх
св s о
О о X
о а
ев а
о
о.
Ь
ь
Xп
>Х
О
о
с
А
н
о
о S
о
X
н
о
•ч
ев
к 3
о
CL
X
н
о
£
га
X
X
X
н
о о
XU
оX с»
XX
Н
3св* оо
X
X
СО он
<
и
о
X
аQ.>
и
Определение средней плотности образцов правильной геометрической
Средняя плотность - масса единицы объема материала в естественном
состоянии, т.е. вместе с порами и пустотами. Средняя плотность р0 (г/см3,
кг/м ) вычисляется по формуле
ро Щт / V q,
(1.4)
где т - масса материала; VQ- объем материала в естественном состоянии.
Для определения плотности" используют образцы материала в форме
куба, параллелепипеда или цилиндра.
Образцы измеряют с необходимой точностью штангенциркулем или
металлической линейкой (в зависимости от размера образцов), вычисляют
их объем, после чего взвешивают на технических весах. Каждую грань об­
разца кубической или близкой к ней формы измеряют в трех местах, как
показано на рис. 1.2а. За окончательный результат принимают среднее
арифметическое трех измерении каждой грани.
1
Для краткости допускается вместо термина «средняя плотность» применять термин «плот­
ность».
“'
5 "■ •'
'' v
7
Рис. 1.2. Схемы измерения объема образцов правильной геометрической формы
На каждой из параллельных плоскостей образца цилиндрической фор­
мы проводят два взаимно перпендикулярных диаметра (d\, d2, d}, d4) и из­
меряют их длину; кроме того, измеряют диаметры средней части цилиндра
(d$, d(,) в середине его высоты (рис. 1.26). За окончательный результат при­
нимают среднее арифметическое шести измерений диаметра. Высоту ци­
линдра определяют в четырех местах (Аь h2, А3, я4) и за окончательный ре­
зультат принимают среднее арифметическое четырех измерений.
Образцы любой формы со стороной размером до 100 мм измеряют с по­
грешностью до 0,1 мм, размером 100 мм и более - с погрешностью до 1 мм.
Образцы массой менее 500 г взвешивают с погрешностью до 0,1 г, а
массой 500 г и более —с погрешностью до 1 г.
Объем образца (см3), имеющего вид куба или параллелепипеда,
V
’ О - аи ср •иЪер -Һ
п ср»
(1.5)
где Оср, bcp, hep - средние значения размеров граней образца, см.
Объем образца цилиндрической формы (см3)
( 1.6)
где л =3,14;
- средний диаметр цилиндра, см;
- средняя высота ци­
линдра, см.
Зная объем и массу образца, по формуле (1.4) вычисляют его среднюю
плотность. Среднюю плотность материала вычисляют как среднее арифме­
тическое трех ее значений для различных образцов.
Результаты опытов заносят в табл. 1.3.
8
Таблица 1.3.
Результаты определения средней плотности образцов правильной
_________________ геометрической формы______________________
Наименование
Масса
Размеры
Объем, см3
Средняя
материала
образца
образца, см
плотность
г
а
Ь
Һ
г/см3 кг/м
3. Определение плотности образцов неправильной геометрической
формы
При определении плотности образцов неправильной формы используют
метод, основанный на измерении с помощью объёмомера объема вытес­
ненной образцом из сосуда жидкости, в которую образец погружают, или
метод гидростатического взвешивания.
Определение плотности с помощью объёмомера
Этот прибор (рис. 1.3) представляет собой цилиндр 1 диаметром 150 и
высотой 350 мм с впаянной на высоте 250 мм латунной трубкой 2 диамет­
ром 8-10 мм, имеющей загнутый вниз конец. Объёмомер наполняют водой
несколько выше трубки и ждут, пока избыток воды стечет, затем под труб­
ку подставляют взвешенный стакан 4.
Рис. 1.3. Объёмомер
Рис. 1.4. Взвешивание образца
на гидростатических весах
Образец 3 высушивают, взвешивают, а затем парафинируют, т. е. по­
крывают с помощью кисти тонким слоем расплавленного парафина. После
того как парафин застынет, образец осматривают, удаляют обнаруженные
на парафиновой пленке пузырьки или трещины, заглаживая нагретой ме­
таллической проволокой или пластинкой. После парафинирования образец
перевязывают прочной нитью и вторично взвешивают.
При погружении испытуемого образца в объёмомер вытесняемая вода
будет вытекать из трубки в стакан. После того как падение капель из трубки
9
прекратится, стакан с водой взвешивают и определяют массу вытесненной
воды.
Плотность образца вычисляют следующим образом. Сначала опреде­
ляют объем парафина (см3), затраченного на покрытие образца
К = (mi - т) / рп,
(1.7)
где т — масса сухого образца, г; тх— масса образца, покрытого парафином,
г; рп — плотность парафина, равная 0,930 г/см3.
После этого вычисляют плотность образца (г/см3)
p0=m / ( V l - Vn),
(1.8)
где т — масса сухого образца, г; V\ — объем образца с парафином, численно
равный массе воды, вытесненной образцом, см ; Vw — объем парафина, см3.
Результаты опытов заносят в табл. 1.4.
Таблица 1.4.
Результаты определения средней плотности образцов неправильной геометрической
формы с помощью объемомера
Наиме­
Масса
Масса
Объем
Объем
Средняя
Среднование
образца
образца,
образца
пара­
няя
плотность
матери­
т, г
покрыто­
с пара­
фина
плот­
материа­
ала
го пара­
фином
ность
ла, г/см3
К , CM3
фином Ш\,
V,, см3
образ­
г
ца,
г/см
Определение плотности методом гидростатического взвешивания.
Согласно закону Архимеда на тело, находящееся в жидкости, действует
выталкивающая сила, равная весу вытесненной жидкости. Так как в качест­
ве жидкости используется вода, плотность которой равна 1 г/см3, то объем
образца будет численно равен выталкивающей силе, рассчитанной как раз­
ность веса образца на воздухе и в воде.
Сухой образец неправильной формы взвешивают на технических весах,
затем парафинируют и снова взвешивают. После этого его подвешивают на
тонкой нити к крючку приспособления, закрепленного на левом конце ко­
ромысла гидростатических весов (рис. 1.4).
Массу образца уравновешивают гирями, устанавливая их на правую
чашку. Образец погружают в стакан с водой так, чтобы он не касался сте­
нок и дна (при этом равновесие весов нарушается), весы снова уравновеши­
вают, сняв с правой чашки часть гирь, и определяют вес образца в воде.
При этом плотность образца (г/ см3)
р0 = /и/(от, - т2 - (тг т)/ рП),
(1.9)
где т - масса сухого образца, г; тх - масса образца, покрытого парафином
на воздухе, г; тг - вес образца в воде, г; р„ - плотность парафина, равная
0,93 г/см3.
10
Плотность материала вычисляют как среднее арифметическое опреде­
лений плотности трех-пяти образцов в г/см3 .
Результаты опытов заносят в табл. 1.5.
Таблица 1.5.
Результаты определения средней плотности образцов неправильной геометрической
формы методом гидростатического взвешивания
I Наимено­
Масса
Масса об­
Вес образца
Средняя
Средняя
вание
образца
разца, пок­
с парафи­
плотность плотность
матери­
т, г
рытого па­
ном в воде
образца,
материала,
ала
рафином на
г/см3
г/см3
т2, г
воздухе т\, г
4. Определение пористости
Пористость (общая) 77 - степень заполнения материала порами:
n = V J V о,
j
(1.10)
где Vn - объем пор в материале; V0 - объем материала в естественном
состоянии.
Открытая пористость 770 определяется как отношение суммарного
объема пор, насыщающихся водой, уШ к объему материала V0, т.е.
77О = УПВООД/ К* ,
(1.11)
v
у
Закрытая пористость 773:
Я 3 = Я - Я 0.
( 1. 12)
Существует два способа определения общей пористости: эксперимен­
тальный и экспериментально-расчетный.
Экспериментальный (прямой) способ основан на замещении порового
пространства в материале сжиженным гелием и требует сложной аппара­
туры для испытаний.
Экспериментально-расчетный метод определения пористости исполь­
зует найденные опытным путем значения истинной плотности материала р
и его средней плотности р0 в сухом состоянии. Пористость 77 (%) вычисля­
ют по формуле
# = П - — > 100.
О-13)
Р
Открытую пористость 77ок (%) определяют по формуле
Яок= В<г>
где В0—объемное водопоглощение материала, % (см. п.6).
Закрытую пористость 773(%) вычисляют по формуле (1.12).
Результаты вычислений пористости материала заносят в табл. 1.6 .
11
(1*14)
Наименование
материала
Таблица 1.6
Результаты вычислений пористости материала_____________
Закрытая порис­
Общая порис­
Открытая порис­
тость образца, %
тость образца, %
тость образца, %
ш
5. Определение влажности
Влажность материала характеризуется тем количеством воды, которое
содержится в порах и адсорбировано на поверхности образца.
Влажность образца W (%) вычисляется по формуле
{■
I
Г*
w = m‘~m‘.100,
о - 15)
где тв - масса влажного образца, г; тс - масса сухого образца, г.
Влажность бетона определяют по образцам или пробам, полученным
дроблением образцов после их испытания на прочность. Размер кусков по­
сле дробления должен быть не больше 5 мм. Путем квартования отбирают
пробу 100 г, которую сушат при температуре (105±5)°С до постоянной мас­
сы. Чтобы установить в процессе высушивания достижение пробой посто­
янной массы, производят взвешивания не менее чем через 4 часа. Массу
считают постоянной, если разница между повторными взвешиваниями ока­
залась не более 0,1 %. Влажность образца вычисляют по формуле (1.15).
Результаты опытов заносят в табл. 1.7.
Таблица 1.7
Результаты определения влажности образца мате риала
Наименование
Масса пробы в со­
Масса пробы в
Влажность об­
материала
стоянии естествен­
сухом состоя­
разца, %
ной влажности, г
нии, г
6. Определение водопоглощения
Водопоглощение - это способность материала впитывать и удерживать
в порах воду. Определяют водопоглощение по массе и объему.
я
Водопоглощение по массе Вм (%) вычисляют по формуле
Bм
h = 4 lZ 3 l . 100,
(1.16)
т с
где тИ- масса насыщенного водой образца, г; тс - масса сухого образца, г.
Водопоглощение по объему В0 (%) - степень заполнения объема
материала водой, характеризующую в основном его открытую пористость,
— вычисляют по формуле
12
g
^ Z i^ .io o ,
(1.17)
I
3
Рш'Ко
где V0 - объем образца, см ; рв - плотность воды (1 г/см3).
Зная водопоглощение по массе Вм и плотность р0, можно рассчитать
водопоглощение по объему
во
р° -юо.
(1.18)
р.
Испытание производят на образцах в виде кубов с ребром 100 или 150
мм или в виде цилиндров, имеющих такие же диаметр и высоту. Допуска­
ется определение водопоглощения материала на образцах, имеющих непра­
вильную геометрическую форму и массу не менее 200 г. Образцы высуши­
вают до постоянной массы, а затем помещают в емкость, наполненную во­
дой с таким расчетом, чтобы уровень воды в емкости был выше верхнего
уровня уложенных образцов примерно на 50 мм. При этом образцы укла­
дывают на прокладки так, чтобы высота образца была минимальной. Тем­
пература воды в емкости должна быть (20±2)°С.
Образцы взвешивают через каждые 24 ч насыщения водой с погрешно­
стью не более 0,1 г. При каждом взвешивании образцы, вынутые из воды,
предварительно вытирают отжатой влажной тканью. Массу воды, вытек­
шую из пор образца на чашку весов, следует включать в массу насыщенно­
го образца. Насыщение водой производят до тех пор, пока результаты двух
последовательных взвешиваний будут отличаться не более чем на 0,1 г.
Водопоглощение по массе и объему вычисляют по формулам (1.16) - (1.18).
Водопоглощение материала определяют также методом кипячения об­
разцов. При этом образцы кипятят в сосуде с водой. Объем воды должен не
менее чем в два раза превышать объем установленных в нем образцов. По­
сле каждых 4 ч кипячения образцы охлаждают в воде до комнатной темпе­
ратуры, обтирают влажной отжатой тканью и взвешивают. Испытание про­
изводят до тех пор, пока результаты двух последовательных взвешиваний
будут отличаться не более чем на 0,1 %. Расчет водопоглощения ведут по
указанным выше формулам.
Результаты опытов заносят в табл. 1.8.
Таблица 1.8
Результаты определения водопоглощения образца материала_________
Наименование
Масса
Масса образ­
Объем
Водопоглощение
материала
сухого
ца, насыщен­
образца,
образца, %
образца, г
ного водой, г
см
по массе
13
по
объему
Контрольные вопросы
1. Что такое истинная плотность материала, от чего она зависит, как оп­
ределяется?
2. Почему для определения истинной плотности каменный материал
измельчают?
3. Что общего и что разного между истинной и средней плотностью ма­
териала?
4. Что такое средняя плотность материала, от чего она зависит, как
определяется?
5. Что такое и как определяется общая, открытая и закрытая пористость
материала?
6 . Какая существует зависимость между водопоглощением по объему и
общей пористостью материала? Всегда ли эта зависимость справедлива?
7/Какое влияние оказывает открытая и закрытая пористость на морозо­
стойкость материала?
8 . Какое влияние оказывает открытая и закрытая пористость на тепло- и
звукопроводность материалов?
9. Что такое и как определяется влажность материала?
10. Что такое водопоглощение материала, от чего оно зависит, как оп­
ределяется?
а
0
І
14
Лабораторная работа №2
Определение механических свойств материалов
7. Определение предела прочности на сжатие
Прочность — свойство материала сопротивляться разрушению под дей­
ствием внутренних напряжении, вызванных внешними силами или другими
факторами (стесненной усадкой, неравномерным нагреванием и т.д.).
Прочность материала оценивают пределом прочности (временным сопро­
тивлением), определенным при данном виде деформации. Для хрупких ма­
териалов (природных каменных материалов, бетонов, строительных рас­
творов, кирпича и др.) основной прочностной характеристикой является
предел прочности на сжатие.
Предел прочности на осевое сжатие /?сж [МПа (кгс/см2)] равен частному
от деления разрушающей силы Рразр [Н(кгс)] на первоначальную площадь
поперечного сечения F [мм2 (см2)] образца (куба, цилиндра, призмы):
(1Л9>
Для определения предела прочности на сжатие образцы материала под­
вергают действию сжимающих усилий и доводят до разрушения. Испытуе­
мые образцы должны иметь правильную геометрическую форму (куб, па­
раллелепипед, цилиндр). Образцы из бетона в форме кубов могут быть сле­
дующих размеров: 70x70x70, 100x100x100, 150x150x150, 200x200x200,
300x300x300 мм.
Для испытания образцов материала на сжатие применяют гидравличе­
ские прессы и универсальные испытательные машины. Перед испытанием
образец взвешивают и обмеряют. Затем его устанавливают на нижнюю
опорную плиту пресса точно по ее центру, а верхнюю опорную плиту с по­
мощью винта опускают на образец. Убедившись в правильности установки
образца, включают насос пресса и прикладывают к образцу нагрузку, регу­
лируя скорость ее нарастаңия (обычно в секунду 0,5-1 МПа (5-10 кгс/см2). В
момент разрушения образца, т.е. в момент наибольшей нагрузки, стрелка,
связанная с силоизмерительным устройством пресса, остановится и начнет
двигаться обратно. Разрушающую нагрузку фиксируют с помощью второй
регистрирующей стрелки, которая, будучи отклонена по шкале вместе с
первой стрелкой, после ее возвращения в исходное положение остается на
месте и показывает значение максимальной нагрузки на образец.
Предел прочности на сжатие образца вычисляют по формуле (1.19),
причем в эту формулу, как указано в соответствующих ГОСТах на испыта­
ние различных строительных материалов, обычно вводят различные коэф­
фициенты, в т.ч. масштабный коэффициент перехода к прочности образцов
базового размера, коэффициент, учитывающий влажность образца, и дру­
гие. Например, при испытании тяжелого бетона базовым образцом является
куб размерами 150x150x150 мм, для которого масштабный коэффициент
равен 1. При длине ребра куба 70, 100, 200 и 300 мм предел прочности рас-
v Н В І.
is
считывают, пользуясь соответственно масштабными коэффициентами 0,85;
0,95; 1,05 и 1,10.
Иногда для определения усилий, действующих на испытываемый обоазец, на прессе устанавливают манометр, показывающий давление масла в
цилиндре (кгс/см2). Тогда, зная площадь поршня и давление на 1 см2 его
поверхности и умножив величину давления на величину площади поршня,
можно определить усилие Рра3р9 действующее на образец и разрушающее
его.
Зная площадь F образца, на которую действует разрушающая нагрузка,
по формуле (1.19) можно вычислить предел прочности на сжатие (в кгс/см2
или МПа).
Результаты опытов заносят в табл. 1.9.
Таблица 1.9.
Результаты определения предела прочности на сжатие образца материала
Наи­
Раз­
Площадь
Разру­
Предел
Масшта­
Предел
мено­ меры
попереч­
шающая прочности
бный
прочности
вание
об­
ного
нагруз­
на сжатие
коэф­
на сжатие
мате­ разца,
сечения
ка Рразр,
в
, МПа
фициент
базового
дЧж
риала
см
образца Ғ ,
кН
образца,
см2»
МПа
2. Определение предела прочности на растяжение при изгибе
Предел прочности на растяжение при изгибе RKзг [МПа (кгс/см2)] опре­
деляют по следующим формулам:
- при одном сосредоточенном грузе, расположенном посередине образ­
ца балочки прямоугольного сечения, (рис. 1.5а):
/ с = - * * ' 1. ,
2 • ь- Һ
( 1.20)
- при двух одинаковых грузах, расположенных на одинаковом расстоя­
нии от середины балочки, (рис. 1.56):
= 3:
•k I а )
•■ А • 2'b-h2 ’
r
( 1.21 )
где Рразр — разрушающая нагрузка, Н (кгс); / — расстояние между опорами
балочки, мм (см); Ъ и Һ — ширина и высота балочки в поперечном сечении,
мм (см); а —расстояние между двумя грузами, мм (см).
1 ,
При а — —• / формула (1.21) упрощается:
p i
Қт = ~ГТТ’
и •Һ
16
( ‘ 22)
Предел прочности на растяжение при изгибе определяют на гидравли­
ческом прессе при помощи специального приспособления или на приборе
МИИ-100. При испытании образец устанавливают на опорные валики при­
способления или опоры прибора МИИ-100 так, чтобы его грани, располо­
женные при изготовлении горизонтально, находились в вертикальном по­
ложении, и нагружают до разрушения.
Рис. 1.5. Схемы испытаний на изгиб:
а) при одном сосредоточенном грузе; б) при двух одинаковых грузах
Расчет предела прочности на растяжение при изгибе производят по
формулам (1.20-1.22). Предел прочности на растяжение при изгибе стан­
дартных образцов-балочек на приборе МИИ-100 указывается счетчиком.
Результаты опытов заносят в табл. 1.10.
Таблица 1.10.
Результаты определения предела прочности на растяжение при изгибе образца
материала______________________________
Наиме
Схема
Размеры
Предел
Масштаб­
Предел
ноприложе­
образца,
прочности на
ный
прочности на
вание
ния
см
растяжение
коэффи­
растяжение
мате­
нагрузки / Ъ Һ
при изгибе
циент
при изгибе
риала
образца
базового
~ АRХИЗГ , МПа
образца, МПа
3. Определение ударной прочности
Динамической или ударной прочностью называют свойство материала
сопротивляться разрушению при ударных нагрузках. Она характеризуется
количеством работы, затраченной на разрушение стандартного образца,
отнесенной к единице объема (Дж/см ).
Испытание образцов материала на удар обычно проводят на копрах.
Копер (рис. 1.6) для проведения испытания образцов в виде цилиндров
диаметром и высотой 25 мм представляет собой массивную металлическую
опору с двумя закрепленными в ней {заправляющими стержнями 2 .
Внизу копра имеется наковальни 1 массой 50 кг, Заделанная в фундамент. На наковальне устанавливают испытываемый образец 5 По метаплиШІ
Wк | А - I |
*4
А
*
А
•
I ■
ческим направляющим передвигается стальная гиря 3 массой 2 кг. Гиря
ударяет по образцу через подбабок 4 со сферической поверхностью ра­
диусом 1 см, соприкасающийся с образцом. Удары должны приходиться
точно в центр верхней плоскости образца. Первый удар наносят с высоты 1
см, второй - с 2 см, третий - с 3 см и т.д. до разрушения образца, т.е. до
появления первой трещины.
Показателем сопротивления образца удару слу­
жит порядковый номер удара, предшествующий раз­
рушению. Так, если первая трещина появилась после
24-го
удара
с
высоты
24
см,
то
считают,
что
проч­
2
2
ность материала на удар составляет 23. Каменный
материал признаётся хорошо сопротивляющимся
удару при показателе, равном 16 и выше, и плохо
сопротивляющимся удару при показателе, равном 8
и ниже.
Для сопоставления полученной величины с ре­
зультатами испытания на копрах других систем вы­
числяют работу А [кгс см/см3(Дж/см3)], затраченную
на разрушение образца, отнесенную к его объему V
Рис. 1.6. Копер для
(см ).
испытания цилин­
Подсчет ведут по формуле
дрических образ­
цов на удар
А=
Р •(1 + 2 + 3 +... + п) 5
(1.23)
V
где Р масса гири, кг; п — порядковый номер удара, разрушившего образец; V объем образца, см3.
Результаты опытов заносят в табл. 1.11.
Таблица 1.11.
Результаты определения ударной прочности образца материала
Наименование Размеры Объем Масса
Порядковый
Ударная
материала
образца, образца
гири
номер удара,
прочность
см
Р, кг
V,С| см3
разрушившего
А, Дж/см3
образец п
4. Определение показателя истираемости
Показатель истираемости показывает стойкость материала к абразив­
ному износу. Он оценивается потерей массы материала, отнесенной к еди­
нице его площади, или уменьшением толщины материала. Чем выше пока­
затель истираемости, тем менее износостоек материал. Наибольшее значе­
ние показатель истираемости имеет для строительных материалов, подвер­
гающихся соответствующим воздействиям, например, для дорожных и
напольных покрытий и т.п.
18
Показатель истираемости строительных материалов определяют специ­
альными приборами, конструкция которых зависит от вида материала. Так,
полимерные материалы для полов испытывают с помощью шлифовальной
шкурки, входящей в состав прибора, а каменные материалы (бетоны, рас­
творы, природный камень, керамическую плитку) — на кругах истирания с
использованием шлифовальных порошков (кварцевый песок).
Сопротивление истиранию — это способность материала сопротивлять­
ся изменению объема или массы под действием истирающих усилий.
Показатель истираемости материала И (г/см ) устанавливают по формуле
I
Я = т ~ т\ .
F
(1.24)
где т — масса образца до истирания, г; ту — масса образца после истира­
ния, г; F — площадь истирания, см2.
Для определения истираемости применяют специальные приборы —
круги истирания (рис. 1.7). Прибор состоит из чугунного диска 1, который
вращается на вертикальной оси со скоростью 30 об/мин. Частота вращения
фиксируется имеющимся счетчиком. Над диском имеются два зажимных
приспособления 2 для закрепления в них испытуемых образцов 3. Оси за­
жимов находятся на расстоянии 22 см от центра диска. С помощью специ­
ального приспособления образец прижимают к поверхности круга с силой
6 Н на 1 см площади образца. Над диском на станине укреплены два бачка
4 для автоматической подачи истирающего порошка и два бачка для воды,
которая необходима в случаях испытания влажных образцов.
Рис. 1.7. Машина для определения истираемости образцов
У зажимов установлены щетки для сметания в железный кожух исти­
раемого материала. В качестве истирающего порошка применяют наждак
или корунд крупностью около 0,5 мм. Расход истирающего порошка дол­
жен быть 20 г/мин.
Образцы должны быть правильной геометрической формы, высотой не
менее 5-7 см, площадью не менее 40-50 см2. В случае меньшей высоты об­
разец наклеивают на деревянную пластинку для получения требуемой об­
щей высоты в 5-7 см.
19
Si
Перед испытанием образец взвешивают с погрешностью до 0,1 г. Затем
образец устанавливают на круг истирания так, чтобы истиралась его ниж­
няя грань.
При отсутствии у круга истирания бачков для автоматической подачи
истирающего порошка на диск прибора равномерным слоем насыпают пер(20± 1) г шлифзерна (на --Ж
----- + '
;га-»гд а
каждые ЩШЩ_|__ I Зоротов диска на приборе ЛКИ-2 или
ЛКИ-3) истирающий диск останавливают. С него удаляют остатки абразив­
ного материала, насыпают новую порцию абразива и снова включают при­
бор. Указанную операцию повторяют 5 раз, что составляет 1 цикл испыта­
ний (150м пути).
После каждого цикла испытаний образец вынимают из гнезда, повора­
чивают на 90° в горизонтальной плоскости и проводят следующие циклы
для каждого
(общий путь истирания равен 600 м).
истираемости
После испытания образец взвешиваю!
вычисляют по формуле (1.24).
Результаты опытов заносят в табл. 1.12.
Таблица 1.12
------------------------------------------- --
------w
Результаты определения показателя истираемости образца материала
Показатель
Наименование
Размеры
Масса
Площадь
Масса
материала
истираемо­
образца,
образца
истирания образца
сти образца
см
после
F, см^
до ис­
Я, г/см2
тирания истирания
/я, г
ти г
Контрольные вопросы
1. Как определяется предел прочности на сжатие материала?
2. Как влияют на результаты определения прочности на сжатие размеры
образца и параметры испытания (скорость нагружения, состояние опорных
поверхностей)?
3. Как определяется разрушающая сила и предел прочности на сжатие
при испытании образца на прессе, снабженном манометром для измерения
давления в гидросистеме пресса?
4. Какие экспериментальные данные необходимы для определения
прочности при изгибе?
5. Чем характеризуется и как определяется ударная прочность материа­
ла?
6 . Как вычисляется работа, затраченная на разрушение образца, при ис­
пытании на ударную прочность?
7. Как определяется показатель истираемости материала?
20
Практическая работа №1
Решение задач по основным свойствам материалов
Знание основных свойств строительных материалов дает возможность
рационально использовать их, а также производить инженерно-технические
расчеты в строительстве.
Так, например, по известным значениям истинной и средней плотности
материала можно рассчитать его пористость, что позволяет составить дос­
таточно полное представление о прочности, водопоглощении, теплопро­
водности и других свойствах материалов и на этом основании решать во­
прос о их применении в тех или иных конструкциях и сооружениях.
Величины средней и насыпной плотности строительных материалов
необходимы для расчета нагрузок, для определения массы конструкций и
сооружений, для транспортных расчетов, для выбора емкости складских
помещений и т.п.
Расчеты прочности и устойчивости конструкций и сооружений невоз­
можны без данных о прочности применяемых материалов. Невозможен
прогноз их долговечности без знания таких свойств материалов как отно­
шение к влаге, смене температур, к воздействию окружающей среды и т.д.
Ниже даются примеры таких расчетов, основанных на знании основных
свойств строительных материалов.
Задача 1. Горная порода имеет истинную плотность 2,5 г/см3. Опреде­
лить пористость образца породы, если известно, что его водопоглощение по
объему в 1,7 раза больше водопоглощения по массе.
Решение. Отношение водопоглощения по объему к водопоглощению по
массе материала равно его средней плотности, т.е.
г
= Ро
Следовательно, средняя плотность образца горной породы р0= 1,7 г/см3.
Порисуость образца П (%) породы:
I
п = ( 1 - —) 100,
■:
р
где р - истинная плотность материала.
Отсюда
.-
П = ( 1 - — > 100 = 32%
2,5
■•
t
”
Ответ: пористость образца горной породы 32%.
Задача 2. Масса образца легкого бетона в сухом состоянии равна 1Г8 f,
а после парафинирования - 120 г. Образец, покрытый парафином, вытесня­
ет из объемомера 98 г воды. Рассчитать коэффициент теплопроводности
бетона.
21
Решение. Сначала определяем объем парафина V„ (см3), затраченного
на покрытие образца, по формуле
Vn =(m i - m ) / c u,
гдепіі - масса образца покрытого парафином, г; m - масса сухого образца,
г; рп - плотность парафина, равная 0,930 г/см3.
Vn = (120-118)/0,930 = 2,15 см3.
Вычисляем среднюю плотность образца с (г/см3) по формуле
где V 1 - объем образца с парафином, численно равный массе воды, вытес­
ненной образцом, см3; т.е.
Ро = 1 1 8 /9 9 8 -2 ,1 5 ) = 1,23 г /с м 3
Коэффициент теплопроводности бетона л [Вт/(м °С)] рассчитываем по
формуле В.П. Некрасова
А. = 1,16• д/0,0196 + 0 ,2 2 • pi - 0 ,1 6 = '
1,16 •^0,0196 + 0,22 •1,232 1 0,16 = 0,53 В т/(м С)
Ответ: коэффициент теплопроводности бетона равен 0,53 Вт/(м°С).
,
Задача 3. Бетонный кубик с размером ребра 15 см разрушился при ис­
пытании на гидравлическом прессе при показании манометра 9,5 МПа.
Определить предел прочности бетона при сжатии, если площадь порш­
ня пресса равна 570 см2.
Решение. Предел прочности при осевом сжатии R С<Й
(МПа)
вычисляетС
ся по формуле
К ш = ^разр І Л
где Рразр - разрушающая сила, Н; F - площадь поперечного сечения образ­
ца, м м .
.
,
Для определения разрушающей силы Рразр в Н необходимо показание
манометра в МПа в момент разрушения кубика умножить на площадь
поршня в мм2, т.е.
Рразр 9,5 • 57000 541500 Н.
Предел прочности бетона при сжатии равен
541500 _
»
R
„
=
—
-----=
24,1
МПаи , ли л,,., . .
■
22500
Ответ: Предел прочности бетона при сжатии равен 24,1 МПа.
1
1
22
Контрольные задания
1. Масса образца камня в сухом состоянии равна 50 г. Определить мас­
су образца после насыщения его водой, а также его истинную плотность,
если известно, что водопоглощение образца по объёму равно 18 %, а порис­
тость - 25 % и средняя плотность - 1800 кг/м3.
2. Определить пористость образца камня, если известно, что его водо­
поглощение по объёму в 1,7 раза больше водопоглощения по массе, а ис­
тинная плотность равна 2,6 г/см3.
3. Камневидный материал в виде образца - куба, ребро которого равно
6,5 см, в сухом состоянии имеет массу 495 г. Определить коэффициент теп­
лопроводности (ориентировочный) и возможное назначение материала.
4. Масса образца камня в сухом состоянии 76 г. После насыщения об­
разца водой его масса увеличилась до 79 г. Определить плотность и порис­
тость камня, если его водопоглощение по объёму составляет 8 ,2 %, а истин­
ная плотность равна 2,68 г/см3.
5. Сухой образец камня при испытании на сжатие разрушился при пока­
зании манометра 100 МПа. Определить предел прочности при сжатии об­
разца в насыщенном водой состоянии, если известно, что коэффициент
размягчения равен 0 ,6 , а площадь образца в 2 раза больше площади поршня
гидравлического пресса.
6 . Определить плотность каменного образца неправильной формы, если
на воздухе его масса равна 80 г. Масса образца, покрытого парафином, рав­
на 80,75 г. При взвешивании парафинированного образца в воде получили
39 г.
7. Определить коэффициент размягчения камня, если при испытании
образца в сухом состоянии на сжатие максимальное показание манометра
пресса было равно 38,8 МПа, тогда как такой же образец в водонасыщен­
ном состоянии показал предел прочности при сжатии 20,1 МПа. Образец
имел форму куба с ребром 7 см. Площадь поршня пресса равна 50 см2.
8. Во сколько раз пористость камня А отличается от пористости камня
Б, если известно, что истинная плотность обоих камней практически одина­
кова и составляет 2,72 г/см3, но средняя плотность камня А на 20% больше,
чем камня Б, у которого водопоглощение по объёму в 1,8 раза больше во­
допоглощения по массе?
9. Какую минимальную полезную площадь должен иметь цементный
склад для размещения 1250 т цемента в россыпи со средней насыпной
плотностью 1250 кг/м , если высота слоя цемента на складе во избежание
слеживания не должна превышать 1,5 м?
23
10. Пикнометр с навеской вяжущего вещества весил 34,30 г, а пустой —
24,10 г. Когда в пикнометр с навеской влили керосин до метки, то вес его
стал равен 74,17 г, а вес пикнометра с керосином (без навески) был равен
66,60 г. Рассчитать истинную плотность вяжущего вещества, если вес пик­
нометра с водой (без навески) равен 74,20 г.
11. Дозировочный бункер для песка имеет форму цилиндра с диамет­
ром 100 см и высотой 120 см и весит с песком 1585 кг, а пустой - 84 кг. Оп­
ределить общую пористость песка в бункере, принимая истинную плот­
ность песка равной 2,64 г/см3.
12. Масса образца камня в сухом состоянии равна 60 г. При насыщении
водой масса стала 70 г. Определить среднюю плотность, водопоглощение
по массе и пористость камня, если водопоглощение по объёму составляет
21 %, а истинная плотность - 2,4 г/см3.
13. Наружная стеновая панель из газобетона имеет размеры
3,1x2,9x0,30 м и массу 2,16 т. Определить пористость газобетона, принимая
его истинную плотность равной 2,81 г/см3.
І
14. Водопоглощение по массе и объёму бетона соответственно равно
3,9 % и 8,6 %. Рассчитать общую пористость бетона при его истинной
плотности 2,72 г/см3.
1
15. Керамзитобетонная наружная стеновая панель размерами
3,1x2,8x0,25 м весит 2,25 т при влажности 13,2 %. Рассчитать среднюкі
плотность керамзитобетона во влажном и абсолютно сухом состоянии.
*
16. Бетонный кубик с размером ребра 20 см разрушился на гидравличе­
ском прессе при показании манометра 12,5 МПа. Определить прочность
бетона при сжатии, если диаметр поршня пресса равен 24 см.
17. Предел прочности при сжатии бетона, имеющего среднюю плотность 2300 кг/м , равен 19,5 МПа. Какую прочность будет иметь бетон из
тех же материалов, имеющий плотность 1800 кг/м3, если установлено, что
при повышении пористости бетона на каждые 10 % прочность его снижает­
ся в среднем на 2,6 МПа. Истинную плотность бетона принять равной 2,7
г/см3.
18. Сосновый брус сечением 10x20 см (толщина х высота) лежит на
двух опорах, отстоящих друг от друга на 4 м. Посередине бруса к нему бы­
ла приложена максимальная нагрузка 2,1 т, которая вызвала излом бруса.
Рассчитать предел прочности бруса при изгибе.
19. Кубик из газобетона с размером ребра 20 см погружён в воду. В
первый момент, когда поглощением воды можно пренебречь, кубик плавает
в воде, и высота его над уровнем воды составляет 6,5 см. Определить по­
ристость газобетона, принимая его истинную плотность равной 2,79 г/см3.
24
ГЛАВА 2. НЕОРГАНИЧЕСКИЕ (МИНЕРАЛЬНЫЕ) ВЯЖУЩИЕ
ВЕЩЕСТВА
Минеральными вяжущими веществами называют порошкообразные
материалы, способные при смешивании с водой образовывать пластичное
тесто, которое под влиянием физико-химических процессов постепенно
затвердевает и приобретает камневидное состояние. Это свойство вяжущих
веществ широко используется для изготовления строительных растворов,
бетонов, для производства безобжиговых искусственных каменных мате­
риалов и изделий.
Сырьем для производства минеральных вяжущих веществ являются
горные породы (известняк, природный гипс, бокситы и др.) и побочные
продукты промышленности (шлаки, золы, фосфогипс и др.). При получении
минеральных вяжущих веществ горные породы обжигают, а продукт обжи­
га размалывают в тонкий порошок.
В зависимости от способности твердеть и сохранять прочность на воз­
духе или в воде минеральные вяжущие вещества подразделены на две
группы: воздушные и гидравлические. Воздушные вяжущие вещества спо­
собны затвердевать и длительно сохранять прочность только на воздухе
(гипсовые вяжущие вещества, воздушная известь и др.). Гидравлические
(водостойкие) вяжущие вещества отличаются тем, что после смешивания с
водой и предварительного твердения на воздухе они способны в после­
дующем твердеть как на воздухе, так и в воде (портландцемент, шлаковые
цементы, пуццолановые цементы и др.).
Для того чтобы правильно и рационально использовать вяжущие веще­
ства, необходимо знать их свойства и качество. Качество минеральных вя­
жущих веществ определяют путем их лабораторных испытаний в соответ­
ствии с методикой, рекомендованной ГОСТами на эти вяжущие.
25
Лабораторная работа №3
Определение свойств строительной воздушной извести
Строительной воздушной известью называют продукт обжига до пол­
ного удаления углекислоты кальциево-магниевых карбонатных горных по­
род, содержащий не более 6% глинистых и песчанистых примесей и со­
стоящим в основном из оксида кальция.
'
Строительную известь делят на негашеную —комовую и молотую, и
гашеную - гидратную (пушонку) и известковое тесто. Негашеная известь,
иногда называемая кипелкой, состоит из СаО, а гашеная - из Са(ОН)г, при­
чем известковое тесто содержит значительное количество (до 60-70%) воды.
В зависимости от температуры, развивающейся при гашении, различа­
ют низкоэкзотермичную (температура гашения ниже 70°С) и высокоэкзотермичную (температура гашения выше 70°С) извести.
По скорости гашения различают известь быстрогасящуюся (скорость
гашения не более 8 мин), среднегасящуюся (скорость гашения не менее 8
мин и не более 25 мин) и медленногасящуюся (скорость гашения не менее
25 мин).
В зависимости от содержания свободных СаО и MgO, определяющих
активность извести, содержания СО2, а также непогасившихся зерен, нега­
шеная известь делится на три, а гашеная на два сорта. Технические требо­
вания к негашеной кальциевой извести приведены в таблице 2 . 1.
Сорт
1
2
3
Таблица 2.1
Технические требования к негашеной кальциевой извести__________
Содержание, % по массе
активных
активных
непогасившихся
С 02,
СаО, не менее MgO, не более
не более
зерен, не более
90
5
3
7
80
11
5
5
70
5
7
14
1. Определение суммарного содержания активных оксидов кальция и
магния в кальциевой извести
1
Навеску негашеной комовой или молотой извести массой 4-5 г предварительно растирают в течение 5 минут в фарфоровой ступке. Навеску растертой извести массой 1 г помещают в коническую колбу вместимостью
250 мл, добавляют 100-150 мл дистиллированной воды, кладут 3-5 стеклянных бус или оплавленных стеклянных палочек длиной 5-7 мм, закрывают
стеклянной воронкой или часовым стеклом и нагревают 5-7 минут до температуры кипения. Раствор охлаждают до температуры 20-30°С, промывают стенки колбы и стеклянную воронку (или часовое стекло) кипяченой
дистиллированной водой, добавляют 2-3 капли 1%-ного спиртового раствора фенолфталеина и титруют при постоянном взбалтывании 1н раствором
соляной кислоты НС1 до полного обесцвечивания раствора. Титрование
26
]
]
I
1
]
]
|
j
]
1
j
минут
вании раствор остается бесцветным.
Содержание СаО и MgO в процентах по массе (активность) А опреде­
ляют по формуле
V •2.804 -К
(
2
.
1
)
А=
G
где V - количество 1н раствора соляной кислоты, пошедшее на титрование,
титру
количество
оксида кальция, соответствующее 1 мл 1н раствора соляной кислоты, ум
ноженное на
- навеска извести, взятая для титрования, г.
яа 100
1ии;: G
С/ —
Результаты опытов заносят в табл.2.2.
Таблица 2.2
кальция
№
навесок
Навеска
извести,
г
кальциевои извести
Расход 1 н
Поправка Содержание
раствора
к титру К
активных
соляной
СаО и MgO,
кислоты, мл
%
Среднее со­
держание ак­
тивных СаО и
MgO, %
непогасившихся
г Для определения количества непогасившихся зерен извести предвари­
тельно приготовляют известковое тесто, всыпая 1 кг негашеной извести в
3,5-4 л нагретой до температуры 85-90°С воды, и выдерживают его 2 часа.
Затем это тесто разбавляют водой до консистенции известкового молока и
переносят на сито с сеткой №063, одновременно промывая его слабой стру­
ей воды, слегка растирая мягкие кусочки стеклянной палочкой с резиновым
наконечником. Остаток на сите собирают в фарфоровую чашку, высуши­
вают в сушильном шкафу при температуре 140-150°С до постоянной массы
и взвешивают. Полученное значение остатка, деленное на 10, дает содержа­
ние непогасившихся зерен в процентах. При проведении лабораторных за­
нятий для каждой бригады навеска может быть взята в количестве 100 г. В
данном случае содержание в процентах будет равно массе сухого остатка.
Результаты опытов заносят в табл.2.3.
Таблица 2.3
Результаты определения соде]ржания в извести непогасившихся зерен
№
Навеска извести,
Остаток на сите
Содержание непога­
навесок
г
после высушива­
сившихся зерен, %
ния, г
27
3.
Определение температуры и времени гашения извести
Для определения температуры и времени гашения извести используют
бытовой термос вместимостью 500 мл.
Навеску извести в граммах рассчитывают по формуле
G _1000,
(2.2)
Л
где А - содержание активных оксидов кальция и магния в извести, %.
Навеску помещают в термосную колбу, вливают 25 мл воды, имеющей
температуру 20 °С, и быстро перемешивают деревянной отполированной
палочкой. Колбу закрывают пробкой с плотно вставленным термометром
на 100-150 °С и оставляют в покое. Ртутный шарик термометра должен
быть полностью погружен в реагирующую смесь.
Отсчет температуры ведут через каждую минуту, начиная от момента
добавления воды. Определение считается законченным, если в течение че­
тырех минут температура повышается не более чем на 1 °С.
За время гашения принимают время с момента добавления воды до на­
чала периода, когда рост температуры не превышает 0,25 °С в минуту.
i
Результаты опытов заносят в табл.2.4.
Таблица 2.4
Результаты определения температуры и времени гашения извести_______
№
Навеска из­
Время га­
Время от момента
Температура,
навесок
вести, г
шения, мин
добавления воды,
°С
мин
Контрольные вопросы
1. Какими общими свойствами обладают минеральные вяжущие веще­
ства и на какие основные группы они делятся?
2. Что называют воздушной строительной известью, какие виды извес­
ти различают?
3. Как определяют содержание в извести активных оксидов кальция и
магния?
I
4. По каким экспериментальным данным рассчитывают содержание в
извести непогасившихся зерен?
5. Как влияет на качество извести содержание в ней активных оксидов
кальция и магния и непогасившихся зерен?
6 . От чего зависят и как определяются температура, время гашения из­
вести?
28
Лабораторная работа №4
Определение свойств портландцемента
Портландцемент —гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тон­
ким измельчением портландцементного клинкера с добавкой гипса ( 3-5 %),
а также минеральными добавками (до 20 %). Клинкер получают обжигом
до спекания сырьевой смеси известняка и глины.
ГОСТ 10178 устанавливает условное сокращенное обозначение цемен­
тов. Оно состоит из обозначения вида цемента - портландцемент (ПЦ),
шлакопортландцемент (ШПЦ); марки цемента - 300, 400, 500, 550, 600;
обозначения максимального содержания добавок в портландцементе - ДО,
Д5, Д20; дополнительного обозначения разновидностей портландцемента быстротвердеющего (Б), пластифицированного (ПЛ), гидрофобного (ГФ),
на основе клинкера нормированного состава (Н), а также обозначения стан­
дарта. Пример условного обозначения быстротвердеющего портландцемен­
та с добавками до 20 % — ПЦ 400-Д20-Б.
Прочностные показатели портландцемента, шлакопортландцемента и
их разновидностей приведены в таблице 2.5.
Табл ица 2.5
I
Прочностные показатели портландцемента, шлакопортландцемента
и их разновидностей
I Наименование и
Мар­
Предел прочности, МПа (кгс/см2)
I
условное
ка
при изгибе в воз­
при сжатии в возрасте,
обозначение
це­
расте, сут
сут
мента
3
28
3
28
I Портландцемент,
300
4,4 (45)
29,4 (300)
портландцемент с
400
5,4 (55) Иг***
39,2 (400)
минеральными до­
500
5,9 (60) [' '
49,0 (500)
Щj,■
. • Щ \ 53,9 (550)
бавками, шлако550
6,1 (62) Щ
лортландцемент
600 №
6,4 (65) ННк-%~
58,8 (600)
•
.
Быстротвердеющий
портландцемент
400
500
3,9 (40)
4,4 (45)
5,4 (55)
5,9 (60)
24,5 (250)
27,5 (280)
39,2 (400)
49,0 (500)
Быстротвердеющий
шлакопортландце1 мент
400
3,4 (35)
5,4 (55)
19,6 (200)
39,2(400)
Тонкость помола портландцемента должна быть такой, чтобы через сито №008 с размером сетки в свету 80 мкм проходило не менее 85 % просеи­
ваемой пробы цемента.
Начало схватывания портландцемента по ГОСТ 10178 должно насту­
пать не ранее 45 минут после затворения водой, а конец схватывания - не
позднее 10 часов после затворения водой.
Объем цементных образцов при испытании кипячением в воде должен
изменяться равномерно.
29
Методы испытаний портландцемента регламентированы ГОСТ 310.1 310.4 «Цементы. Методы испытаний». Взвешивать цемент и песок нужно с
погрешностью до 1 г, а взвешивать или отмеривать .воду - с погрешностью
до 0,5 г или 0,5 мл. Для испытания цементов не допускается применять
алюминиевые и цинковые формы, чашки и т.п.
1. Определение нормальной густоты цементного теста
щ
Для определения нормальной густоты и сроков схватывания цементно­
го теста применяют прибор Вика с кольцом, чашку и лопатку для приготов­
ления цементного теста. При определении нормальной густоты теста в
нижнюю часть стержня вставляют металлический цилиндр-пестик.
Пестик должен быть изготовлен из нержавеющей стали с полированной
поверхностью. Поверхность пестика должна быть чистой. При пользовании
прибором вес падающей части при замене пестика иглой должен оставаться
постоянным. Массу перемещающейся части прибора сохраняют постоян­
ной взаимной перестановкой пестика и иглы. Остальные детали прибора
подбирают таким образом, чтобы общая масса находилась в пределах
300±2 г.
g |S
Т
Кольцо к прибору Вика и пластинка, на которую устанавливают кольцо
во время испытания, должны быть изготовлены из нержавеющей стали,
пластмассы или стекла.
Нормальной густотой цементного теста считается такая консистенция
его, при которой пестик прибора Вика, погруженный в кольцо, заполненное
тестом, не доходит 5-7 мм до пластинки, на которой установлено кольцо.
Нормальная густота цементного теста характеризуется количеством воды
затворения, выраженным в процентах от массы цемента.
Перед испытанием следует проверить нулевое показание прибора, для
чего приводят пестик в соприкосновение с пластинкой, на которой распо­
ложено кольцо. В случае отклонения от нуля шкала прибора соответст­
вующим образом передвигается. Кольцо и пластинку перед началом испы­
тания смазывают тонким слоем машинного масла.
Для приготовления цементного теста отвешивают 400 г цемента, высы­
пают в чашку, предварительно протертую влажной тканью, делают в це­
менте углубление, в которое вливают в один прием воду в количестве, не­
обходимом (ориентировочно) для получения цементного теста нормальной
густоты.
После заливки воды углубление засыпают цементом и через 30 секунд
после этого сначала осторожно перемешивают, а затем энергично растира­
ют тесто лопаткой. Продолжительность перемешивания и растирания це­
мента с водой должна быть 5 минут с момента приливания воды.
Сразу после окончания перемешивания кольцо наполняют в один при­
ем цементным тестом и 5-6 раз встряхивают его, постукивая о стол. Затем
поверхность теста выравнивают, срезая избыток теста вровень с краями
кольца ножом, протертым влажной тканью. Немедленно после этого привоШ
30
дят пестик прибора в соприкосновение с поверхностью теста в центре
кольца и закрепляют стержень зажимным винтом, затем быстро освобож­
дают стержень и предоставляют пестику возможность свободно погружать­
ся в тесто. Через 30 секунд с момента освобождения стержня фиксируют
глубину его погружения по шкале. Кольцо с тестом при определении не
должно подвергаться толчкам.
При несоответствующей консистенции цементного теста изменяют ко­
личество воды и вновь затворяют тесто, добиваясь погружения пестика на
глубину, указанную выше (5-7 мм до пластинки).
Количество добавляемой воды для получения теста нормальной густо­
ты, выраженное в процентах от массы цемента, определяется с округлением
до 0,25%.
Результаты опытов заносят в табл.2.6.
Таблица 2.6
Результаты определения нормальной густоты цементного теста________
№
Навеска
Количество
Отсчет по
Водопотребность
опытов
цемента, г
воды, мл
шкале при­
цемента, %
бора, мм
2. Определение начала и конца схватывания цементного теста
Сроки схватывания цементного теста определяют при помощи прибора
Вика, но вместо пестика на нижней части подвижного стержня закрепляют
стальную иглу сечением 1 мм и длиной 50 мм.
Перед началом испытания проверяют перемещение металлического
стержня прибора Вика, положение стрелки, которая должна быть на нуле
при опирании иглы на пластинку, смазанную тонким слоем машинного
масла.
Цементное тесто нормальной густоты приготовляют по методике, из­
ложенной в п. 1.
Сразу после приготовления тесто помещают в кольцо прибора Вика,
установленное на стеклянной пластинке, и слегка встряхивают пять-шесть
раз для удаления воздуха. Избыток теста снимают ножом и поверхность
выравнивают. Кольцо с цементным тестом устанавливают на столик прибо­
ра, опускают стержень до соприкосновения иглы с поверхностью теста и
закрепляют винтом стержень. Затем быстро отвинчивают зажимной винт,
.чтобы игла могла свободно погрузиться в тесто. Иглу погружают в тесто
через каждые 5 минут до начала схватывания и через каждые 10 минут по­
сле начала схватывания, передвигая кольцо каждый раз для того, чтобы
игла не попадала в одно и то же место. После каждого погружения иглу
следует вытирать.
За начало схватывания принимают время с момента затворения водой
до того момента, когда игла не будет доходить до пластинки на 1-2 мм.
31
Концом схватывания цементного теста считают время от начала затворения
до того момента, когда игла будет опускаться в тесто не более чем на 1 мм.
Результаты опытов заносят в табл.2 .7 .
№
опы­
тов
Таблица 2.7
льтаты определения сроков схватывания цементного теста
Навеска Количество
Время от
Отсчет
Начало
Конец
цемента,
воды, мл
начала
схватыва­
схваты­
по шка­
г
затворения ле при­
ния це­
вания
водой, мин бора, мм
мента,
цемента,
мин
мин
3. Определение равномерности изменения объема цемента
твердении
при
Процесс твердения цемента сопровождается равномерным изменением
объема цементного теста и камня. Однако наличие в цементе свободных
СаО и MgO, которые гасятся с увеличением объема в уже затвердевшем
цементном камне, может привести к неравномерным деформациям и обра­
зованию трещин в твердеющих бетонах и растворах. Содержание свободно­
го оксида кальция в цементе не должно превосходить 0,5-1 %, а свободного
оксида магния - 5 %.
Равномерность изменения объема цемента устанавливается кипячением
в воде образцов - лепешек. Для изготовления лепешек берут 400 г цемента
и из него приготовляют тесто нормальной густоты. Отвешивают четыре
навески теста по 75 г и помещают каждую навеску в виде шарика на стек­
лянную пластинку, предварительно протертую машинным маслом. Осто­
рожно постукивая пластинкой о край стола, получают из шарика лепешку
диаметром 7-8 см, и толщиной в средней ее части около 1 см. Поверхность
полученных лепешек заглаживают от наружных краев к центру смоченным
в воде ножом. Приготовленные таким образом лепешки хранят в течение
(24±2) ч с момента изготовления в ванне с гидравлическим затвором при
температуре (20±5) °С. В ванне устанавливаются решетки для размещения
на них образцов. Под решеткой должна быть вода.
Затем лепешки с пластинками вынимают из ванны, лепешки снимают с
пластинок и помещают на решетку в бачок с водой. Решетка должна нахо­
диться на расстоянии не менее 5 см от дна бачка. Уровень воды в бачке
должен закрывать лепешки на 4-6 см в течение всего времени кипячения.
Бачок закрывают крышкой и ставят на нагревательный прибор и доводят до
кипения за 30-45 мин. Кипячение производят в течение 3 ч, после чего ле­
пешки в бачке охлаждают до температуры (20±5) °С и производят их внеш­
ний осмотр немедленно после извлечения из воды.
Цемент соответствует требованиям равномерности изменения объема,
если на лицевой стороне лепешек, подвергнутых испытаниям, не обнару­
жится радиальных, доходящих до краев трещин или сетки мелких трещин,
а также каких-либо искривлений и увеличения объема лепешки. Наличие
32
искривлений устанавливается при помощи линейки, прикладываемой к
плоской поверхности лепешки. Появляющиеся иногда в первые сутки после
изготовления трещины усыхания, не доходящие до краев лепешек, не яв­
ляются признаком недоброкачественного цемента, если на обратной сторо­
не отсутствуют радиальные трещины, доходящие до краев, и лепешки при
постукивании одна о другую издают звонкий звук.
Результаты опытов заносят в табл.2.8 .
Таблица 2.8
Результаты определения равномерности изменения объема цемента при твердении
Результаты визуального осмотра ле­
Вывод о соответствии цемента требо­
пешек после кипячения
ваниям равномерности изменения
объема цемента при твердении
Ш
4. Определение тонкости помола цемента ситовым анализом
Для ситового анализа отвешивают 50 г цемента, предварительно высу­
шенного до постоянной массы при температуре 105-110 °С, и переносят на
сито №008 с размером сетки в свету 80 мкм. Закрывают сито крышкой, ус­
танавливают его в прибор для механического просеивания, включают при­
бор в электрическую сеть и после этого просеивают в течение 5-7 мин. До­
пускается просеивание и вручную. Просеивание считается законченным,
если при контрольном просеивании вручную на бумагу в течение 1 мин
сквозь сито проходит не более 0,05 г цемента. По окончании просеивания
взвешивают на сите остаток Р (г) и вычисляют количество цемента, прошедшего через сито, Т (%) по формуле
50 - Р
/о ч
Т = -------- 100,
(2.3)
~
50
Результаты опытов заносят в табл.2.9.
Таблица 2.9
______________Результаты определения тонкости помола цемента_________ 1
№
Навеска
Остаток на • Средний остаток
Прошло через
опытов
цемента, г
сите №008, г
на сите №008, г
сито №008, %
5. Определение предела прочности при изгибе и сжатии
Для определения предела прочности цемента при изгибе и сжатии изго­
тавливают образцы-балочки размерами 40x40x160 мм из пластичного це­
ментного раствора нормальной консистенции состава 1:3 по массе (1 ч. це­
мента и 3 ч. песка) приводоцементном отношении (В/Ц) не менее 0,4.
Для определения нормальной консистенции цементного раствора отве­
шивают 1500 г стандартного песка, 500 г цемента и 200 г воды (В/Ц = 0,40).
33
Компоненты загружают в предварительно протертую влажной тканью чашу
лопастной мешалки в следующей последовательности: песок, вода, цемент.
Чашу устанавливают на мешалку и производят перемешивание в течение
( 120± 10) с.
В центре диска встряхивающего столика устанавливают форму-конус с
центрирующим устройством. Внутреннюю поверхность конуса и диск сто­
лика перед испытанием протирают влажной тканью. По окончании пере­
мешивания раствора им заполняют форму-конус на половину высоты и уп­
лотняют 15 раз штыкованием металлической штыковкой. Затем наполняют
конус раствором с некоторым избытком и штыкуют 10 раз. Во время уклад­
ки и уплотнения раствора конус прижимают рукой к диску столика. После
уплотнения верхнего слоя раствора снимают насадку конуса и излишек
раствора срезают ножом вровень с краями конуса. Нож предварительно
протирают влажной тканью. Затем конус снимают в вертикальном направ­
лении. После этого раствор встряхивают на столике 30 раз за (30±5) с, из­
меряют расплыв конуса по нижнему основанию штангенциркулем в двух
взаимно перпендикулярных направлениях и берут среднее значение. Рас­
плыв конуса должен быть в пределах 106... 115 мм. Если расплыв конуса
окажется меньше 106 мм, количество воды увеличивают до получения расплыва конуса 106-108 мм. Окончательное значение водоцементного отно­
шения заносят в рабочий журнал и принимают для проведения дальнейших
испытаний.
Перед изготовлением образцов-балочек внутреннюю поверхность сте­
нок формы и поддона слегка смазывают машинным маслом. Стыки наруж­
ных стенок друг с другом и с поддоном формы необходимо промазать тон­
ким слоем солидола или другой густой смазкой. На собранную форму уста­
навливают насадку и промазывают снаружи густой смазкой стык между
формой и насадкой. На каждый намеченный срок испытания изготовляют
по три образца (одна форма).
Для уплотнения раствора подготовленные формы балочек с насадкой
жестко закрепляют на виброплощадке. Одновременно устанавливают не
более двух форм, симметрично расположенных относительно центра пло­
щадки. При уплотнении одной формы ее располагают в центре площадки.
Формы заполняют раствором приблизительно на 1 см по высоте и включа­
ют вибрационную площадку, в течение двух первых минут вибрации все
три гнезда формы равномерно небольшими порциями заполняют раство­
ром. По истечении 3 мин от начала вибрации виброплощадку отключают.
Форму снимают с виброплощадки, срезают смоченным водой ножом изли­
шек раствора, заглаживают поверхность образцов вровень с краями формы
и маркируют их.
34
V
Образцы в формах хранят первые сутки в ванне с гидравлическим за­
твором. Затем образцы осторожно расформовывают и укладывают в ванны
с питьевой водой в горизонтальном положении так, чтобы они не соприка­
сались друг с другом, или в шкафу, обеспечивающим относительную влаж­
ность воздуха не менее 90 %. Таким образом образцы хранят последующие
27 суток. Образцы, имеющие через (24±1) ч прочность, недостаточную для
расформовки без повреждения, допускается вынимать из формы через
(48±2) ч.
Вода должна гГокрывать образцы не менее чем на 2 см, меняют воду че­
рез каждые 14 суток. Температура воды при хранении, а также при ее заме­
не должна быть (20±2) °С. По истечении срока хранения образцы вынима­
ют из воды и не позднее чем через 30 мин подвергают испытанию. Непо­
средственно перед испытанием образцы должны быть насухо вытерты.
Испытание образцов-балочек. Для испытания образцов-балочек на из­
гиб могут быть использованы приборы любой конструкции, удовлетво­
ряющие следующим требованиям: средняя скорость нарастания нагрузки
должна быть (0,05±0,01) кН/с или (0,12±0,02) МПа/с в пересчете на единицу
площади приведенного сечения балочки. Образцы устанавливают на опоры
изгибающего устройства таким образом, чтобы те грани его, которые были
горизонтальными при изготовлении, находились в вертикальном положе­
нии.
Предел прочности при изгибе цементного раствора вычисляют как
среднее арифметическое значение из двух наибольших результатов испы­
тания трех образцов.
При определении предела прочности на сжатие полученные после ис­
пытания на изгиб шесть половинок балочек сразу же подвергают испыта­
нию на сжатие. Каждую половинку балочки помещают между двумя пла­
стинками площадью 25 см таким образом, чтобы боковые грани, которые
при изготовлении прилегали к стенкам формы, находились на плоскости
пластинок, а упоры пластинок плотно прилегали к торцевой гладкой плос­
кости образца. Образец с пластинками центрируют на опорной плите прес­
са. Средняя скорость нарастания нагрузки при испытании должна быть
(1,0±0,5) МПа/с.
Предел прочности на сжатие отдельного образца вычисляют как част­
ное от деления разрушающей нагрузки на площадь пластинок.
Предел прочности на сжатие для данного цемента вычисляют как сред­
нее арифметическое четырех наибольших результатов испытания образцов.
Результаты опытов заносят в табл.2.10.
35
Таблица 2.10
Результаты определения предела прочности цемента при изгибе и сжатии
Наименование
определяемых
показателей
Среднее значение
из двух наиболь­
ших результатов
Значения для отдельных образцов
0
1
2
3
Предел проч­
ности при из­
гибе, МПа
(кгс/см2)
Значения для отдельных образцов
Разрушающая
нагрузка при
испытании на
сжатие, кН
(кгс)
1
2
4
3
5
6
Среднее значение
из четырех наи­
больших результа­
тов
#
Предел проч­
ности при сжа­
тии, МПа
(кгс/см2)
Контрольные вопросы
1. Что называют портландцементом и какие компоненты входят в его
состав? Какое природное сырье применяется при его изготовлении?
2. По каким основным показателям оценивают качество портландце­
мента?
3. С какой целью и как определяется нормальная густота цементного
теста?
4. Как определяются сроки схватывания цементного теста?
5. По каким критериям устанавливают равномерность изменения объе­
ма цемента при твердении?
6 . Как определяют тонкость помола цемента?
7. Как изготавливают образцы для определения предела прочности це­
мента при изгибе и сжатии?
8 . Каким образом производят испытания образцов и как рассчитывают
пределы прочности при изгибе и сжатии?
9. По каким экспериментальным данным устанавливают марку цемента?
36
Практическая работа №2
Решение задач по свойствам неорганических вяжущих веществ и
строительной керамики
Современное строительное производство располагает большой номенк­
латурой вяжущих веществ с широким диапазоном их свойств. При приме­
нении таких широко распространенных вяжущих, как портландцемент и его
разновидности, необходимо уметь правильно определить важнейшие
строительные свойства вяжущего по его минеральному составу, количеству
воды затворения, экзотермии и другим исходным данным.
Кроме того, при изготовлении некоторых воздушных вяжущих ве­
ществ, являющихся местными вяжущими, которые вырабатываются в рай­
онах их потребления, часто возникает необходимость в выполнении техно­
логических расчетов по их производству (расчет необходимого количества
сырья, количества воды для гашения извести и др.). Подобные технологи­
ческие расчеты необходимы также при изготовлении таких распространен­
ных материалов как изделия строительной керамики.
Ниже даются наиболее типичные примеры таких расчетов.
Задача 1. Для производства извести употребляется известняк, содер­
жащий 5 % глинистых и кварцевых примесей и 3 % влаги. Определить, к
какому сорту (по активности) будет относиться полученная известь.
Решение. Общее содержание примесей и влаги в известняке составляет
5 + 3 = 8 %; следовательно, карбоната кальция СаСОз в известняке содер­
жится 920 кг.
Получение извести происходит по реакции СаСОз —> СаО + СОгМолекулярные массы СаСОз и СаО соответственно равны 100 и 56. Та­
ким образом, выход извести из 920 кг СаС0 3 составит 920-56/100 = 515 кг.
Состав полученного продукта: СаО - 515 кг; примеси - 50 кг; итого 565 кг.
Содержание СаО в смеси Щ
= 910/ .
565
Следовательно, известь по активности относится к 1 сорту (более 90%).
Ответ: известь по активности относится к 1 сорту.
Задача 2. Определить пористость цементного камня из пуццоланового
портландцемента, если цементное тесто содержало 37 % воды (В/Ц = 0,37).
Количество химически связанной воды после затвердевания составило 7 %
от всей воды затворения. Истинная плотность цемента 3,05 г/см .
Решение. Расчет ведем на 1 кг цемента. Объем цементного теста равен
сумме абсолютных объемов цемента и воды затворения:
Ц 0,37-Ц 1000 0,37 1000
3
VIIT = — + — г---- = ------ + ------------- = 327+ 370 = 697см
Р„
Р.
3,05
1
37
I
Пористость в цементном камне (капиллярная пористость) получается за
счет испарения не вступившей в химическое взаимодействие с цементным
камнем воды, объем пор будет равен объему этой воды.
370 0,07-370
з
V„„p = -- ----------------- = 344 см*.
Определяем пористость цементного камня:
# =
= — .100 = 56,8%Гц.к. 697
Ответ: пористость цементного камня 49,4 %.
Задача 3. Какой пористостью будет обладать цементный камень, если
при затворении цементного теста водоцементное отношение составляло
0,45, а за время твердения химически связалось 18% всей воды. Остальная
вода испарилась. Истинная плотность цемента равна 3,1 г/см .
Решение. Расчет ведем на 1 кг цемента. Его абсолютный объем равен
1000
------ = 322
3
I
см .
ЗД
Воды при затворении взято 1000 • 0,45 = 450 г или 450 см3.
Количество химически связанной воды 450 • 0,18 = 81 см .
Испарилось несвязанной воды 450 - 81 = 369 см3, т.е. объем пор в цемент­
ном камне, образовавшихся в результате испарения воды, равен 369 см3.
Пористость цементного камня равна
369
# = — •100 = 47,8%
772
/■■■;,. Ответ: Пористость цементного камня равна 47,8%.
ШШШ-
ЙЯ Щ
Контрольные задания
1. Рассчитать выход негашеной комовой извести из 8 т сухого извест­
няка, содержащего 5 % примрсей; сколько при этом будет получено извес­
ти - пушонки, если активность негашёной извести составила 85%, а влаж­
ность пушонки - 4 %.
2. Сколько каустического магнезита можно получить при обжиге 15 т
природного магнезита, содержащего 8 % неразлагающихся примесей?
3. Сколько активной MgO будет содержаться в продукте обжига Ю т
чистого доломита (диссоциацией СаСОз при заданном режиме обжига пре­
небречь)?,
\
,
V
4. Определить объём цементного теста нормальной густоты, получен­
ный из 1 кг пуццоланового портландцемента. Истинная плотность цемента
- 2,85 г/см3, водопотребность - 30 %.
5. Цемент при полной гидратации химически связывает 32 % воды от
массы цемента. Определить пористость цементного камня из теста с водо­
цементным отношением В/Ц=0,35, если степень гидратации цемента соста­
вила 40 %. Истинная плотность цемента 3,1 г/см3.
38
I
6 . Определить пористость цементного камня из пуццоланового порт­
ландцемента, если цементное тесто содержало 40 % воды (В/Ц=0,40). Ко­
личество химически связанной воды после затвердевания составило 12 %
от массы цемента. Истинная плотность цемента 2,85 г/см3.
7. Рассчитать, сколько свободной извести Са(ОН)2 выделится при гид­
ратации 10 кг портландцемента (без активных минеральных добавок), со­
держащего 54 % C3S и 22 % C2S, если гидратация алита прошла на 65 %, а
гидратация белита - на 10 %?
8 . Сколько получится строительного гипса из 1 т гипсового камня, со­
держащего 8 % примесей?
9. Сколько тепла выделяется при гашении 5 кг извести - кипелки, со­
держащей 90 % активной СаО, если каждый килограмм СаО выделяет при
гашении 1160 кДж тепла?
10. Сколько известкового теста (по массе и объёму), содержащего 40 %
воды, можно получить из 27 т извести - кипелки, имеющей активность
88 % (по содержанию СаО)? Плотность теста 1400 кг/м3.
11. Сколько можно получить извести-кипелки из 5 т известняка, содер­
жащего в виде примеси 2 % песка и 3 % глинистых примесей?
12. Цемент при полной гидратации химически связывает 36 % воды по
отношению к массе цемента. Определить пористость цементного камня из
теста с В/Ц=0,4, если степень гидратации составит 30 %. Истинная плот­
ность цемента - 3,1 г/см3.
13. Определить объём цементного теста нормальной густоты, получен­
ный из 1 кг портландцемента. Истинная плотность цемента - 3,13 г/см3;
водопотребность 24 %.
14. При затворении гипса 50 % воды начало схватывания теста состави­
ло 2 мин, а конец схватывания - 10 мин, а при затворении этого же гипса 65
% воды - соответственно 6 и 18 мин. Показать (графически) зависимость
сроков схватывания гипса от водогипсового отношения и, считая её прямо­
линейной, определить сроки схватывания этого гипса при водогипсовом
отношении 58 %.
15. Сколько квадратных метров сухой штукатурки толщиной 10,5 мм
(без картона) можно получить из 10 т строительного гипса при затворении
его 60 % воды, если плотность сырого затвердевшего гипса равна 2,1 кг/л?
16. Для затворения 5 кг строительного гипса взято 65 % воды. Опреде­
лить пористость полученной абсолютно сухой гипсовой отливки при усло­
вии, что весь гипс состоял из полугидрата, а плотность сырой отливки рав­
на 2,1 кг/дм3.
17. Сколько будет получено гидратной извести (пушонки) из 5 т известикипелки с активностью 88 %, если влажность гидратной извести равна 3,5 %?
18. Определить пористость цементного камня при водоцементном от­
ношении 0 ,6 , если химически связанная вода составляет 16 % от массы це­
мента, истинная плотность которого 3,1 г/см3.
19. Определить количество известкового теста по массе и объёму, со­
держащего 50 % воды й полученного из 2 т извести - кипелки, имеющей
активность 85 % (по содержанию СаО). Плотность известкового теста 1420
кг/м3.
39
ГЛАВА 3. ТЯЖЕЛЫЕ БЕТОНЫ
Бетонами называют искусственные каменные материалы, получаемые в
результате затвердевания тщательно перемешанной и уплотненной смеси
из вяжущего, вещества, мелкого и крупного заполнителей, воды и добавок,
взятых в определенных пропорциях.
В строительстве наиболее широко используют тяжелые бетоны с плот­
ностью 2100...2500 кг/м3 на плотных заполнителях из горных пород (гра­
нит, известняк, природный песок и др.). Для получения тяжелых бетонов
чаще всего используют различные цементы, в основном портландцемент и
его разновидности. Цемент и вода являются активными составляющими
бетона; в результате реакции между ними образуется цементный камень,
скрепляющий зерна заполнителей в единый монолит. Между цементным
камнем и заполнителем обычно не происходит химического взаимодейст­
вия, поэтому заполнители часто называют инертными составляющими. Од­
нако они существенно влияют на структуру и свойства бетона, изменяя его
пористость, сроки затвердевания, поведение при воздействии нагрузки и
внешней среды. Заполнители значительно уменьшают деформации бетона
при твердении и изменениях влажности окружающей среды и тем самым
обеспечивают получение большеразмерных изделий и конструкций. Кроме
того, применение рационально составленной смеси заполнителей позволяет
значительно снизить расход наиболее дорогого компонента - цемента в
бетоне (до 10... 15 % от массы бетона), что уменьшает стоимость бетона.
40
Лабораторная работа №5
Определение свойств заполнителей для тяжелого бетона
В тяжелом бетоне применяют крупный и мелкий заполнители. Крупный
заполнитель (более 5 мм) подразделяют на гравий и щебень. Мелким за­
полнителем (менее 5 мм) является в основном природный песок. К запол­
нителям для бетона предъявляются требования, учитывающие особенности
влияния заполнителя на свойства бетона. Наиболее существенное влияние
на свойства бетона оказывают зерновой состав, прочность и чистота запол­
нителей.
Природный песок представляет собой рыхлую смесь зерен, образовав­
шуюся в результате выветривания горных пород. Песок в зависимости от
зернового состава, содержания пылевидных и глинистых частиц подразде­
ляют на два класса: I класс — очень крупный, повышенной крупности,
крупный, средний и мелкий; II класс — очень крупный, повышенной круп­
ности, крупный, средний, мелкий, очень мелкий, тонкий и очень тонкий.
Для характеристики песка по крупности (табл.3.1) пользуются модулем
крупности и полным остатком на сите № 063 (% по массе).
Таблица 3.1
Характеристика песка по крупности
Группа песка по крупно­
Полный остаток на сите
Модуль крупности
сти
№063, % по массе
,
Очень крупный
Св.75
Св. 3,5
Повышенной крупности
75...65
3,5...3,0
Крупный
65...45
3...2.5
Средний
45...30
2,5...2
Мелкий
30...10
2,0...1,5
Очень мелкий
До 10
1,5...1
Тонкий
Не нормируется
1..Д 7
Очень тонкий
Не нормируется
До 0,7
Результаты просеивания песка часто представляют графически. На
рис.3.1 в виде полосы указана область допустимых значений показателей
зернового состава песка для бетона.
41
Размер отверстий сиг,мм j
Рис. 3.1. График зернового состава песка:
1 — нижняя граница крупности песка (модуль крупности 1,5); 2 — нижняя граница
крупности песка (модуль крупности 2,0) для бетонов класса В15 и выше; 3 — ниж­
няя граница крупности песка (модуль крупности 2,5) для бетонов класса В25 и вы­
ше; 4 —верхняя граница крупности песков (модуль крупности 3,25)
Содержание в песке зерен крупностью свыше 10,5 и менее 0,16 мм, пы­
левидных и глинистых частиц, а также глины в комках не должно превы­
шать значений указанных в таблице 3.2. Органические примеси (например,
гумусовые) допускаются только в очень незначительном количестве, т.к.
они сильно снижают прочность и даже разрушают бетон.
Насыпная плотность песка определяется в сухом рыхлом состоянии.
Песок, предназначенный для бетона класса В 15 (М200) и выше или для бе­
тона в конструкциях, подвергающихся замерзанию в насыщенном водой
состоянии, должен иметь насыпную плотность не ниже 1550 кг/м3; в ос­
тальных случаях - не ниже 1400 кг/м3.
Гравием называют рыхлый неорганический материал, образовавшийся
в результате естественного разрушения (выветривания) горных пород. Гра­
вий состоит из более или менее окатанных зерен размером в основном
3...80 мм. В нем могут содержаться зерна высокой прочности, например,
гранитные, и слабые зерна пористых известняков. Обычно он содержит
примеси пыли, глины, иногда и органических веществ, а также песка. При
большом содержании песка такой материал называют песчано-гравийной
смесью или гравелистым песком.
42
Таблица 3.2
Требования ГОСТа для определения класса и группы песка_________
Класс и группа песка
I класс
Очень крупный
Повышенной крупности,
крупный и средний
Мелкий
II класс
Очень крупный
Повышенной крупности
Крупный и средний
Мелкий и очень мелкий
Тонкий и очень тонкий
Содержание зерен крупно­
стью, %, не более
Свыше
Свы­
Менее
10 мм
ше
0,16 мм
5 мм
-
-
-
Содержание
пылевидных
и глинистых
частиц, %, не
более
Содержа­
ние глины
в комках,
%, не более
3
0,36
0,5
0,5
5
5
5
10
3
5
0,35
0,50
5
5
5
0,5
Не до­
пуска­
ется
20
20
15
10
Не до­
пуска­
ется
10
10
15
20
Не нормируется
10
10
10
Не нормируется
2
2
2
0,1
В гравии допускается не более 1 % глинистых, илистых и пылевидных
примесей, количество которых определяют отмучиванием. Для применения
в бетоне желательна малоокатанная (щебневидная) форма зерен гравия;
малопригодна - окатанная, еще хуже - пластинчатая или лещадная с шири­
ной, в три раза и более превышающей толщину. Гравий не должен содер­
жать зерен пластинчатой и игловатой формы более 35% по массе.
Щебнем называют крупный заполнитель для бетона, полученный в ре­
зультате дробления горных пород. Зерна щебня имеют угловатую форму.
Желательно, чтобы по форме они приближались к кубу. Более шероховатая,
чем у гравия, поверхность зерен способствует лучшему их сцеплению с
цементным камнем, поэтому для бетона высокой прочности обычно приме­
няют щебень, а не гравий.
Щебень чище гравия, обычно он не содержит органических примесей.
Предельное содержание глинистых и пылевидных примесей (по массе): в
щебне из изверженных пород - не более 1 % (для бетонов всех классов), в
щебне из осадочных пород - не более 2 % (для бетонов класса В22,5 и вы­
ше) и 3 % (для бетонов класса В20 не ниже).
Зерновой состав щебня (гравия) должен располагаться в пределах за­
штрихованной площади графика зернового состава (рис.3.2). Полные остат­
ки на контрольных ситах при рассеве щебня и гравия должны соответство­
вать значениям, указанным в таблице 3.3.
43
Щ
0,5(D _+ D ^)
U 5D _
Размер отверстий сит,мм
Рис.3.2. График зернового состава щебня (гравия)
Таблица 3.3
Требования к щебню и гравию по зерновому составу __________
Диаметр отверстий кон­
трольных сит, мм
1»25£)наиб
0,5 (^наим+^наиб)
^наим
^наиб
Полные остатки на ситах,
% по массе
90... 100
30...80
До ю
До 0,5
При изготовлении бетона большое значение имеют такие характеристи­
ки зернового .состава крупного заполнителя, как наибольшая и наименьшая
крупность. Наибольшая крупность щебня (гравия) определяется размером
отверстия сита, на котором полный остаток не превышает 5 %; наименьшая
крупность определяется размером сита, на котором полный остаток не ме­
нее 95 %. Пустотность крупного заполнителя не должна превышать 45 %.
Гравий (щебень) считается морозостойким, если в насыщенном водой
состоянии он выдерживает' без разрушения многократное попеременное
замораживание при -15 С и оттаивание, причем суммарная потеря в массе
зерен должна быть не более 10 %, а при 50 циклах и больше испытаний на
морозостойкость — не более 5 %. Щебень и гравий по морозостойкости
подразделяют на марки: F15, F25, F50, F100, F150, F200, F300, F400.
Прочность крупного заполнителя характеризуют степенью дробления
(дробимостью) при испытании в стальном цилиндре на гидравлическом
прессе.
С целью радиационно-гигиенической оценки заполнителей бетона кон­
тролируют их удельную эффективную активность естественных радионук­
лидов.
,
.
/. Определение насыпной плотности песка
Для определения насыпной плотности пробу песка массой 5... 10 кг вы­
сушивают в сушильном шкафу до постоянной массы и просеивают через
44
сито с размером ячейки 5 мм. Затем песок засыпают в воронку и, открывая
задвижку, заполняют сосуд вместимостью 1 дм3. Излишек песка срезают
линейкой в обе стороны от центра. Сосуд с песком взвешивают и насыпную
плотность с округлением до 10 кг/м3 вычисляют по формуле
т
т
(3.1.)
Рш
V
плотность
м ; гп\ - масса мерного сосуда, кг; т2
масса мерного сосуда с песком, кг; V вместимость мерного сосуда, м3.
Насыпную плотность песка определяют два раза, используя каждый
новую щ
значение.
Результаты опытов заносят в табл.3.4.
Таблица 3.4
№
опыта
Результаты определения насыпной плотности песка
Масса
Масса
Насыпная плот
Среднее значение
мерного
мерного
ность, кг/м3
насыпной плотности,
цилиндра, цилиндра
кг/м3
кг
с песком,
кг
2. Определение зернового состава и модуля крупности песка
Пробу песка 2 кг высушивают в сушильном шкафу до постоянной мас­
сы и просеивают через сита с размерами ячеек 5 и 10 мм. Остатки на ситах
взвешивают, вычисляют содержание в песке частиц гравия размером 5... 10
мм и более 10 мм с округлением до 0 , 1% по массе:
ГР\о
100%>
Гр5 = Ц - - 100% ,
(3-2)
(3.3)
где Гр\$ - содержание частиц размером более 10 мм, %; Гр$ — содержание час­
тиц размером 5... 10 мм, %; Gw— остаток на сите с размером ячейки 10 мм, г;
G$—остаток на сите с размером ячейки 5 мм, г; G —масса пробы песка, г.
Затем берут пробу песка массой 1 кг из прошедшего через сито с разме­
ром ячейки 5 мм и просеивают ее через стандартный набор сит. В этом на­
боре верхнее сито с размером ячейки 2,5 мм имеет круглые отверстия, а все
остальные — квадратные со следующими размерами ячейки, мм: 1,25, 0,63,
0,315, 0,14. Просеивание можно выполнять вручную или механизирован­
ным способом. Процесс просеивания считают законченным, если при
встряхивании сита песок практически не просеивается.
45
каждом
татки. Процентное отношение массы остатка на сите к массе взятой пробы
называется частным остатком и вычисляется следующим образом:
(3-4.)
а, ШШ■100%,
G
где а* - частный остаток на /-м сите , %; G, — остаток на /-м сите, г; G - мас­
са пробы песка, г.
I
Полный остаток на любом сите А,-, %, равен сумме частных остатков на
ситах с большими размерами, включая и данное сито, т.е.
(3.5.)
Ai = а 25 +... + а,.,
Модуль крупности песка Мквычисляют по формуле
(в
Д /
=
^ 2 ,5 + 4 , 2 5 + А ) , 63 + Л ),3 1 5
Д ),1 4
К
где ^л2 , 5 •> а,1,25 •’ Ш
Ш
ж
^ 0 ,6 3 5 ^ 0 ,3 1 5 ’
(3.6.)
100
А
~
полные
остатки
на
соответствующих
ситах,
%.
^*0,14
J
’
Результаты опытов заносят в табл.3.5.
Таблица 3.5
Масса
пробы,
г
Результаты определения зернового состава песка
Частный
Размеры
Остаток на
Полный оста­
остаток
отверстий
данном
ток на данном
на
данном
сит, мм
сите, г
сите, %
сите, %
Модуль
крупности
песка
По результатам опытов строят кривую просеивания песка. Если кривая
попадает в область плотных смесей (см. рис. 3.1), то по зерновому составу
песок соответствует требованиям, предъявляемым к заполнителям для бе­
тонов.
4
3. Определение насыпной плотности щебня (гравия)
Для определения насыпной плотности щебня (гравия) берут среднюю
пробу щебня (гравия) в зависимости от размера зерен в следующих количе­
ствах, кг: до 10 мм — 15, до 20 мм — 30, до 40 мм — 60, 80 мм и более —
150.
Пробу заполнителя высушивают до постоянной массы в сушильном
шкафу и укладывают в мерный цилиндр с высоты 10 см до образования
конуса на поверхности сосуда. Затем срезают излишек заполнителя без уп­
лотнения и взвешивают.
Вместимость мерного цилиндра выбирают в зависимости от крупности
заполнителя следующим образом (табл. 3.6).
46
.
f
Таблица 3.6
Вместимость мерных сосудов в зависимости от размера зерен заполнителя
Наибольший размер зерен
Вместимость мерного цилиндра, дм
щебня (гравия), мм
До 10
5
10
г До 20
До 40
20
Более 40
50
Насыпную плотность щебня (гравия) рн вычисляют с округлением до
10 кг/м3 по формуле (3.1).
Насыпную плотность щебня (гравия) вычисляют как среднее арифме­
тическое из результатов двух определении.
Результаты опытов заносят в табл.3.7.
Таблица 3.7
Результаты определения насыпной плотности и пустотности щебня (гравия)
№
Масса
Масса мер­
Насыпная
Среднее
Пустотность
опыта
мерного
ного цилин­
плотность,
значение
щебня (гра­
цилиндра,
дра с пес­
кг/м3
насыпной
вия), %
кг
ком, кг
плотности,
кг/м
■1
4. Определение пустотности и пористости зерен щебня (гравия)
Отношение объема межзерновых пустот щебня (гравия) к его полному
объему, выраженное в процентах, означает пустотность заполнителя и
вычисляется с округлением до 0 , 1% на основании предварительно найден­
ных значений средней плотности зерен щебня (гравия) и его насыпной
плотности по формуле
У = { \ ------& — ) •100,
/70 -1000
(3-7-)
где V„ — пустотность щебня (гравия), %; рн — насыпная плотность щебня
(гравия), кг/м3; р„— средняя плотность зерна щебня (гравия), г/см3.
Результаты опытов заносят в табл.3.7.
5. Определение зернового состава щебня (гравия)
Массу пробы щебня (гравия), необходимую для определения зернового
состава, определяют по таблице 3.8.
47
Таблицам
Масса пробы щебня (гравия) для определения зернового состава
Наибольший размер зерен щебня (гравия),
Вместимость мерного цилиндра,
______________
мм_____________
дм
До 10
5
До 20
10
До 40
20
До 70
. 30
_______________ Более 70 _____________
50
Взвешенную пробу просеивают через стандартный набор сит с разме­
рами ячейки 3 (5); 10; 15; 20; 25; 40; 80 мм и одновременно промывают до
полного удаления с их поверхности пленок глины и пыли. Если на поверх­
ности зерен имеются пленки засохшей глины, пробу сначала смачивают в
воде и вместе с водой высыпают на верхнее сито. При отсутствии в щебне
(гравии) глинистых и пылевидных примесей зерновой состав может быть
определен без промывки, путем высушивания до постоянной массы с по­
следующим просеиванием. При просеивании необходимо следить за тем,
чтобы толщина прослойки щебня (гравия) на ситах не превышала наиболь­
шего размера зерен.
Затем остатки на ситах высушивают до постоянной массы и вычисляют
их суммарное количество
где G3(5) н- G10 + ... + G10Шмассы сухих остатков на соответствующих ситах, г.
При наличии остатка на сите с размером ячейки 80 мм, путем пропус­
кания зерен этого остатка через круглый проволочный калибр, находят пре­
дельный размер зерен щебня (гравия).
По результатам опыта вычисляют частные и полные остатки.
Результаты опытов заносят в табл.3.9.
Таблица 3.9
Результаты определения зернового состава щебня (гравия)
Размеры от­
Остаток на
Масса про­
Частный оста­
Полный
верстий сит,
данном сите, г ток на данном
бы, г
остаток на
мм
сите, %
данном
сите, %
Затем строят кривую просеивания щебня (гравия). На оси абсцисс от­
кладывают размеры ячеек сит, на оси ординат — полные остатки на ситах.
Если имеется остаток на сите с размером ячейки 70 мм, то на оси абсцисс
обозначается также предельный размер зерен, определенный с помощью
48
калибра. При построении кривой просеивания имеется в виду, что нулевое
значение на оси ординат соответствует размеру ячейки сита, на котором
полный остаток составляет 0 % (либо предельному размеру зерен, опреде­
ленному калибром), а 100 % — размеру ячейки сита 3 (5) мм.
С помощью этой кривой можно определить наибольшую и наимень­
шую крупность зерен заполнителя. Размер ячейки сита, на котором полный
остаток составляет 5 %, выражает наибольшую крупность зерен £)наиб., а
95 % — наименьшую крупность зерен DHa„M. Для этого в точках, соответст­
вующих 5 % и 95 % на оси ординат, проводят параллели к оси абсцисс до
пересечения с кривой просеивания и в точках пересечения проводят пер­
пендикулярные линии к оси абсцисс. Точки пересечения этих перпендику­
ляров с осью абсцисс обозначают наибольшую и наименьшую крупность
зерен щебня (гравия). При этом цифры, взятые в точках пересечения на оси
абсцисс, округляются в большую сторону до ближайшего размера ячейки
стандартных сит.
Для характеристики зернового состава щебня (гравия) берут высушен­
ную до постоянной массы пробу в количестве, зависящем от наибольшей
крупности (см. табл.3.8). Пробу заполнителя просеивают через сита с разМераМИ ячеики. 1?25/)наиб, ©наиб? 0,5fZ)HaH6 + ©найм) И ©найм*
Если в лаборатории отсутствуют сита с размерами ячеек 1,25©наиб и
0,5(7)наиб + Z)HailM), то допускается использование сит с близкими размерами
ячейки.
Затем рассчитывают полные остатки на ситах, строят график зернового
состава и проверяют его соответствие ГОСТу (см. рис.3.2).
Контрольные вопросы
1. Какие основные компоненты входят в состав тяжелого бетона и како­
ва их роль?
2. По каким показателям оценивают качество песка как мелкого запол­
нителя для бетона?
3. По каким показателям оценивают качество крупного заполнителя бетонов?
ЙЙ И и а М
4. Как определяют насыпную плотность мелкого и крупного заполните­
лей бетонов?
5. Какие экспериментальные данные необходимы для оценки зернового
состава заполнителей бетона?
6. Как рассчитывают модуль крупности и строят кривую просеивания
песка?
'?%>■ - ш
л
7. Как определяют наименьшую и наибольшую крупность и строят гра­
фик зернового состава щебня (гравия)?
49
Практическая работа №3
Расчет зернового состава заполнителей для тяжелого бетона
Важнейшим качественным показателем заполнителей является их зер­
новой или гранулометрический состав. При оптимальном зерновом составе
мелкие зерна заполнителя занимают пустоты между крупными зернами.
Таким образом, смесь крупного и мелкого заполнителей будет иметь высо­
кую плотность с минимальным объемом межзерновых пустот, которые за­
полняются после твердения цементным камнем, склеивающим отдельные
зерна заполнителей в монолитный конгломерат.
Для оценки пригодности заполнителей по зерновому составу произво­
дят рассев мелкого и крупного заполнителя на стандартном наборе сит,
рассчитывают характеристики зернового состава и строят соответствующие
графики. На основании графика зернового состава делают выводы о при­
годности данного песка в качестве мелкого заполнителя, а данного щебня
или гравия - в качестве крупного заполнителя для бетона.
Ниже приведены примеры расчета и построения графиков зернового
состава песка и щебня (гравия).
Задание 1. При рассеве песка на стандартном наборе сит получились
следующие остатки (см. таблицу). Необходимо вычислить частные, полные
остатки, построить график зернового состава песка, определить модуль
крупности песка и дать заключение о пригодности песка как мелкого за­
полнителя для тяжелого бетона.
Результаты рассева песка на контрольных ситах
Размер отверстий
Прошло через
2,5 1,25 0,63 0,315
0,14
сит, мм
сито 0,14 мм
Остатки на ситах, г
30
180
320
210
240
20
Решение. На основании результатов ситового анализа определяем част­
ные и полные остатки на контрольных ситах в %.
Определим массу просеиваемой навески как сумму остатков на всех си­
тах и поддоне:
G = 30 + 180 + 320 + 210 + 240 + 20 = 1000 г.
Частный остаток на сите с размером отверстий 2,5 мм
a i5 = (30 / 1000) 100 = 3 % и т. д.
Полный остаток на сите №2,5 равен соответствующему частному ос­
татку, т.е.
^2,5 = #2,5 ==3%.
Полный остаток на сите №1,25 равен сумме частных остатков на дан­
ном сите и сите №2,5, т.е.
>41,25= #1,25+#2,5 = 18 + 3 =21% и Т.Д.
Результаты расчетов сведены в таблицу.
50
Результаты расчета частных и полных остатков песка
Размер
отверстий
Прошло через
2,5
1,25
0,63
0,315
0,14
контрольных сит
сито 0,14 мм
Частные остатки, г.
30
180
320
210
240
20
Частные остатки, %
3
18
32
21
24
2
Полные остатки, %
3
21
53
74
98
100
'
Модуль крупности песка
Мкр = (А2,5 + A U5 + Ао.63 + Ао.3,5 + Ао,14)/100 = (3+21+53+74+98)/100 = 2,49
По модулю крупности песка М*р = 2,49 и полному остатку на сите 0,63
равному 53%, данный песок относится к группе крупных песков.
Полученные результаты в виде кривой просеивания наносим на стан­
дартный график зернового состава песка.
Bfv .
52
График зернового состава и кривая просеивания песка
Нанесенная на график кривая просеивания, характеризующая зерновой
состав данного песка, расположена в области песков, пригодных в качестве
мелкого заполнителя тяжелого бетона класса В15 и выше, вблизи нижней
границы крупных песков.
Задание 2. Рассев щебня на стандартном наборе сит дал следующие ре­
зультаты (см. таблицу). Определить наибольшую и наименьшую крупность
щебня и нанести кривую его зернового состава на график плотных смесей.
Результаты рассева щебня на контрольных ситах
Размер отверстий
40
20
10
5
Прошло через сито 5 мм
контрольных сит, мм
*4
Остатки ңа ситах, кг
0,9
10,1
6,5
1,8
0,7
Решение. По заданным остаткам на ситах определяем общую массу
просеиваемой навески как сумму остатков на всех ситах, включая поддон:
G = 0,9 + 10,1 + 6,5 + 1,8 + 0,7 = 20 кг.
После этого находим частные и полные остатки на каждом сите в %
(см. таблицу).
____________ Результаты расчета частных и полных остатков щебня
Размер отверстий кон­
Прошло через сито
40
20
10
5
трольных сит
5 мм
Частные остатки, кг.
0,9
10,1
0,7
6,5
1,8
Частные остатки, %
4,5 50,5
3,5
32,5
9
Полные остатки, %
4,5
55
100
87,5
96,5
По найденным полным остаткам определяем наибольшую £)наиб и наи­
меньшую £>наим крупности щебня.
За наибольшую крупность DHaii6 принимается размер отверстий сита, на
котором полный остаток не превышает 5%.
За наименьшую крупность DHaим принимают размер отверстий первого
из сит, на котором полный остаток не менее 95% (сквозь которое проходит
не более 5% просеиваемой навески).
В данном случае £>наиб = 40 мм; DHaHM= 5 мм.
Полусумма Дюиб и Д ^ м равна (40 + 5) / 2 = 22,5 мм; принимаем бли­
жайший размер ячейки стандартного сита, т.е. Dcp = 20 мм.
1,25£)наиб - 1,25 • 40 = 50 мм, в качестве координаты этой точки прини­
маем 70 мм (таков ближайший размер ячейки стандартного сита).
По данным рассева песка и расчета полных остатков на указанных си­
тах строим график зернового состава щебня, нанося его на область плотных
смесей (заштрихованная область).
Р азм ер ы о тв ер сти й сит»мм
График зернового состава щебня
52
График зернового состава данного щебня расположен в заштрихован­
ной области (область плотных смесей). Следовательно, гранулометриче­
ский состав щебня удовлетворяет требованиям ГОСТа на щебень для тяже­
лого бетона.
Контрольные задания
1.
При рассеве песка на стандартном наборе сит получились следующие
остатки (см. табл.3.10). Необходимо вычислить частные, полные остатки,
построить график зернового состава песка, определить модуль крупности
песка и дать заключение о пригодности песка как мелкого заполнителя для
тяжёлого бетона. 1 ..............
Таблица 3.10
Варианты исходных данных для расчета зернового состава песка
Частные остатки (в г) на ситах
I № ва- I
Прошло через сито
рианта
с размерами отверстий, мм
0,14 мм
2,5 1 ІШ 1 0,63
0,14
0,315
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
2
1
22
2
3
2
4
1 25
2
3
52
100
ПО
40
45
120
43
130
38
140
41
40
160
50
170
30
60
70
200
80
220
65
210
230
55
46
100
30
130
35
145
42
185
10
170
20
180
33
336
43
200
12
15
159
23
1
1 127 1
2
1
5
0
1
8
0
1
9
0
1
2
4
256
270
286
290
274
320
224
210
320
245
120
302
275
345
273
336
275
246
*
297
237
273
195
301
207
184
5
240
256
251
220
248
120
346
350
2Ю
305
347
283
224
302
341
228
350
336
197
198
199
271
1 265
308
36!
6
342
300
280
300
284
300
230
210
240
199
222
100
•226
68
235
272
290
194
310
350
150
280
200
299
305
53
7
10
24
18
17
116
69
0
10
20
1
41
15
0
0
5
4
5
0
16
15
9
11
10
12
0
2.
Рассев щебня на стандартном наборе сит дал следующие результаты
(см. табл.3.11). Определить наибольшую и наименьшую крупность щебня и
нанести его гранулометрический состав на кривую плотных смесей.
Таблица 3.11
Варианты исходных данных для расчета зернового состава щебня
№ ва­
Частные остатки (в кг) на ситах, мм
Прошло через сито 5 мм
рианта
40
20
10
5
1
2
4
6
3
5
1
0,9
7
8
3
1,1
1
2'
1,2
8
7
2,8
3
11,4
0
9
8,3
1,3
4
1
0
10
7,5
1,5
5
11
6
I
о
1,6
1,4
6
0,5
11,5
6
0,.5
1,5
7
0,6
10,7
7
0,2
1,5
8
0,7
10,5
7,5
1,2
0,1
9
0,9
10,1
6,5
0,7
1,8
10
1
8
9
2
0
11
0,4
12
0,6
7
0
12
0,5
13
6
0,5
0
11
1
13
0,6
7,4
0
14
0,7
15
8
3,3
3
15
0,8
14
9
4
2,2
0,7
12
10
16
5,3
2
. 17
0,6
13
12
3
1,4
18
0,5
14
2
0
13,5
11
19
0,4
7
1,4
ОД
20
0,3
12
0,6
0
7,1
21
14
0,2
5
0,8
.0
22
2,4
12
12,4
3,2
0
23
0,3
13
6
0,7
0
24
0,5
11
7
0
1,5
25
0,6
7
12
0,4
0
54
Лабораторная работа № б
Определение свойств бетонной смеси
Бетонная смесь представляет собой сложную многокомпонентную сис­
тему, состоящую из частичек вяжущего, новообразований, возникающих
при взаимодействии вяжущего с водой, зерен заполнителя, воды, вводимых
в ряде случаев специальных добавок, вовлеченного воздуха. Из-за проявле­
ния сил взаимодействия между перечисленными компонентами эта система
приобретает связность и может рассматриваться как единое физическое
тело с определенными физическими свойствами.
Для производства работ и обеспечения высокого качества бетона в кон­
струкциях и изделиях необходимо, чтобы бетонная смесь имела консистен­
цию, соответствующую условиям ее укладки и уплотнения, т.е. определен­
ную удобоукладываемость. Это основное свойство бетонной смеси оцени­
вают показателями подвижности и жесткости. По этим показателям бетон­
ные смеси подразделяют на следующие группы и марки (табл.3.12).
Помимо удобоукладываемости бетонные смеси характеризуются также
средней плотностью, объемом вовлеченного воздуха, расслаиваемостью
(при необходимости), сохраняемостью во времени свойств: удобоуклады­
ваемости, расслаиваемости, объема вовлеченного воздуха (при необходи­
мости).
Свойства бетонной смеси зависят от ее состава, вида и свойств отдель­
ных компонентов. Так, при увеличении содержания цементного теста и*
соответственно, уменьшении содержания заполнителей смесь становится
более подвижной. Аналогично влияет увеличение содержания в смеси во­
ды, но это может вызвать расслоение смеси, а прочность бетона падает.
Таблица 3.12
Классификация бетонных смесей по удобоукладываемости__________
Группы
Марка по
Подвижность,
Жесткость, с
смесей
удобоукладываемости
см
Сверхжесткая
СЖЗ
Более 100
1.
- Яй? ycV
СЖ2
51-100
СЖ1
ЯУи
50 и менее
1/УШ - 4
Жесткая
Ж4
31-60
*
ДМДРШ
ЖЗ
21-30
іШ
Ш
Ж2
11-20
ДИШ Ж1
5-10
Подвижная
х.
П1
1-4
4 и менее
’Х ч
П2
ІЙШ|I
■* ' г - ;
5-9
пз
10-15
■-я* *•
■-'Щ
%і
П4
16-20
21 и более
П5
ф
55
1. Определение подвижности бетонной смеси
В качестве показателя подвижности используют осадку бетонного ко­
нуса под собственной массой. С этой целью используют стандартный при­
бор в форме усеченного конуса, изготовленного из листовой стали (рис.3.3).
Конус с размерами, приведенными на рис.3.3, предназначается для опреде­
ления подвижности бетонной смеси с зернами заполнителя наибольшей
крупности до 40 мм.
Ш
Сначала внутреннюю поверхность конуса вытирают влажной тканью и
устанавливают на ровную поверхность. На конус надевают воронку, запол­
няют бетонной смесью до 1/3 высоты и штыкуют металлическим стержнем
25 раз. Затем конус заполняют до 2/3 высоты, штыкуют 25 раз, далее запол­
няют с избытком и штыкуют опять 25 раз. Штыкование производят равно­
мерно от стенок к центру конуса. После уплотнения третьего слоя воронку
снимают, кельмой срезают излишек смеси и заглаживают поверхность. Me- „
таллический конус поднимают вертикально и устанавливают рядом с от­
формованным бетонным конусом.
Разность в высотах металлического и бетонного конуса, измеряемая с
округлением до 0,5 см, означает подвижность бетонной смеси. Измерение
производят два раза и по двум результатам вычисляют среднеарифметиче­
ское значение подвижности с округлением до 1 см. При этом разница меж­
ду двумя результатами не должна превышать 1 см при ОК < 4 см, 2см при
ОК=5-9 см и 3 см при ОК > 10 см. В противном случае приготавливают но­
вый замес и опыт повторяют до получения необходимых результатов.
Рис.3.3. Конус для определения подвижности бетонной смеси
При размере зерен заполнителя более 40 мм используют увеличенный
конус с размерами, мм: внутренний диаметр нижнего основания — 300,
верхнего основания — 150, высота — 450. Метод определения подвижности
с применением этого конуса аналогичен стандартному, но при этом полу­
ченный результат умножают на поправочный коэффициент 0,67 для приве­
дения к величине осадки обычного конуса.
56
Если в результате испытания бетонной смеси осадка конуса будет равна
нулю, это означает, что смесь не обладает подвижностью, и поэтому в каче­
стве показателя удобоукладываемости используют жесткость смеси.
Результаты опытов заносят в табл.3.13.
Таблица 3.13
____________ Результаты определения подвижности бетонной смеси___________
Марка и вид бетона, из­
Результаты частных
Среднеарифметический
готовляемого из смеси
испытаний, см
результат; см
2. Определение жесткости бетонной смеси
Показатель жесткости бетонной смеси определяют на специальном
приборе, который состоит из цилиндрического сосуда 1 высотой 200 мм с
внутренним диаметром 240 мм с закрепленным на нем устройством 9 для
измерения осадки бетонной смеси в виде направляющего щтатива 8, штанги
5 и металлического диска 6 толщиной 4 мм с шестью отверстиями 7 (рис. 3.4).
Прибор устанавливают на стандартную лабораторную виброплощадку
и плотно прикрепляют к ней. Затем в сосуд помещают металлическую фор­
му-конус 3 с насадкой 4 для заполнения бетонной смесью.
Размеры формы-конуса такие же, как при определении подвижности
бетонной смеси, т.е. высота — 300 мм, нижний диаметр — 200 мм, верхний
диаметр — 100 мм. Форму-конус с помощью специального кольцадержателя 2 закрепляют в приборе и заполняют тремя слоями бетонной
смеси, уплотняя ее штыкованием (25 раз каждый слой). Затем удаляют
форму-конус, поворачивают штатив, устанавливают на поверхности бетон­
ной смеси диск и включают виброплощадку. Вибрирование при частоте
(2900±100) кол/мин и амплитуде (0,50±0,01) мм продолжают до тех пор,
пока не начнется выделение цементного теста из двух отверстий диска. По­
лученное время вибрирования — показатель жесткости бетонной смеси.
Рис.3.4. Стандартный прибор для определения жесткости бетонной смеси
Жесткость бетонной смеси определяют дважды. Общее время испыта­
ния от начала первого определения до окончания второго не должно пре­
вышать 15 мин. Жесткость бетонной смеси вычисляют с округлением до 1с
57
как среднее арифметическое значение результатов двух определений, отли­
чающихся не более чем на 20 %. При большем расхождении результатов
определение повторяют на новой пробе.
В лабораториях иногда используют упрощенный способ определения
жесткости бетонной смеси, предложенный Б.Г. Скрамтаевым. По этому
способу испытание проводят следующим образом. В обычную металличе­
скую форму для приготовления кубов размером 20x20 x20 см вставляют
стандартный конус. Предварительно с него снимают упоры и немного
уменьшают нижний диаметр, чтобы конус вошел внутрь куба (рис. 3.5).
Рис.3.5. Определение жесткости бетонной смеси упрощенным способом
Наполняют конус также в три слоя. После снятия металлического ко­
нуса бетонную смесь подвергают вибрации на лабораторной площадке.
Вибрация длится до тех пор, пока бетонная смесь не заполнит всех углов
куба и ее поверхность не станет горизонтальной.
Как показали опыты, показатель жесткости, определенный на стандарт­
ном приборе, приблизительно в 1,5-2 раза меньше показателя, полученного
по способу Б. Г. Скрамтаева.
Результаты опытов заносят в таблицу, аналогичную табл.3.13.
Контрольные вопросы
1. Чем бетонная смесь отличается от бетона?
2. Какими показателями характеризуют удобоукладываемость бетонной
смеси?
3. На какие группы и марки разделяют бетонные смеси по удобоукладываемости?
4. Как определяют подвижность бетонной смеси?
5. Для каких бетонных смесей и как определяют жесткость?
6. Как определяют жесткость бетонной смеси упрощенным способом и
как в этом случае соотносится показатель жесткости с показателем, опреде­
ленным на стандартном приборе?
7. В каких единицах выражают показатели удобоукладываемости бе­
тонной смеси?
58
Лабораторная работа № 7
Определение свойств тяжелого бетона
Качество тяжелого бетона характеризуют классами и марками по проч­
ности при сжатии и изгибе, марками по морозостойкости и водонепрони­
цаемости. Класс бетона по прочности на сжатие определяют величиной
гарантированного предела прочности на сжатие в МПа с обеспеченностью
0,95 образцов бетона базового размера (кубов с ребром 15x15x15 см) в воз­
расте 28 суток. Бетоны подразделяют на классы: 5 3,5; В 5; В 7,5; В 10;
512,5; В 15; В 20; В 25; В 30; В 35; В 40; В 45; В 50; В 55; В 60, В 65; В 70; В
75; 580.
На производстве контролируют среднюю прочность бетона на сжатие
или марку бетона по прочности на сжатие. Соотношение между классами
бетона по прочности на сжатие, средней прочностью на сжатие и марками
по прочности на сжатие приведены в таблице 3.14.
I*.
Таблица 3.14
Классы, марки и средняя прочность бетона на сжатие
Класс бетона по проч­ Средняя прочность бето­
Ближайшая марка бетона
ности на сжатие
на данного класса, МПа
по прочности на сжатие
4,6
В 3,5
М 50
В5
6,5
М 75
В 7,5
9,8
М 100
В 10
М 150
13,1
В 12,5
16,4
М 150
В 15
19,6
М 200
В 20
26,2
М 250
В 25
37,7
М 350
В 30
39,3
М 400
В 35
М 450
• 45,8
В'40
52,4
М 500
В 45
58,9
М600
В 50
65,5
М 700
5 55
72,0
М 700
В 60
78,6
М 800
Для тяжелых бетонов, применяемых в строительстве дорог и аэродро­
мов, устанавливаются классы и марки бетона по прочности при изгибе.
Для бетонов конструкций, подвергающихся в процессе эксплуатации по
переменному замораживанию и оттаиванию, назначают следующие марки
по морозостойкости: F 50; F 75; F 100; F 150; F 200; F 300; F 400; F 500;
F 600; F 800 ; F 1000.
Для бетонов конструкций, к которым предъявляются требования огра%•
ничсния проницаемости или повышенной плотности и коррозионной стой­
кости, назначают марки по водонепроницаемости. Марки тяжелого бетона
по водонепроницаемости: W2\ fV4; W 6; W 8; W 10; W 12;
16; W7 18; W20.
К*
59
/. Определение предела прочности тяжелого бетона на сжатие
Предел прочности бетона на сжатие обычно определяют на образцах
кубической формы с размерами грани 70, 100, 150, 200, 300 мм; а также на
образцах цилиндрической формы диаметром 70, 100, 150, 200 мм и высотой
h = d или 2d - Размеры образцов выбирают в зависимости от максималь­
ного размера зерен заполнителя. Максимальный размер зерен заполнителя
должен быть не более 1/4 размера грани куба или диаметра цилиндра. Об­
разцы испытывают сериями по три образца.
Перед формованием внутреннюю поверхность металлических форм
смазывают тонким слоем машинного масла. Уплотнение бетонной смеси
при изготовлении образцов осуществляют способом, принятым в техноло­
гии производства изделий. При невозможности выполнения этого условия,
образцы формуют следующим образом. Укладку бетонной смеси и ее уп­
лотнение производят штыкованием с помощью металлического стержня
диаметром 16 мм. Количество штыкований определяется из расчета 10
штыкований на каждые 100 см2 площади образца.
1
При уплотнении бетонной смеси с подвижностью менее 10 см или же­
сткостью до 11 с форму закрепляют на лабораторном вибростоле с помо­
щью металлических зажимов. Форму заполняют бетонной смесью с избыт­
ком и включают вибростол. Вибрирование продолжают до тех пор, пока
смесь полностью не заполнит форму с образованием на поверхности це­
ментного молока.
При изготовлении образцов из бетонной смеси жесткостью 11 с и
более, на форме закрепляют насадку. Форму с насадкой жестко закрепляют
на виброплощадке и устанавливают на поверхность смеси пригруз, обеспе­
чивающий давление (4,0 ± 0,5) кПа, и вибрируют до прекращения оседания
пригруза, плюс дополнительно 5-10 с.
✓
Затем излишек бетонной смеси срезают металлической линейкой, и по­
верхность образца сглаживают кельмой. При определении пределов проч­
ности на сжатие товарного бетона поверхность образцов закрывают влаж­
ной тканью, выдерживают в комнате при температуре воздуха (20±3) °С не
менее 24 часов, а затем распалубливают и помещают в камеру нормального
твердения. Если предусмотрено тепловлажностное ускоренное твердение
бетона, то образцы в формах помещают в пропарочную камеру и подверга­
ют тепловлажностной обработке по заданному режиму. Чаще всего образцы
. подвергают твердению вместе с изделиями в идентичных условиях.
Перед испытанием образцы подвергают визуальному осмотру (дефект­
ные образцы испытаниям не подлежат), взвешивают, определяют среднюю
плотность. Среднее значение средней плотности бетона округляют до деся60
ти кг/м . Испытуемый образец устанавливают на нижнюю плиту гидравли­
ческого пресса так, чтобы направление разрушающей силы было парал­
лельно слоям бетонной смеси при ее уплотнении. Нарастание нагрузки на
образец должно быть постепенным. Скорость нарастания нагрузки должна
быть в пределах (0,6 ± 0,4) МПа в секунду.
Предел прочности бетона в МПа (кгс/см2) вычисляют по формуле
(3.9)
где Р - разрушающая сила, Н (кгс); F - площадь поперечного сечения об­
разца, мм (см2); а - масштабный коэффициент.
Значения масштабных коэффициентов выбирают из табл.3.15 в зависи­
мости от размеров испытуемых образцов.
Таблица 3.15
Значения масштабных коэффициентов для приведения прочности тяжелого бетона к
прочности бетона в образцах базового размера.
ш
Длина ребра куба, мм
Значение коэффициента а
70
0,85
0,95
100
150
200
1,00
1,05
300
1,10
После вычисления предела прочности отдельных образцов рассчиты­
вают среднее арифметическое значение предела прочности в данной серии
образцов: из двух образцов — по двум образцам; из трех образцов — по
двум наибольшим по прочности образцам.
Результаты опытов заносят в табл.3.16.
2.
Определение прочности тяжелого бетона неразрушающими
методами
Для более полного контроля прочности бетона в изделиях недостаточ­
но обычных стандартных испытаний контрольных образцов. Образцы име­
ют другие размеры, что сказывается на условиях их формования и тверде­
ния, и поэтому они оценивают прочность бетона в изделии лишь с некото­
рой степенью приближения.
61
Таблица 3.16
Результаты определения предела прочности бетона на сжатие
св
C
Q
О
сЗ
си
ю
О
5X
X
а§>
т
он
о
U
со
X
лн
св
КС
CQ
О
X
С
О
«а.в
Ю
о
S
Н
X
а>
£
эХ
О
X
X
св
X
со
св
о
2а>
ев
CQ
3
к
св
ч
Н
«
в
&
§
X
О оX
о X
ю о ев
о о Р
св
2о
€
>>
с*§
3
о
S
CQ
с
2
о
ев юй
-о
а.
ев но
О
X
и
о.
о
еuвs >х
C
Q
3
О
а. х
н
S
£а. а>
о
св
Ом
2 Е
ев
2о
св
X
есво
С
І
VO
О
св
О
о
св
2о
#
4
сXв
со
св
О
*
Ю
О
3о ,
а>
S
ссво
Он
х
а.
ю
о
ȣ
В"
о
*н 6
2
0е? «*
3
св
2
>Х
О
эХ
0
к
(А
1
Й
н
2
Н
о
X
к
с;
н
х
о.
о
2
со
X
О
gх
о
X
3
с;
<
D
Н
св
Н
С X
3 X ja
с
X
з1 5 оS3 св
со
X
со Э
Ө
£
т
«си ос
О св
я
U я Н" С 2
I
>>
2
ов
о
ев
со
св
о
2
£
Ю
№
X
X
а>
W
4С>
О
X
О
и
С
та
и
со
Гч
си
ев
и
св
ев
X
X Он ,сXо
К
св
о
Св ю а .
Ә ьОю
2св он о
3 оX Оа>.
г
си о 2
со
о. ев
св
а« а а.
о
хсо
св
О.
Ю
О
X
X
си
оо
»
4
Н
О
о
X
ЕГ
О
а,
с
3X
па>
си
U
В настоящее время широко используют неразрушающие методы кон­
троля прочности бетона, которые позволяют ориентировочно определить
прочность в любой конструкции или на любом отдельном участке конст­
рукции или изделия без их разрушения. Неразрушающие методы можно
разделить на две группы: механические или поверхностные (методы упру­
гого отскока, ударного импульса, пластических деформаций, отрыва участ­
ка конструкции, скалывания ребра конструкции и т.д.) и физические (ульт­
развуковые, резонансные методы, метод свободных колебаний). При ис­
пользовании неразрушающих методов прочность бетона определяют по
градуировочной зависимости, связывающей косвенный показатель прочно­
сти бетона (величина отскока бойка, диаметр отпечатка на бетоне, скорость
прохождения через него ультразвукового импульса и т.п.) с прочностью
бетона. Градуировочная зависимость устанавливается на основании парал­
лельных испытаний под прессом и неразрушающим методом не менее чем
пятнадцати серий контрольных образцов-кубов. Контрольные образцы от­
бираются из произвольно выбранных замесов. Если отобранные таким об­
разом образцы не обеспечат разброса значений прочности бетона в диапа­
зоне, дающем возможность построить градуировочную зависимость, до­
пускается изготавливать до 40% образцов с отклонениями по цементно­
водному отношению до ±0,4.
Среди механических неразрушающих методов на практике наиболее
распространены: метод пластических деформаций, основанный на принци62
пе заглубления в бетон бойка (шарика) при ударе и получения отпечатка
(лунки) на бетоне определенного диаметра, и метод упругого отскока, в
котором косвенной характеристикой прочности является величина отскока
бойка от поверхности бетона (или прижатого к ней ударника).
Первый метод испытания бетона реализуется с помощью пружинных
приборов с определенной энергией удара, а также молотка Кашкарова с
произвольной энергией удара. С целью уменьшения влияния этого пара­
метра на результаты измерений, при использовании последнего прибора
косвенной характеристикой прочности бетона является соотношение диа­
метров отпечатков на бетоне и эталонном стержне.
Эталонный молоток конструкции К.П. Кашкарова представлен на рис.3.6.
Метод определения прочности бетона заключается в том, что при ударе мо­
лотком по поверхности бетонной конструкции одновременно образуется два
отпечатка: первый диаметром dE — на бетоне, второй диаметром d3 — на
введенном в молоток эталонном стержне. За косвенную характеристику
прочности бетона принимают отношение dE : dm по которому определяют
прочность бетона в данном месте конструкции. Эталонный стержень длиной
150 и диаметром 10 мм изготовлен из стали СтЗ, конец стержня заострен.
Рис.3.6. Эталонный молоток конструкции К.П. Кашкарова
Эталонным молотком наносят не менее 5 ударов в различных точках по
длине или площади конструкции. Во время испытания необходимо следить
за тем, чтобы ось головки молотка была перпендикулярна поверхности ис­
пытуемой конструкции. После каждого удара эталонный стержень пере­
двигают таким образом, чтобы расстояние между центрами соседних отпе­
чатков было не менее 10 мм. Удары по поверхности испытуемой конструк­
ции наносят так, чтобы расстояние между местами испытаний было не ме­
нее 30 мм. Диаметр лунок на бетонной поверхности и эталонном стержне
измеряют с погрешностью до 0,1 мм угловым масштабом, состоящим из
двух стальных измерительных линеек, склепанных под углом. Для облегче­
ния измерения диаметров отпечатков на бетоне удары можно производить
через листы копировальной и белой бумаги.
63
Прочность бетона в конструкции устанавливают с помощью градуиро­
вочной зависимости по среднеарифметическому значению косвенной ха­
рактеристики. Полученные таким образом значения прочности справедли­
вы для бетона с влажностью 2 - 6 %. В случае повышенной влажности зна­
чения предела прочности бетона необходимо умножить на поправочный
коэффициент влажности, принимаемый равным при влажности 8 % - 1, 1;
при влажности 12 % - 1,2 .
I
Метод упругого отскока позволяет получать более достоверные данные
о прочности бетона, так как на величину упругого отскока в большей сте­
пени влияют внутренние слои конструкции. Этот метод осуществляется с
помощью молотков Шмидта, часто называемых склерометрами. Склеро­
метр ОМШ-1 (рис.3.7) предназначен для определения прочности бетона на
сжатие в диапазоне 5...40 МПа в бетонных и железобетонных конструкциях.
Рис.3.7. Склерометр ОМШ-1
Перед выполнением удара нажатием ладони на сферический конец индентора приводят склерометр в рабочее положение. При этом стрелка на
шкале прибора должна занять нулевое положение. Затем устанавливают
склерометр в выбранную точку испытуемой поверхности перпендикулярно
к ней. Удерживая склерометр за корпус 1 двумя руками так, чтобы один
палец находился у стопора, прижимают индентор к поверхности бетона и
плавно сдвигают к ней корпус прибора до щелчка (удара). Не отводя скле­
рометр от поверхности бетона, нажимают пальцем на кнопку - стопор 2,
фиксируя положение бегунка со стрелкой 3 после удара. Высоту отскока
определяют по шкале с точностью до единицы (0,5 деления шкалы). Испытание выполняют в не менее чем пяти точках изделия.
Затем вычисляют среднее значение величины упругого отскока и опре­
деляют прочность бетона по градуировочной зависимости, заранее уста­
64
новленной путем параллельных испытаний контрольных кубов бетона
склерометром и на прессе. При испытании контрольных кубов склеромет­
ром они должны быть зажаты в прессе усилием (30±5) кН. Положение
склерометра относительно испытуемой поверхности должно быть таким
же, как и при установлении градуировочной зависимости, то есть горизон­
тально. При необходимости испытания горизонтальных или наклонных
поверхностей следует учесть угол наклона между продольной осью прибо­
ра и горизонтальной плоскостью для введения поправки при обработке ре­
зультатов.
1
Результаты опытов заносят в табл.3.17.
Таблица 3.17
_____ Результаты определения прочности бетона неразрушающим методом
I
схв
О
с
Св
х
О н
X
X оо о
X
н
и
<
D
X
CQ г
ю
О
о
О CL X
и с он
О
о
X
X
X
X
X
5Г
X
V
о
н
У о
Q
X
X
X
о
СО Он
<
D
(D
г
X
(D
к
аи (D
X С
Г
св
<
D
О.
U
X
ги
о
S
X
о
X
со
Л
со ев
>х С
о 2
X
ГГ
д а
осо
о
о.
X
>>
ев
р*
U
Н
X
оX
X
X
•е
•Ө
Г)
о
>Х
2
X
уо
C
Q
еО
в.
X
О
а
I
е
в
(D
ЕГ X
>ч о
О X
ев
X
х
О -е*
-өS
)
ю Г
о
X
1
4
ев
н
о О
Uа
о О
X
X
U
r
оО* оу
C
Q
св
(D
О.
X
X о
X
усв £
X
о
ГО н
I»
а
н
о
о
X
У
о
Он
X
CD
X
X
о
уев
X
(D
св
с
св
X
он
СО VO
<D
О
X
О
о.
и
3. Определение морозостойкости бетона
Морозостойкость - способность материала в насыщенном водой со­
стоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаи­
вание без видимых признаков разрушения, без определенного снижения
прочности, а в ряде случаев - без определенной потери массы.
Морозостойкость материала количественно оценивается маркой по мо­
розостойкости. За марку по морозостойкости принимают наибольшее число
циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают
образцы материала без видимых признаков разрушения и определенного
снижения прочности и потери массы.
Существуют следующие методы определения морозостойкости бетона:
1.
Базовый для всех видов бетона, кроме бетонов дорожных и аэро­
дромных покрытий.
65
2. Базовый для бетонов дорожных и аэродромных покрытий и ускорен­
ный для других видов тяжелого бетона.
i
3. Ускоренный для бетонов дорожных и аэродромных покрытий и дру­
гих видов тяжелого бетона.
.щ
4. Ускоренный при однократном замораживании - дилатометрический.
5. Ускоренный при однократном замораживании - структурно­
механический.
■.I
Четвертый и пятый методы применяются для всех бетонов, кроме бето­
нов дорожных и аэродромных покрытий, при этом последний метод пред­
назначен для оценки морозостойкости бетона при подборе и корректировке
его состава и не применяется для контроля этого показателя качества бетона.
В данной работе рассматриваются первые три метода определения мо­
розостойкости бетона как наиболее часто применяемые на практике.
Размеры и количество образцов, а также среда для их испытаний в каж­
дом из этих методов приведены в табл.3.18.
<
Таблица 3.18
1
100x100x100
Вода
основных
Контрольных
Число образцов
оттаивания
ния
заморажива­
Среда
насыщения
цов-кубов, мм
Размеры образ­
кости
ния морозостой­
Метод определе­
Размеры и количество образцов, среда для их испытаний
11 11
Воздух
Вода
6
! 12
Воздух
5%- ный
6
12
6
6
или
150x150x150
Ш
2
3
1ООх1ООх100
5%- ный
или
раствор
150x150x150
NaCl
100x100x100
5%- ный
5%- ный
5%- ный
или
раствор
раствор
раствор
70x70x70
NaCl
NaCl
NaCl
раствор
!
NaCl
I
Контрольными называют образцы, которые испытывают на сжатие че­
рез 2-4 ч после первоначального насыщения водой или водным раствором
соли.
Основными называют образцы, которые испытывают на сжатие через 24 ч после проведения заданного количества циклов попеременного замора­
66
живания в морозильном камере и оттаивания в ванне с водой или водным
раствором соли. Первоначальное насыщение образцов бетона водой или
водным раствором соли производится при температуре (18±2)°С путем по­
гружения в ванну с водой или водным раствором соли на 1/3 их высоты с
последующим выдерживанием в течение 24 ч, затем погружением на 2/3
высоты с выдерживанием 24 ч и, наконец, полным погружением (образцы
должны быть окружены водой со всех сторон слоем не менее 20 мм) с вы­
держиванием в течение 48 ч.
Режимы замораживания и оттаивания образцов в первом и втором ме­
тодах приведены в табл.3.19.
Таблица 3.19
Режимы замораживания и оттаивания образцов в первом и втором методах
Режимы
Размеры
образцов
100x100x100
Замораживания
оттаивания
время, не
температура,
менее, ч
°С
2,5
время, ч
°С
2,0±0,5
-(18+2)
150x150x150
температура,
3,5
+(18±2)
3,0±0,5
\
В третьем методе замораживание ведут так: понижают температуру до
минус 50-55 °С в течение (2,5±0,5) ч, затем выдерживают при этой темпера­
туре еще (2,5±0,5) ч, затем повышают температуру до минус 10 °С в тече­
ние (1,5±0,5) ч и после этого выгружают из морозильной камеры. Оттаива­
ние ведут в течение (2,5±0,5) ч при температуре +(18±2) °С. При заморажи­
вании кубов с ребром 70 мм время понижения и выдерживания температу­
ры, а также оттаивания образцов уменьшают на 1 час.
В первом и втором методах воду или водный раствор соли в ванне для
оттаивания меняют на свежий через каждые 50 циклов, а в третьем методе
—через каждые 5 циклов.
Количество циклов замораживания и оттаивания, после которых долж­
но производиться испытание образцов на сжатие, а также определяться по­
теря массы для бетонов дорожных и аэродромных покрытий, для заданной
марки бетона по морозостойкости приведено в табл.3.20.
67
оN
I
6
s
го
5s
es
!
JX
а
s
о
о
о
ч
ю
ев
Н
51
о
о
х о
2 о
о-
OS
2
сXв
О
н
ь
ю
£
о
о
Р
01
>Х X
о X
н св
и в
осо X
о *
Он св
о CL
S О
2
о св
с со
ев со
X О
он
ю
5
ы
6
2
00
о
о
о
о
о
00
о
о
о
о
£
о
о
о
1/~>
«о
£
о
£
о
о
о
о
40 00
о о
о о
40
00
п
о
£
о о
о о
(N го
о о
о о
»п 40
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
Т3-
о
о
о
о
in о
г-
о
о
40
ГО
го
о
<N
»п
ГО
оH
CL
V
IT)
»n
о
гCN
a>
x
«Г)
о
о
о
«л о
(N
On
X
Я
H
M
Д
X
CJ
x
a>
о
о
«о
о
»/■*
1
0
00
«ГІ
X
CN
s
о
a.
x
05
о о
о о
<ч ГО
о
о
о
<ч
о о
о о
(N го
о о
ш о
(N
1Г)
ГО
OI »п
00
о о
a. н
x о
осо
о
CN
ГО Tf
о
H
X X
e* н
о о
о
го *
X >Х
а
2
о
о
о
о
о
<г>I оо
о
о
Н
о *Л>
»/■>
о
*Г)
ГО
о
»/■>
о
го
о
©I о
(N1го
1•II О
<N4
го
I I 00
о
го
гч
О
Cl
он ОS
ои: О
с
<и cd
с? X
о О
о н
с «и
*ч ю
X
)
О 0
»
Си
X л
я- 2
(D
о о
с;
о э
X 2
sr
о нCQ
X
cd он
ИИХІЧСІН
0/щ
х
X
сНв
м
-D
X
о
X
о
го Tf
ЕГ
ч:
£
X £
ао
е?
о
X о
о
Э4
£
0 5
о
о
£
X о
£ о
св
CQ
X 2!
X св
н
о
о
о
о
S
*
<D
н
еонох
о
ИИХІЧСІМ
-он хин
3S о
-эд хил
яонохэд
о
О
-wodtfodeB
-ou XFnmodtfodcB
<Г\
н
-Adff кип*
xniAdff вдгй о , X
Яохэю и xroDicod HHHHdd и хшжойой1яонохэд ИМННӘЙОЛЭ^ 0у) о
-off
зон
K
lfff
И
ІЧН
Н
ЭЙ
О
Н
О
^
nwedajj
-ОМЭ^
X
э SJ
-охэд Kirft
х
о
ч
й о х э м H H X dd УУ
I
ffoxsw Hodoxg
0 3
Марку бетона по морозостойкости считают соответствующей требуе­
мой, если снижение средней прочности основных образцов после установ­
ленного числа циклов замораживания и оттаивания по сравнению со сред­
ней прочностью контрольных образцов будет не более чем на 5 %, а для
бетона дорожных и аэродромных покрытий кроме того не должно быть по­
тери массы более чем на 3 %. В первом и втором методах устанавливается
промежуточное число циклов, после которых должно производиться испы­
тание основных образцов на сжатие.
һсли среднее значение прочности образцов после промежуточных цик­
лов будет меньше средней прочности контрольных образцов более чем на
5 % или для бетонов дорожных и аэродромных покрытий потеря массы бу­
дет больше чем на 3 %, то дальнейшее испытание следует прекратить и
марку бетона по морозостойкости считать не соответствующей требуемой.
Результаты опытов заносят в табл.3.21.
Таблица 3.21
Результаты определения морозостойкости бетона
№ об­
разцов
х
3
м
в
О
S
и
о
I
х
О X
по X
со к
о
со о
со о
X оЕГ о
3X п
£
ев о
А ОQ- X
§ О X
с
в
а
ео
хо и
3
св о
2*
св
X
2
£
со
св
О
*
ю
о
3о.
4>
5
св
CL
I
О W
(D
X
2
ч
св ш
оо
со со
со X
х
о св
во
о
£
яS о
X S С
са.О
в
осо tsj ю
X о
•н
о X
03
0tr> св
со оо
S X
св
С
?
о а
а,
т а
gX
X
св
Н
1с2
о
I
св ю
ас о
sн X
3 Св
о х
0
о ►
4о
X
У
о Оц со
О
ч
и оX ои
п(D
тО.а
п
5н
0С>
ш Св
*
о
С -4
'
Ш
I
со
X О.
ю
X
о
н
о X
о 3
X
хво
У
о о
С
ц
х X
оо
<D а>
х
ас>. н
св
*
О
т а
со
о
т а
О4
(D
та О
С Ота
£
ш
оО.с
о
X а>
н
о
С
X
н
оо
X
5
Г
О
C
L
Р
СО
№
си
и
н
о
С
X
X
0
н
о
о
>х
о
н
о
о
соо
а.
о
Испытание бетона на морозостойкость классическими (базовыми) ме­
тодами имеет особенность, связанную с поведением цементной составляю­
щей в процессе испытаний. В бетоне, даже после набора им марочной
прочности, остается заметное количество зерен цемента, не полностью про­
реагировавших с водой, т.е. способных к твердению. Гидратация этой части
при испытании на морозостойкость может происходить в период оттаива­
ния образцов в воде. Таким образом, в процессе испытаний одновременно
протекают два конкурирующих процесса: деструктивный — разрушение
цементного камня при замораживании, и конструктивный — рост прочности
цементного камня во время нахождения образцов в воде. В начале испыта­
ний суммарный эффект может быть положительным, т.е. прочность бетона
даже увеличивается. Затем начинает превалировать процесс деструкции, и
прочность снижается. Поэтому при испытании бетона на морозостойкость
69
по базовым методам нормативная потеря прочности, указывающая на окон­
чание испытаний, составляет всего 5% от начальной прочности бетона, в то
время как при испытании кирпича нормативная потеря прочности составля­
ет 15%.
Контрольные вопросы
1. Какими показателями характеризуют качество тяжелого бетона?
2. Что такое класс и марка бетона по прочности на сжатие?
3. Как изготавливают и испытывают образцы для определения
проч­
ности бетона на сжатие?
4. Как рассчитывают прочность отдельных образцов и среднюю проч­
ность бетона на сжатие?
5. В чем заключается принцип определения прочности бетона неразру­
шающими методами? Какими они бывают?
6 . Как строится градуировочная зависимость в неразрушающих методах
испытаний бетона?
7. Какой метод неразрушающих механических испытаний реализуется с
помощью молотка Кашкарова?
8 . Каким методом и как определяют прочность бетона на сжатие с по­
мощью склерометра ОМШ-1?
9. Что такое морозостойкость материала, чем она характеризуется и от
чего зависит?
10. Какие существуют методы определения морозостойкости бетонов?
11. Как определяется морозостойкость всех видов тяжелого бетона,
кроме бетонов дорожных и аэродромных покрытий?
12. Как определяется морозостойкость бетонов дорожных и аэродром­
ных покрытий?
70
Практическая работа №4
Решение задач по свойствам тяжелого бетона
Свойства бетонов определяются качеством составляющих их компо­
нентов и количественным соотношением между ними. Поэтому чрезвычай­
но важно иметь практические навыки как в оценке качества составляющих
бетона, так и в расчетах по проектированию их составов. Необходимо такуметь
для
заданного объема бетонных работ при известном составе бетона. В строи­
тельной практике весьма часты случаи, когда некоторые из ранее запроек­
тированных компонентов бетона заменяются другими, отличающимися от
первых по качеству, В таких случаях нужно уметь ввести в состав бетона
необходимые коррективы с учетом свойств новых компонентов.
Приведенные ниже примеры задач и их решения помогут выполнить
эта расчеты.
Задача 1. Расход цемента равен 300 кг на 1 м3 бетона, водоцементное
отношение В/Ц = 0,6. Химически связанная цементом вода составляет 15%
от его массы. Определить пористость затвердевшего бетона.
Решение. Количество воды в 1 м 3 бетонной смеси: В = 300 0 ,6 = 180 кг
или 180 дм .
Количество воды, химически связанной цементом:
Bi = 0,15*300 = 45 кг или 45 дм3.
Количество свободной воды, не вступившей в химические реакции с
цементом: В2 = 180-45 = 135 дм3.
Следовательно, объем пор, образованных избыточной водой затворения, в 1 м3 бетона будет равен Vn = 135 дм3.
Пористость затвердевшего бетона без учета гелевых пор в цементном
камне и пор, образованных воздухом, который вовлекается в бетонную
смесь при ее перемешивании:
П = — 100 = 13,5%.
100
Ответ: пористость затвердевшего бетона 13,5 %.
Задача 2. Номинальный состав цементного бетона (по объему) 1:2,2:3,1
при водоцементном отношении В/Ц = 0,45. Сколько необходимо материа­
лов для приготовления 150 м 3 бетона при расходе на 1 м3 бетона 390 кг це­
мента? Влажность песка 6%, щебня - 2%. Насыпные плотности компонен­
тов бетона: цемента - 1,3 т/м3; песка - 1,6 т/м3; щебня - 1,5 т/м3.
Решение. Находим насыпной объем цемента, расходуемого на 1 м3 бетона:0,390/1,3 = 0,3 м3.
Насыпной объем сухого песка, расходуемого на 1 м бетона:
0,3-2,2 = 0,66 м \
71
Насыпной объем сухого щебня, расходуемого на 1 м 3 бетона:
0,3-3,1 = 0,93 м3.
тз
или
^
Расход цемента на 150 м 3 бетона: 150 •0,39 = 58,5 т.
Расход песка влажностью 6% на 150 м3 бетона:
150 •0,66 •1,6 (1+ — ) = 167,9 т.
100
X,V
7 ,,
или
Расход щебня с влажностью 2% на 150 м 3 бетона:
2
150 0,93 1,5 (1+ — ) = 213,4 т.
100
Воды в щебне содержится: 213,4 -150 •0,93 •1,5 = 4 2 т.
Всего вносится воды вместе с заполнителями:
9,5 + 4,2 = 13,7 тили 13,7м3.
Расход воды на 150 м 3 бетона: 150-0,176 —13,7 = 12 7 м3.
i
Задача 3. При испытании в возрасте 8 суток средний предел прочности
тяжелого цементного бетона в кубиках размером 100 х 100 х 100 мм ока­
зался равным 8,4 МПа. К какой приблизительно марке по прочности отно­
сится испытанный бетон?
Решение. Находим ориентировочную прочность бетона в 28-суточном
(марочном) возрасте по формуле
!g28 0 ^ 1,447
= 8.4 —-----= 13,4 МПа
lgn
0,904
Для перехода к образцам стандартного размера 150 х 150 х 150 мм
лученное
МПа
Следовательно, бетон ориентировочно относится к марке по прочности
Ml 00.
Ответ: бетон ориентировочно относится к марке по прочности М 100.
Контрольные задания
ж л ? " приготовления бетона с прочностью в 14 - суточном возрасте
применяется
изготовлении
бетона.
портландцемент для получе
ния бетона с прочностью в 7 - суточном возрасте 11,5 МПа на рядовых за­
полнителях при водоцементном отношении В/Ц = 0 62.
72
3. Какой маркой по прочности будет обладать бетон, изготовленный на
портландцементе с активностью 43,5 МПа и рядовых заполнителях при во­
доцементном отношении 0,55?
4. Определить плотность затвердевшего бетона, полученного из бетон­
ной смеси состава по массе 1:1,9:3,8 при В/Ц=0,52, и плотностью
2380 кг/м3, если химически связанной с цементом воды в бетоне содержит­
ся 16 % от массы цемента.
5. Сколько тонн щебня необходимо взять для изготовления бетонного
фундамента, имеющего размеры 10,0 х 1,5 х 0,6 м, если насыпная плотность
щебня равна 1,42 т/м3, истинная плотность - 2,80 г/см3, а коэффициент раз­
движки зерен щебня - 1,25?
6 . Определить плотность и коэффициент выхода бетонной смеси соста­
ва 1 : 2 : 4,5 (по массе) при В/Ц = 0,59, если на 1 м 3 его расходуется 350 кг
цемента, а насыпные плотности цемента, песка и щебня составляют соот­
ветственно 1,2 ; 1,58 и 1,46 т/м3.
7. Определить расход материалов для получения 35 м3 бетона состава
по массе 1 : 2 : 4,1 при В/Ц = 0,6, если плотность бетонной смеси составляет
2310 кг/м3.
8. Определить пористость бетонов, полученных из смесей, водоцемент­
ное отношение в которых было 0,5 и 0,75, и содержащих одинаковое количе­
ство воды затворения - 180 л на 1 м3 бетона. Химически связалось цементом
воды в бетонах 15 % от массы цемента.
9. По известному составу бетона (расходы материалов на 1 м 3 бетона:
цемента - 330 кг; воды - 180 л; песка - 730 кг и щебня - 1260 кг) опреде­
лить расчётную плотность бетонной смеси; плотность затвердевшего бето­
на (если к этому времени провзаимодействовало с цементом 20 % воды от
массы цемента) и пористость бетона, образовавшуюся вследствие потери
избыточной воды затворения.
10. На 1 м3 бетона расходуется 285 кг портландцемента с насыпной
плотностью 1,20 т/м ; 610 кг сухого песка с насыпной плотностью 1,56 т/м3;
1210 кг сухого щебня с насыпной плотностью 1,40 т/м 3 и 162 л воды. Со­
ставить дозировку материалов на один замес бетоносмесителя с емкостью
по загрузке 425 л, если влажность песка равна 3%, а щебня 2%.
11. Номинальный состав тяжёлого бетона по массе был 1 : 1,9 : 4,1 при
В/Ц = 0,45. Плотность бетонной смеси оказалась равной 2235 кг/м3. Опре­
делить расход материалов на 1 м3 бетона при влажности песка 4%, а щебня
-
1% .
12. Сколько кубометров щебня будет израсходовано на бетонирование
покрытия дороги площадью 2500 м 3 толщиной 15 см, если насыпная плот­
ность щебня 1,38 т/м3, истинная плотность - 2,70 г/см3, а коэффициент раз­
движки зёрен щебня - 1,15?
13. Бетонный фундамент из бетона марки по прочности М200 имеет
форму правильного параллелепипеда с размерами 4,0 х 6,0 х 2,0 м. Сколько
требуется портландцемента для изготовления этого фундамента, если ак­
тивность цемента 38,5 МПа, заполнители - среднего качества, а расход во­
ды на 1 м3 бетона равен 170 л?
73
14. Сколько портландцемента марки 400 необходимо израсходовать
на 1 м3 бетона марки по прочности М 400 при рядовых заполнителях, если
расход воды на 1 м3 бетона составляет 185 л?
|
15. Какой активности и марки должен быть портландцемент для полу­
чения бетона марки по прочности М200 на заполнителях низкого качества
при водоцементном отношении В/Ц = 0,58?
I
16. Какой маркой по прочности будет обладать бетон, приготовленный
из портландцемента марки 400 и заполнителей высокого качества при во­
доцементном отношении В/Ц = 0,65?
І
17. Для приготовления тяжёлого бетона марки по прочности М200
употребляются портландцемент с активностью 42 МПа и заполнители
среднего качества (рядовые). Рассчитать водоцементное отношение при
изготовлении данного бетона.
18. При испытании трёх бетонных кубиков с размером ребра 150 мм в
14 - суточном возрасте на гидравлическом прессе с площадью поршня 572
см 2 показания манометра были соответственно равны 8,2; 8,4; и 8,1 МПа.
Какой марке по прочности соответствует бетон?
19. Определить минимально необходимую ёмкость бетоносмесителя и
плотность бетонной смеси, если при одном замесе получается 2 т бетонной
смеси состава 1 : 2 : 4 (по массе) при водоцементном отношении В/Ц - 0,6 и
коэффициенте выхода, равном 0,7. Насыпные плотности материалов для
бетона: песка - 1,6 т/м3, щебня - 1,5 т/м 3 и цемента -1,3 т/м3.
20. Определить расход сухих материалов по массе и объёму на 1 м3 бе­
тона, если номинальный состав его по массе 1 : 2,2 : 5,1 при водоцементном
отношении
0,65.
Насыпные
плотности
компонентов
бетона:
песка
1600
Я
кг/м , щебня - 1450 кг/м и цемента - 1300 кг/м . Коэффициент выхода
нужно взять из справочных данных.
21. Плотность бетонной смеси номинального состава 1 : 1,9 : 4,1 (по
массе) оказалась 2235 кг/м3. Водоцементное отношение было 0,45. Опреде­
лить расход составляющих материалов на 1 м3 бетона, если в момент при­
готовления бетонной смеси влажность песка была 7 %, а гравия - 4,0 %.
22. Цементный бетон с 7-дневным сроком твердения показал предел
прочности при сжатии 20 МПа. Определить ориентировочную активность
цемента, если водоцементное отношение было 0,4.
23. Определить пористость цементного бетона состава 1 :1,9 : 4,5 (по
массе) при В/Ц = 0,50, если химически связанная вода составляет 15 % от
массы цемента. Плотность бетона 2390 кг/м3 при влажности 2 %.
24. Определить коэффициент выхода и плотность цементного бетона,
если для получения 555 м его израсходовано 162,5 т цемента, 275 м3 песка
и 525 м 3 гравия, имеющих насыпные плотности соответственно 1,2 ; 1,6 и
1,5 т/м3. Водоцементное отношение было равно 0,4.
25. Номинальный состав цементного бетона по объёму 1: 2,5 : 3,1 при
водоцементном отношении В/Ц = 0,45. Определить количество составляю­
щих материалов на 135 м3 бетона, если на 1 м3 его расходуется 390 кг це­
мента, а влажность песка и гравия в момент приготовления бетонной смеси
была соответственно равна 5,6 % и 3,0 %. Насыпная плотность цемента 1,3
т/м3, песка - 1,6 т/м3, гравия - 1,5 т/м3.
-Г
74
1
Практическая работа №5
Подбор состава тяжелого бетона
Подбор состава бетона заключается в определении расхода исходных
материалов (вяжущего, воды, мелкого и крупного заполнителей) на 1 м 3
уплотненной бетонной смеси или в относительном выражении - соотноше­
ния по массе или объему между количествами цемента, песка и щебня (гра­
вия) при обязательном указании водоцементного отношения. В последнем
случае массу или объем цемента принимают за единицу, поэтому соотно­
шение между составными частями бетона имеет вид: 1:Х:Y при определен­
ном В/Ц (где X - количество частей песка, Y - количество частей щебня
или гравия).
От правильности проектирования состава тяжелого бетона зависят его
плотность и прочность, которые, в свою очередь во многом определяют
такие важные свойства как морозостойкость, водонепроницаемость и др.
Рациональным считается тот состав тяжелого бетона, в котором расход вя­
жущего минимален при условии получения заданной прочности бетона и
необходимой удобоукладываемости бетонной смеси.
При проектировании состава бетона сначала рассчитывают его ориен­
тировочный состав, затем проверяют на опытных замесах удобоукладываемость бетонной смеси и прочность бетона, и уточняют состав бетона, если
требуемые свойства недостигнуты. После этого пересчитывают номиналь­
ный (лабораторный состав) на полевой (производственный) с учетом влаж­
ности заполнителей и определяют расход материалов на один замес бетоно­
смесителя.
Расчет предварительного состава тяжелого бетона
Расчет предварительного состава тяжелого бетона производят на основе
зависимости прочности бетона от активности цемента, цементно-водного
фактора и качества заполнителей, а также зависимости подвижности бетон­
ной смеси от расхода воды и других факторов. Определение расходов песка
и крупного заполнителя основано на формулах, которые вытекают из физи­
ческих основ структурообразования бетона (принципы метода абсолютных
объемов). Требуемую среднюю прочность бетона определяют, исходя из
заданного класса по прочности на сжатие, по формуле
jn
* 6 = 1 ,1 ------ ,
(3.10.)
*6
где В - класс бетона по прочности на сжатие;
- Коэффициент, зависящий
от вида бетона (для тяжелого бетона К& равен 0,778).
Если в задании указана марка бетона, то требуемую прочность бетона в
МПа рассчитывают по формуле
/?б - 0,11
М,
где М - заданная марка бетона.
Порядок расчета состава тяжелого бетона следующий:
1. Водоцементное отношение определяют по формулам:
а) для обычного бетона (при В/Ц £ 0,4)
В/Ц = А /?,, /(лб + 0,5 А • д „);
( 3 . 11)
(3.12)
б) для высокопрочного бетона (при В/Ц < 0,4)
В/Ц = АХ•Лц /(Д6 - 0,5Л, •Лц)•
0Л З)
Формулу (3.12) следует применять, если R 6 < 2А • R u, в других случаях
надо пользоваться формулой (3.13).
Значения коэффициентов А и А\ берут из табл.3.22.
Т аблица 3.22
Значения коэффициентов А и А \
Материалы для бетона
А
Высококачественные
Рядовые
Пониженного качества
Ах
0,43
0,40
0,37
0,65
0,60
0,55
дм 3 или кг на 1 м3
бетона) назначают в зависимости от ее удобоукладываемости (подвижности
или жесткости). Удобоукладываемость смеси, если она не задана, выбира­
ется в зависимости от вида конструкции и способа формования (табл.3.23).
Вид конструкций, изделий и метод их изготов­
ления
Монолитные конструкции
Подготовка под фундаменты и основания дорог
Полы, покрытия дорог и аэродромов, массив­
ные неармированные конструкции
Массивные армированные конструкции
Тонкостенные конструкции, сильно насыщен­
ные арматурой
Сборные конструкции
Изделия, формуемые с немедленной распалуб­
кой
Стеновые панели, формуемые в горизонталь­
ном положении с вибропригрузом
Изделия, формуемые вибропрокатом
Подвиж­
ность, см
Таблица 3.23
конструкций
Показатель
жесткости, с
2
30-60
2-3
2-4
25-30
15-25
6-8
6-10
0
80-160
0
60-80
0
50-60
Водопотребность бетонной смеси определяют по таблице 3.24 в зави­
симости от требуемой удобоукладываемости (подвижности или жесткости)
бетонной смеси, вида и крупности заполнителя.
3. Расход цемента на 1 м3 бетона определяют по формуле
(3.14.)
Если расход цемента на 1 м бетона окажется меньше допускаемого по
СНиПу (см. табл.3.25), то следует увеличить его до требуемой величины
Цпип
4. Расход заполнителей на 1 м 3 бетона определяют по следующим фор­
мулам:
76
Щ = 1000/(акл / ршц+1/рщ);
(3.15)
П = рп (іООО-Ц/рц - В - Щ / р щ),
(3.16)
где Щ, П, Ц и В - расходы соответственно щебня, песка, цемента и воды в
кг на 1 м3 бетона; а - коэффициент раздвижки зерен щебня раствором; Vn пустотность щебня в долях единицы; рщ, рп и рц - истинные плотности со­
ответственно щебня, песка и цемента, кг/дм3; рңщ - насыпная плотность
щебня, кг/дм3.
Таблица 3.24
Ориентировочные расходы воды на 1 м3 бетона_______________
Удобоукладываемость
Наибольший размер зерен заполнителя, мм
бетонной смеси
Гравий
Щебень
Осадка ко­
Жест­
10
20
40
70
10
20
40
70
нуса, см
кость, с
0
31 и более 150
135
125
120
160
150
135
130
0
21-30
160
145
130 125
170
160
145
140
0
11-20
165
150
135
130
175
165
150
145
0
5-10
175
160
140
145
185
175
160
155
1-4
4 и менее
190
175
160
155 200
190
175
170
5-9
IB*vlit! • ШШШ 200
185
170
165 210 200
185
180
- Дирв 215 205
10-15
190
180 225 215 200
190
16 и более ррШЩ 225
220 205
195 235 230 215
205
Примечание: 1.Таблица составлена для средних песков с водопотребностью 7%. При применении крупного песка с водопотребностью менее 7%
расход воды уменьшается на 5 дм 3 на каждый процент снижения водопотребности; при применении мелкого песка с водопотребностью более 7%
расход воды увеличивается на 5 дм3 на каждый процент увеличения водопотребности. 2. При применении пуццолановых цементов расход воды уве­
личивается на 15...20 дм 3. 3. При расходе цемента свыше 400 кг/м3 расход
воды увеличивается на 10 дм 3 на каждые 100 кг цемента.
Таблица 3.25
Минимальный расход цемента Ц^п для получения нерасслаиваемой плотной
бетонной смеси
Вид смеси
Особо жесткая (Ж > 20 с)
Жесткая (,Ж = 10- 20 с)
Малоподвижная ((Ж = 5-10 с)
Подвижная (ОК =1-10 см)
Очень подвижная (ОК = 10-16 см)
Литая (OK > 16 см)
Наибольшая крупность заполнителя, мм
10
20
70
40
160
180
200
220
240
250
150
160
180
200
220
230
140
150
160
180
200
210
130
140
150
160
180
190
ной смеси
Коэффициент раздвижки а для жестких бетонных смесей следует при­
нимать в пределах 1,05-1,15, в среднем - 1,1; для пластичных смесей а при­
нимают в соответствии с табл.3.26.
ШШШ
'Ш
\
77
Таблица 3.26
Оптимальные значения коэффициента а для подвижных бетонных смесей
Расход цемента
Оптимальные значения коэффициента а при В/Ц
0,4
250
300
350
400
500
.
0,5
1,3
1,38
1,46
1,56
1,32
1,4
1,5
0,6
0,7
0,8
1,26
1,36
1,44
н
1,42
1,38
pfe;; \
Іf Ц^ІІІғвЖ*
’У
; . .. ^^ .,гт» . - v >Н Ш - , «ЯЯ
' "f *
.
,
’
'
...
■ ■ ■■■ -
■ ■ ! « !
. ■ ■ ■ ■ ■■■
■
Примечание: 1. При других Ц и В/Ц коэффициент а находят интерпо­
ляцией. 2. Если водопотребность песка более 7%, коэффициент а умень­
шают на 0,03 на каждый процент увеличения водопотребности; если водо­
потребность песка менее 7%, коэффициент а увеличивают на 0,03 на каж­
дый процент снижения водопотребности.
%
Таким образом получают расчетный с'остав бетона в виде расхода мате­
риалов Ц, В, П и Щ (кг) для получения 1 м 3 или 1000 дм 3 бетона.
Расчетная плотность бетонной смеси (кг/м3) составит
Рбс = Ц + В н -П + Щ,
(3.17)
Корректирование состава бетона по пробному замесу
После корректирования удобоукладываемости бетонной смеси на проб­
ном замесе определяют фактические расходы сырьевых материалов на
пробный замес. Фактические расходы сырьевых материалов на 1 м3 бетона
рассчитывают по формулам:
(3.18)
ф ц? юоо;
1 1
В Ф
^
в*-ю оо ;
(3.19)
ғ3ф
ф
nf -iooo;
(3.20)
ғф
r 3
ф щф -юоо,
Ғ3Ф
(3.21)
где Ц3Ф, В3Ф, П3Ф и Щзф - фактические расходы сырьевых материалов на
пробный замес, кг; Қф- фактический объем пробного замеса, дм3.
Ш Ц? + Bf + n f + щф >
(3.22)
3 _
ф
Рбс
где Рбсф - фактическая плотность бетонной смеси, кг/дм 3 (не должна отли­
чаться от расчетной плотности более чем на 2 %).
78
После заданного срока твердения контрольные образцы бетона испы­
тывают на сжатие. Если фактическая прочность бетона отличается от за­
данной более чем на 15% в ту и другую сторону, то следует внести коррек­
тивы в состав бетона. Для повышения прочности увеличивают расход це­
мента, т.е. Ц/В; в противном случае - уменьшают расход цемента и соот­
ветственно Ц/В.
Определение полевого (производственного) состава бетона
Полевой состав бетона рассчитывают с учетом влажности заполнителей
по формулам:
Ц„=ЦФ;
(3.23)
НЕ
_ВФ ІІГІ р В Я
в
п
п„ I
100
(3.24)
100
В
И
щ
пф+
100
Щп = Щф + — -’
п
,100
где W„ и Wm- влажности песка и щебня, %.
(3.25)
(3.26)
Определение расходов материалов на замес бетоносмесителя
Расходы материалов на замес бетоносмесителя рассчитывают по фор­
мулам:
(3.27)
_Ц*б;
Ц 6с
1000
(3.28)
l i f e ;
бс
1000
І п п -Ғб ;
(3.29)
бс
1000
_Щ „гб,
(3.30)
1000
гдеҮб - объем бетонной смеси, получаемой из одного замеса бетоносмеси­
теля, дм3.
г б = р - г бс,
(3.31)
где V& - емкость бетоносмесителя по загрузке, дм3; Р - коэффициент выхо­
да бетона.
Коэффициент выхода бетона, который представляет собой степень
уменьшения объема бетонной смеси по сравнению с суммарным объемом
исходных материалов и обычно равен 0,6 ...0,7, вычисляют по формуле
1000
(3.32.)
И
J L + J k + Ш -*
Ап. Am Р мш
где рнц, рнт рнщ “ насыпные п л о т н о с т и , соответственно, цемента, песка и
щебня, кг/дм .
-
79
В задании на работу каждый студент получает исходные данные для
предварительного расчета состава тяжелого бетона методом абсолютных
объемов, а именно: требуемый класс или марку бетона по прочности, марку
или активность цемента, характеристики удобоукладываемости бетонной
смеси (подвижность или жесткость) и качества заполнителей для бетона
(высококачественные, рядовые или пониженного качества), наибольшую
крупность щебня или гравия, значения истинной и насыпной плотности
основных компонентов, величину пустотности крупного заполнителя. Кро­
ме того, в задании приводятся ситуационные данные: изменения расхода
материалов в пробном замесе для корректировки удобоукладываемости
бетонной смеси, ее фактическая плотность, значения влажности заполните­
лей в производственных условиях, емкость бетоносмесителя.
Ниже приводится пример расчета состава тяжелого бетона для оказания
помощи в выполнении этих расчетов.
Исходные данные для расчета
Рассчитать состав тяжелого бетона с классом (маркой) по прочности на
сжатие В 20 (М ____). Удобоукладываемость бетонной смеси по подвиж­
ности (жесткости) составляет ОК = 4 см (Ж = ______ с).
Исходные материалы: портландцемент: марка (активность) М 400
(Кц = 39.2 МПа), истинная плотность рц = 3.1 кг/дм3, насыпная плот­
ность рнц = 1.2 кг/дм ; песок средней крупности: истинная плотность
рп = 2.65 кг/дм , насыпная плотность рш = 1.6 кг/дм3, водопотребность
_5_%; щебень, гравий (нужное подчеркнуть): истинная плотность
Рщ = 2.7 кг/дм3, насыпная плотность рщц = 1.45 кг/дм3, наибольшая
крупность НК = 40 мм, пустотность Vm= 0.465 в долях единицы.
Для получения заданной подвижности (жесткости) в пробном замесе
увеличили расход воды и цемента (заполнителей) на 10 %.Фактическая
плотность бетонной смеси составила рбеф = 2460 кг/м3. Влажность песка и
крупного заполнителя в производственных условиях равна соответственно
W„ = 5 % и Щц 1 3 %. Емкость бетоносмесителя по загрузке 500 дм3.
. 1
Результаты расчета
V
1. Расчет предварительного состава бетона.
Определение требуемой прочности
R 6 =1,1-------- = 1,1—— = 283 МПа
0,778
0,778
Определение среднего уровня прочности - округляем в большую сто­
рону до ближайшей марки М 300. т.е. Rn = 30 МПа.
Определение водоцементного отношения
а) для обычных бетонов (R^ = 30 МПа<2А- R„ = 39.2 МПа)
В/Ц I А ■Ц /(Дб 1 0,5,4 •| | )= 0,6 •39,2 /(301 0,5 •0,6 •39,2)= 0*5-62■
б) для высокопрочного бетона (R^ = _____ <2А- Ru = _____ МПа)
80
В/Ц = Aj ■Щ / Щ - 0,5At ■Rn )
Определение расхода воды - по таблице 3.21 для подвижности (жестко­
сти) ОК = _4см (Ж = _
с) и наибольшей крупности щебня (гравия) НК
= 40 мм, т.е. В = 175 дм .
Коррекция расхода воды, исходя из водопотребности песка 5%. уменьшение на 10 дм , т.е. В = 165 дм3.
Определение расхода цемента
Ц = % Щ ) = 165 7О-562 = 294 кг.
Если расход цемента на 1 м бетона окажется меньше допускаемого по
СНиПу (см. табл.3.22) Ц я ь || 180 кг, то следует увеличить его до требуемой величины LL™. Окончательно Ц = 294 кг.
Определение расхода щебня
Щ=
1000
Vm*a
+
Рнш
1000
=1265 кг
1
рш
1,45
2,7
Определение расхода песка
П = Р„
1000
(294
-
.\ с ц
Сш
1265
= 2,65 • 1000+
+165
2,7
3,1
ч
/
= 720 кг
В результате расчета получен предварительный
Цемент
Вода
Песок
Щебень
В/Ц
294
165
720
1265
0,561
Расчетная плотность бетонной смеси (кг/м ) составляет
р ^ = Ц + В + П + Ш = 289 + 165 + 724 + 1265 = 2444 кг/м3
2. Корректирование состава бетона по пробному замесу.
Состав бетона, полученный расчетом, уточняется на пробных замесах и
по результатам испытаний контрольных образцов.
Объем пробного замеса составляет
50
л.
Количество материалов и характеристики бетонной смеси в пробном замесе
Количество материалов на объем
исходной смеси
после корректи­
пробного замеса, кг
ровки состава
Цемент Ц, (Ц3Ф)
Вода В, ( В / )
Песок Пэ(П3Ф)
Nv
Щебень Щ, (ЩЛ
Суммарная масса всех материалов
Средняя плотность бетонной смеси
14,7
8.25
36,0
63.25
16,17
9,07
36,0
63,25
122,2
2,444
124,49
2,460
50
50,61
Рбс (РбсфХ кг/дм3
Объем пробного замеса
( fv ), дмг.
81
Фактическая плотность бетонной смеси отличается от расчетной плотности на
2460 —2444
. i оо = 0,65% »что является допустимым расхождением
2460
(менее 2%).
Состав бетонной смеси с учетом корректирующих добавок и фактиче­
ской средней плотности:
Ф _ Ц *1000
16,17 1000
319 кг
ц
уф
50,61
Ф
В
Пф
Щф 1
В? •1000
9,07 •1000
уф
3
50,61
n f 1000
36,0 •1000
уф
50,61
Щ? 1000
63,25 •1000
уф
50,61
711 кг
1251 кг
Номинальный состав бетонной смеси (в кг на 1 м3 бетона)
Цемент
Вода
Песок
Щебень
В/Ц
319
179
711
1251
0,561
3. Определение производственного (полевого) состава бетонной смеси
. Цп= Ц ф= 319кг.
ВП
ф _ П ф -'\Уп
100
пп
ПФ
Щ
100
^
= 179- Ш
100
П ф •W
100
= 106 д м 3
711-5
711 + --------= 747кг
100
^
— Г1а
100
щ ф+
^ - 1^
щф wш
= 1251 + — --1-'3 = 1289кг
100
100
Полевой состав бетона в относительном выражении по массе:
П
Щ
747 1289
1 :—Й Й Ш ш ! ----- : ! g g § 1 :2 ,3 4 :4 ,0 4 при 8 /4 = 0,57
319 319
Цп ц п
Полевой состав бетона в относительном выражении по объему:
Пп Рнц щ „ р ни 1 1 . Д Д • 1289 • Щ = ! • 1 75 • з 3 4 при В/Ц = 0 ^ 7
1:
319 1,6 319 1,45
Д „ Р нп В р.
4. Определение расходов материалов на замес бетоносмесителя
Расчет коэффициента выхода бетонной смеси
82
в-
1
0
0
-
0
1
0
0
0
Р
Ц +—
П па_ + ^Щ5п.
319
747
1289
“
’
----- + ------+
Р т Рш, Ашц
1,2
1,6
1,45
Расчет объема бетонной смеси, получаемой из одного замеса бетоно­
смесителя,
0,617 • 5 0 0 1 308 ДМ3.
Расчет количества материалов на один замес бетоносмесителя:
Ц Л І = 3 ! 1 І 08 = 98 кг
ІІ1ШІІ11Ш
1000
В
^
1000
= 10 6 0 0 8 = 3 3
1000
В
И
щ
Я
1000
~
1000
I
1000
ц у у , 1 11
1000
■І
1000
—
1 230 кг.
—
J 397 кг.
---
Контрольные задания
Рассчитать состав тяжёлого бетона. Уточнить его по результатам испы­
таний пробного замеса. Рассчитать расход материалов на замес бетоносме­
сителя.
Исходные данные для расчёта приведены в табл.3.27.
83
Практическая работа №6
Подбор состава мелкозернистого бетона
Мелкозернистый бетон это разновидность тяжелого бетона, которая от­
личается от последнего отсутствием крупного заполнителя. Мелкозерни­
стый бетон широко применяется в настоящее время для изготовления вибропрессованных и прокатных изделий, изделий полусухого прессования и
роликового формования и др.
Подбор состава мелкозернистого (цементно-песчаного) бетона как и
обычного тяжелого бетона включает расчет предварительного состава на
основе установленных технологических зависимостей, обеспечивающих
получение заданных удобоукладываемости цементно-песчаной смеси и
прочности бетона, и уточнение предварительного состава на пробном заме­
се и серии контрольных образцов. В то же время расчет состава мелкозер­
нистого бетона имеет свои особенности, в частности, необходимо учиты­
вать технологию изготовления бетона и изделий из него.
Значительные отличия в свойствах бетона выявляются по следующим
технологиям:
1) по технологии «А» (особо и сверхжесткие смеси, с жесткостью свы­
ше 120 с), включающей специальные методы подготовки вяжущего (домол
цемента, совместный помол цемента с песком), специальные методы пере­
мешивания (в вибросмесителях, струйных смесителях и др.) или методы
интенсивного уплотнения (виброштампование, вибропрессование, полусу­
хое прессование, роликовое формование и т.д.);
2) по технологии «Б» (жёсткие смеси и особо жесткие смеси от 40 с),
использующей методы интенсивного уплотнения цементно-песчаных сме­
сей;
3) по технологии «В» (малоподвижные смеси от осадки конуса ОК =
2...4 см до жесткости Ж = 20 с, уплотняемые на стандартных и специальных
виброплощадках).
84
!
N
ГП
a
s
s
w ir
«о
я
‘әяеА&іве ou ‘хиоэмоонохэд янд
y .
о
о
о
о
о
о
w o ^ O O O O
g O
0
^
0
<n г- о
2 o o o 2 « n § §
0
H
(киявсЬ) кндэт
Tj - n ' ^ mf Nf N' t r S n r N —fN(N(N —(Nn —(NfNnrj
ВЯО
Ә
П
п м і л т м ^ і л м ^ м п ^ т м г о - rs ro rf n —
^н/хя ‘иэ
-ә*чэ ионноіәд яхоонюіш ъ и ш ф
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
«л(ЧО^»«лт - r^oororfvoo'fNm^r» —© */->оо
Tfrfr,
'
t
T
f
m
f
'
i
r
r
'
t
n
f
n
r
t
'
t
'
t
f
o
fN (N M fN (N « N fN (N { N f4 (N (N fN fN (N fN fS fN (N fN (N (N
% с(ф*шгоііес) вінәиэп
и mroe әээкее Hqodu a ыпгэях
О
н
й>
iO
% ‘‘ІЮ О Ш .О Ю Л ц
o<
©
Юo
2Z^ZJ
N i2 ©
00 N
O
«л
ат J f 4Tf о
—
о
м
о
г ч *Л VC
Г г п 00 O ' о ГМ
Tt со т
.
го оо о
тг го ^
* о
го
со
(N
со ос
тг Tt п с о
f
1)
*ас
—
%
ев
со
я
н
о
а
W1Т/ІЯ Чіэонлоіт іш эең
С>3
£;
*
* О On •
NO O ' ОС (N #О *
00
NO
NO
h
*
nO
NOФ
n
O
*/">
nO
фь о
#1
f 4 €N (N CN CN (N CN CN CN CN CN
<N
O
NV
O(N
3
<r
NO vO Г4 t4
r s | <N ГМ CN ^ CN CN CN ^
3 ^ ь. ч
■0
X
ю
в»
00
g fttf/J X Ч іЛ О Н Ю ІГ Ц НИХЭЦ
4 4 Ч 4 r f 4 Ч 4 Tt Ч Ч ТГ Ч г,- ч Ч 4 r r Ч Ч 4 n-
оо
ев
ни ^ІН
£У
©
о о ■п О о
wо
W%
Ло
Wо
W%* W
о /—
чо
Wо о О w
о W
о ^
о
М
Ғл
r-^<NTf«g —ТГ« <N^
~ § СЧГ- <4 § —Г- ~ §
о
св
X
3
z
X
% ‘ dxoiioirog
ж
о
О
О
wtr/j* 'HJLOim эвң
ев
ct
X
3
. WIT/J* ‘ НХОІПІ ГОНННІОД
Iх
fWff/JX ‘ НХОІШ'ЭВҢ
2
і»Л'в^ООПОГч^
^
М
О
»
—
0
N
,t'Or
4
(N
fri'O»
V Tf »Л
, vfi V
*j 'С vCV
") ^
г» »Л
«^
s£j »л «г. ^ sc >Л«Л
*
*
\0 'CnC^>'0 '0 >0 >0 «/^nO>0 >C>0 >CnO^OnOnOnOnO|OnO
(S ri Г4(N<NMjfS rf (4 (NГЧ(NM#(N(NN СЧГІ (N<4 ti fN
>0 rO V*> ОС чО
IT|
- N
( 4
O
?
СЧ fO Г - — h
^
^
t x
«
n
r ,
У С ^ ^ Г Х ' С
О X » ' Г ^ « Г ' О Г ' — 0 ' П С ' ' Л І ^ — <N^(N
— — О — — O O N - n - f N O
о О —« — — —
о
S
it
z
ftor/sx ‘ НАОІГС1 'H R J tttf
8*
CO
е й w *(»B*dim) «шюняіплү
(Э ‘Ч1ЭОЖІЭ9Ж) wo ‘чюонжмвгоц
Vi/.
v
i
x
x
o
h
’T
x
^
x
c
T
O
'
C
^
c
c
^
a
O —; <> О — — —; О — o s — О
— — О О — О — Оч —
Г О Г О Г ІҒ ^ Г О Г О Г ^ ^ Г О С '? П
Г*{
rr * ^ »Г^о * «О«Л'О І
^ О
С
; vo^* V
OС
^- г<| * «о
РІ.МПИСІПЯ OjV
w
o
^^Зого^Г^^го^г^гггочу^ІТ^чггого^го^го
О О ® *
и и 2
О
® N О *" Г4*
и и и UU
о •/% и Л ' л о < л о « л ° °
С4 Г» f - |
внохәд (ежіен) ээпг)|
ГО г л ГЛ ГО СП Г> ГЛ Г І г о
п
го tT М
-
о ^
W
о ®
и “ 7 3
2
у
о
°
O ^ OC J U
у о
■ЧГ vO ГО —
f O-CTI N
о о «о й ^ § ^ ? , о § § ^ о § ^
in
м
— ^
— Г 1 сч г л
n
vo
v-jU
' O^
о
— — U Г? | |
- f N r o ^ ^ s o r - a o o v ®Z : 2 - 2 ! 2 £ r : * 2 S ^ r 4
В целом, удобоукладываемость бетонной смеси и назначение бетона
отражает коэффициент уплотнения смеси при формовании изделий. Для
подвижных и малоподвижных бетонных смесей коэффициент уплотнения
принимается Ку^ = 0,97; для ряда конструкций, к которым предъявляются
требования высокой морозостойкости, коррозионной стойкости, водоне­
проницаемости принимается к ^ > 0,97 (дорожные изделия, напорные тру­
бы и др.). Для других изделий из жестких бетонных смесей (камни и блоки
для стен, кирпич и плиты бетонные и др.) принимается . Кущ, < 0,97 В по­
следнем случае при условии подбора оптимального состава бетона наряду с
достаточно высокими качественными показателями обеспечивается эконо­
мия вяжущего (цемента) и снижение себестоимости материала.
Подбор состава мелкозернистого бетона при коэффициенте уплотне­
ния Кум, > 0,97 (условие получения слитной практически двухфазной сырье­
вой смеси после уплотнения; например, способом вибропрессования и др.)
1. Расчет предварительного состава бетона.
Состав цементно-песчаного бетона при регламентируемом коэффици­
енте уплотнения Кущ, > 0,97 рассчитывается в следующем порядке.
а) Ориентировочная величина цементно-водного отношения Ц/В опре­
деляется по рис.3.8 в зависимости от заданной прочности бетона.
б) Расход цемента Ц принимается по рис.3.9.
в) Соответствующий расход воды рассчитывается по найденному цементно-водному отношению Ц/В и принятому расходу цемента Ц.
г) Расход цементного теста в дм 3/м 3 устанавливается по найденным
значениям расхода цемента Ц и цементно-водного отношения Ц/В по
формуле
(3.33)
' 1
л
V*
ЦТ =11 — + В/Ц
чРц
/
«
т
где рц - истинная плотность цемента, кг/дм .
д)
Расход песка в кг/м устанавливается по формуле, полученной и
уравнения абсолютных объемов,
П = рп -(1000-Кцг).
(3.34)
где рп - истинная плотность песка, кг/дм3.
2. Корректирование состава по контрольным образцам.
После изготовления контрольных образцов из бетонной смеси принято­
го состава определяется коэффициент уплотнения к
по формуле
упл
£упл = Рбс I Рбс
(3.35)
где рФс~ фактическая плотность бетонной смеси, кг/дм3; р ^ - расчетная
плотность, кг/дм3, полученная по формуле
Рбс = (Ц + П + В) /1 ООО,
где Ц, П, В I расходы цемента, песка и воды в кг/м3.
86
(3.36)
70
60
50
40
30
20
1
1,5
2,0
технология А;
2,5
“
3,0
3,5
технология Б, В; Q О
В
крупный песок
активность портландцемента
\
Рис. 3.8 Зависимости прочности песчаного бетона от Ц/В отношения
Если требуемая величина коэффициента уплотнения ку^ не достигнута,
изготавливается новая серия образцов с увеличенным количеством цемент­
ного теста (примерно на 10 дм /м 3 на 1% коэффициента уплотнения) при
принятом цементно-водном отношении Ц/В до тех пор, пока не будет по­
лучено необходимое уплотнение.
Расход материалов в окончательном составе бетона определяется ум­
ножением полученных величин расхода цемента, песка и воды на фактиче­
ский
коэффициент
уплотнения.
~-v . _..-----------------------МПа
70
60
50
40
30
20
Ц.ХГ/М*
Сетона
400
500
600
Рис.3.9. Влияние расхода цемента на прочность песчаного бетона
В задании на работу каждый студент получает исходные данные для
предварительного расчета состава мелкозернистого бетона, а именно: тре­
буемый класс или марку бетона по прочности, марку или активность це­
мента, вид технологии и основные параметры уплотнения бетона, требуе­
мый коэффициент уплотнения смеси, крупность песка, значения истинной
87
и насыпной плотности основных компонентов. Кроме того, в задании при­
водятся ситуационные данные: фактическая плотность бетонной смеси,
значение Ц/В, необходимое для получения требуемой прочности, по ре­
зультатам испытаний серий контрольных образцов, влажность песка в про­
изводственных условиях, емкость бетоносмесителя.
Ниже приводится пример расчета состава мелкозернистого бетона при
регламентируемом коэффициенте уплотнения
» 0,97 и условии получе­
ния слитной практически двухфазной сырьевой смеси после уплотнения
для оказания помощи в выполнении этих расчетов.
Исходные данные для расчета
Рассчитать состав мелкозернистого бетона с прочностью на сжатие, со­
ответствующей классу (марке)
В 30 (М 400 ) для конструкций, изго­
товляемых по технологии «Б», с коэффициентом уплотнения не менее 0,97.
Исходные материалы: портландцемент:
марка (активность) 500
(Ru = 49.0 МПа), истинная плотность рц = 3.12 кг/дм , насыпная плотность рңц = 1.2 кг/дм3: песок крупный: истинная плотность рп = 2.62
кг/дм , насыпная плотность рнп _ 1.52_ кг/дм .
Опытное затворение цементно-песчаной смеси и ее уплотнение по за­
данному режиму показало, что фактическая плотность смеси составила
2.218 кг/дм3. По результатам испытаний серий контрольных образцов уста­
новлено, что для получения требуемой прочности необходимо Ц/В = 2.65.
Влажность песка в производственных условиях равна соответственно Wn =
4 % . Емкость бетоносмесителя по загрузке 375 дм3.
Результаты расчета
1. Расчет предварительного состава бетона.
Определение требуемой прочности: r 6 = 0,11 •М = 1,1 •40 = 44 МПа.
Определение среднего уровня прочности - округляем в большую сто­
рону до ближайшей марки М 450. т.е. /?б = 45 МПа.
Определение предварительного цементно-водного отношения Ц/В по
рис.3.8: Ц/В = 2*6 или В/Ц = 0.385.
Определение расхода цемента Ц по рис.3.9: Ц = 560 кг на 1 м3 бетона.
Определение расхода воды:
560
Ц
В=■
= 215 дм3.
Ц/В 2,6
Расход цементного теста составляет
/
л
1
1
+ В /Ц = 560+ 0,385 =395 дм
Ч* = ц
3,12
\
Рц
V
Определение расхода песка:
П | р„ •(1000 I Vm)= 2,621(1000 - 395)= 1585 кг.
Таким образом, получен предварительный состав бетонной смеси для
опытных замесов, кг на 1 м 3 бетона:
88
Цемент
Вода
Песок
В/Ц
560
215
1585
0,385
Расчетная плотность бетонной смеси (кг/дм3) составляет
Рбс = (Ц + В + П + Щ) / 1000 = (560 + 215 + 1585) / 1000 = 2.360 кг/дм3.
2. Корректирование состава бетона.
Опытное затворение и уплотнение по заданному режиму цементно­
песчаной смеси показало, что ее фактическая плотность составила 2.218
кг/дм3. Фактический коэффициент уплотнения смеси будет равен
к,™ = р£ / Рбс =2,218/2,360 = 0,94,
что меньше регламентированного на 3 %. Поэтому, необходимо увели­
чить количество цементного теста на 3x 10 = 30 дм3. Это требует увеличе­
ния расхода цемента на
Н
АЦ = - - А^
^ ----- = 43 кг
— + В/Ц — + 0,385
Р„
3,12
и расхода воды на ДВ = АЦ В/Ц = 43 ' 0,385 = 16 дм3.
Расходы цемента и воды составят соответственно 603 кг и 231 дм3.
Расход песка соответственно уменьшится на АП = р„ ' д у ~ 2,62 30 =
79 кг и составит 1506 кг.
В изготовленных из этого состава образцах Кум бетонной смеси равен
0.91.
Изготавливаются три серии контрольных образцов. Первая серия - при
Ц/В = 2,35, вторая - при Ц/В = 2,60, третья - при Ц/В = 2,85.
Определяются составы первой и третьей серий. Расход воды сохраняет­
ся 231 дм3. Расход цемента: для первой серии Ц = 231 х 2,35 = 543 кг; для
третьей серии Ц = 231 х 2,85 = 658 кг. Расходы песка: для первой серии - П
= 2,62 ■(1000 - 231 - 543/3,12) = 1559 кг: для третьей серии —П —2,62 •
(1000 - 231 - 658/3,12) = 1462 кг.
Изготавливаются контрольные образцы из цементно-песчаного бетона
трех указанных составов и испытываются в возрасте 28 суток. По результа­
там испытаний образцов строится кривая функции /?б = /(Ц/В) и устанавли­
вается, что для получения требуемой прочности необходимо Ц/В = 2.65 .
Рассчитывается новый состав бетона исходя из Ц/В = 2.65 и расхода во­
ды В = 231 ДМ3.
Расход цемента Ц = 231 х 2,65 = 612 кг.
Расход цементного теста у = 231 + 612/3,12 = 427 дм3.
#
Расход песка П = 2,62 • (1000 - 427) = 1501 кг.
Из бетонной смеси полученного состава делается контрольный замес и
определяется коэффициент уплотнения. Получен Аут, = 0,97. Окончательно
корректируется номинальный состав:
И = 612 х 0.97 = 594 кг:
89
В = 231 X 0.97 = 224 дм3;
П = 1501 х 0.97 = 1456 кг.
Номинальный состав бетонной смеси (в кг на 1 м бетона по массе):
Цемент
Вода
Песок
В/Ц
594
224
1456
0,377
3. Определение производственного (полевого) состава бетонной смеси:
ц п=цФ = 594кг.
Вп= В * - 1 ! 1 ^ - = 2 2 4 - 1 « ^ = 16 6 лм>.
100
100
—
. Пф • W
1456-4
Пп = ПФ+ —— - а - = 1456 + --------- = 1514 кг.
100
100
—
Полевой состав бетона в относительном выражении по массе:
1В Й | 11
= 1 :2,5 J при Э/Ц = 0,372Ц„
594
Полевой состав бетона в относительном выражении по объему:
1. Не Риц = 1. 1514-1,2 _ j .2 01 ПРИ В/Ц = 0.377.
Цп *Рнп
‘ 594 - 1,52 —
4. Определение расходов материалов на замес бетоносмесителя
Расчет коэффициента выхода бетонной смеси:
1000 _ — 1000___
н
Ц
Пп
594
1514
-—
Рна + Рнп U + 152
Расчет объема бетонной смеси, получаемой из одного замеса бетоно­
смесителя:
Уб = р •Убс = 0,671-375 = 251 дм3.
Расчет количества материалов на один замес бетоносмесителя
_Ц
~ У об
594 • 251
Дбс
1000
1000
в п - v6
о 1 224-251
Вбс =
1000
1000
п п .-v оfi _ 1514-251
Пбс =
1000
1000
=149 кг.
--
: 56
1
ДМ .
= 380 кг.
Контрольные задания
Рассчитать состав мелкозернистого бетона при коэффициенте уплотне­
ния Кущ >0,97. Уточнить его по результатам испытаний пробного замеса и
контрольных образцов. Рассчитать расход материалов на замес бетоносме­
сителя. Исходные данные для расчёта приведены в табл.3.28.
90
90
а
я
s
=;
оя
Н
ewff ‘эмеХсІгес
OU КІГӘІЛЭӘЮООН
-оіәд чхоомічд
500
750
1200
500
750
1500
375
1500
1000
2000
1200
500
750
375
750
250
1200
750
250
1500
1200
1000
N
% •вм
-оэн чхэонжвігд
HXDOHhOdn
лX
о
н
Ь
ю
ионнгігес кин
-эһХігои кіЛГ g/Jj
• n f o i n ' n M o o ^ ' o o o ’t O ' C o o o N r s t ^ t s O f o o o ^ i n
гч* ' 0 т і і , і л \ 0 і л ^ һ - ' 0 ' 0 г ^ м г ' » л ^ ,0 » і л у 0 і л ^
<N <N <N ГЧ (N tN СЧ (N <N (N <N (N (N (N r i <S (N ГІ (S (S (N (N
О
О
ихэ
о
бв
р
о
го
св
а
-онііХсін ou
емэәи ігид
£Ш/ІЯ ‘ HJLOIfU
кииіизиң
Цемент
х
3
х
сetв
X
2
1,58
1.49
1,45
1.56
1,64
1.63
1,60
1.57
1.57
1.64
1.64
1,62
1.64
1.50
1.58
1,61
1.59
1.56
1,62
1,63
1.56
1,58
.• -
.• • • •
m
• # •. • • #
W
* • • •
# ■. •
X X X X Z X S X X X X X Z X X X Z X X Z X X
c R e x R x e t 3 c ^ C C R c t c ^ e c t C C ^ E ( C
>» О
>i V >ч О V >% <D >t X l> <D « >v t> >> >» W О
а« оа аи а STй ой ьйо о, со , й ой £Г
а а оа оо .о а 5Г
а ой та а« ой йо аa
JVff/JH
‘ НХОІШ
*нш рі
* іт
х
о
2.67
2,66
2.63
2.65
2,58
2.66
2.64
2.64
2,62
2.63
2.57
2,61
2,66
2.63
2,66
2.68
2.65
2.63
2,69
2.64
2.58
2.66
‘ нюіш 'в и іэи
1,21
1.15
1.16
1,22
1.09
1.10
1,18
1.09
1.14
из
1,08
1.07
1,20
1,17
1,19
1.09
1,05
1.07
1,11
1,12
1.15
1,12
св
JW/JM
‘(^Bxdew)
чхоонешлү
X
Я иилоігонхәі ігид
3.04
3.05
3,15
2,95
3.08
3.18
3,20
3.10
3,17
3.11
2.98
3.13
3.08
3,10
3.14
3.19
3.06
3,03
3,00
3.15
2.98
1 3,11
<L>
S
С
О
со
£ий'/ля
‘ ніоіпі
КБНІПЧОВҢ
•
44,8
45.4
400*
500*
500*
38.5
48,0
400*
46.5
38.5
48,7
42.6
48.5
41.2
47.5
43.6
42.6
500*
44.3
400*
42,5
1 46,5
н
о
S
X
S
С
П
О
Песок
о
fW/JM
‘ИЭӘИЭ ИОННОІӘО
нхоіш ьшзгеф
2250
2320
2300
2230
2280
2350
2320
2310
2270
2280
2320
2330
2260
2290
2320
2320
2230
1 2270
2310
i 2300
2350
2380
&
i Ua<£&( JQ<( £CQaQ<CQi e<C0uaf f l CQl 4<<LQaQ( 4<
( шісіш ) ээетг)|
Ш.ІШИСІВ& ojf
М350
сноіәд
В 20
СО
МЗОО
£25
М200
М250
£30
В 25
В 20
М250
В 30
М200
В 22,5
М350
М200
В 20
МЗОО
В 15
£25
М400
В 22,5
М250
св
Подбор состава мелкозернистого бетона при коэффициенте уплотне­
ния кущу < 0,97 - для получения изделий полусухого прессования (выполняет­
ся факультативно по индивидуальным заданиям преподавателя)
Связь прочности цементных систем с начальным водоцементным от­
ношением обычно трактуют с точки зрения влияния пористости цементного
камня, полученного из слитной (двухфазной) смеси цемента и воды, на его
прочность (см. предыдущий расчет). В трехфазных («твердое»-«жидкость»«газ») цементных сырьевых смесях при малых В/Ц, т.е. при неполном за­
полнении межзерновых пор цементной системы водой (и цементным тес­
том), что имеет место при получении изделий способом полусухого прессо­
вания, преобладающими силами взаимодействия между цементными час­
тицами и зернами заполнителя в начальный момент после затворения будут
являться силы капиллярного сцепления. Поэтому на зависимости прочности
затвердевшего материала от влажности сырьевой смеси будут оказывать
влияние процессы капиллярного структурообразования. Важнейшим про­
цессом капиллярного структурообразования в бинарных системах, состоя­
щих из грубодисперсной и тонкодисперсной фракций, к которым относятся
смеси заполнителя и минерального вяжущего является глобулирование, ко­
торое выражается в налипании частиц последнего на поверхность крупных
зерен песка с образованием агрегатов-глобул.
В результате глобулирования сырьевой смеси концентрация вяжущего
у поверхности заполнителей и в контактных зонах между ними будет выше
средней концентрации вяжущего в смеси. В этом одна из причин увеличе­
ния прочности и плотности материалов в указанных зонах. Кроме того,
важнейшим следствием указанных процессов является то, что при разной
влажности сырьевой смеси (разном В/Ц) степень этого налипания неодина­
кова, что неизбежно будет влиять на прочность бетона при его одинаковой
пористости (одинаковой средней плотности в пересчете на сухое вещество).
Пределы прочности на растяжение при изгибе и сжатие прессованного
мелкозернистого (цементно-песчаного) бетона при одинаковой плотности
по сухому веществу (постоянной пористости) с увеличением влажности
сырьевой смеси до определенного предела, характерного для каждого со­
става смеси, достигают максимального значения, а затем снижаются
(рис.3.10, 3.11). При этих же значениях влажности наблюдается минимум
насыпной плотности в пересчете на сухое вещество сырьевых смесей соот­
ветствующего состава. Следовательно, экстремальный характер зависимо­
стей прочности бетонных образцов при постоянной начальной пористости
и одинаковом количестве цементирующего вещества (за возможным ис­
ключением наименьших значений влажности, при которых может ощу­
щаться недостаток воды для гидратации цемента) от влажности сырьевой
смеси объясняется влиянием капиллярного сцепления на структуру сырье­
вых смесей и полученных из них готовых изделий.
92
Рис. 3.10. Зависимости насыпной плотности сырьевой смеси (пунктир) и предела
прочности на растяжение при изгибе образцов мелкозернистого бетона (сплошная
линия) от влажности сырьевой смеси при постоянной пористости образцов:
1 - состав смеси (цемент.песок) 1:1, 2 -1 :2, 3 -1 :3,4 - 1:5
При влажности максимального глобулирования WMr в результате дей­
ствия капиллярных сил тонкодисперсные частицы цемента сосредотачива­
ются на поверхности грубодисперсных зерен песка и в зонах контакта по­
следних, образуя ячеисто-глобулярную структуру, признаком которой яв­
ляется минимум насыпной плотности сырьевой смеси в пересчете на сухое
вещество. Это обуславливает оптимальную структуру композита, характе­
ризующуюся наибольшей концентрацией вяжущего в зонах контакта за­
полнителя, и как следствие, повышенной прочностью контактных зон.
Влажность сырьевой смеси,%
Рис. 3.11. Зависимости предела прочности на сжатие образцов мелкозернистого бе­
тона от влажности сырьевой смеси при постоянной пористости образцов: 1 —состав
смеси (цемент:песок) 1: 1, 2 —1:2,3 —1:3,4 —1:5
Прочность полученного материала с оптимальной структурой при про­
чих равных условиях будет наибольшей. Таким образом, жидкая фаза в
трехфазной сырьевой смеси при оптимальном содержании может рассмат­
риваться как усиливающий компонент, благодаря которому происходит уп­
рочнение композита.
!
93
Зависимости прочности цементных композитов от количества воды в
сырьевой смеси, имеющие экстремальный характер, подобны по форме из­
вестным концентрационным зависимостям. В связи с аналогией указанных
предпосылок применительно к зависимости прочности композита с с от
влажности сырьевой смеси Wy из которой он изготовлен, может быть при­
менено выражение
1
сс =а
р
-G j’
(
?Я
где ср - прочность бездефектного композита с учетом эффекта упрочнения
за счет капиллярного структурообразования;
- разупрочнение композита
из-за его дефектности при образовании гранул в сырьевой смеси.
При условии равенства нарастания упрочнения и разупрочнения вблизи
оптимальной влажности сырьевой смеси Ww выражение для ас примет вид
a c =c(Ww ) - ± a A W 2’
<3 3 8 >
где а ( WMг) - максимальная прочность композита при оптимальной влажно­
сти сырьевой смеси WMr; а = (tfop/dW2) + (cPgJ cW2).
Согласно выражению (3.38), при отклонении влажности AfV от опти­
мального значения Wur в ту и другую сторону прочность материала умень­
шается в соответствии с законом параболы, что и наблюдается на экспери­
ментальных графиках этих зависимостей в области экстремальных значе­
ний прочности (рис.3.10, 3.11).
Оптимальные значения влажности смеси
и водоцементного отно­
шения (В/Ц)*, соответствующие максимальному глобулированию и макси­
муму прочности цементного мелкозернистого бетона, можно рассчитать по
формулам (3.39) и (3.40), зная относительное содержание в системе соот­
ветственно тонкодисперсного (вяжущего) и грубодисперсного (заполните­
ля) компонентов, а также их удельные поверхности с учетом микрошерохо­
ватости поверхности частиц, определенные способом низкотемпературной
адсорбции азота (методом БЭТ).
'
if ^
W*
(3.39)
W
1+ С - ^
мг 1 + С
ш
V
I
(в/ц> 1 —^
100
где
УЧУ
s° уaп ^
1 + С --
V
(3.40)
s Уuп )
Щвлажность капиллярного насыщения тонкодисперсного компоя
я
нента (цемента), %; 5 ^
и 5 ^ - удельная поверхность по БЭТ тонкодис­
персного (цемента) и грубодисперсного компонента (песка) соответственно,
м 2/кг; С - соотношение между песком и цементом по массе.
Влажность капиллярного насыщения WHK тонкодисперсного компонен­
та соответствует пределу существования трехфазной системы и ее переходу
в двухфазное состояние (с изолированными воздушными порами). Экспе­
риментально эту влажность определяют капиллярной подпиткой сухой
94
дисперсном системы, насыпанной без уплотнения в стеклянную трубку
диаметром 20 мм, нижний конец которой обвязывается марлей и опускается
в воду. По влажности пробы из нижней части трубки судят о влажности
fVHK. Влажность капиллярного насыщения йРц
цемента
составляет
0,74В„
НК
(Вп —водопотребность цемента в %, определяемая по нормальной густоте
цементного теста).
Для практических целей значения удельной поверхности по БЭТ ком­
понентов смеси можно ориентировочно определить по значениям их удель­
ной поверхности, измеренным методом ПСХ-2 и с помощью формулы
(3.41). Необходимую для расчетов удельную поверхность таких грубодис­
персных компонентов как песок естественной дисперсности, для которых
не удается воспользоваться методом ПСХ-2, можно определить по данным
их гранулометрического состава с помощью формул (3.42), (3.43).
= 4040 + 32,8 • S *,
(3.41)
где 5уп
Ц - полная удельная поверхность цемента по БЭТ, м2/кг; *->у
ей - удельная поверхность цемента по ПСХ-2, м2/кг.
у п , 7,348 ”
/=1a
P
P.
cp.
(3.42)
i
(3.43)
где т - количество фракций в заполнителе;
, - средний размер зерен /той фракции, м; du , d ^ - соответственно наибольший и наименьший разме­
ры зерен /-той фракции, м; Р 7 - относительное весовое содержание /-той
фракции; р - истинная плотность частиц заполнителя, кг/м3.
Соотношение между песком и цементом в сырьевой смеси определяет­
ся из следующих соображений. Известно наличие трех основных типов
структуры композиционного материала, включающего заполнитель или
микрозаполнитель (наполнитель) и цементирующее вещество. При этом в
зависимости от относительного содержания этих основных элементов твер­
дой фазы материала, которые функционально играют роль упрочняющего и
матричного компонентов, различают порфировый, контактный и законтактный типы структур. Порфировой принято называть структуру, в кото­
рой зерна или дискретные частицы разделены толстыми прослойками, т.е.
для первых характерно "плавающее" расположение в материале. Если зерна
или частицы контактируют через тонкие прослойки вяжущего при сохране­
нии ее непрерывности и сплошности, то такую структуру называют кон­
тактной. При непосредственном контакте дискретных элементов, когда вя­
жущего вещества недостаточно для сохранения своей непрерывности и
сплошности, говорят о законтактнои структуре.
При использовании этих представлений можно выделить следующие
оптимальные структуры конгломерата, которые образуются в результате
капиллярного структурообразования и оптимального распределения це95
ментирующего вещества, в зависимости от его относительного содержания
в представительском объеме материала (рис.3.12).
1 2
1 3
14
а
б
в
Рис.3.12. Виды оптимальных структур композитов в зависимости от относительного
содержания цементирующего вещества в представительском объеме материала
1 - незаполненные поры; 2 - зерна заполнителя; 3 - контактный слой;
4 - цементирующее вещество в объемном состоянии
Первый тип оптимальной структуры композита (рис.3.12а) характери­
зуется относительно небольшим содержанием цементирующего вещества в
представительском объеме материала, при котором практически все цемен­
тирующее вещество в результате сгущения тонкодисперсных частиц цемен­
та на поверхности грубодисперсных зерен песка и в зонах контакта послед­
них под действием капиллярного сцепления находится в пленочном со­
стоянии в контактных слоях, а в материале имеется большое количество не­
заполненных пустот. Этот тип структуры нестабилен и весьма критичен по
отношению, как к содержанию цементирующего вещества, так и к значе­
нию влажности сырьевой смеси. Последнее и определяет наличие резко вы­
раженного экстремума на кривых, показанных на рис.3.10, 3.11, для смеси
состава 1:5. В материале с таким типом структуры количество восприни­
мающих нагрузки связей мало, а возникающие напряжения концентриру­
ются в точках контакта зерен, что снижает прочность материала.
Второй тип оптимальной структуры композита (рис.3.12б) характери­
зуется наличием максимально возможного количества связей при умерен­
ном количестве цементирующего вещества. При этом типе структуры на­
блюдается контактирование дискретных частиц непосредственно через
контактные прослойки цементирующего вещества без опасности прорыва
последних, причем в межзерновых пустотах цементирующее вещество на­
ходится в объемном, более ослабленном, чем в пленочном, состоянии. Этот
тип структуры достаточно стабилен и некритичен в определенных пределах
по отношению, как к содержанию цементирующего вещества, так и к зна­
чению влажности сырьевой смеси. Последнее обстоятельство и определяет
плавные экстремумы на кривых, показанных на рис.3.10, 3.11, для смесей
составов 1:3 и 1:2.
Третий тип структуры (рис.3.12в) формируется при большом количест­
ве цементирующего вещества (из исследованных составов к этому типу от­
носится смесь 1:1). В этом случае контактные прослойки цементирующего
вещества на частицах заполнителя могут отдаляться друг от друга, и про96
межутки между ними начинают занимать более ослабленные зоны матрич­
ного компонента, что, очевидно, приведет сначала к замедлению прироста
прочности материала с увеличением количества цементирующего вещества,
а затем возможно и снижение прочности. Для данного типа структуры ха­
рактерна размытость экстремума на зависимости прочности бетона от
влажности сырьевой смеси (рис.3.10, 3.11), особенно при превышении оп­
тимального значения влажности (более заметное снижение прочности при
малых значениях влажности объясняется недостатком воды для реакций
гидратации).
Оптимальное содержание цементирующего вещества в прессованном
композите объективно оценивается объемно-поверхностными характери­
стиками, в зависимости от удельной поверхности зерен заполнителя, кото­
рые должны быть покрыты пленками цементирующего вещества оптималь­
ной толщины. Зная среднюю оптимальную толщину пленок цементирую­
щего вещества, которая обычно составляет около 40 мкм, и удельную поверхность грубодисперсного компонента (без учета микрорельефа поверх­
ности его частиц), можно рассчитать оптимальное содержание цементи­
рующего вещества в сырьевой смеси на единицу массы песка по формуле
(3.44). Естественно, тонкие частицы размером менее 40-50 мкм в грубодис­
персном компоненте должны быть исключены из расчета его удельной по­
верхности, так как войдут в состав цементирующего вещества, что внесет
соответствующие коррективы в эту зависимость.
Таким образом, оптимальное содержание цементирующего вещества
Ғцв* (дм3) в расчете на 1 кг песка
Vm* = 40 1(Г3 Sy(3.44)
Цементирующее вещество включает в себя негидратированные зерна
клинкера с абсолютным объемом
и гидратированный цемент (цемент­
ный гель) с объемом Ғщ, т.е. объем цементирующего вещества
Vцв =V
(3.45)
I
г нгц +Vгц •
v
'
Абсолютный объем негидратированного цемента (дм3) равен
Ц( 1- а) ,
нгц
(3.46)
рц
где Ц - расход цемента по массе, кг; а - степень гидратации цемента; рц истинная плотность цемента, кг/дм3.
Объем гидратированного цемента (цементного геля) в дм равен
„ _Ц-а,
(3.47)
^
у гц я ------------------------------- ---------------------------
Р гц
где Ргц - средняя плотность цементного геля, кг/дм .
Известно, что цементный гель, получившийся при полной гидратации
1кг цемента, заключает в себе 0,2 дм 3 гелевых пор, представляющих собой
промежутки между частицами гидросиликатов кальция, и 0,09 дм 3 контракционных пор, образовавшихся вследствие уменьшения абсолютного объема
системы «цемент-вода». С учетом того, что полная гидратация цемента
97
происходит при минимальном В/Ц = 0,25, а в среднем истинная плотность
цемента составляет 3,1 кг/дм3, пористость геля, получившегося при полной
гидратации 1 кг цемента, будет равна
0,29 р в
0J29
Я
В
Р
В
ц
+
Рц
/
+
ц
V
Ц
\
1-
В
рц
У
/
0,29 • 1
0,25 +
V
\
1
= 0,51 • (» 50% )
3,1
Поскольку истинная плотность цементного геля составляет 2,6 кг/дм ,
при указанной пористости его средняя плотность рщ определится из соотношения 0,5 = 1- рт/ 2,6, т.е. равна 1,3 кг/дм3.
Объем цементирующего вещества у (дм ) составит
У _ Ц •(1 - а) + Ц •а
ЦВ
Ц • (рга Н |
8а
Р ц ),
(3.48)
Рц -Р гц
Р гц
Рц
• Рш
где Ц - расход цемента, кг.
Соответственно расход цемента будет равен
ц
^цв ‘ Рц Ргц
(3.49)
р гц а • Ргц + а •Рц
При оптимальном содержании цементирующего вещества расход це­
мента Ц* (кг) в расчете на 1 кг песка составит
4 0 1 0 ' 3 5 " р ц р ГЦ
Рцв* Рц ’ Ргц
(3.50)
ц* I
Р гц а 'Ргц + а 'Рц
а-ргц+арц
Оптимальное соотношение С* между песком и цементом по массе со­
ставит
Р гц а Рщ + а Рц
(3.51)
С* =
40 ■10~3 • 5 ” • р ц • р гц
Р гц
Таким образом, с помощью формулы (3.51) можно определить опти­
мальное соотношение между песком и цементом, исходя из оптимальной
толщины пленок цементирующего вещества на зернах заполнителя. Для
расчетов по этой формуле необходимо знать степень гидратации цемента в
проектном возрасте. Эта величина экспериментально определяется на
опытных образцах с помощью соответствующих методов анализа или при­
нимается по литературным данным.
Оптимальное водоцементное отношение равно
1
К
! 1
Г
.П
W
ц
(3.52)
" НК
1+ С * - - ^
(В/Ц)*
сц
100
1
УПу
Получение заданной прочности прессованного композита с оптималь­
ной структурой достигается за счет необходимой степени уплотнения и
требуемой средней плотности, для чего отпрессовываются три серии кон­
трольных образцов при разном давлении прессования, измеряется их сред­
няя плотность рпб и прочность к заданному сроку твердения R^, и строится
98
зависимость Лб = / (рпб)> по которой определяется требуемая плотность
прессовки рпб*.
Расходы цемента, песка и воды в кг на 1 м3 бетона вычисляются по
формулам:
ц* =
Рпб* -1000 ;
1 + С* + (В/Ц)*
(3.53)
П * = С * •Ц *;
(3.54)
В * = Ц * • (В/Ц У .
(3.55)
Ниже приводится пример расчета состава прессованного мелкозерни­
стого бетона для оказания помощи в выполнении этих расчетов.
Исходные данные для расчета
Рассчитать состав прессованного мелкозернистого бетона с прочностью
на сжатие, соответствующей классу (марке) В 30 (М 400 У
Исходные материалы: портландцемент: марка (активность) 500 (/? =
49.0 МПа), удельная поверхность по ПСХ-2 S
= 280 иг/кг, водопотреб-
ность Вп = 24%. истинная плотность рц = 3.12 кг/дм3; песок крупный: грану­
лометрический состав песка приведен в таблице.
Наименование
остатков
Частные ос­
татки, %
Полные ос­
татки, %
Размер сита, мм
5
2,5
1,25
0,63
0,315
0,14
2,5
11,0
19,0
18,0
37,0
11,0
2,5
13,5
32,5
50,5
87,5
98,5
Прошло
через сито
0,14 мм
1,5
По результатам опытного затворения цементно-песчаной смеси, прес­
сования серий контрольных образцов и их испытаний к заданному сроку
твердения установлено, что для получения требуемой прочности необходи­
ма плотность прессовки 2 Л 0 кг/дм .
Результаты расчета
Определение требуемой прочности:
R 6 = 0 ,1 1-М = 1,1-40 = 44 МПа.
Определение среднего уровня прочности - округляем в большую сто­
рону до ближайшей марки М 450. т.е. Re = 45 МПа.
Определение полной удельной поверхности цемента (по БЭТ):
1 4040 + 32,8 •S" = 4040 + 32,8 • 280 = 3224 м2/ кг.
99
Расчет удельной поверхности песка 5У по данным его гранулометрии
приведен в таблице (минимальный размер фракции песка, прошедшей через
сито 0,14 мм ограничен значением 0,05 мм, так как незначительное число
частиц песка меньшего размера логично отнести к фракциям цемента).
Результаты расчетов удельной поверхности песка
Фракции, мм
10-5
5-2,5
2,51,25
1,250,63
0,14-
0,315
0,315
-0,14
0,63-
0,05
Ясо. /X10'3, м
7,83
3,91
1,96
0,98
0,49
0,24
0,104
/ flfcp. it М
3,2
28,1
96,9
183,7
755,1
458,3
144,2
Удельная поверхность песка £уп будет равна 4.61 м /кг (при истинной
плотности песка 2650 кг/м3), а полная удельная поверхность, вычисленная
по формуле (3.41), составит 4190 м2/кг.
Определение оптимального расхода цемента Ц* при средней степени
гидратации цемента в марочном возрасте 60% (а —0,6) и средней плотно­
сти цементного геля Рщ = 1,3 кг/дм в расчете на 1 кг песка:
40 10'3 -S” -р • рщ 40 •10"3 • 4,61 •3,12 • 1,3
0,31 кг.
Ц*
Pm —а • рго + а ■рц 1,3 - 0,6 •1,3 + 0,6 •3,12
Оптимальное соотношение С* между песком и цементом по массе
составит
с . = Ргц ~ а ‘ Ргц + а ' Рц _ 1 ,3 - 0 ,6 1,3 + 0 ,6 3,12 = 3 2
Щ
---------3
ПП
_
4 0 • 10"л • S “ • р ц • р га
А Г \
1 Л -3
'
' '
------- —
4 0 • 10"Л• 4,61 • 3,12 • 1,3
5
Влажность капиллярного насыщения W H
U
K цемента равна
WH
“ = 0 ,7 4 • В„ = 0 ,7 4 ■2 4 = 17,8 %.
Определение оптимального водоцементного отношения:
(в/ц>=
wu
1+ С •
100
V
уп
s uупу
100 I
1 + 3,2- 4
13224
Определение расходов цемента, песка и воды в кг на
в—1+
С*
л
+(в/ц) 1
м
+ 3,2 + 0,36
= 0,36.
1м3 бетона:
----
П* = С* Ц* = 3,2 • 460 = 1472 кг;
В* = Ц* •(В/Ц)* = 460 •0,36 = 166 дм3.
Таким образом, получен номинальный состав прессованного бетона
(в кг на 1м бетона по массе):
100
Цемент
Вода
Песок
В/Ц
460
166
1472
0,36
Таким образом, сравнение состава прессованного бетона с оптимальной
структурой с предыдущим составом мелкозернистого бетона, уплотняемого
до практически двухфазного состояния, показывает, что специально соз­
данное оптимальное распределение цементирующего вещества в предста­
вительском объеме прессованного композита позволяет при равной проч­
ности материала снизить необходимую среднюю плотность и расходы
сырьевых материалов и, прежде всего, цемента. Экономия цемента в дан­
ном случае составила 594 - 460 j ^
594
Следует отметить, что тщательный подбор гранулометрии заполнителя,
увеличение степени гидратации цемента за счет применения химических
добавок, различные способы активизации поверхности вяжущего и запол­
нителя, в том числе, в результате контактных взаимодействий при прессо­
вании, особенно при высоких и сверхвысоких давлениях, замена негидратированных зерен цемента микронаполнителями и использование других
технологических приемов с учетом изложенных выше представлений о
формировании оптимальной структуры композита на стадии сырьевой сме­
си позволяет значительно (до 2 и более раз) сократить расход цемента при
изготовлении прессованного мелкозернистого бетона.
Ф
101
ГЛАВА 4. СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ
Строительными растворами называют искусственный каменный мате­
риал, полученный в результате затвердевания рационально подобранной
смеси вяжущего вещества, воды, мелкого заполнителя (песка) и в необхо­
димых случаях различных добавок, улучшающих свойства растворов. Рас­
творная смесь - это тщательно перемешанная и готовая к употреблению
пластичная смесь, включающая вяжущее, мелкий заполнитель, воду и не­
обходимые добавки. На практике часто используют сухую растворную
смесь, которая представляет собой смесь сухих компонентов, приготовлен­
ную на заводе, затворяемую перед употреблением на строительной пло­
щадке.
*
Строительные растворы характеризуются большим разнообразием ви­
дов и могут быть классифицированы на группы в зависимости от плотно­
сти, вида вяжущего и назначения.
По плотности в сухом состоянии растворы разделяют на тяжелые плотностью 1500 кг/м3 и более (для их изготовления применяют тяжелые
кварцевые или другие пески) и легкие —плотностью менее 1500 кг/м3 (за­
полнителями в них являются легкие пористые пески из пемзы, туфов, шла­
ков, керамзита и других мелких материалов).
По виду вяжущего вещества строительные растворы делят на цемент­
ные (на портландцементе или его разновидностях); известковые (на воз­
душной или гидравлической извести); гипсовые (на основе гипсовых вя­
жущих веществ - строительного гипса, ангидритовых вяжущих); смешан­
ные (на цементно-известковом, известково-гипсовом вяжущих и др.).
По назначению различают следующие строительные растворы: кладоч­
ные, применяемые для каменных кладок и монтажа стен из крупноразмер­
ных элементов; отделочные, используемые для штукатурки, нанесения де­
коративных слоев на стеновые блоки и панели; специальные, обладающие
особыми свойствами (гидроизоляционные, акустические, рентгенозащит­
ные и др.).
«
102
Лабораторная работа № 8
Определение свойств строительного кладочного раствора
Основным свойством кладочного раствора является удобоукладываемость растворной смеси, которая характеризуется подвижностью смеси или
глубиной погружения (в см) в неё стандартного конуса. В зависимости от
назначения используют определенную марку растворной смеси по подвиж­
ности (табл. 4.1).
Мар­
ка
смеси
Таблица 4.1
Марка растворной смеси по подвижности__________________
Норма по подвижности, см
Назначение растворной смеси
Пк 4
Пк 8
От 1 до 4 включительно
Свыше 4 до 8 включительно
Пк 12
Свыше 8 до 12 включительно
Пк 14
Свыше 12 до 14 включительно
Вибрированная бутовая кладка
Бутовая кладка обычная, из пусто­
телых кирпичей и камней. Монтаж
стен из крупных блоков и панелей,
расшивка горизонтальных и верти­
кальных швов в стенах из панелей и
блоков, облицовочные работы
Кладка из обыкновенного кирпича и
различных видов камней, штукатур­
ные и облицовочные работы
Заливка пустот в бутовой кладке
Прочность раствора характеризуется его маркой. Марку раствора уста­
навливают по пределу прочности при сжатии образца в виде кубов разме­
ром 70,7x70,7x70,7 мм, изготовленных из растворной смеси и твердевших
28 суток при 15-25°С. Для строительных растворов предусмотрены сле­
дующие марки по прочности: М 4, М 10, М 25, М 50, М 75, М 100, M l50, М
200 и М 300. В обычном строительстве чаще всего применяют строитель­
ные растворы марок: М 10, М 25, М 50, М 75 и М 100.
Морозостойкость затвердевшего раствора характеризуется следующи­
ми марками: F 10, F 15, F 25, F 35, F 50, F 100, F 150, F 200, F 300.
1.
Приготовление пробного замеса и определение подвижности
растворной смеси
Прибор для определения подвижности растворной смеси (рис.4.1) со­
стоит из штатива, на стойке 6 которого закреплены держатели 7. На конце
нижнего держателя имеется зажимный винт 3, удерживающий скользящий
стержень 5 конуса 2. К держателям прикреплена шкала с делениями 4, по
которой отсчитывают глубину погружения конуса в растворную смесь.
Масса конуса со стержнем 5 и балластом должна быть 300 г, высота конуса
145 мм, диаметр основания 75 мм. Сосуд 1 для растворной смеси изготов­
лен из листовой стали в виде усеченного конуса.
103
Рис. 4.1. Прибор для определения подвижности растворной смеси
Для приготовления пробного замеса отвешивают компоненты раствор­
ной смеси согласно выполненному расчету. Песок высыпают на противень,
к нему добавляют цемент и тщательно перемешивают вручную мастерком
в течение 5 мин, затем вводят известковое (или глиняное тесто) и снова пе­
ремешивают. После этого добавляют воду и окончательно перемешивают
смесь в течение 3-5 минут.
Подвижность растворной смеси определяют по погружению стан­
дартного конуса согласно методике, приведенной ниже. В тех случаях, ко­
гда фактическое погружение конуса отличается от заданного, то состав рас­
твора корректируют. Если погружение конуса оказалось большим, чем за­
данное, добавляют песок в количестве 5 — 10 % его расхода на опытный
замес. Если погружение конуса оказалось меньше заданного, добавляют во­
ду в количестве 5 — 10 % ее расхода на опытный замес. После этого смесь
перемешивают 5 мин и вновь определяют ее подвижность. Пробный замес
корректируют до тех пор, пока подвижность растворной смеси не станет
соответствовать заданной.
Для определения подвижности раствора сосуд 1 наполняют смесью
примерно на 1 см ниже его краев. Уложенный раствор штыкуют 25 раз
стержнем диаметром 10-12 мм и встряхивают 5-6 раз легким постукивани­
ем сосуда о стол. Острие конуса приводят в соприкосновение с поверхно­
стью раствора в сосуде и закрепляют в таком положении зажимным вин­
том 3, отмечая при этом положение стрелки на шкале. Затем поворачивают
зажимный винт, предоставляя конусу свободно погружаться в раствор, и по
окончании погружения конуса записывают второй отсчет по шкале. Глуби­
ну погружения конуса в раствор в сантиметрах определяют как разность
между вторым и первым отсчетами. Значение подвижности раствора в сан­
тиметрах вычисляют как среднее арифметическое результатов двух испы­
таний. Разница в показателях частных испытаний не должна превышать 20
мм. Если разница окажется больше 20 мм, то испытания следует повторить
на новой пробе растворной смеси.
104
Результаты опытов заносят в табл.4.2.
Таблица 4.2
Результаты определения подвижности растворной смеси
Марка и вид раствора,
Результаты частных испы­
Среднеарифметиче­
изготовляемого из смеси
таний, см
ский результат, см
2. Определение прочности раствора
После приготовления пробного замеса и определения подвижности рас­
творной смеси, а также корректирования ее состава в случае необходимо­
сти, из растворной смеси требуемой подвижности изготавливают контроль­
ные образцы - кубы размером 70,7x70,7x70,7 мм. При испытании раствор­
ной смеси подвижностью 5 см и более образцы - кубы изготовляют в ме­
таллических формах без поддонов, установленных на кирпич (рис.4.2), а
растворных смесей подвижностью менее 5 см — в обычных формах с под­
донами.
Из растворных смесей подвижностью 5 см и более образцы-кубы изго­
товляют следующим образом: трехгнездовую металлическую форму без
поддона предварительно смазывают машинным маслом и устанавливают на
кирпич, поверхность которого покрыта мокрой газетной бумагой. Кирпич
применяют глиняный обыкновенный влажностью не более 2% и водопоглощением 10-15 % по массе. Все три отделения формы заполняют рас­
творной смесью за один прием с некоторым избытком, затем уплотняют ее
в каждом отделении формы путем штыкования 25 раз от центра к краям
стальным стержнем диаметром 10-12 мм. Избыток растворной смеси сре­
зают смоченным в воде ножом вровень с краями формы и заглаживают по­
верхность. Повторное использование кирпича в качестве отсасывающего
воду основания не допускается.
И
И
\
Рис. 4.2. Форма для изготовления образцов-кубов
1 — металлическая форма, 2 —бумага, 3 — кирпич
105
При изготовлении образцов-кубов из растворных смесей подвижностью
менее 5 см в летних условиях собранную и смазанную металлическую фор­
му заполняют растворной смесью в два слоя высотой примерно по 4 см.
Уплотнение слоев смеси в каждом отделении формы производят двенадца­
тью нажимами шпателя: шестью нажимами — вдоль одной стороны и ше­
стью — в перпендикулярном направлении. Избыток растворной смеси сре­
зают смоченным в воде ножом вровень с краями формы и заглаживают по­
верхность.
Образцы, изготовленные из растворных смесей на гидравлических вя­
жущих веществах, выдерживают в формах в камере нормального хранения
при температуре (20±2)°С и относительной влажности воздуха 95-100%, а
изготовленные на воздушных вяжущих веществах — в помещении при
температуре (20±2)°С и относительной влажности воздуха (65±10)%. Время
выдерживания образцов в формах — (24±2) ч, затем их извлекают из форм и
каждый образец нумеруют на верхней грани несмываемой краской. Образ­
цы, изготовленные из медленно твердеющих растворных смесей, можно ос­
вобождать из форм в возрасте 2-3 суток.
После извлечения из форм образцы хранят при температуре (20±2)°С,
соблюдая следующие условия: 1) образцы, изготовленные из растворных
смесей на гидравлических вяжущих, в течение первых трех суток следует
хранить в камере нормального хранения при относительной влажности воз­
духа 95-100%, а время, оставшееся до испытаний, — в помещении при отно­
сительной влажности воздуха (65±10)% (из растворов, твердеющих на воз­
духе) или в §оде (из растворов, твердеющих во влажной среде); 2) образцы,
изготовленные из растворных смесей на воздушных вяжущих, следует хранить в помещении с относительной влажностью воздуха (65±10)%.
Образцы, хранившиеся в помещении, перед испытанием очищают во­
лосяной щеткой от песчинок и пыли, а хранившиеся в воде — извлекают из
нее не ранее чем за 10 мин до испытания и вытирают влажной тканью. Ка­
ждый образец перед испытанием осматривают, взвешивают с погрешно­
стью до 0, 1% и измеряют штангенциркулем с погрешностью до 0,1 мм.
При испытании необходимо следить, чтобы плоскости пресса, соприка­
сающиеся с испытуемым образцом, были очищены. Испытуемый образец
устанавливают на нижнюю опорную плиту пресса по центру его оси так,
чтобы основанием служили грани, соприкасающиеся со стенками формы
при изготовлении образцов.
При испытании образцов на сжатие величина разрушающей нагрузки
должна укладываться на выбранной шкале в границах от 20 до 80% макси­
мального усилия, соответствующего выбранному диапазону. Во время ис­
пытания нагрузка на образец должна возрастать непрерывно с постоянной
скоростью в диапазоне (0,6±0,4) МПа в секунду до его разрушения. Дос­
тигнутое в процессе испытания максимальное усилие принимают за разру­
шающую нагрузку. Предел прочности при сжатии для каждого образца вы­
числяют как частное от деления разрушающей нагрузки (Н) на рабочую
площадь образца (мм2). За конечный результат принимают среднее арифме­
тическое результатов испытаний трех образцов-кубов.
106
В результате испытания контрольных образцов в возрасте 28 суток оп­
ределяют марку раствора и соответствие ее запроектированной.
По условиям организации учебного процесса образцы можно испы­
тывать и в другие сроки — через 7 или 14 суток. Для приведения полу­
ченных при этом результатов к марочной 28-суточной прочности следует
пользоваться следующими данными:
Возраст образцов, сут
7
14
28
60
90
% I зз
55
80 100
■ Прочность
■ ■ ■ раствора,
■ ■ В
120 130
Приведенные выше данные относятся к растворам, приготовленным на
портландцементе, шлакопортландцементе или пуццолановом портландце­
менте.
Результаты опытов заносят в табл.4.3.
Таблица 4.3
Результаты определения предела прочности на сжатие образцов раствора
Дата
О
ц
2
отбора
пробы
испы­
тания
н
о.
о
а
о
ев
С
О
г*
ев
Q.
О
а
н
о
ев
CL
Св
V
а.
св
2
2
и
X
о
и
S
о
А
г
О
О
X
*
X
CQ
О
С
ои
id
вЗ
яж
вв
«
V
ев
N
2
о
S
о
СО
•ч
Л
=
г
ссоо
S
О
&
ев
X
X
Я- л
В
о
ев
В
£
о. о
О
,
ю
2
X
ю
о н
л
х
о
ев
3
Си о
В
св
со
С
С
0> о, то О ев >х
2 о VO и Ьв Си
О
а о CеL
в
еЗ
о.
ж В.
ев
со
По рекомендациям ГОСТ определение предела прочности раствора
можно выполнять испытанием на изгиб и сжатие образцов-балочек разме­
ром 40x40x160 мм. Предел прочности раствора при изгибе вычисляют как
среднее арифметическое результатов испытания трех образцов-балочек.
Предел прочности при сжатии — как среднее арифметическое результатов
испытаний шести половинок балочек, полученных после испытания на из­
гиб.
Контрольные вопросы
1. Какие бывают растворы и какими технологическими особенностями
они обладают?
2. Как зависит марка растворной смеси по подвижности от назначения
смеси?
3. Какие бывают марки кладочного раствора по прочности и морозо­
стойкости?
4. Как определяется состав кладочного раствора?
5. Как определяется подвижность растворной смеси?
6 . Как определятся марка раствора по прочности?
107
Практическая работа №7
Подбор состава строительного кладочного раствора
Состав кладочного раствора, как правило, определяют по справочным
таблицам. В качестве примера в таблице 4.4 приведены составы некоторых
кладочных растворов.
Для растворов, указанных в таблице 4.4, принято, что цементы имеют
насыпную плотность 1100 кг/м3. Если насыпная плотность имеющегося це­
мента отличается от вышеуказанного значения более чем на 10%, то состав
раствора необходимо пересчитать. Песок принят в рыхлонасыпанном со­
стоянии с естественной влажностью 1-3%. Известь принята II сорта с плот­
ностью теста 1400 кг/м3; при применении извести I сорта количество теста
уменьшают на 10%. Глина принята в виде теста с глубиной погружения
стандартного конуса 13-14 см.
Таблица 4.4
___________________ Составы растворов для каменной кладки_________________
Марки
Состав в объемной дозировке для растворов марок
цемента
100
|1
50
25
75
Цементно-известковые и цементно-глиняные растворы
•500
1:0,5:5,5
1:0,8:7
400
1:0,4:4,5 1:0,5:5,5 1:0,9:5,5
300
1:0,2:3,5
1:0,3:4
1:0,6:6
1:1,4:10
ЩШ‘ '
200
1:0,3:4
1:0,8:7
1:0,1:2,5
Цементные растворы
500
«■
ш
т
1:5,5
1:6
400
т
Л|
ж
1:4,5
1:5,5
300
м
1:3
1:4
1:6
200
1:4
- іШед 1:2,5
Подбор состава строительного кладочного раствора включает расчет
предварительного состава и его уточнение на пробном замесе. Предвари­
тельный состав кладочного раствора на 1 м3 песка рассчитывается в сле­
дующем порядке.
1. Расход цемента Qn в кг на 1 м3песка определяется по формуле
Q U = R P 1 0 0 / ( K R U) ,
(4.1)
где Rp - прочность (марка) раствора; /?ц - активность цемента, МПа; К - ко­
эффициент (при использовании портландцемента К = 1, при использовании
пуццоланового или шлакопортландцемента К = 0 ,88).
2. Расход цемента по объему Уц (м3) на 1 м3 песка подсчитывают по
формуле
V „ = Q „ / p ra,
где Рнц - насыпная плотность цемента, кг/м3.
108
(4.2)
3. Расход пластифицирующей добавки
по формуле
в кг на 1 м3песка определяют
Q . = V« ' P «
(4.3)
где Од = 1400 кг/м —плотность известкового теста, Vn —объем известкового
теста (м ), рассчитываемый по формуле
Ғд = 0 .1 7 *(1-0.002* 0 ц ).
(4.4)
4. Состав сложного раствора в частях по объему представляется в виде
Ү * •- Ү к• 1 - •
V
г ц гVц гVц
Ориентировочный
формуле
__ ______ __ _____ п
/ ____ 3 \ __ 1 ___ 3 _______
(4.5)
_'.1L _____ 1___ л 1 __
B = 0 , 5 ( Q U+Qn).
(4.6)
Расход материалов уточняется по результатам пробного замеса.
6 . Определение расхода материалов на опытный замес.
Для опытного замеса растворных смесей с подвижностью до 8
з
производится на 2 дм песка, а при подвижности более 8 см - на 3 дм
песка.
Подвижность раствора для опытного замеса определяется исходя из его
назначения по таблице 4.5.
При весовом дозировании материалов на пробный замес массу песка
(кг) определяют по формуле
П ,= ^ 'Р „ .
(4.7)
где у 3 - объем песка, принятый для изготовления пробного замеса, дм3; рп
насыпная плотность песка, рп = 1,5 кг/дм .
Расход цемента Ц, (кг) определяют по формуле
Ц 3 = 2 ц /1 0 0 0 * Ғ п3.
(4.8)
Расход известкового теста на опытный замес
Д з= бд/1000 vn3.
(4.9)
Расход воды на опытный замес
В3= 0,5 • (Цз+Дз).
(4.10)
Расход воды уточняют при выполнении опытного замеса путем опреде­
ления подвижности растворной смеси.
8. Определение расхода материалов на объем растворосмесителя.
Вычисляют суммарный расход по объему сухих составляющих (дм ) в
расчете на 1 м песка:
І Ғ = 1000 + Ғ ц + Ғ л .
(4.11)
Вычисляют отношение суммарного расхода по объему сухих состав­
ляющих к объему растворосмесителя
Г-ІҒ/Ғре,
(4.12)
где Ғрс - объем растворосмесителя по загрузке, дм3.
109
каждой
(дмЗ) на замес растворосмесителя:
Прс= 1000 / Т ;
(4.13)
(4.14)
(4.15)
Ц Рс = Қ , / Т ;
Дрс=
Va/r.
Таблица 4.5
подвижность
его назначения
Назначение раствора
Подвижность растворной смеси, см
1
2
Для монтажа стен из крупных бетонных
5 -7
блоков и панелей и для расшивки гори­
зонтальных и вертикальных швов в сте­
нах из панелей и крупных блоков
Для растворных смесей, применяемых
14
при подаче растворонасосом
Для кладки из обыкновенного кирпича,
9 -1 3
бетонных камней и камней из легких
пород (туф и др.)
Для обычной кладки из пустотелого 1
7 -8
кирпича или керамических камней
Для обычной бутовой кладки
4 -6
Для заливки пустот в обычной бутовой
1 3 -1 5
кладке
Для вибрированной бутовой кладки
1 -3
Примечание. Большие величины погружения конуса принимают при
сухих и пористых бетонных и каменных материалах в жаркую погоду, а
меньшие - при плотных бетонных и каменных материалах или хорошо
смоченных пористых, а также при влажной погоде и при производстве ра­
бот в зимних условиях.
Ниже приводится пример расчета состава строительного раствора для
оказания помощи в выполнении этих расчетов.
Исходные данные для расчета
Рассчитать состав смешанного строительного раствора марки М 75 (Rr
= 7,5 МПа) для расшивки швов (указать назначение раствора). В качестве
вяжущего используется портландцемент (указать вид цемента) с активно­
стью (маркой) 37 МПа (М______ ), насыпной плотностью рнц = 1100 кг/м :
насыпная плотность песка рп = 1500 кг/м3; минеральная пластифицирующая
добавка - известковое тесто плотностью рп = 1400 кг/м3.
Рассчитать расход материалов на замес растворосмесителя объемом
500 л.
Результаты расчета
Расход цемента в кг на 1 м песка
Qn = Rp • 100/(tf • Яц )= (75 • 10°) / (°>88 *37) = 2Ж 3 4 кг.
Так как используется шлакопортландцемент, то К = 0,88.
110
Расход цемента по объему (м3) на 1 м3 песка
У ц = Qu / Рщ = 230,34 / 1100 = 0,209 * 0,21 м3.
Объем известкового теста в м на 1 м3песка
Уд = 0.17 •(1 -0 .0 0 2 •Qn)= 0,17 • (1 - 0,002 -230,34) = 0^92 м3.
Расход пластифицирующей добавки в кг на 1 м3песка
Q a = У д - р д = 0,092 • 1400 = 128.34 кг.
Состав сложного раствора в частях по объему:
2 1 : M ? 2 :J _ = 1 : 0 4 4 :
Уа Vu Va 0,21 0,21 0,21
Ориентировочный расход воды (л.) на 1 м3песка
В = 0,5 •(0 Ц+ Qa) =0,5 • (230,34+ 128,34) = 179,34 дм3.
Определение расхода материалов на опытный замес.
Для опытного замеса определяем подвижность раствора, исходя из его
назначения. Для расшивки горизонтальных и вертикальных швов кладки
рекомендуемая подвижность - 5-7 см. Так как подвижность данной рас­
творной смеси меньше 8 см, то расчет расхода материалов на опытный за­
мес проводим на 2 дм3 песка.
При весовом дозировании материалов на пробный замес массу песка
(кг) определяем по формуле
П 3 —У а ' Р п = 2-1,5 = _3 кг.
Определяем расход цемента
Ц 3 = 2ц /1000 • VI = 23°,34 /10°0 • 2 = 0,46 кг.
Расход известкового теста на опытный замес
Д, = бд/1000 Гп3= 128,34/1000 • 2 = 0.26 кг.
Расход воды на опытный замес
В, = 0,5 • (Ц, + Дз) = 0,5 • (0,461 0,26) = 0.36 дм3.
Расход воды уточняем при выполнении опытного замеса.
Определение расхода материалов на объем растворосмесителя.
Вычисляем суммарный расход по объему сухих составляющих в расче­
те на 1 м песка:
1 V = V „ + Vn + Кд= 1000 + 210 + 92 = 1302 дм3.
Отношение суммарного расхода по объему сухих составляющих к объ­
ему растворосмесителя
Г = 1 F/Fpc= 1302 / 500 = 2.604 .
Пересчитываем расход каждой из составляющих растворной смеси на
замес растворосмесителя:
Расход песка П ^ = 1000 / Ү = 1000 / 2,604 = 384 дм3.
Расход цемента Црс» Уи / Т = 2 1 0 / 2,604 = 8J_ дм3.
Расход добавки: Дрс = V„ / Т = 92 /2,604 = 2 1 дм3.
11
Контрольные задания
Рассчитать состав смешанного строительного раствора. Определить
расход материалов на опытный замес. Рассчитать расход материалов на за­
мес растворосмесителя. Исходные данные для расчёта приведены в
табл.4.6.
*
л I
Таблица 4.6
Вид цемента
3
41,5
43_.
4
Ли»
1
1
10
25
пц
ПЦ
2
3
4
5
6
7
8
9
1
0
11
12
13
14
15
16
1
7
18
19
20
2
1
2
3
2
4
22
2
|
50
75
100
75
50
25
45
І 40,5
1 42
I 31,5
! 33
35
пц
пц
пц
шпц
шпц
шпц
10
25
50
75
100
75
50
25
30,5
43,5
42,5
40
38
34
30
31
шпц
пц
пц
пц
ПЦ
шпц
шпц
шпц
10
25
50
75
100
75
50
25
32
30
39
41
47
33,5
шпц
шпц
шпц
шпц
шпц
ПЦ
пц
пц
10
■32,5
пц
I
34
3
7
5
Для заливки пустот бутовой кладки
Растворные смеси, применяемые при
подаче растворонасосом
Для кладки из обычного кирпича
Для монтажа бетонных панелей
Для расшивки швов
Для монтажа стен из крупных блоков
Для кладки из пустотелого кирпича
Растворные смеси, применяемые при
подаче растворонасосом.
Для вибрированной бутовой кладки
Длякладки из бетонных камней
Для монтажа стен из крупных блоков
Для кладки из обычного кирпича
Для монтажа бетонных панелей
Для кладки из бетонных камней
Для кладки из обычного кирпича
Растворные смеси, применяемые при
•подаче растворонасосом
Для заливки пустот бутовой кладки
Для кладки из бетонных камней
Для монтажа стен из крупных блоков
Для расшивки'швов
Для кладки из крупных блоков
Для расшивки швов
■Для кладки из бетонных камней
Растворные смеси, применяемые при
подаче растворонасосом
Для вибрированной бутовой кладки
5
112
Объем сме­
сителя, дм
Активность
цемента, Rn
2
Назначение
раствора
Марка рас­
твора, Rp
№
варианта
Варианты исходных данных для расчета состава строительного раствора
7
500
750
100
375
250
500
250
500
250
500
375
400
350
500
100
375
250
750
100
500
375
400
250
750
375
ГЛАВА 5. КИРПИЧ И КАМНИ СИЛИКАТНЫЕ
Силикатные кирпич и камни изготавливают способом прессования ув­
лажненной смеси из кремнеземистых материалов и извести или других из­
вестесодержащих вяжущих с применением пигментов и без них с после­
дующим твердением под действием насыщенного пара в автоклавах. Как
правило, сырьевая смесь содержит 6-8 % воздушной извести в расчете на
СаО и 92-94 % кварцевого песка. Воды вводится 7-8 % по массе сухой смеси.
Силикатные кирпич и камни применяют для кладки каменных и армокаменных наружных и внутренних стен зданий и сооружений, а также для
их облицовки из лицевых изделий.
Силикатный кирпич изготавливают двух видов: одинарный - размера­
ми 250x120x65 мм и утолщенный - размерами 250x120x88 мм. Размеры
силикатных камней — 250x120x138 мм. Предельные отклонения от номи­
нальных размеров и геометрической формы изделия не должны превышать,
мм:
- по длине, толщине и ширине — ±2 ;
- по непараллельности граней — ±2 .
Одинарный и утолщенный кирпич изготавливают полнотелым и пусто­
телым, камни - только пустотелыми. Отверстия в изделиях должны быть
несквозными и расположены перпендикулярно постели. Толщина наруж­
ных стенок пустотелых изделий должна быть не менее 10 мм.
В зависимости от средней плотности полнотелые изделия подразделя­
ются на:
пористые - со средней плотностью до 1500 кг/м3;
плотные - со средней плотностью свыше 1500 кг/м3.
Масса утолщенного кирпича в высушенном состоянии должна быть не
более 4,3 кг.
В зависимости от назначения изделия выпускают лицевыми и рядовы­
ми.
На рядовом изделии не допускаются дефекты внешнего вида, размеры и
количество которых превышают значения указанные в таблице 5.1.
Таблица 5.1
____________ Предельное количество дефектов внешнего вида кирпича_________
Вид дефекта
Значение
Отбитость углов глубиной от 10 до 15 мм, шт.
Отбитость и притупленность ребер глубиной от 5 до 10 мм, шт.
3
3
Шероховатости или срыв грани глубиной, мм
5
Трещины на всю толщину изделия протяженностью по постели
1
до 40 мм, шт.
113
Отбитости и притупленности углов и ребер, шероховатости, трещины и
другие повреждения на лицевых изделиях не допускаются.
Проколы постели пустотелых изделий размером более 10 мм, а также
такие дефекты изделий, как вздутие и шелушение поверхности, увеличение
объема, наличие сетки мелких трещин от непогасившейся силикатной сме­
си, не допускаются.
В рядовом изделии не допускается присутствие в изломе или на его по­
верхности глины, песка, извести и посторонних включений размером свы­
ше 5 мм в количестве более 3. Для лицевых изделий присутствие указанных
включений на поверхности не допускается, в изломе их может быть не бо­
лее 3. Пятна на лицевой поверхности изделий не допускаются.
По прочности силикатные кирпич и камни изготавливают следующих
марок: 75, 100, 125, 150,175, 200, 300.
Марки камней по прочности в зависимости от значений предела проч­
ности при сжатии, а для кирпича - и предела прочности при изгибе приве­
дены в таблице 5.2.
Таблица 5.2
Марки кирпича и камней по прочности в зависимости от пределов прочности при
сжатии и изгибе
Предел прочности, не менее, МПа (кг/см2)
Ма
При сжатии
рка
всех видов изделий
При изгибе
одинарного и утол­
утолщенного пустоте­
из­
щенного полнотело­
лого кирпича
де­
лия
го кирпича
средний
наи­
сред­
наи­
средний
наимень­
для пяти
меньший
из пяти
ний для
меньший
для пяти
ший из
из пяти
образцов
пяти зна­
образцов
значений
*■ пяти
образ­
значений
чений
цов
300
30,0 (300)
25,0 (250)
4,0 (40)
2,7 (27)
2,4 (24)
1,8 (18)
250
25,0 (250)
20,0 (200)
3,5 (35)
2,3 (23)
2,0 (20)
1,6 (16)
200
20,0 (200)
15,0(150)
3,2 (32)
1,8 (18)
1,3 (13)
175
17,5(175)
13,5(135)
3,0 (30)
2,1 (21)
2,0 (20)
1,6 (16)
150
15 (150)
12,5 (125)
2,7 (27)
1,5 (15)
125
12,5 (125)
10,0 (100)
2,4 (24)
1,8 (18)
1,6 (16)
1,2 (12)
1,1 (11)
100
10(100)
7,5 (75)
2,0 (20)
1,3 (13)
75
7,5 (75)
5,0 (50)
1,6 (16)
1,1 (П )
. 1,2 (12)
1,0 (Ю)
0,8 (8)
0,9 (9)
0,7 (7)
0,5 (5)
Марка по прочности лицевого кирпича должна быть не менее 125, ли­
цевых камней - 100.
114
I
По морозостойкости кирпич и камни изготавливают марок: F15, F25,
F35, F50. Марка по морозостойкости лицевых изделий должна быть не
менее F 25. За марку по морозостойкости принимают число циклов попе­
ременного замораживания и оттаивания, при которых в изделиях отсутст­
вуют признаки видимых повреждений (шелушение, расслоение, выкраши­
вание и др.), а снижение прочности при сжатии не превышает 25 %.для ря­
довых и 20 % для лицевых изделий.
Водопоглощение изделий должно быть не менее 6 %.
Изделия, предназначенные для кладки наружных стен зданий и соору­
жений, должны подвергаться испытанию на теплопроводность.
Удельная эффективная активность естественных радионуклидов в изде­
лии должна быть не более 370 Бк/кг.
Условное обозначение силикатных изделий должно состоять из назва­
ния, вида и назначения изделия, марок по прочности и морозостойкости,
обозначения стандарта. Например, условное обозначение кирпича силикат­
ного утолщенного рядового марки по прочности 150, марки по морозостой­
кости F 25 таково: кирпич СУР - 150/25 ГОСТ 379-95; камня силикатного
лицевого марки по прочности 125, марки по морозостойкости F 25: камень
СЛ - 125/25 ГОСТ 379-95.
'
/
115
Лабораторная работа № 9
Определение свойств силикатного кирпича
1• Определение размеров силикатного кирпича и характеристик его
внешнего вида
Размеры кирпича, непараллельность граней, толщину наружных сте­
нок, примыкающих к пустотам, размеры проколов, включений, глубину
шероховатостей, длину трещин, глубину отбитостей углов и ребер измеря­
ют с помощью металлической линейки, штангенциркуля и металлического
угольника.
Длину и ширину кирпича измеряют в трех местах - по ребрам и сере­
дине постели, толщину - по середине тычка и ложка. За окончательный ре­
зультат принимают среднее арифметическое наибольшего и йаименьшего
из измеренных значений.
Для определения непараллельности измеряют четыре ребра изделия по
длине, ширине и толщине и вычисляют разность наибольшего и наимень­
шего из четырех измерений.
Глубину отбитостей угла (ребра) измеряют с помощью угольника и ли­
нейки по перпендикуляру от вершины отбитого угла (ребра), образованного
угольником, до поврежденной поверхности.
Шероховатости или срывы граней определяют измерением зазора меж­
ду гранью изделия и ребром приложенной к ней металлической линейки.
Размеры проколов и включений определяют по наибольшему измере­
нию.
Количество включений и их размер определяют на изломе одной из
парных половинок.
#
Дефекты от непогасившейся силикатной массы определяют визуально.
Результаты определений заносят в табл.5.3.
Т абл ица 5.3
Результаты определения размеров и показателей внешнего вида кирпича
Размеры и показатели
Результаты частных
Окончательный
внешнего вида кирпича
испытаний
результат
2. Определение средней плотности силикатного кирпича
I•
Среднюю плотность определяют не менее чем на трех образцах. Объем
образцов определяют по их геометрическим размерам, измеряемым с по­
грешностью не более 1 мм. Для определения каждого линейного размера
образец измеряют в трех местах — по ребрам и середине грани. За оконча­
тельный результат принимают среднее арифметическое трех измерений.
Образцы очищают от пыли, высушивают до постоянной массы в элек­
трошкафу при 100-110°С и взвешивают с погрешностью не более 10 г.
Среднюю плотность рср (кг/м ) вычисляют по формуле
ф
£< - •
l i t -
*
m
f
Ж
Ж
116
= m / V -1000.
(5.1)
где V—объем образца, см ; т - масса образца, г.
За значение средней плотности изделий принимают среднее арифмети­
ческое результатов определений средней плотности всех образцов, рассчи­
танное с округлением до 10 кг/м3.
Результаты опытов заносят в табл.5.4.
Pep
Наименование
изделия
Таблица 5.4
Результаты определения средней плотности кирпича_________
Масса
Размеры образца, Объем, Средняя плотность,
образца, г
см
см3
кг/м
а
Ь
Һ
3. Определение водопоглощения силикатного кирпича
Водопоглощение определяют не менее чем на трех образцах. Образцы
силикатных изделий без предварительного высушивания, т.е. в естествен­
ном состоянии, укладывают в один ряд по высоте с зазорами между ними
не менее 2 см на решетку в сосуд с водой температурой (20±5)°С так, чтобы
уровень воды был выше верха образцов на 2... 10 см. Образцы выдерживают
в воде 48+1ч.
Насыщенные водой образцы вынимают из воды, обтирают влажной
тканью и взвешивают. Массу воды, вытекшей из образца на чашку весов,
включают в массу образца, насыщенного водой. Взвешивание каждого об­
разца должно быть закончено не позднее 2 мин после его удаления из воды.
После взвешивания образцы силикатных изделий высушивают до постоян­
ной массы.
Водопоглощение (Вм) образцов по массе в процентах вычисляют по
формуле:
( 5.2)
тс
где тИ- масса образца, насыщенного водой, г; тс - масса образца, высушен­
ного до постоянной массы, г.
За значение водопоглощения изделий принимают среднее арифметиче­
ское результатов определения водопоглощения всех образцов, рассчитан­
ное с округлением до 1%. Результаты испытаний заносят в таблицу, анало­
гичную таблице 1.8.
4. Определение пределов прочности кирпича при сжатии и изгибе
Марку кирпича по прочности устанавливают по пределам прочности
при сжатии и изгибе, определенных на 5 образцах (соответственно десяти
целых кирпичах или десяти парных половинках и пяти целых кирпичах).
Использование десяти кирпичей для определения предела прочности при
сжатии производится обычно для пустотелого кирпича. Полнотелый кир117
пич делят на две половинки распиливанием или раскалыванием. Допуска­
ется определять предел прочности при сжатии на половинках кирпича, по­
лученных при испытании на изгиб.
Испытания проводят на сухих образцах. Влажные образцы перед испы­
танием выдерживают не менее 3 суток в закрытом помещении при темпера­
туре (20±5)°С или подсушивают в течение 4 ч при температуре (110±5)°С.
Размеры образцов кирпича измеряют с погрешностью до 1 мм. Каждый
линейный размер образца вычисляют как среднее арифметическое значение
результатов измерений двух средних линий противолежащих поверхностей
образца.
При испытании на сжатие кирпич или его половинки укладывают по­
стелями друг на друга. Половинки размещают поверхностями раздела в
противоположные стороны (рис.5.1а). Пустотелый кирпич устанавливают
так, чтобы пустоты располагались в растянутой (нижней) зоне образца. Об­
разцы из силикатного кирпича испытывают насухо, не производя выравни­
вания их поверхностей раствором. На боковые поверхности образца нано­
сят вертикальные осевые линии. Образец устанавливают в центре плиты
пресса, совмещая геометрические оси образца и плиты, прижимают верх­
ней плитои пресса и включают его масляный насос. Нагрузка на образец
должна возрастать непрерывно и равномерно со скоростью, обеспечиваю­
щей его разрушение через 20-60 с после начала испытания.
Предел прочности при сжатии R** в МПа (кгс/см2) образца вычисляют
по формуле
R сж Рразр •/ F»
(5.3)
где ^Рразр ~ наибольшая нагрузка, установленная при испытании образца, Н
(кгс); F - площадь поперечного сечения образца, вычисляемая как среднее
арифметическое значение площадей верхней и нижней его поверхно­
стей, мм2 (см2).
При вычислении предела прочности при сжатии образцов из двух це­
лых кирпичей толщиной 88 мм или из двух их половинок результаты испы­
таний умножают на коэффициент 1,2. Среднее значение предела прочности
при сжатии серии образцов вычисляют с погрешностью до 0,1 МПа (1
кгс/см2) как среднее арифметическое значение результатов испытаний всех
пяти образцов.
Результаты опытов заносят в табл.5.5.
1
а
1
б
Рис.5.1. Схема испытания кирпича на сжатие (а) и изгиб (б)
118
Таблица 5.5
Среднее значение предела
прочности при сжатии
серии образцов, МПа
Предел прочности образца
При сжатии, МПа
_
Разрушающая нагрузка,
кН (кгс)
1-- .—
_. . .
Показания силоизмерителя
Испытательной машины
Тип испытательной
машины, шкала
Размеры образца, см
Масса образца, г
Маркировка серии
обоазиов
Результаты определения предела прочности кирпича на сжатие________
При испытании на изгиб образец устанавливают на двух опорах пресса.
Нагрузку прикладывают в середине пролета и равномерно распределяют по
ширине образца согласно схеме (рис.5.16). Нагрузка на образец должна
возрастать непрерывно со скоростью, обеспечивающей его разрушение че­
рез 20-60 с после начала испытаний.
Предел прочности при изгибе /?изг в МПа (кгс/см2) образца вычисляют
по формуле
*4вг
3 • ^разр • I ,
2-b-h
9
( 5 .4 )
где Рразр — наибольшая нагрузка, установленная при испытании образца, Н
(кгс); / — расстояние между осями опор, мм (см); b — ширина образца, мм,
(см); Һ—толщина образца посередине пролета, мм (см).
Среднее значение предела прочности при изгибе серии образцов вычисляют с погрешностью до 0,05 МПа (0,5 кгс/см ) как среднее арифмети­
ческое значение результатов испытаний пяти образцов.
Результаты опытов заносят в таблицу, аналогичную таблице 5.5.
Контрольные вопросы
1. Что такое силикатный кирпич и камни. Какие они бывают?
2. Какие показатели качества имеют силикатный кирпич и камни?
3. Как определить размеры и характеристики внешнего вида силикатно­
го кирпича, и каким требованиям они должны отвечать?
4. Как определяется средняя плотность силикатного кирпича?
5. По каким экспериментальным данным и как устанавливается марка
кирпича по прочности?
6. Как определяется предел прочности образца кирпича при сжатии?
7. Как определяется предел прочности образца кирпича при изгибе?
8. Какие характеристики указываются в условном обозначении сили­
катного кирпича?
9. В чём отличие требований по внешнему виду для лицевого и рядово­
го силикатного кирпича?
10. Где рекомендуется и где нельзя применять силикатные кирпич и камни?
119
ГЛАВА 6. КИРПИЧ И КАМНИ КЕРАМИЧЕСКИЕ
Керамическими называют искусственные каменные материалы, получаемые из глинистых и кремнеземистых (трепел, диатомит) осадочных по­
род, промышленных отходов (угледобычи и углеобогащения зол) путем по­
лусухого прессования или пластического формования и последующего об­
жига в печах. Кирпич и камни керамические применяют для кладки камен­
ных и армокаменных наружных и внутренних стен зданий и сооружений, а
также для кладки фундаментов (из полнотелого кирпича).
Кирпич и камни керамические (далее изделия) изготовляют в форме
параллелепипеда и в зависимости от размеров подразделяют на виды, ука­
занные в таблице 6.1.
Предельные отклонения от номинальных размеров в миллиметрах не
должны превышать:
- для изделий пластического формования из лессов, трепелов,
диатомитов
±7................... по длине
±5....................по ширине
для других изделий пластического формования и полусухого прессо
вания
±5....................по длине
±4....................по ширине
±3................... по толщине для кирпича
±4....................по толщине для камня
Отклонение от перпендикулярности граней в миллиметрах не должно
превышать:
±4....................для изделий пластического формования из лессов, трепе­
лов, диатомитов;
±3....................для других изделий пластического формования и полусу­
хого прессования.
Таблица 6.1
Основные виды кирпича и камней керамических_______________
Вид изделия
Номинальные размеры (мм) по |
длине
ширине
толщине
Кирпич одинарный
250
120
65
Кирпич утолщенный
250
120
88
Кирпич модульных размеров одинарный
288
138
63
Кирпич модульных размеров утолщенный
288
138
88
Кирпич утолщенный с горизонтальным
250
120
88 (
расположением пустот
Камень
250
120
138
Камень модульных размеров
288
138
138
Камень модульных размеров укрупненный
288
288
88
Камень укрупненный
250
250
138
250
250
188
180
250
138
120
Продолжение
табл.
6.1
—— — ------------------------------------—
—
■■■■■
Камень укрупненный с горизонтальным
250
250
120
расположением пустот
250
200
80
Примечание - Допускается по согласованию iс потребителем выпускать укрупненные камни размерами:
380
180
138
380
255
188
380
250
138
Одинарный и утолщенный кирпич изготавливают полнотелым (без пус­
тот и с технологическими пустотами, объем которых составляет не более
13%) и пустотелым, а камни - только пустотелыми. Размеры, форма и рас­
положение пустот в изделии, а также пустотность изделия приведены в
приложении ГОСТ 530-95.
Толщина наружных стенок пустотелого изделия должна быть не менее
12 мм. Пустоты в изделиях должны располагаться перпендикулярно или
параллельно постели и могут быть сквозными и несквозными. Ширина ще­
левидных пустот должна быть не более 16 мм, а диаметр цилиндрических
сквозных пустот и размер стороны квадратных пустот - не более 20 мм.
Поверхность граней кирпича должна быть плоской, ребра - прямоли­
нейными. Допускается выпускать изделия с закругленными вертикальными
ребрами с радиусом закругления не более 15 мм.
По фактуре поверхности (ложковой, тычковой) изделия могут быть
гладкими или рифлеными.
На изделии не допускаются дефекты внешнего вида, размеры и число
которых превышает указанные в таблице 6.2.
Таблица 6.2
Предельное количество дефектов внешнего вида изделий
Вид дефекта
Число
дефектов
Отбитости углов глубиной от 10 до 15 мм
2
Отбитости и притупленности ребер глубиной не более 10 мм и
длиной от 10 до 15 мм
Трещины протяженностью до 30 мм по постели полнотелого
кирпича и пустотелых изделий не более чем до первого ряда
пустот (глубиной на всю толщину кирпича или на Vi толщины
тычковой или ложковой грани камней):
- на ложковых гранях
1
- на тычковых гранях______________________________________
1
На поверхности изделий допускается наличие отколов по наибольшему
измерению от 3 до 10 мм числом не более 3 шт.
Количество половняка в партии не должно быть более 5%.
По прочности изделия с вертикально расположенными пустотами изго­
товляют марок: 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300, а с горизонтально рас­
положенными пустотами - 25, 35, 50, 100. Марки камней по прочности в
зависимости от значении предела прочности при сжатии, а для кирпича - и
предела
прочности
при
изгибе
приведены
в
таблице
6.3.
121
ПРИМЕЧАНИЕ. Предел прочности при изгибе определяют по фактической площади кирпича без вычета пустот.
По морозостойкости изделия подразделяют на марки: F 15, F25, F35,
F50.
Водопоглощение не должно быть для полнотелого кирпича менее 8%,
для пустотелых изделий - менее 6%.
Масса кирпича в высушенном состоянии не должна быть более 4,3 кг,
камней —более 16 кг.
Условное обозначение керамических изделий состоит из названия, ви­
да, марки по прочности и морозостойкости, обозначения ГОСТа. Например:
Кирпич керамический полнотелый одинарный марки по прочности 100,
марки по морозостойкости F I 5: Кирпич К - 100 /1 / 1 5 /ГОСТ 530-95.
Кирпич керамический пустотелый одинарный марки по прочности 150,
марки по морозостойкости F I 5: Кирпич КП - 0 150 /1 5 / ГОСТ 530-95.
Кирпич керамический утолщенный марки по прочности 125, марки по
морозостойкости F25: Кирпич КП - У 125 / 25 / ГОСТ 530-95.
Камень керамический марки по прочности 100, по морозостойкости
F I 5: Камень К 100 / 15 / ГОСТ 530-95.
Камень керамический укрупненный марки по прочности 150, по моро­
зостойкости F15: Камень К УК 150 / 15 / ГОСТ 530-95.
Камень керамический модульных размеров марки по прочности 175, по
морозостойкости F15: Камень КМ 175 / 15 / ГОСТ 530-95.
Камень керамический укрупненный с горизонтальным расположением
пустот марки по прочности 50, по морозостойкости F15: Камень КУГ 50 /
15 / ГОСТ 530-95.
Кирпич керамический утолщенный с горизонтальным расположением
пустот марки по прочности 100, по морозостойкости F15: Кирпич КУГ 100
/ 15/ ГОСТ 530-95.
123
Лабораторная работа № 10
Определение свойств керамического кирпича
1. Определение размеров керамического кирпича и характеристик
его внешнего вида
Внешним осмотром устанавливают наличие недожога и пережога в
контролируемом кирпиче, для чего сравнивают отобранные образцы с эта­
лоном (нормально обожженным кирпичом). Более светлый цвет кирпича,
чем у эталона («алый» кирпич) и глухой звук при ударе по кирпичу молот­
ком указывает на наличие недожога. Пережженный кирпич характеризуется
оплавлением и вспучиванием, имеет бурый цвет и, как правило, искривлен.
Недожженный и пережженный кирпичи являются Зраком.
Методика оценки других показателей внешнего вида, а также вида и
количества дефектов аналогична методике для силикатного кирпича.
2. Определение средней плотности и водопоглощения керамического
кирпича
М асс/, среднюю плотность и водопоглощение керамических изделий
определяют по тем же методикам, что и для силикатного кирпича. Отличие
состоит в том, что насыщение водой образцов керамических изделий про­
исходит после предварительного высушивания, после которого определяют
массу образцов в сухом состоянии.
3. Определение пределов прочности кирпича при сжатии и изгибе
Марку кирпича определяют по пределу прочности при сжатии и изгибе
подготовленных и испытанных на гидравлическом прессе образцов по
ГОСТ 8462-85.
Предел прочности при сжатии определяют на десяти целых кирпичах и
на десяти парных половинках, предел прочности при изгибе определяют на
пяти кирпичах из каждой партии готовой продукции.
Предел прочности при сжатии кирпича определяют на образцах, состоя­
щих из двух целых кирпичей или двух его половинок. Кирпич делят на поло­
винки распиливанием дисковой пилой или раскалыванием на гидравлическом
прессе. Допускается определять предел прочности при сжатии на половинках
кирпича, полученных после испытания его на изгиб. Кирпич или его половин­
ки укладывают постелями друг на друга. Половинки размещают поверхностя­
ми раздела в противоположные стороны и склеивают цементным раствором.
Раствор приготавливают из равных по массе частей цемента марки 400 и песка,
просеянного через сито с сеткой №1,25 (В/Ц = 0,40-0,42).
Кирпичи или его половинки полностью погружают в воду на 1 мин. За­
тем на горизонтально установленную пластину укладывают лист бумаги,
слой раствора толщиной не более 5 мм и первый кирпич или его половинку,
затем опять слой раствора и второй кирпич или его половинку. Излишки
раствора удаляют, а края бумаги загибают на боковые поверхности образца.
124
В таком положении образец выдерживают 30 мин. Затем образец перевора­
чивают и в таком же порядке выравнивают другую опорную поверхность
образца. Отклонение от параллельности выровненных опорных поверхно­
стей образца, определяемое по максимальной разности любых двух его вы­
сот, не должно превышать 2 мм. Образец выдерживают 3 суток в помеще­
нии при температуре (20±5)°С и относительной влажности воздуха 60-80%.
Образцы измеряют с погрешностью до 1 мм. Каждый линейный размер
образца вычисляют как среднее арифметическое значение результатов из­
мерений двух средних линий противолежащих поверхностей образца.
При определении предела прочности при сжатии образец устанавлива­
ют на нижнюю опору гидравлического пресса так, чтобы геометрически его
центр совпал с центром опоры, и прижимают верхней плитой пресса. На­
грузка на образец должна возрастать непрерывно и равномерно со скоро­
стью, обеспечивающей его разрушение через 20-60 сек. после начала испы­
таний. Предел прочности при сжатии /?сж в МПа (кгс/см2) образца вычисля­
ют по формуле (5.3). При вычислении предела прочности при сжатии об­
разцов из двух целых кирпичей толщиной 88 мм или из двух их половинок
результаты испытаний умножают на коэффициент 1,2.
Среднее значение предела прочности при сжатии вычисляют как сред­
нее арифметическое из результатов испытаний пяти образцов. Кроме того,
записывают минимальный результат испытаний. Результаты опытов
заносят в таблицу, аналогичную таблице 5.5.
При испытании образцов на изгиб образец устанавливают на двух опо­
рах пресса. Нагрузку прикладывают в середине пролета и равномерно рас­
пределяют по ширине образца согласно схеме испытания (см. рис. 5.1). На­
грузка на образец должна возрастать непрерывно со скоростью, обеспечи­
вающей его разрушение через 20-60 сек после начала испытаний. Предел
прочности при изгибе
МПа (кгс/см2), образца вычисляют по формуле (5.4).
За окончательный результат принимают среднее арифметическое из
пяти определений. Кроме того, записывают минимальный результат испы­
таний. Результаты опытов заносят в таблицу, аналогичную таблице 5.5.
Полученные результаты испытаний на сжатие и изгиб сравнивают с
данными, приведенными в табл.6.3. По среднему и минимальному значени­
ям прочности образцов определяют марку кирпича.
Контрольные вопросы
1. Что такое керамические материалы? Где их применяют?
2. Какие показатели качества имеют керамические кирпич и камни?
3. Как оценивается внешний вид кирпича, его размеры, правильность
формы?
*
4. Как определяется масса, средняя плотность, водопоглощение и моро­
зостойкость керамического кирпича?
5. Как определяется предел прочности образца кирпича при сжатии?
6. Как определяется предел прочности образца кирпича при изгибе?
7. Какие показатели указываются в условном обозначении керамиче­
ского кирпича?
125
ГЛАВА 7. ДРЕВЕСНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Древесиной называют освобожденную от коры ткань волокон, которая
содержится в стволе дерева.
Древесина обладает рядом ценных свойств: небольшой плотностью,
высокой прочностью, малой теплопроводностью, гибкостью и упругостью,
высоким коэффициентом конструктивного качества. Однако при использо­
вании древесины в строительстве необходимо учитывать такие недостатки
этого материала, зависящие от его строения и состава, как неоднородность
свойств по объему и направлению (анизотропию), гигроскопичность, кото­
рая приводит к изменению размеров, короблению и растрескиванию, загни­
вание во влажных условиях и возгорание при действии высоких температур.
126
Лабораторная работа №11
Определение физико-механических свойств древесины
L Определение влажности древесины
Влажность влияет на все физические и механические свойства древеси­
ны (увеличение влажности приводит, например, к повышению электропро­
водности, увеличению размеров, снижению прочности). Вследствие гидро­
фильной природы и пористой структуры древесина легко впитывает и отда­
ет влагу при изменении температурно-влажностных условий эксплуатации.
В зависимости от влажности древесину подразделяют на мокрую - дли­
тельное время находившуюся в воде, влажностью свыше 100 %; свежесрубленную —влажностью 50... 100 %, воздушно-сухую —долгое время хра­
нившуюся на воздухе, влажностью 15...20 %; комнатно-сухую - влажно­
стью 8... 12 % и абсолютно сухую - влажностью около 0%. Влажность дре­
весины, длительно находящейся при постоянном температурно­
влажностном режиме, называют равновесной.
Для получения сравнимых данных о физико-механических показателях
древесины, зависящих от влажности, используется понятие стандартная
влажность древесины, значение которой установлено равным 12 %.
Различают следующие методы определения влажности древесины: а)
обычный метод - с погрешностью не более 1 %; б) для приведения показа­
телей физико-механических испытаний к показателям при стандартной
влажности - с погрешностью не более 0,1 %. Определение влажности пилопродукции и деревянных деталей помимо сушильно-весовых методов
может производиться с использованием электровлагомера (без вырезки об­
разцов).
При определении влажности древесины обычным методом образцы из­
готовляют в форме прямоугольной призмы с основанием 20x20 мм и высо­
той вдоль волокон 30 мм. Выпиленные образцы очищают от опилок, пыли,
взвешивают с погрешностью не более 0,01 г и ставят в сушильный шкаф,
где при температуре (103±2) С высушивают образец до абсолютно сухого
состояния, которое определяют несколькими контрольными взвешивания­
ми. Первое взвешивание производят через 6 ч для мягких пород (сосна, ель,
осина) и не ранее 10 ч для твердых (дуб, ясень, бук). Последующие взвеши­
вания производят через каждые 2 часа. Высушивание считают закончен­
ным, когда разность между результатами двух последних взвешиваний,
проведенных с интервалом 2 ч, не будет более 0,01 г.
Образцы из смолистой древесины хвойных пород не следует сушить в
шкафу более 20 ч.
После высушивания образец охлаждают в эксикаторе с гигроскопиче­
ским веществом до комнатной температуры и взвешивают.
Влажность ( W) образца в процентах с округлением до целого числа оп­
ределяют по формуле
127
Ш\ —т*)
(
7
.
1
.)
W = —!------2-100
/Ил
где Ш| - масса образца до высушивания, г; п\2 - масса образца после высу­
шивания, г.
Результаты опытов заносят в табл.7.1.
Таблица 7.1
Результаты определения влажности древесины
Маркировка
Масса образца, г
образца
до высушивания
после высушивания
Ш\
Влажность
образца, %
Щ
В случае, когда древесина длительное время находилась при постоян­
ной температуре и относительной влажности воздуха и не увлажнялась ат­
мосферными осадками, ее равновесную влажность можно определить по
номограмме Н.Н. Чулицкого (рис.7.1).
Для этого необходимо определить температуру и относительную влаж­
ность окружающего воздуха. Влажность воздуха определяют по психро­
метру. Для определения влажности древесины на номограмме Н.Н. Чулиц­
кого проводят вертикальную линию, соответствующую температуре возду­
ха, и горизонтальную линию, соответствующую относительной влажности
воздуха. Точка их пересечения соответствует влажности древесины. На­
пример, для древесины, хранящейся в помещении При температуре 20 С и
относительной влажности воздуха 70 %, по диаграмме устанавливают:
влажность древесины — 13%.
Температчра воздуха,*С
Рис. 7.1. Номограмма Н.Н. Чулицкого для определения равновесной
влажности древесины
2,
Определение плотности древесины при влажности в момент
испытания
Определение плотности древесины производится на образцах в виде
прямоугольной призмы сечением 20x20 мм и высотой (вдоль волокон) 30
мм.
Если годичные слои имеют ширину более 4 мм, размеры поперечного
сечения должны быть увеличены так, чтобы образец включал не менее 5
слоев.
Под лежащие испытанию образцы должны иметь прямые углы и гладко
выструганные поверхности. Размеры поперечного сечения и высоту (а, Ъ и
И) измеряют штангенциркулем с погрешностью до 0,1 мм по осям симмет­
рии образцов.
Объем образца вычисляют с округлением до 0,01 см3. Сразу после из­
мерения образец взвешивают на технических весах с погрешностью до 0,01
г и вычисляют среднюю плотность
(г/см3):
Pm “ m w /VfV9
ШШ
где mw- масса образца при влажности W, г; Vw- объем образца при влаж­
ности W, см .
Для пересчета плотности древесины с влажностью до 30% на плотность
при стандартной влажности используют формулу
Р т I Рш • [1 + 0.01 • (1 - *0 ) • (12 ~ W)],
(7.3)
где р ^ - средняя плотность древесины при стандартной влажности, г/см3;
ко - коэффициент объемной усушки, %; W - влажность образца, %.
Если коэффициент объемной усушки к0 не определялся, то при пере­
счете для древесины березы, бука и лиственницы значение его берут рав­
ным 0,6, а для прочих пород - 0,5.
Результаты опытов заносят в табл.7.2.
Таблица 7.2
Марки­
ровка
образца
Результаты определения средней плотности древесины____________
- Размеры
Средняя плотность,
образца, см
г/см3
Масса
Влаж
Объем,
образца
ность
при
при стан­
см3
W,%
г
а
Ъ
Һ
влажно­
дартной
сти W
влажности
3. Определение содержания поздней древесины в годичном слое
Сопротивление древесины сжатию в значительной степени зависит от
процентного содержания в дереве поздней древесины, которое во многом
определяет для данной породы плотность древесины. Для определения
процентного содержания поздней древесины берут образцы размером
129
20x20 и длиной вдоль волокон от 10 до 20 мм или используют образцы,
предназначенные для других испытаний.
Образцы помещают под микроскоп (можно использовать для испыта­
ний лупу) и на плоскости поперечного разреза по радиальному направле­
нию отмечают границы крайних целых годичных слоев на участке рав­
ном ~20 мм (рис.7.2). Расстояние между отметками (/) измеряют с по­
грешностью не более 0,5 мм. В каждом годичном слое между отметками
измеряют ширину поздней древесины (5) с погрешностью не более 0,1 мм.
Процент поздней древесины определяют по формуле
У5
(7.4)
т = Ш - 100’
/
где т - процент поздней древесины, %; £ 5 - суммарная ширина зон позд­
ней древесины, мм; / - расстояние между отметками, мм.
Рис. 7.2. Схема определения содержания поздней древесины
4. Определение предела прочности при статическом изгибе
Для определения предела прочности при изгибе изготовляют образцы в
форме прямоугольной призмы с поперечным сечением 20x20 мм и длиной
вдоль волокон 300 мм. Отклонение от указанных размеров образца для по­
перечного сечения не должны превышать 0,5 мм, а по длине - 1 мм. Годо­
вые слои на торцах должны быть параллельны одной паре противополож­
ных граней.
При испытании на прочность образцы, как правило, должны иметь
нормализованную влажность (равновесную влажность в среде с температу­
рой (20±2) °С и относительной влажностью воздуха (65±2) %). Для этого
перед испытанием образцы кондиционируют при температуре (20±2) °С и
относительной влажности воздуха (65±2) % до приобретения древесиной
нормализованной влажности. В то же время действующим стандартом до­
пускается проводить испытания на образцах, не подвергавшихся кондицио­
нированию и с влажностью, отличающейся от нормализованной.
При испытании образец укладывают на две неподвижные опоры с про­
летом между их центрами 240 мм. Образец испытывают на изгиб таким об-
130
І Ж Ш М І ій Ш Ш Я і
разом, чтобы изгибающее усилие было направлено по касательной к годо­
вым слоям (тангентальный изгиб). Нагрузка передается в одной точке
(рис.7.3).
Рис. 7.3. Схема испытания древесины на статический изгиб
Образец нагружают равномерно с такой постоянной скоростью, чтобы
образец разрушился через (1,5±0,5) минуты после начала нагружения. При
использовании машины с электромеханическим приводом допускается
нагружения (1350±150)
продолжают до разрушения
движения стрелки силоизмерителя в обратную сторону. Максимальную на­
грузку определяют с погрешностью не более 1%. После испытания опреде­
ляют влажность образцов, для чего образец длиной (25±5) мм вырезают
вблизи излома.
Предел прочности при статическом изгибе цР
вычисляют
с
округлениTI
' Ad' pjL *’Ж
-'J'
-
ем до 1 МПа (10 кгс/см2) по формуле
w
2
(7.5)
Rи
макс
где Риакс - максимальная разрушающая нагрузка, Н (кг/с); / - расстояние
между опорами, мм (см); Ь і л һ - ширина и высота образца, мм (см).
Предел прочности (в МПа) образца с нормализованной влажностью W
при необходимости пересчитывают на стандартную влажность 12% по
формуле:
12
(7.6)
RИ
< [ l + a(F-12)l.
где а - поправочный коэффициент на влажность, равный 0,04 для всех по­
род; W - влажность образца в момент испытания, %.
Предел прочности (в МПа) образца с влажностью, отличающейся от
нормализованной, пересчитывают на влажность 12% по формуле
(7.7)
и ' 7л *12
где Кп ~ коэффициент пересчета, определяемый по таблице 7.3 при извест­
ной плотности древесины.
131
Таблица 7 3
Значения коэффициента пересчета Ку>в зависимости от влажности при известной
плотности древесины
Влажность
Коэффициент пересчета
W,%
400
1,405
1,335
1,267
1,210
1,098
1,000
0,875
0,715
0,605
0,530
5
6
7
8
10
12
15
20
25
>30
450
1,396
1,330
1,262
1,205
1,098
1,000
0,878
0,722
0,614
0,538
при плотности р |^ , кг/м3
500
1,390
1,320
1,255
1,200
1,092
1,000
0,880
0,722
0,619
0,540
550
1,375
1,310
1,248
1,193
1,090
1,000
0,882
0,735
0,624
0,554
600
1,365
1,300
1Д40
1,190
1,087
1,000
0,887
0,740
0,636
0,565
Если средняя плотность древесины не определялась, допускается при­
нимать коэффициент пересчета равным средней величине для исследуемой
породы согласно таблице 7.4.
Таблица 7.4
Значения коэффициента пересчета
Порода
W,%
Сосна, бук,
кедр, тополь
5
10
12
15
20
25
>30
в зависимости от
влажности и породы древесины
Порода
K
w
а 12
1,36
Ель, граб,
1,09
лиственница
1,00
0,88
0,72
0,625
0,580
W,%
K 12
w
Л
5
10
12
15
20
25
>30
1,36
1,10
1,00
0,885
0,720
0,610
0,550
Результаты испытаний заносят в табл.7.5.
Таблица 7.5
Результаты определения предела прочности древесины при статическом изгибе
Размеры
Разруша­ Влажность Предел прочности,
Маркировка
поперечного
ющая
образца
МПа
W,%
сечения, мм
нагрузка
Ь
Һ
Р max» Н
132
<
К 2
5. Определение предела прочности при сжатии вдоль волокон
Определение выполняют на кондиционированных или некондиционированных образцах в виде прямоугольных призм сечением 20x20 мм и вы­
сотой вдоль волокон 30 мм (рис.7.4). Перед испытанием измеряют сечение
образца (в середине его длины) штангенциркулем с погрешностью 0,1 мм.
Образец устанавливают в приспособление для испытания на сжатие. При­
способление с образцом помещают между плитами испытательной маши­
ны. Образец нагружают равномерно с такой постоянной скоростью, чтобы
образец разрушился через (1,0±0,5) минуты после начала нагружения. При
использовании машины с электромеханическим приводом допускается
проводить нагружение образца равномерно со скоростью (25000±5000)
Н/мин или проводить испытание при скорости перемещения нагружающей
головки испытательной машины 4 мм/мин при условии достижения предела
прочности при сжатии в указанный интервал времени.
После разрушения немедленно определяют влажность, используя для
этого данный образец.
В целях экономии времени можно воспользоваться результатом опре­
деления влажности древесины, который был получен при выполнении пре­
дыдущей работы, если образцы древесины хранились в одинаковых усло­
виях.
Предел прочности при сжатии древесины вдоль волокон при данной
влажности древесины вычисляют с округлением до 0,5 МПа (5 кгс/см2) по
формуле
max
(7.8)
а-о
где Fmax - максимальная нагрузка, Н (кгс); а, b - размеры поперечного сече­
ния образца, мм (см).
р
Рис. 7.4. Схема испытания образца на сжатие вдоль волокон
Предел прочности при сжатии вдоль волокон кондиционированных об­
разцов пересчитывают на стандартную влажность 12 % с погрешностью до
0,5 МПа по формулам:
для образцов с влажностью меньше предела гигроскопичности (30 %)
133
* £ = * « • [ l +a(W-l2)],
(7-9)
где д 12 - предел прочности при сжатии образца при стандартной влажноста, МПа (кгс/см2);
предел
прочности
при
сжатии
образца
с
влажноННнВ9%J #* т, <яИ5в^ИЯи?ЗК-■t -V* - ~-i!f - И '• * ■■ *■• *-’<
стью W в момент испытания, МПа (кгс/см2); а - поправочный коэффициент,
равный 0,04; W - влажность образца в момент испытания, %;
для образцов с влажностью, равной или больше предела гигроскопич­
ности
Dw
_ _
п12 = _ £ Ж _ ,
(7.10)
сж “ ^30
Л 12
где к ™- коэффициент пересчета при влажности 30 %, равный: 0,550 - для
дуба, липы, ольхи; 0,450 - для бука, сосны; 0,445 - для ели, осины, пихты,
тополя; 0,400 - для березы и лиственницы.
Предел прочности (в МПа) образца с влажностью, отличающейся от
нормализованной, пересчитывают на влажность 12% по формуле
п12
=:С
.
,
(7.11)
„W
А 12
где К ү ^ коэффициент пересчета, определяемый по таблице 7.6 при извест­
ной плотности древесины.
Если средняя плотность древесины не определялась, допускается при­
нимать коэффициент пересчета равным средней величине для исследуемой
породы согласно таблице 7.7.
Допускается определять предел прочности без измерения влажности
древесины при условии увлажнения образцов до влажности более 30% в
воде при температуре 15-25°С в течение:
- не менее 4 ч - образцы из древесины ели, сосны кедровой, заболони
сосны обыкновенной, березы и других рассеяннососудистых пород;
- не менее 20 ч - образцы из древесины лиственницы, ядра сосны, дуба
и других кольце сосудистых пород.
Таблица 7.6
сж
Значения коэффициента пересчета
в зависимости от влажности при известной
плотности древесины
Влажность
W,%
5
10
15
20
25
>30
Коэффициент пересчета
400
1,485
1,108
0,849
0,655
0,525
0,428
450
1,480
0,850
1,105
0,660
0,533
0,432
500
1,475
1,103
0,852
0,670
0,540
0,446
134
лрИ плотности
550
1,463
1,102
0,855
0,680
0,550
0,460
, кг/м3
600
1,450
1,100
0,860
0,685
0,560
0,476
Таблица 7.7
Значения коэффициента пересчета к{% в зависимости от
влажности и породы древесины
Порода
K
w
Л12
W, %
Порода
W,%
Kw
Л|2
Сосна,
5
1,480
Ель, граб,
5
1,335
бук,
10
1,125
ива, осина, пихта, тополь
1,085
15
0,855
10
15
0,880
20
0,650
20
0,705
25
0,515
0,560
>30
0,450
25
>30
0,445
Результаты испытаний заносят в табл.7.8.
Таблица 7.8
Результаты определения предела прочности древесины при сжатии вдоль волокон
Маркировка
Размеры
Разруша­
Влажность
Предел
образца
поперечного
ющая
W,%
прочности, МПа
сечения, мм
нагрузка
Лпах, Н
а
Ъ
R
w
^сж
д 12
сж
/
Ориентировочное значение предела прочности древесины при сжатии
при стандартной влажности
в МПа по содержанию поздней древесины
рассчитывают по формуле
^сж = А - т + В
(7.12)
где т - содержание поздней древесины в %; А, В - коэффициенты, прини­
маемые по таблице 7.9.
Предел прочности древесины при сжатии при стандартной влажности
д** в МПа можно также ориентировочно рассчитать по известному значе­
нию средней плотности по формуле
Дсж = С -Р т +£>’
(7.13)
где р 12 - средняя плотность древесины при стандартной влажности, рас­
считанная по формуле (7.3), г/см ; С, D - эмпирические коэффициенты (см.
таблицу 7.9). s.
135
Таблица 7.9
Значения коэффициентов для определения прочности древесины по процентному
содержанию поздней древесины и средней плотности при стандартной влажности
Коэффициенты
А
В
Лиственные
Хвойные
Лиственные
Хвойные
0
породы
породы
породы
породы
0,32
0,6
30
30
С
D
.
68
10
61
Контрольные вопросы
1. Как определить среднюю плотность древесины?
2. От чего зависит средняя плотность древесины?
3. Какой микро- и макроструктурой обладает древесина?
4. Что такое поздняя и ранняя древесина?
5. Как содержание поздней древесины влияет на свойства древесины?
6. Как определить влажность древесины?
7. Как определить равновесную влажность древесины?
8. Что такое стандартная влажность?
9. Какие данные необходимо иметь для определения прочности древе­
сины на сжатие неразрушающим методом?
10. Как влияет влажность древесины на прочность, теплопроводность и
электропроводность древесины?
11. Как анизотропность строения древесины влияет на её свойства?
ш! •
136
ГЛАВА 8. ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА
Органические вяжущие (битумы и дегти) представляют собой черные
или темно-коричневые смолоподобные, твердые, вязкопластичные или
жидкие материалы, которые состоят преимущественно из высокомолеку­
лярных углеводородов и их неметаллических производных, образующих
сложные дисперсные системы. Свойства органических вяжущих зависят от
их химического и группового состава, структуры и температуры.
Битумы обладают аморфным строением, для них характерны гидрофобность, водостойкость, пористость их практически равна нулю, поэтому
они водонепроницаемы и морозостойки. Они имеют повышенную деформативность, способность размягчаться при нагревании вплоть до полного
расплавления. Эти свойства обусловили применение органических вяжу­
щих для производства кровельных, гидроизоляционных материалов, а так­
же их широкое применение в дорожном строительстве.
Лабораторная работа №12
Определение физико-механических
битумов
свойств
нефтяных
вязких
W
Качество битума оценивается по глубине проникания иглы, температу­
ре размягчения, хрупкости и вспышки; растяжимости; изменению темпера­
туры размягчения после нагревания и индексу пенетрации. Марку вязкого
битума обозначают «БН» (битум нефтяной) с числовым индексом, характе­
ризующим нормируемые показатели. Для обозначения марок битумов спе­
циального назначения вводится дополнительная буква (К - кровельный, Д дорожный и т.д.). Пример условного обозначения: БНД 200/300 - битум
нефтяной дорожный с глубиной проникания иглы при температуре 25°С от
201 до 300 (в десятых долях миллиметра). Требования к вязким битумам
отражены в таблице 8.1.
137
Таблица 8.1
Марка би­
тума
БН-50/50
БН-70/30
БН-90/10
БНК-45/180
БНК-90/40
БНК-90/30
БНД
200/300
БНД
130/200
БНД 90/130
БНД 60/90
БНД 40/60
Технические требования к вязким битумам________________
Глубина
Растяжимость,
Температура
проникания
см, не менее
размягчения,
вспышки,
иглы, 0,1 мм
при t, °С
°С, не ниже
°С, не ниже
при t, °С
25 | 0
25
0
Строительные битумы
41-60
40
50
220
21-40
3
70
230
5-20
1
90
240
Кровельные битумы
140-220
не нормируется
40-50
240
35-45
85-95
240
25-35
85-95
240
Дорожные битумы
201-300 45 *v - - ш 20
35
220
%
39
220
131-200 35
70
6,0
43
230
47
230
91-130
28
65
4,0
51
230
61-90
20
55
3,5
40-60
13
45
Перед испытанием битум необходимо обезводить, для чего его осто­
рожно нагревают на 90°С выше температуры размягчения, но не выше
180°С (для дорожных битумов - не выше 160°С), осторожно перемешивая
стеклянной палочкой. Время 4нагревания битума при указанных условиях не
должно превышать 30 мин.
1. Определение глубины проникания иглы
В качестве показателя условной вязкости битума принимают выражен­
ную в единицах, соответствующих десятым долям миллиметра (0,1 мм),
глубину проникания иглы пенетрометра (рис.8.1) в образец битума при на­
грузке 100 г в течение 5 мин при температуре 25 °С и при нагрузке 200 г в
течение 1 мин при температуре 0 °С.
Обезвоженный и расплавленный до подвижного состояния битум нали­
вают в металлическую чашку так, чтобы поверхность битума была не более
чем на 5 мм ниже верхнего края чашки, и быстрым движением горящей
спички удаляют с поверхности битума пузырьки воздуха.
я
138
Рис. 8.1. Пенетрометр
Затем чашку с битумом охлаждают на воздухе при температуре 18-30°С
в течение 60-90 мин при испытании битума с глубиной проникания иглы до
250 и 90-120 минут - с глубиной проникания иглы более 250. После этого
чашку с битумом ставят в кристаллизатор с водой, имеющей температуру
(25±0,5) °С, на один час. Уровень воды в кристаллизаторе должен быть вы­
ше уровня битума не менее чем на 10 мм.
По истечении одного часа кристаллизатор 7 вместе с водой и чашкой
устанавливают на столик пенетрометра 8, который должен быть предвари­
тельно приведен в горизонтальное положение винтами. После этого подво­
дят острие иглы 6 к поверхности битума так, чтобы игла только слегка ка­
салась ее.
Для более точного определения момента соприкосновения иглы с по­
верхностью битума на стойке прибора установлено зеркало 5, отражающее
момент подхода иглы к битуму. Подведя острие иглы к поверхности биту­
ма, кремальеру 3 доводят до плунжера, а на круге 2 берут отсчет. Затем од­
новременно включают секундомер и стопорную кнопку 4, давая игле, воз­
можность свободно погружаться в битум в течение 5 с. После этого кре­
мальеру вновь доводят до верхнего конца плунжера и по кругу берут вто­
рой отсчет. Разность отсчетов дает величину погружения иглы в битум.
Каждые 10 делений на круге соответствуют погружению иглы в битум
на 1 мм. Определение повторяют не менее трех раз в различных точках на
поверхности битума, отстоящих от краев чашки и друг от друга не менее
чем на 10 мм. После каждого погружения иглу вынимают из гнезда, отмы­
вают кончик ее от битума бензином и насухо вытирают. Расхождения меж­
ду результатами параллельных погружений не должно превышать 5 % от
величины меньшего результата.
Если глубину проникания иглы в битум определяют при 0 °С, то в кри­
сталлизатор с водой кладут лед и чашку с битумом выдерживают там один
час. Температура воды в кристаллизаторе должна быть 0-0,5 °С. При этом
139
испытании на плунжер прибора надевают дополнительный груз-шайбу ве­
сом 100 г и время погружения иглы увеличивают с 5 до 60 с.
За результат испытания при 25 °С принимают среднее арифметическое
результатов не менее трех определений. Результаты испытания округляют
до целого числа. На разных образцах расхождение между наибольшим и
наименьшим определением не должно превышать значений, указанных в
таблице 8.2.
Таблица 8.2
Допускаемые расхождения при определении вязкости_____________
Глубина проникания иглы (пенетраДопускаемые расхождения между
наибольшим и наименьшим
ция) при 25°С, 0,1 мм
определением, 0,1 мм
2
До 50
Св. 5 0 » 150
4
» 150 » 2 5 0
6
»250
3% от среднего арифметического
значения
Если испытания проводят при другой температуре, то расхождения
между полученными результатами могут отличаться от указанных в табли­
це 8.2.
Результаты испытаний заносят в табл.8.3.
Таблица 83
_________________ Результаты определения вязкости битума___________________
Температура
испытания
Номер
опыта
Глубина проникания иглы (пенетрация), 0,1 мм
отдельное значение
среднее значение
2. Определение растяжимости битума
Пластические свойства битумов характеризуются растяжимостью - аб­
солютным удлинением (см) образца битума при температуре 25 °С, опреде­
ляемым на приборе - дуктилометре (рис. 8.2).
Рис. 8.2. Дуктилометр
140
Прибор состоит из пластмассового или деревянного ящика, выложенновнутри
со штифтами. Одна пластина может передвигаться на салазках вдоль ящика
электрическим ротором или вручную, а
другая закреплена неподвижно. На одной стороне ящика прикреплена ли­
нейка, по которой отсчитывают величину растяжимости при помощи указателя-стрелки, передвигающегося при движении салазок вдоль линейки.
Скорость перемещения салазок должна быть 5 см/мин.
Перед испытанием битум обезвоживают нагреванием до температуры
на 80-100 °С выше температуры размягчения, но не выше 180 °С (для до­
рожных битумов — не выше 160 °С).
смазанную
внутренняя
смесью талька с глицерином. Затем в эти формы наливают тонкой струей
тщательно
го удаления пузырьков воздуха). Формы с битумом оставляют охлаждать
воздухе в течение 30-40 мин при комнатной температуре, но не ниже 18 °С.
После этого излишек битума в форме срезают горячим острым ножом
середины к краям так, чтобы битум заполнил формы вровень с их краями.
Рис. 8.3. Форма для изготовления и испытания образцов битума на растяжимость
После срезки образцы с битумом помещают в воду при 25 °С на 1 ч.
Температуру поддерживают, добавляя горячую воду. Высота слоя воды над
битумом должна быть не менее 25 мм.
Через 1 час формы с битумом вынимают из воды, снимают с пластинки
и надевают на штифты, убирают боковины, включают электродвигатель и
наблюдают за растяжением битума. Уровень воды в дуктилометре должен
быть выше поверхности формы не менее чем на 25 мм. Скорость движения
салазок должна быть 5 см / мин.
За растяжимость битума принимают максимальную длину нити в сан­
тиметрах, отмеченную указателем в момент разрыва. Испытание проводят
на трех образцах одновременно. Расхождение между параллельными опре­
делениями не должно превышать 10% от среднего арифметического.
S
141
щ
Результаты испытаний заносят в табл.8.4.
Таблица 8.4
Результаты определения растяжимости битума
Номер опыта
Растяжимость, мм
отдельное значение
среднее значение
5. Температура размягчения битума
Температура размягчения является важным показателем, который не­
обходимо учитывать при использовании битумов для изготовления и экс­
плуатации кровельных и дорожных материалов. Температура размягчения условная величина, зависящая не только от качества битума, но и от метода
ее определения. В соответствии с действующим ГОСТ этот показатель оп­
ределяют по методу с условным названием «Кольцо и шар». Прибор
«Кольцо и шар» (рис.8.4) состоит из трех металлических дисков 6, соеди­
ненных между собой металлическими стержнями. Средний диск имеет от­
верстия, в которые помещаются латунные кольца 1. В специальное углуб­
ление на среднюю пластинку ставится термометр 4..
Рис. 8.4. Прибор для определения температуры размягчения («Кольцо и шар»)
При проведении испытания на стеклянную пластинку, смазанную гли­
церином, кладут кольца 1 и заливают их расплавленным обезвоженным
битумом 2 с избытком ( для битумов с температурой размягчения свыше 80 °С
используют два ступенчатых кольца, которые первоначально подогревают с
помощью горелки или электрической плитки до предполагаемой темпера­
туры размягчения битума). Кольцо с битумом охлаждают в течение 30 мин
при температуре (25410) °С и острым горячим ножом срезают избыток би­
тума. Для битума с температурой размягчения свыше 110 °С избыток биту­
ма срезают после охлаждения на воздухе в течение 5 мин, а затем выдержи­
вают еще 15 мин. Для битумов с температурой размягчения ниже 30 °С
кольца с битумом перед срезанием избытка нагретым ножом охлаждают в
142
воде, температура которой на (8±1) °С ниже предполагаемой температуры
размягчения.
Подготовленные кольца с битумом помещают в отверстия верхней пла­
стинки аппарата, в среднее отверстие вставляют термометр так, чтобы ниж­
няя точка ртутного резервуара была на одном уровне с нижней поверхно­
стью битума в кольцах. Собранный аппарат помещают в стеклянный стакан
5 (баню). Для битумов с температурой размягчения ниже 80 °С баню запол­
няют дистиллированной водой с температурой (5±1) °С, уровень которой
должен быть выше поверхности колец не менее чем на 50 мм.
Для битумов с температурой размягчения от 80 до 110 °С в баню нали­
вают смесь воды с глицерином (1:2); а для битумов с температурой размяг­
чения свыше 110 °С - глицерин. Температура бани в этих случаях должна
быть (34±1) °С.
^
По истечении 15 мин прибор из стакана вынимают и в центр каждого
кольца на поверхность битума кладут стальной шарик 3 весом 3,5 г и диа­
метром 9,53 мм. Затем прибор опять ставят в стакан с водой и нагревают.
Скорость нагрева стакана с водой и прибором должна быть 5 °С в мин. На­
гревают до тех пор, пока шарик не продавит размягчающийся битум и не
упадет на поверхность нижнего диска.
Температура, при которой шарик касается нижнего диска, и принимает­
ся за температуру размягчения битума. За окончательный результат при­
нимают среднее арифметическое значение двух параллельных определений,
округленное до целого числа.
Результаты испытаний заносят в табл.8.5.
Таблица 8.5
Результаты определения температуры размягчения битума__________
Номер опыта
Температура размягчения, мм
отдельное значение
среднее значение
4. Сцепление битума с поверхностью минеральных материалов
Сцеплением битума с каменными материалами (адгезией) называют
прилипание его к поверхности материалов в зоне контакта. Показателем
интенсивности прилипания является способность битума удерживаться на
поверхности минерального материала в условиях испытания.
Существует два метода оценки сцепления: метод А - «пассивное» сце­
пление и метод Б - «активное» сцепление. Сущность метода А заключается
в определении способности вязкого битума удерживаться на предваритель­
но покрытой им поверхности песка или мрамора при воздействии воды.
Сущность метода Б заключается в определении способности жидкого или
вязкого битума сцепляться с поверхностью песка или мрамора в присутст­
вии воды. 'х
143
Для испытаний применяют песок по ГОСТ 6139-78 и мрамор фракции
2-5 мм с содержанием СаСОз>98 %, MgC03< l ,5 %. Мрамор измельчают,
отсеивают, кусочки мрамора с полированной поверхностью отбрасывают.
Песок и мрамор промывают дистиллированной водой и сушат при темпера­
туре 105-110 °С, песок - в течение 2 ч, мрамор - 5 ч.
Метод А. Перед испытанием битум обезвоживают нагреванием его до
температуры 105 °С. Из подготовленных материалов приготовляются биту­
моминеральные смеси. Для этого в две фарфоровые чашки отвешивают по
30 г мрамора или песка с погрешностью ±1 г и по 1,20 г битума с погреш­
ностью 0,01 г. Чашки выдерживают в течение 20 минут в сушильном шкафу
при температуре 130-140 °С. Затем чашки вынимают и содержимое их пе­
ремешивают металлической лопаточкой до покрытия всей поверхности ми­
нерального материала, полученную смесь выдерживают 20 минут при ком­
натной температуре. После чего половину смеси из каждой чашки перено­
сят на металлические сетки, распределяют ее равномерным слоем, сетки
опускают в стакан с кипящей дистиллированной водой (высота слоя воды
под сеткой и над смесью должна быть 40-50 мм) и выдерживают в течение
30 минут. Кипение воды не должно быть бурным. Битум, отделившийся от
смеси и всплывший на поверхность воды в процессе кипячения, снимают
фильтровальной бумагой. После окончания кипячения сетки переносят в
стакан с холодной водой, где выдерживают 3-5 минут, после этого смеси
переносят на фильтровальную бумагу.
Метод Б. Из подготовленных материалов приготовляются битумоми­
неральные смеси. Для этого в три стеклянные пробирки отвешивают по 8,0 г
мрамора или песка с погрешностью не более 0,1 г, наливают по 10 см3 дистил­
лированной воды и на ее поверхность добавляют по 0,32 г испытуемого
битума, взвешенного с погрешностью не более 0,01 г.
Каждую пробирку закрывают стеклянной пробкой, помещают на под­
ставке в водяную баню, накрывают стаканом для обогрева выступающей из
воды части пробирки и выдерживают в течение 10 минут. Воды в бане
должно быть столько, чтобы накрывающий пробирку стакан касался воды.
При испытании вязких дорожных битумов вода в бане должна кипеть, для
жидких марок дорожных битумов температуру в бане поддерживают 55-60 °С.
По истечении 10 минут пробирку вынимают из бани, быстро помещают в
предварительно нагретый чехол из кошмы и интенсивно (140-160 колеба­
ний в 1 мин) встряхивают в направлении большой оси в течение 2 минут.
После этого битумоминеральную смесь из пробирки переносят на стеклян­
ную пластинку.
Для оценки сцепления битума с поверхностью минеральных материа­
лов испытанную битумоминеральную смесь сравнивают с фотографиями
контрольных образцов, различая три различных случая:
№ 1 - полное покрытие поверхности;
№ 2 - не менее 3/4 покрытия поверхности;
№ 3 - менее 3/4 покрытия поверхности.
144
* *
\.
*
п
а
:
/в й —
а
■а - 4
* = '* * _ :- ■ * я " 0- - # '
1
«
2
>і ч й £ & & *
.« - ^ ^ я к * *
*
J b
.1 г
л
>
w w
-
. я
^ v *
^
.
e
- t
*
*-
-
' **•
" Ч *
щ
ш
—* ' ,
-
« »
m
Битум считается выдержавшим испытание на сцепление, если после
испытания сцепляемость образцов не хуже соответствующего контрольного
образца, номер которого указан в нормативно-технической документации.
При оценке качества покрытия битумом пленка должна быть от светлокоричневого до черного цвета, не допускаются белые пятна в случае № 1.
Результаты опытов заносят в табл.8.6.
Таблица 8.6.
Результаты определения ссцепления битума с каменными материалами
Результаты визуального
Вывод о соответствии битума требованиям сцеп­
осмотра образцов
ления с поверхностью минеральных материалов
Контрольные вопросы
ЩІ
1. Какое влияние на свойства битумов оказывают смолы, масла, пара­
фины?
2. Какие свойства битума используют при получении на его основе кро­
вельных и гидроизоляционных материалов?
3. Назовите способы повышения твердости и термостойкости битумов.
4. Для каких материалов на основе битумов важен показатель растяжи­
мость?
5. Как определяется твердость битума, от чего зависит этот показатель?
6. По каким показателям определяют марки битума: строительного, до­
рожного?
7. Что обозначают буквы и цифры в марке материала БН 90/10,
БНК 45/180, БНД 200/300?
8. Почему определение глубины проникания иглы и растяжимости би­
тума необходимо проводить при температурах 25 °С и 0 °С?
9. Какое влияние оказывает температура размягчения на глубину про­
никания иглы и растяжимость битума?
145
ГЛАВА 9. АСФАЛЬТОБЕТОН
Асфальтобетоны - дорожно-строительные материалы, получаемые в
результате уплотнения при оптимальной температуре рационально рассчи­
танной и приготовленной смеси щебня, песка, минерального порошка и
битума. До уплотнения их называют асфальтобетонными смесями. Класси­
фикация асфальтобетонных смесей и асфальтобетонов производится по
следующим показателям:
1) в зависимости от вида минеральной составляющей: а) щебеночные;
б) гравийные; в) песчаные.
2) в зависимости от вязкости битума и температуры при укладке: а) го­
рячие - изготовляемые из вязких и жидких нефтяных дорожных битумов и
применяемые непосредственно после приготовления с температурой не
ниже 120 °С; б) холодные - изготовляемые на жидких нефтяных дорожных
битумах, укладываемые с температурой не ниже 5°С и допускаемые к дли­
тельному хранению.
j
3) в зависимости от наибольшего размера минеральных зерен горячие
смеси подразделяют на: а) крупнозернистые (с зернами &о 40 мм); б) мелко­
зернистые (с зернами до 20 мм); в) песчаные (с зернами до 5 мм). Холодные
смеси подразделяются на мелкозернистые и песчаные.
4) асфальтобетоны из горячих смесей в зависимости от значения оста­
точной пористости подразделяются на: а) высокоплотные (с остаточной
пористостью 1-2,5 %); б) плотные (2,5-5 %); б) пористые (5-10 %); в) высо­
копористые (10-18 %).
Щебеночные и гравийные асфальтобетонные смеси в зависимости от
содержания в них щебня или гравия, а также песчаные смеси в зависимости
от вида песка подразделяют на типы (табл.9.1).
Таблица 9.1
Типы асфальтобетонных смесей_______________________
Типы смесей
Количество
Вид песка
щебня (гравия),
Горячие
Холодные
% по массе
для плотного
асфальтобетона
А
Свыше 50 до 60 включи­
тельно щебня
Б
Свыше 40 до 50 включи­
Б*
тельно щебня или гравия
- |^НМНИ
В
Свыше 30 до 40 включи­
в*
Г
гх
тельно щебня или гравия
Дробленый или
Л''"
отсевы дробления
ш аи н ги
<•»
Природный
Д
Дх
Ч
Свойства асфальтобетонов зависят от состава, структуры и свойств со­
ставляющих материалов. Выбирают материалы в зависимости от типа ас­
фальтобетона и его назначения в дорожной одежде. В любом случае мате­
риалы должны соответствовать техническим требованиям, обусловленным
ролью материала в асфальтобетоне.
146
Лабораторная работа №13
Определение свойств минерального порошка для асфальтобетона
Для асфальтобетонных смесей минеральный порошок получают путем
тонкого измельчения известняков, доломитов и других карбонатных пород.
В горных породах для приготовления неактивированного минерального
порошка содержание глинистых примесей не должно превышать 5 %. Для
приготовления активированного минерального порошка в горную породу
перед измельчением вводят активирующую смесь, состоящую из битума и
поверхностно-активного вещества (ПАВ) или продукта, содержащего ПАВ.
Тонкость помола порошков должна быть такой, чтобы при мокром рассеве
сквозь сито с отверстиями 1,25 мм проходило 100 %; 0,315 мм - соответст­
венно для активированного и неактивированного порошка - не менее 95 %
и 90 %; 0,071 мм - не менее 80 % и 70 % порошка по массе.
Пористость минерального порошка при уплотнении в специальной
форме нагрузкой 40 МПа должна быть не более 30 % для активированного
порошка и 35 % - для неактивированного порошка.
Характеристика минеральных порошков, отражающая их взаимодейст­
вие с водой, — степень набухания в воде смеси порошка с битумом. По тех­
ническим требованиям на порошок набухание указанной смеси при оста­
точной пористости образцов 5-6 % не должно превышать 1,5 % (для акти­
вированного порошка при содержании глинистых примесей до 5 %) и 2,5 %
(для неактивированного порошка и активированного порошка при содержа­
нии глинистых примесей до 15 %).
Показатель битумоемкости минерального порошка не должен быть бо­
лее 50 г (для активированного порошка при содержании глинистых приме­
сей до 5 %) и 65 г (для неактивированного порошка и активированного по­
рошка при содержании глинистых примесей до 15 %).
Активированный минеральный порошок должен быть гидрофобным.
Активированные порошки при хранении не комкуются, улучшают переме­
шивание и уплотнение смесей; расход битума с их использованием при
приготовлении асфальтобетона уменьшается.
Влажность минерального порошка должна быть не более 0,5 % для ак­
тивированного порошка и 1,0 % - для неактивированного порошка.
/. Определение зернового состава
Сущность метода заключается в разделении порошка на фракции с
промывкой водой через сито с сеткой № 0071.
Пробу активированного порошка массой 100 г, отобранную из средней
пробы в воздушно-сухом состоянии, или пробу 100 г неактивированного
порошка, отобранную из средней пробы, высушенной до постоянной массы
при температуре 105-110 °С и охлажденной в эксикаторе до комнатной
температуры, помещают в фарфоровую чашку, носик которой снизу смазан
вазелином, заливают небольшим количеством воды (для активированного
147
порошка - с добавкой смачивателя) и растирают 2-3 минуты пестиком с
резиновым наконечником.
Воду со взвешенными частичками сливают на сито с сеткой № 0,071,
установленное над сосудом. Затем пробу порошка вновь заливают водой,
растирают и воду снова сливают. Последовательное растирание и сливание
мутной воды продолжают до тех пор, пока вода не станет прозрачной.
После промывки попавшие на сито частицы минерального порошка
крупнее 0,071 мм переносят в фарфоровую чашку с остатком. Оставшуюся
в чашке воду осторожно сливают, а затем чашку ставят в сушильный шкаф
для высушивания остатка пробы. Сухой остаток рассеивают на ситах 1,25;
0,63; 0,315; 0,14; 0,071. Остаток на каждом сите взвешивают и определяют
частные остатки в процентах с округлением до 0,1 % по отношению к массе
просеиваемой пробы.
По разности массы взятой пробы и массы сухого остатка устанавлива­
ют массу частиц мельче 0,071 мм, прошедших через сито в процессе про­
мывки порошка. Суммарное содержание частиц размером мельче 0,071 мм
определяют сложением процентного содержания частиц, прошедших через
сито в процессе промывки порошка, и процентного содержания частиц
мельче 0,071 мм, полученного при рассеве сухого остатка.
За результат испытания принимают среднее арифметическое двух оп­
ределений. Расхождение между результатами параллельных определений
на каждом сите не должно быть более 2 % (от общей массы пробы). Общая
потеря порошка при рассеве не должна превышать 2 % от взятой пробы.
Результаты опытов заносят в табл.9.2.
Таблица 9.2
Результаты определения зернового состава минерального порошка_______
Масса
сухого
остат­
ка, г
Содер­
жание
частиц,
про­
шедших
через
сито, %
Раз­
меры
отвер
вер­
стай
сит,
мм
1,25
0,63
0,315
0,14
0,071
менее
0,071
Остаток на
данном сите, г
1
onbfr
2
опыт
Частный
остаток на
данном сите,
%
1
2
ОПЫТ
ОПЫТ
Среднее
значение
частного
остатка
на сите,
%
Суммар­
ное со­
держание
частиц
мельче
0,071 мм,
%
•1
2. Определение истинной плотности
Для испытания берут среднюю пробу минерального порошка массой
200 г, просеивают через сито с сеткой № 1,25. Неактивированный порошок
высушивают при 105-110 °С до постоянной массы и охлаждают в эксикато­
ре до комнатной температуры. Активированный минеральный порошок
испытывают в воздушно-сухо^ состоянии. Для определения истинной
148
плотности неактивированного минерального порошка применяют очищен­
ный керосин, а для определения истинной плотности активированного по­
рошка —дистиллированную воду со смачивателем. Существует два метода
испытания: 1) пикнометрический - с помощью пикнометра емкостью 100
мл или мерной колбы емкостью 250 мл; 2) с помощью объемомера ЛеШателье.
Методика определения истинной плотности минерального порошка с
помощью объемомера Ле-Шателъе аналогична описанной в лабораторной
работе №1. Результаты опытов заносят в таблицу, аналогичную табл. 1.1.
Для определения истинной плотности пикнометрическим методом от­
вешивают две пробы по 10 г, если испытание проводят с помощью пикно­
метра, или по 50 г, если испытание проводят в мерной колбе. Каждую про­
бу порошка высыпают в высушенный и взвешенный пикнометр (мерную
колбу), затем пикнометр (колбу) с пробой взвешивают и заполняют на 2/3
объема очищенным керосином (водой), температура которого (20±2) °С.
Пикнометр (колбу) помещают в вакуум-прибор и выдерживают в нем 1 час
при остаточном давлении не более 15 мм рт.ст. После этого пикнометр
(колбу) заполняют керосином (водой) до черты на шейке, выдерживают 30
мин при температуре (20±2) °С и, если уровень жидкости изменился, то его
снова доводят до черты на шейке, и после этого пикнометр (колбу) взвеши­
вают.
Истинную плотность минерального порошка рмп в г/см3 вычисляют с
округлением до 0,01 г/см3 по формуле
0 =
”У Р к
,
(9.1)
Кмп
т1 +
—/Из
где т 1 - масса сухого минерального порошка, г; т 2 - масса пикнометра
(колбы) с керосином (водой), г; /и3 - масса пикнометра (колбы) с минераль­
ным порошком и керосином (водой), г; рк — истинная плотность керосина
(воды) при температуре (20±2) °С, г/см3.
За величину истинной плотности порошка принимают среднее арифме­
тическое результатов двух определений, расхождение между которыми не
должно быть более 0,02 г/см3.
Результаты опытов заносят в таблицу, аналогичную табл. 1.2.
3. Определение средней плотности
Среднюю плотность порошка определяют после уплотнения его в фор­
ме объемом 100 см3 давлением 400 105 Па (400 кгс/см2). Форма для опреде­
ления плотности минерального порошка состоит из полого разъемного ци­
линдра, поддона и вкладыша. Нижнюю часть цилиндра с поддоном взвеши­
вают с погрешностью до 0,5 г. Затем на нижнюю часть цилиндра устанав­
ливают верхнюю.
Подготовленную к испытанию в количестве около 1 кг среднюю пробу
порошка частями переносят в собранную форму, заполняя ее на 15-20 мм
149
ниже верхнего края. Порошок в форме послойно распределяют и штыкуют
ножом, затем слегка прижимают вкладышем, форму с минеральным по­
рошком устанавливают на нижнюю плиту пресса. Уплотняющую нагрузку
постепенно доводят до 400*105 Па (400 кг/см3), поддерживают в течение 3
минут, после чего нагрузку снижают и форму вместе с вкладышем и поддо­
ном переносят на лист бумаги или противень. Вкладыш и верхнюю часть
формы снимают, излишек минерального порошка над нижней рабочей ча­
стью формы срезают ножом или металлической линейкой, наружные стен­
ки формы и поддона очищают мягкой кисточкой. Затем нижнюю часть
формы с поддоном и уплотненным порошком взвешивают с погрешностью
до 0,5 г.
Среднюю плотность минерального порошка р^п в г/см3 вычисляют с
округлением до 0,01 г/см3 по формуле
мп _ т - т \ ,
(9.2)
V
I
где т - масса нижней части формы с поддоном и уплотненным минераль­
ным порошком, г; т\ - масса нижней части формы с поддоном, г; V —объем
порошка, равный 100 см3.
За величину плотности минерального порошка принимают среднее
арифметическое результатов трех опытов. Расхождение между их результа­
тами не должно быть более 0,02 г/см3.
Результаты опытов заносят в табл.9.3.
Таблица 9.3
Результаты определения плотности минерального порошка__________
№
опре
редеделеления
Масса ниж­
ней части
формы с
поддоном, г
Масса нижней
части формы с
поддоном и уплот­
ненным порошком,
г
€
Объем
порошка,
см3
Плот­
ность
порош­
ка, г/см3
Среднее
значение
плотно­
сти, г/см
,
4. Определение пористости порошка
Пористость минерального порошка определяют расчетом на основании
предварительно установленных значении истиннои плотности и средней
плотности в уплотненном состоянии.
Пористость Ғпор в процентах вычисляют с округлением до 0,1% по
формуле
г „ о р = а -— и 00’
Рмп
(9'3)
где р^п - средняя плотность минерального порошка в уплотненном состоянии, г/смэ; р - истинная плотность минерального порошка, г/см3.
Результаты определений заносят в табл.9.4.
150
Таблица 9.4
Результаты определения пористости минерального порошка__________
Средняя плотность по­
Истинная плотность по­
Пористость минераль­
рошка
, г/см3
рошка
, г/см3
ного порошка Ғпор, %
5.
Определение набухания образцов из смеси минерального порошка с
битумом
За величину набухания образцов из смеси минерального порошка с би­
тумом принимают приращение их объема после насыщения водой в вакуум-приборе и последующего выдерживания в горячей воде. Набухание вы­
ражают в процентах от первоначального объема образца. Испытание произ­
водят на образцах-цилиндрах диаметром и высотой 2,5 см. Количество би­
тума по отношению к массе порошка принимают таким, чтобы остаточная
пористость образцов была в пределах 5-6 % по объему.
Перед испытанием образцов на набухание определяют их плотность и
остаточную пористость, а также истинную плотность смеси минерального
порошка с битумом.
Из подготовленной пробы минерального порошка берут 100 г, поме­
щают в металлическую чашку и нагревают активированный порошок до
температуры 135-140 °С, неактивированный - до 150-160 °С. В нагретую
пробу порошка вводят битум марки БНД 60/90 или БНД 90/130, предвари­
тельно обезвоженный и нагретый до температуры 140-150 °С. Минераль­
ный порошок интенсивно перемешивают с битумом вручную (металличе­
ской ложкой) в течение 5-6 минут (до полного и равномерного объединения
порошка с битумом). Для этой же цели используют лабораторные мешалки,
применяемые для приготовления асфальтобетонных смесей, при этом пробу
минерального порошка увеличивают до 1-3 кг (в зависимости от емкости
мешалки), а время перемешивания уменьшают до 3-4 минут.
Ориентировочное количество битума от массы минерального порошка
составляет: для активированных порошков - 8-14 %; для неактивированных
порошков -1 3 -1 8 % .
С целью получения требуемого соотношения минерального порошка и
битума (при котором остаточная пористость образцов находится в пределах
5-6 %) готовят 3-4 смеси порошка с битумом, изменяя количество битума в
смесях на 0,3-0,5 % и формуют из каждой смеси по три образца.
Образцы изготавливают в металлических формах (рис.9.1). Для этого
форму и вкладыши нагревают до температуры 80-90°С (в термостате) и
протирают тканью, слегка смоченной керосином. Форму с вставленным
нижним вкладышем наполняют предварительно взвешенной смесью по­
рошка с битумом (26-32 г). Смесь штыкуют тонким ножом, затем вставля­
ют верхний вкладыш, нажимая им на смесь. Форму со смесью устанавли­
вают на нижнюю плиту пресса, при этом нижний и верхний вкладыши
должны выступать из формы на 1,0-1,5 см. Верхнюю плиту пресса доводят
до соприкосновения с верхним вкладышем и включают электромотор мас151
ляного насоса пресса; нагрузку на смесь доводят до 100*105 Па (100 кгс/см2) и
выдерживают смесь под этой нагрузкой 3 минуты, затем нагрузку снимают и
образец извлекают из формы.
Образцы •испытывают на следующий день после изготовления, при
этом образцы с дефектами в виде обломанных кромок бракуют.
Перед испытанием образцы вытирают и
очищают от прилипших частиц смеси, а затем
взвешивают с погрешностью до 0,01 г на воз­
духе и в воде, температура которой (20±2) °С.
Плотность образцов р в г/см3 вычисляют с
округлением до 0,01 г/см3 по формуле
Р
g ' Рв
(9.4)
g -g 1
где g - результат взвешивания образца на воз­
духе, г; gi - результат взвешивания образца в
воде, г; рв - плотность воды, принимаемая
равной 1 г/см3.
За величину плотности принимают сред­
нее арифметическое результатов определений
плотности трех образцов. Расхождение между
результатами
параллельных
определении
плотности не должно превышать 0,02 г/см3.
0 25
Рис. 9.1. Форма для
уплоунения образцов из
смеси минерального по­
рошка с битумом
Истинную плотность смеси минерального порошка с битумом рассчи­
тывают на основании предварительно установленных значений истинной
плотности минерального порошка и битума с учетом их количества в смеси.
Истинную плотность смеси рс в г/см вычисляют с округлением до 0,01
г/см3 по формуле
Р
YМП + Уб
(9.5)
Уб
VМП
р МП
Рб
где рмп - истинная плотность минерального порошка, г/см3; рб - истинная
плотность битума, г/см3; умп - содержание минерального порошка в смеси,
% по массе (принимается за 100 %); уб - содержание битума в смеси, % к
массе порошка (сверх 100 %).
Остаточную пористость Vnop образцов из смеси порошка с битумом рас­
считывают с округлением до 0,1% на основании предварительно установ­
ленных значений средней плотности образцов и истинной плотности смеси
минерального порошка с битумом по формуле
152
Vпор
(І-^ -)Ю О ,
(9.6)
Р с
где ро - плотность образцов, г/см ; рс - истинная плотность смеси мине­
рального порошка с битумом, г/см3.
По величине остаточной пористости образцов подбирают требуемое
количество битума. Для испытания на набухание из смеси выбранного со­
става изготавливают 3 образца.
Для определения набухания используют образцы из смеси минерально­
го порошка с битумом, на которых определяли плотность, с остаточной
пористостью, находящейся в заданных пределах. Для этого их помещают в
сосуд с водой (емкостью 1,0-1,5 л), температура которой (20±2) °С. Уровень
воды над образцами должен быть не менее 30 мм. Сосуд с образцами уста­
навливают на 1,5 часа в вакуум-прибор, где поддерживают остаточное дав­
ление 10-15 мм рт.ст. Затем давление доводят до нормального, образцы
оставляют в том же сосуде с водой на 1 час, после чего переносят в другой
сосуд с водой емкостью 2-3 л, в котором в течение 4 часов поддерживают
температуру воды (60±2) °С. Через 4 часа образцы снова помещают в воду,
температура которой (20±2) °С, и оставляют в ней на 15-20 часов. После
этого образцы извлекают из воды, обтирают мягкой тканью или фильтро­
вальной бумагой и взвешивают с погрешностью до 0,01 г на воздухе и в
воде. Если температура воды за истекшие 15-20 часов изменилась более чем
на ±2 °С, то за 30 минут до взвешивания образцов ее доводят до (20±2) °С.
Набухание образца Н в процентах объема вычисляют с округлением до
0,1 % по формуле
„
^
(9.7)
(# -g i)
где g - результат взвешивания образца на воздухе, г; g\ - результат взвеши­
вания образца в воде, г; g 2 - результат взвешивания образца на воздухе по­
сле насыщения водой, г; g3 - результат взвешивания образца в воде после
насыщения водой, г.
За величину набухания принимают среднее арифметическое результа­
тов трех определений. Расхождение между наибольшим и наименьшим
значениями набухания не должно превышать 0,2 %.
Результаты опытов заносят в табл.9.4.
153
Таблица 9.4
Результаты определения плотности минерального по юшка
bo
OJ
X
tt
C
O
0a
&
x
aСГ
3cx
2о
1-1г
bo
0n>
о
Q.
ffi
О
х
3а
CQ
CQ
Cd
=J
cd
г
П
& s
VO
1
0 о
№
№
xX 1к C l
cd
cd
ffi CQ ОX
x s СО
(Я
1
a
cd
<
L
>
о.
Ef C
ffiO C
вO ю
о
3 OQ
►
Л
о.
H
H
р
VO
a
cd
о
о
H
H
о
A
-Q
О
,
X
4
<D
4>■* >> Р
sо
о
C
O
о 0> ч
£ &. & _Е.
ffi
ffi
vo
о
X
н
о
о
рнб
о
5с
4>
X
S
E
а£>
Г
cd
X
со
о
оX
па>
а
чО
о4
9Г*»
с
с£
а.
с
о
U
о
X
JJ
р.
оX
X
£
•р
X)
о
о
X
р
о
5с
о
с
0X)
<L>
2
о
СП
S
о
'иі
Ю
а
св
S
S
VO
а
р
о
о
еС
О
«
cd
sX
X
X
X
X
т
X
Н
5
н
о
а
о
К
Ж
a
со
cd
ffi
О
О
ffi
cd
aо
О
и
о
ffi
X
cd
ts
со
А
О
Си
с
о
U
о
Ю
О
X
А
А
U
cd
м
аК>
о
О
г*
й>
О
ч
о
Z
>X
о
cd
и
Э
о
C
L
О
О
CQ
§X
cd
ffi
х
и
cd
СГ
Cl
Cd
Q.
VO
О
x
п Xffi
а 81 оa
ffi
ffi
а
С
О
#
e
0
ffi К ffi
н
1
H
cd X
OS
н
о
H
t
J
Q
ч Э
4
А
>»
C
O
С
О
О
о
cd
Рн х СЦ
ей
4х>
X
оX
X
cd
*а.
«и
с*
О
LL
&
cd
N
®
о4
#1
X
cd
Ясо
еОви
VO
о
<
о
X
X
cd
X
>
>
vo
cd
X
cd
x>»
vo
cd
©
X
I ^
СО
Д*
<L> О
©
C
J
X2
Я
a.О
О
O-VO
У °
6. Определение показателя битумоемкости
Бнтумоемкость минерального порошка характеризуется количеством
минерального масла, при котором смесь его со 100 см3 порошка имеет та­
кую консистенцию, когда глубина погружения в смесь пестика прибора
Вика для определения нормальной густоты цементного теста составляет 8
мм.
При проведении испытания в фарфоровую чашку с погрешностью до
0,1 г отвешивают 15 г минерального (индустриального) масла с температу­
рой (20±2) °С. К маслу постепенно небольшими порциями добавляют ми­
неральный порошок и тщательно перемешивают смесь. Когда она приобре­
тет пастообразную консистенцию и перестанет прилипать к стенкам фар­
форовой чашки, ее укладывают в металлическую чашку, выглаживают но­
жом или шпателем вровень с краями. Чашку со смесью устанавливают на
подставку прибора Вика. На верхней части стержня прибора укрепляют
дополнительный груз массой 170 г. Пестик прибора подводят к поверхно­
сти смеси и отмечают положение указателя на шкале. Затем пестик подни­
мают над поверхностью смеси на 20 мм и дают стержню с пестиком сво­
бодно упасть. Если глубина погружения пестика окажется больше или
меньше 8 мм, делают новую смесь порошка с маслом, принимая количество
порошка на 2-3 г больше или меньше первоначального, и испытание
повторяют.
154
Количество порошка, израсходованного на приготовление смеси, при
котором ее консистенция характеризуется глубиной погружения пестика 8
мм, определяют по разности масс пробы и остатка пробы после испытания.
Показатель битумоемкости ПБ в г (количество масла на 100 см3 порош­
ка) вычисляют по формуле
15 -р МП
(9.8)
ПБ
100
•,
Q
где рмп - истинная плотность минерального порошка, г/см3; Q - количество
порошка в смеси с 15 г масла, при котором глубина погружения пестика в
смесь равна 8 мм, г.
Результаты опытов заносят в табл.9.5.
Таблица 9.5
Результаты определения показателя битумоемкости минерального порошка
Масса пробы, г
Масса остат­
Количество порошка в
Показатель биту­
ка пробы, г
смеси Q, г
моемкости ПБ, г
Контрольные вопросы
1. Что такое асфальтобетон и какие виды асфальтобетонных смесей
различают?
2. Какие типы асфальтобетонных смесей выделяют в зависимости от
содержания в них щебня или гравия, а также вида песка?
3. Какие технические требования предъявляют к минеральному порош­
ку для асфальтобетона?
4. Как определяется зерновой состав минерального порошка?
5. Как определяется средняя плотность минерального порошка в уплот­
ненном состоянии?
6. Как определяется истинная плотность минерального порошка?
7. Какие экспериментальные данные необходимы для определения по­
ристости порошка в уплотненном состоянии и как она вычисляется?
8. Как определяется набухание образцов из смеси минерального порош­
ка с битумом?
155
Лабораторная работа №14
Определение физико-механических свойств асфальтобетона
В зависимости от показателей физико-механических свойств и приме­
няемых материалов асфальтобетонные смеси и асфальтобетоны подразде­
ляются на марки: I, II и III. Горячие смеси для высокоплотных асфальтобе­
тонов могут быть только I марки, горячие смеси для плотных асфальтобе­
тона типа А подразделяют на две марки (I и II), типов Б и Г - на три марки
(I, II и III), типов В и Д - на две марки (И и III), горячие смеси для пористых
и высокопористых асфальтобетонов подразделяют на две марки (I и II). Хо­
лодные смеси типов Бх, Вх и Гх подразделяют на две марки (I и II), типа Дх
— могут быть только II марки.
Зерновые составы минеральной части асфальтобетонных смесей и ас­
фальтобетонов должны соответствовать требованиям, установленным
ГОСТ 9128.
Показатели физико-механических свойств плотных асфальтобетонов из
горячих смесей различных марок для II и III дорожно-климатических зон
должны соответствовать требованиям, указанным в таблице 9.6.
Водонасыщение плотных асфальтобетонов из горячих смесей должны
соответствовать значениям, указанным в таблице 9.7.
Пористость минеральной части плотных асфальтобетонов из горячих
смесей должна быть не более: типов А и Б - 19 %, В, Г и Д - 22 %.
Асфальтобетонные смеси должны выдерживать испытание на сцепле­
ние битумов с поверхностью минеральной части и быть однородными.
Таблица 9.6
Показатели физико-механических свойств плотных асфальтобетонов из горячих
смесей для II и III дорожно-климатических зон
Показатель
Нормы для асфальто­
бетонов из смесей
марок
I
II
III
Предел прочности при сжатии, МПа, при температурах:
2,5
2,2
2,0
20°С, для асфальтобетонов всех типов, не менее
50°С, для асфальтобетонов типов, не менее:
--0,9
1,0
А
1,2
0,9
1,0
Б
«—
1,2
В
1,1
1,3
1,0
1,2
Г
— НД
1,3
1,1
/
Д
11,0
12,0
12,0
0°С, для асфальтобетонов всех типов, не более
0,90
0,85
0,75
Водостойкость, не менее
Водостойкость при длительном водонасыщении, не
0,85
0,75
0,65
менее
_
156
Таблица 9.7
Водонасыщение плотных асфальтобетонов из горячих смесей_________
Тип асфальтобето­
Водонасыщение, %
на
в образцах, сформованных из
в вырубках и кернах го­
смеси
тового покрытия, не бо­
лее
А
От 2,0 до 5,0
5,0
Б, В и Г
От 1,5 до 4,0
4,5
От 1,0 до 4,0
4,0
Д
1. Изготовление образцов и определение средней плотности
уплотненного материала
При приготовлении смесей в лаборатории по горячей технологии мине­
ральные материалы (щебень, песок, минеральный* порошок) предваритель­
но высушивают, а битум обезвоживают. Смесь минеральных материалов с
битумом перемешивают в лабораторном смесителе до полного и равномер­
ного объединения всех компонентов. Перемешивание считается закончен­
ным, если все минеральные зерна равномерно покрыты битумом и в гото­
вой смеси нет его отдельных сгустков.
Допускается смешивание вручную. Для этого предварительно высу­
шенные и отвешенные каменные материалы раздельно помещают в метал­
лические чашки и нагревают до температуры 150-180°С. В разогретый би­
тум постепенно при перемешивании добавляют горячий минеральный по­
рошок. Полученное асфальтовое вяжущее тщательно перемешивают до
полной однородности. Затем постепенно вводят разогретый песок и в по­
следнюю очередь - щебень. Все тщательно перемешивают. Не допускается
наличие зерен каменного материала, не покрытого битумной пленкой. Дли­
тельность перемешивания 10-15 мин. Температура асфальтобетонной смеси
до 130-160°С в зависимости от марки битума.
Стандартные асфальтобетонные образцы изготовляют в полных цилин­
дрических обычных и облегченных формах, снабженных вкладышами.
Конструкция обычных форм такая же, как у формы, изображенной на
рис.9.1. Размеры обычных форм приведены в таблице 9.8.
Таблица 9.8
Наибольшая
крупность
минераль­
ных зерен,
мм
5
10; 15; 20
40
Размеры форм, применяемые для асфальтобетона_______________
Размеры, мм
Пло­
щадь
Внут­
Высота
Толщи­
Высота
Высота
образ­
ренний
формы
на
верхнего
нижне­
ца, см2
диаметр
стенки
вкладыша го вклаформы
формы
вкла­
ды ша
50,5
130
10
80
50
20
71,4
160
12
100
60
40
101
180
12
110
70
80
157
Уплотнение образцов из смесей, содержащих до 50 % щебня по массе,
производят прессованием под давлением (40±0,5) МПа на гидравлических
прессах. Перед изготовлением образцов формы и вкладыши нагревают до
температуры 90-100 °С. Смесь равномерно распределяют в форме штыко­
ванием ножом или шпателем, вставляют верхний вкладыш и, прижимая им
смесь, устанавливают форму со смесью на нижнюю плиту пресса. При этом
нижний вкладыш должен выступать из формы на 1,5-2,0 см. Давление на
уплотняемую смесь доводят до 40 МПа в течение 5-10 с, через (3,0±0,1) мин
нагрузку снимают, а образец извлекают из формы выжимным приспособле­
нием и измеряют его высоту штангенциркулем с погрешностью до 0,1 мм.
Ориентировочное количество смеси для формования образца с различ­
ными размерами приведено в таблице 9.9.
i^HL
Т аблица 9.9
Количество смеси для формования образца
Размеры образца, мм
Ориентировочное количе­
ство смеси на образец, г
диаметр
высота
50,5
50,5±1,0
220-240
71,4
71,4±1,5
640-670*
101,0
101,0±2,0
1900-2000
Если высота образца не соответствует приведенной в табл.9.9, то тре­
буемое количество асфальтобетонной смеси на один образец рассчитывают
по формуле
“
Һ
(9.9)
8 =8о
ҺО
где g - количество смеси на 1 образец, г; g„ - масса пробного образца, г; Л требуемая высота образца, мм; А0 -высота пробного образца, мм.
По величине средней плотности асфальтобетона судят об уплотняемости смеси и качественных показателях асфальтобетона. Среднюю плот­
ность асфальтобетона определяют на трех образцах путем взвешивания на
гидростатических весах. Образцы сначала взвешивают на воздухе (g) с по­
грешностью до 0,01 г, затем погружают в воду с температурой 20±2°С на 30
мин таким образом, чтобы уровень воды в сосуде был выше поверхности
образцов не менее чем на 20 мм, после чего образцы вторично взвешивают
на воздухе (gi) и в воде (g2) при температуре воды (20±2) °С.
158
Среднюю плотность образца р0 (г/см3) вычисляют по формуле
ро = _£^ в_,
(9.10)
Si “ 8 2
где р в — плотность воды, равная 1 г/см3.
За величину средней плотности принимают среднее арифметическое из
трех параллельных определений с округлением до 0,01 г/см3. Если расхож­
дение между наибольшим и наименьшим результатами параллельных опре­
делений превышает 0,03 г/см3, то проводят повторные испытания и вычис­
ляют среднее арифметическое из шести значений.
Результаты опытов заносят в табл.9.10.
Таблица 9.10
Результаты определения средней плотности образцов асфальтобетона
№
Масса
Масса об­
Масса образца
Средняя
Среднее
образ
сухого
разца в воде
на воздухе
плотность
раз-
образца g,
после вы­
после вы­
образца
значение
плотности,
цов
г
держки в
держки в воде
воде g u г
£ 2»г
Ро,
г/см3
г/см3
2. Определение водонасыщения
Водонасыщение косвенно характеризует остаточную пористость и яв­
ляется одной из характеристик структуры асфальтобетона. Водонасыщение
определяют на образцах, использованных для определения средней плотно­
сти. После определения плотности образцы помещают в сосуд с водой,
имеющей температуру (20±2)°С ( уровень воды над образцами должен быть
не менее 3 см). Затем сосуд с образцами и водой помещают в вакуумную
установку, где создают и поддерживают давление не более 2000 Па (15 мм
рт. ст.) в течение 1 ч при испытании образцов из смесей с вязкими битума­
ми или 30 мин при испытании образцов из смесей с жидкими или эмульги­
рованными битумами. Затем давление доводят до атмосферного и образцы
выдерживают в том же сосуде с водой с температурой (20±2) °С в течение
30 мин. После этого образцы извлекают из сосуда, взвешивают в воде, об­
тирают мягкой тканью и взвешивают на воздухе.
Водонасыщение образца W, %, вычисляют формуле
X ,
. \
W = 1 ± Z J L . 100 ,
(9.11)
gl-g 1
Водонасыщение определяется как среднее арифметическое результатов
трех определений, округленное до 0,1 %.
Результаты опытов заносят в табл.9.11.
159
Таблица 9.11
№
опре­
деле­
ния
Результаты определения водонасыщения асфальтобетона
Масса
сухого
образца
Масса об­
разца в воде
после вы­
держки в
воде gi, г
Масса об- 1 Масса
разца на
насыщен­
воздухе
ного об­
после выразца на
держки в
воздухе
g 3 ,r
воде g2, г
Бодонасыще
щение
об­
разца
W9%
Сред­
нее
значе­
ние
водона­
сыще­
ния, %
3. Определение набухания
За величину набухания асфальтобетонного образца принимают прира­
щение его объема после насыщения водой в процентах к первоначальному
объему. Для определения набухания используют данные, полученные при
определении плотности и водонасыщения.
Набухание образца Н вычисляют в процентах по формуле
Н
(# 3 "
8
s . ) 100,
4)
(9.12)
где g\ - масса образца, выдержанного 30 мин в воде и взвешенного в воде,
г; g2 - масса того же образца, взвешенного на воздухе, г; g3 - масса насы­
щенного водой образца, взвешенного на воздухе, г; g4 - масса насыщенного
водой образца, взвешенного в воде, г.
Вычисляется набухание как среднеарифметическое из трех определе­
ний, округленное до 0,1 %.
Результаты опытов заносят в табл.9.12.
Таблица 9.12
Результаты определения набухания асфальтобетона
№
Масса
Масса
Масса
Масса
Набу­
Сред­
опре­ образца в
образца
насыщен­ насыщен­
хание
нее
деле­
воде
на возду­
ного об­
ного об­
образца
значе­
ния
после
хе после
разца на
разца в
Н,%
ние
выдерж­ выдержки
воздухе
воде g4, г
набуха­
ки в воде в воде g2,
g3,r
ния, %
г
gu г
4. Определение предела прочности при сжатии
Перед испытанием образцы термостатируют при заданной температуре:
(50±2) °С, (20±2) °С или (0±2) °С. Температуру (0±2) °С создают смешени­
ем воды со льдом. Образцы из горячих смесей выдерживают при заданной
температуре в течение 1 ч в воде.
160
Предел прочности при сжатии определяют на прессах при скорости
гидравличе
прессов эту скорость следует
для термостатирования
в центре нижней плиты пресса, затем опускают верхнюю плиту (или под­
/ нимают нижнюю плиту) с тем, чтобы верхняя плита была выше поверхно­
сти образца на 1,5-2,0 мм. Максимальное показание силоизмерителя при
испытании образца принимают за разрушающую нагрузку.
Предел прочности при сжатии /?сж, МПа, вычисляют по формуле
р_
-2
R сж
10
(9.13)
F
где Р —разрушающая нагрузка, Н ; F - первоначальная площадь поперечнопеМву;.
Ц
^
сШ;КйВезиИИЙ-R 2-7?’ -г
Щ
■
го сечения образца, см ; 10' - коэффициент пересчета в МПа.
За результат определения принимают округленное до ОД МПа средне­
арифметическое из результатов испытаний трех образцов.
Результаты опытов заносят в табл.9.13.
Таблица 9.13
Результаты определения предела прочности при сжатии
№
Темпе­
образ
раз­
ное
Площадь
Разру­
Предел
Среднее
ратура
Раз­
меры
попереч­
шаю­
прочности
при
об­
ного се­
щая
при сжатии
значение
предела
испы­
разца,
чения
образца,
прочности
тании,
см
образца,
нагруз­
ка, Н
МПа
при сжатии,
°С
см2
МПа
5. Определение водостойкости
Сущность метода заключается в оценке степени падения прочности при
сжатии образцов после водонасыщения в условиях вакуума.
Водостойкость Кв вычисляют с округлением до второго десятичного
знака после запятой по формуле
в
R сж
Кв
где
20 5
Rсж
(9.14)
- предел прочности при сжатии при температуре (20±2) °С водона-
сыщенных в вакууме образцов, МПа; дс20предел
прочности
при
сжатии
ж
при температуре (20±2) °С образцов до водонасыщения, МПа.
161
б. Определение водостойкости при длительном водонасыщении
Сущность метода заключается в оценке степени падения прочности при
сжатии образцов после водонасыщения и воздействия на них воды в тече­
ние 15 сут. При испытании насыщенные водой в условиях вакуума образцы
переносят в другой сосуд, в котором выдерживают в течение 15 сут. Темпе­
ратуру воды в сосуде поддерживают в пределах (20±5) °С. По истечении 15
сут образцы извлекают из воды, обтирают мягкой тканью и испытывают на
сжатие.
Водостойкость при длительном водонасыщении Квл вычисляют с ок­
руглением до второго десятичного знака после запятой по формуле
Ш ,
„
(9.15)
. ? сж
где R
- предел прочности при сжатии при температуре (20±2) °С водона­
сыщенных в вакууме образцов после выдержки в воде в течение 15 сут,
МПа;
предел прочности при сжатии при температуре (20±2) °С об­
разцов до водонасыщения, МПа.
Контрольные вопросы
1. Какие качественные показатели используют для асфальтобетонов?
2. На какие марки делят асфальтобетоны?
3. В каких пределах находятся значения водонасыщения и остаточной
пористости плотных асфальтобетонов?
4. Как приготавливают контрольную асфальтобетонную смесь и образ­
цы для испытаний?
«I
5. Как определяется средняя плотность асфальтобетона?
6. Как определяется водонасыщение асфальтобетона?
7. Как определяется набухание асфальтобетона?
8. Как находятся пределы прочности асфальтобетона при сжатии при
различных температурах?
9. Какие экспериментальные данные необходимы для определения и
как рассчитывается водостойкость асфальтобетона, в т.ч. при длительном
водонасыщении?
162
Лабораторная работа №15
Определение состава асфальтобетона
Проектирование асфальтобетона - это комплексный процесс, позво­
ляющий правильно определить его состав с учетом работы в условиях воз­
действия транспортных средств и окружающей среды. В зависимости от
этого назначают вид и тип асфальтобетона, определяют требования, предъ­
являемые к асфальтобетонной смеси и асфальтобетону.
Определение состава асфальтобетона включает: а) определение зерно­
вого состава минеральной части; б) определение оптимального количества
битума; в) приготовление и испытание образцов из контрольной смеси.
/. Определение зернового состава минеральной части
Расчет зернового состава минеральной части осуществляют по кривым
плотных смесей. В результате получают минеральный состав с минималь­
ным количеством пустот. Для расчета смесей с непрерывной гранулометрией
по этому методу предельные размеры зерен соседних фракций должны от­
личаться в 2 раза, т.е.
щ
jU
di di
ЩЯ11
(9.16)
dm
где d\ - наибольший диаметр зерен минеральной части, устанавливаемый в
зависимости от типа асфальтобетона, мм; dm - наименьший диаметр зерен,
соответствующий пылеватой фракции минерального порошка (обычно
0,005 мм).
Число фракций п на единицу меньше числа размеров т и его можно оп­
ределить по формуле
и = 3,32 •lg -4 -,
(9.17)
d тm
Величина, показывающая во сколько раз количество (массовая доля)
последующей фракции меньше предыдущей, называется коэффициентом
сбега К. При К = 0,8 смесь получается с наибольшей плотностью. Посколь­
ку подобрать именно такую смесь трудно, то рекомендуется принимать
коэффициенты сбега в пределах 0,7...0,84, при этом смеси получаются дос­
таточно плотными. Зная размеры фракций, их количество и принятый ко­
эффициент сбега К (0,7 и 0,84), определяют массовое количество в процен­
тах каждой фракции по формулам:
а2=а}-К *
(9.18)
V
аг =а2 -К = ах -К 2,
(9.19)
ап =а„.г К = аг К пА,
(9.20)
где а\ - количество первой (наиболее крупной) фракции, %; аъ а$, ...ап количество последующих фракций, %.
Сумма всех фракций (по массовому содержанию) равна 100 %, т.е.
163
а у + а г К + аг К 2 + a r K n~l = 100
или
ах • (1+ К + К 2 + ..Х ”“?) = 100'.
(9.21)
(9.22)
В скобках указана сумма геометрической прогрессии,, следовательно,
количество первой фракции, %, в смеси
a . = i - ^ - 100,
(9.23)
1 1- К п
По этой формуле определяют процентное содержание первой фракции
для К = 0,7 и для К = 0,84. Затем определяют количество последующих
фракций и на основании полученных данных строят предельные кривые
плотных смесей, соответствующие предельным значениям коэффициента
сбега. Кривая гранулометрического состава конкретной рассчитываемой
смеси должна располагаться между предельными кривыми.
В случае невозможности расчета плотной минеральной смеси с непре­
рывной гранулометрией (при отсутствии крупнозернистых песков и невоз­
можности обогащения мелких песков высевками) необходимая плотность
может быть достигнута и для смесей с прерывистой гранулометрией.
Стандартом (ГОСТ 9128) установлены требования к зерновому составу
минеральной части смесей и асфальтобетонов. В качестве примера в табли­
це 9.14 приведены требования к зерновому составу минеральной части
смесей для нижних слоев покрытий и оснований, а в таблице 9.15 - к зерно­
вому составу минеральной части горячих смесей плотного асфальтобетона
типа Б с непрерывной и прерывистой гранулометрией.
Таблица 9.14
Зерновой состав минеральной части асфальтобетоннных смесей для нижних слоев
покрытий и оснований, в % по массе
Вид и тип смесей и асфальтобето­
Размер зерен, мм, мельче
нов
5,0
0,63
0,071
9
164
12...50
20...60
Ь
О
40...50
50...60
40...60
40...60
90... 100
О
Плотные типов:
А
Б
Пористые
Высокопористые щебеночные
Высокопористые песчаные
10...60
25...85
4...10
6...12
0...8
4...8
4... 10
Таблица 9.15
Зерновой состав минеральной части асфальтобетонных смесей для верхних слоев
_____
покрытий, в % по массе
Предельные размеры
зерен, мм
В смесях с непрерывной
В смесях с прерыви­
гранулометрией
стой гранулометрией
20
90...100
15
80... 100
90...100
80...90
10
70...100
70...77
5
50...60
50...60
2,5
38...48
38...60
1,25
28...37
28...60
0,63
20...28
20...60
0,315
0,14
14...22
14...34
10...16
10...20
0,071
6...12
6...12
В данной работе студенты рассчитывают с учетом двух предельных
значений коэффициента сбега (0,7 и 0,84) оптимальный зерновой состав
минеральной части плотного асфальтобетона. Результаты заносят в таблицу
9.16.
Таблица 9.16
________Оптимальный зерновой срстав минеральной части асфальтобетона_______
Предельные
К = 0,7
К 1 0 ,8 4
размеры зерен
Количество
Количество
Количество
Количество
минеральной
зерен данной
зерен с разме­
зерен дан­
зерен с разме­
части, мм
фракции, %
ром меньше
ной фрак­
ром меньше
указанного, %
ции, %
указанного, %
По данным таблицы 9.16 строят предельные кривые плотных смесей: по
оси абсцисс откладывают размеры зерен, по оси ординат - количество зе­
рен мельче данного размера.
Затем на основании ранее полученных данных о зерновом составе всех
компонентов минеральной части асфальтобетона (щебня или гравия, песка
и минерального порошка) назначают предварительный состав минеральной
части, т.е. процентное содержание щебня (гравия), песка и минерального
порошка. Зная зерновой состав каждого компонента и предварительный
состав минеральной части, определяют количество каждой фракции мине­
ральной части и содержание зерен мельче данного размера. Результаты рас­
чета заносят в таблицу 9.17. По этим данным строят кривую гранулометри\
165
ческого состава рассчитываемой минеральной смеси. Если эта кривая нахо­
дится между предельными кривыми плотных смесей, а также соответствует
требованиям ГОСТ к зерновому составу минеральной части асфальтобетона
(см. табл.9.14, 9.15), то минеральная часть подобрана правильно. В случае
если кривая выходит за пределы плотных смесей, а также не соответствует
требованиям ГОСТ к зерновому составу минеральной части асфальтобето­
на, изменяют соотношение между песком и минеральным порошком в зави­
симости от того, каких фракций недостает в смеси. Затем расчет минераль­
ной смеси производят вновь и повторяют изменение состава до тех пор,
пока кривая не уложится в область плотных смесей и допустимых пределов.
Таблица 9.17
Расчет состава минеральной части
Предель­
Суммарное
Количество данной фракции, %
ные раз­
количество
меры
в щебне
в
в минераль­
суммар­
зерен с разме­
зерен
(гравии)
песке
ном порошке
ное
ром меньше
мине­
указанного, %
ральной
части, мм
2. Определение количества битума и состава асфальтобетона
Количество битума и состав асфальтобетона определяют по результа­
там испытаний контрольных образцов, изготовленных из 3-4 смесей с рас­
считанным составом минеральной части и различным содержанием битума,
отличающимся на 0,5%, в пределах, указанных в таблице 9.18.
Таблица 9.18
Рекомендуемое содержание битума в асфальтобетонных смесях
для плотного асфальтобетона
Виды и наименова­
Типы
Содержание битума, %, от массы мине­
ние смесей
смесей
ральной части
Горячая:
А
5.0-6.0
крупнозернистая
5,0-6,5
Б
5.5-6.5
5,5-7,0
мелкозернистая
А
5,0-6,0
5,0-6,5
166
Продолжение табл. 9.18.
Б
5.5-6.5
5.5-7,0
песчаная
г ,д
7,0-9,0
Холодная мелкозер­
нистая
Бх
3,5-5,5
4,0-6,0
4,5-6,5
Гх, Дх
Примечание. В числителе дано содержание битума для смесей с непрерыв­
ным зерновым составом, в знаменателе - для смесей с прерывистым зерно­
вым составом минеральной части.
вх
Из смеси каждого состава изготовляют до 12 образцов для определения
показателей физико-механических свойств. По результатам испытаний об­
разцов устанавливают оптимальный состав асфальтобетона.
Контрольные вопросы
1. Каков порядок определения состава асфальтобетона и в чем заключа­
ется принцип расчета состава минеральной части?
2. На каких предпосылках основан расчет состава минеральной части с
непрерывной гранулометрией?
3. Какие экспериментальные и расчетные данные необходимы для оп­
ределения предварительного состава минеральной части?
4. Как устанавливают окончательный состав минеральной части?
5. Как определяют количество битума в асфальтобетоне?
6. Какие данные по испытаниям контрольных образцов необходимы для
определения оптимального состава асфальтобетона?
167
>
ГЛАВА 10. ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
И ИЗДЕЛИЯ
Теплоизоляционные материалы - разновидность строительных мате­
риалов, характеризующихся малой теплопроводностью. Они относятся к
числу эффективных строительных материалов, позволяющих существенно
снизить энергоемкость, материалоемкость и стоимость строительных кон­
струкций и сооружений в целом.
Малая теплопроводность теплоизоляционных материалов обусловлена
их высокопористым строением. Воздух, заполняющий поры и находящийся
в спокойном состоянии, является плохим проводником теплоты и создает
вследствие этого большое сопротивление теплопередаче.
Теплоизоляционные материалы и изделия подразделяются на следую­
щие группы: 1) по виду исходного сырья: а) неорганические, б) органиче­
ские; 2) по форме и внешнему виду: а) штучные, б) рулонные и шнуровые,
в) рыхлые и сыпучие, г) монолитные; 3) по структуре: а) волокнистые, б)
ячеистые, в) зернистые; 4) по средней плотности: а) особо легкие (до 100
кг/м3), б) легкие (до 350 кг/м3), в) тяжелые (до 600 кг/м3); 5) по теплопро­
водности: а) малотеплопроводные (до 0,058 Вт/м °С), б) среднетеплопро­
водные (до 0,116 Вт/м*°С), в) повышенной теплопроводности (до 0,18
Вт/м°С); 6) по жесткости: а) мягкие, б) полужесткие, в) жесткие, г) повы­
шенной жесткости, д) твердые; 7) по сгораемости: а) несгораемые, б) труд­
носгораемые, в) сгораемые.
В практике используют следующие основные способы создания высо­
копористого строения материала: 1) введение газо- или пенообразующих
добавок; 2) введение выгорающих добавок; 3) образование волокнистого
каркаса; 4) неплотная упаковка зернистых материалов; 5) контактное омоноличивание зернистых и волокнистых элементов структуры. В ряде случа­
ев весьма эффективным оказывается создание комбинированных структур,
например, волокнисто-ячеистой, зернисто-ячеистой и т.п.
Самостоятельная работа №1
Сравнительный
анализ
характеристик
материалов
теплоизоляционных
Задачей настоящей работы является изучение основных видов тепло­
изоляционных материалов, определение и анализ их физико-механических
свойств, характерных особенностей применения с помощью учебной лите­
ратуры. Результаты изучения студенты заносят в таблицу 10.1.
168
Таблица 10.1
Основные виды и характеристика теплоизоляционных материалов
Основные свойства
Пределы
Особенно­
прочности
ТеплоПлот­
сти
Материалы
МПа
проводность,
примене­
при
при
ность,
кг/м3
ния
сжа­
изгиВт/(м°С)
тии
Изделия из минеральной
ваты и стекловолокна:
- плиты твердые
- плиты жесткие
- плиты полужесткие и
мягкие
- маты
Материалы й изделия из
вспученных горных по­
род и минералов:
- вспученный перлит
-вспученный вермикулит
- битумоперлит
- стеклоперлит
- керамоперлит
- перлитоцемент
Ячеистое стекло
Ячеистая керамика
Ячеистый бетон
Органические теплоизоляционные материалы
Материалы на основе
древесного
волокна:
-древесно-волокнистые
плиты
-ф и б р О Л И Т
~ 'v
Торфоплиты
\
Газонапол ненные
пла­
стмассы (пенопласты)
169
Контрольные вопросы
1. Какие строительные материалы относятся к теплоизоляционным и
каково их назначение?
2. На какие группы делятся теплоизоляционные материалы по виду ис­
ходного сырья, структуре и внешнему виду?
3. На какие группы делятся теплоизоляционные материалы по основ­
ным свойствам?
4. Какие существуют основные способы получения теплоизоляционных
материалов? Приведите примеры из числа материалов, указанных в данной
работе/*
'1
Щ
" ' :' Л
5. Перечислите теплоизоляционные материалы из минеральной ваты и
стекловолокна, опишите свойства и особенности применения каждого.
6. Перечислите теплоизоляционные материалы и изделия из вспучен­
ных горных пород и минералов, опишите их свойства и особенности при­
менения.
vV
7. Перечислите теплоизоляционные материалы ячеистой структуры,
опишите их свойства и особенности применения.
8. Перечислите теплоизоляционные материалы на основе растительного
сырья, опишите их свойства и особенности применения.
9. Укажите свойства и особенности применения пенопластов.
10. Что общего и в чем различие (свойства, особенности применения)
для указанных ниже материалов: минераловатные плиты - ячеистый бетон,
пеностекло - пенопласт, ячеистая керамика - вспученный вермикулит,
перлитоцемент - торфоплиты.
11. Обоснуйте выбор материала для теплоизоляции: наружных стен,
фасадов зданий, перегородок, Полов и потолков, трубопроводов, оборудо­
вания котельных и другого горячего технологического оборудования.
170
ГЛАВА И . ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Дорожно-строительные материалы в период эксплуатации в сооруже­
нии (дорожная одежда, мосты и др.) подвергаются воздействию внешних
механических сил и физико-химических факторов окружающей среды. К
внешним механическим воздействиям относят ударные и статические на­
грузки от транспортных средств, массы элементов конструкций, механиче­
ской работы воды, льда, ветра. К физико-химическим факторам относят
колебания температуры воздуха, инсоляцию, атмосферные осадки, поверх­
ностные и грунтовые воды и др.
В зависимости от того, в каком элементе дорожной конструкции рабо­
тают материалы, они по-разному подвергаются воздействию внешних сил и
физико-химических процессов окружающей среды. Механические воздей­
ствия на материалы в дорожных конструкциях могут значительно усили­
ваться под влиянием факторов среды. Так, атмосферные воды, попадая в
отдельные слои дорожной одежды, могут нарушать структурные связи в
материале, растворять и вымывать некоторые вещества. Колебания темпе­
ратуры периодически изменяют внутренние напряжения в материалах, что
приводит к появлению микротрещин, сдвигов под воздействием транспорт­
ных средств. С течением времени под влиянием сложного комплекса меха­
нических, физических и химических факторов дорожно-строительные ма­
териалы постепенно разрушаются. Пригодность материалов для конкрет­
ных условий определяют по их свойствам.
Для строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог и со­
оружений применяют разнообразные природные и искусственные материа­
лы. Часть из них имеет общестроительное значение (щебень, песок, цемен­
тобетон и др.), часть имеет большую дорожную специфику (битумные ма­
териалы, асфальтобетон). Общими особенностями свойств дорожно­
строительных материалов являются повышенные значения прочности, из­
носостойкости, водостойкости, морозостойкости, химической стойкости.
Вместе с тем большие объемы потребления этих материалов ставят в разряд
особо актуальных задачу обоснованного выбора материала в каждом кон­
кретном случае на основе тщательного технико-экономического анализа.
Самостоятельная работа №2
Сравнительный
анализ
материалов
свойств
дорожно-строительных
В данной работе на основе изучения учебной литературы студенты
производят сравнительный
анализ свойств
основных дорожно­
строительных материалов во взаимосвязи с особенностями их применения.
Результаты сравнительного анализа заносят в таблицу 11.1.
171
Таблица 11.1
Характеристика основных свойств и особенности применения дорожно­
строительных
№
Вид материала и изделия
Характеристика
Особенности
п/п
основных свойств
применения
1
Природные каменные дорожно­
строительные материалы:
- щебень
- гравий
- песок
- дорожные изделия из природного
камня
2
Керамический клинкерный кирпич
3
Дорожный цементобетон
4
Асфальтобетон:
- горячий
- холодный
- уплотняемый
- литой
5
Битумоминеральные материалы:
- асфальтовая мастика
- битумный шлам
- битумоминеральные и органоми­
неральные смеси
Контрольные вопросы
1. В чем состоят особенности работы и свойств дорожно-строительных
материалов?
2. Каковы основные виды, свойства и особенности применения природ­
ных каменных дорожно-строительных материалов?
3. Что общего и в чем различия (способ получения, свойства, особенно­
сти применения) представленных материалов и изделий:
керамический клинкерный кирпич - дорожное изделие из цементобето­
на;
дорожный цементобетон - асфальтобетон;
асфальтобетон - битумоминеральные смеси?
4. Что такое горячая и холодная асфальтобетонная смеси?
5. Что такое литой асфальтобетон и асфальтовая мастика?
6. Как повысить водо- и морозостойкость асфальтобетона?
•7. Какие существуют способы повышения долговечности материалов на
основе битумов?
172
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Строительные материалы / Под ред. В.Г. Микульского - М.: изд-во
АСВ, 2000.- 489 с.
2. Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы - М.: Стройиздат, 1986 - 687 с.
3. Дорожно-строительные материалы / И.М. Грушко, И.В. Королев,
И.М. Борщ, Г.М. Мищенко.—М.: Транспорт, 1991- 357 с.
4. Оценка качества строительных материалов: Учебное пособие / К.Н.
Попов, М.Б. Каддо, О.В. Кульков. - М.: изд-во АСВ, 1999 - 240 с.
5. Попов JI.H. Лабораторные испытания строительных материалов - М.:
Высшая школа, 1984.- 168 с.
173
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие
3
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ..................... 4
Лабораторная работа №1. Определение физических свойств
строительных материалов........................................................................... 5
Лабораторная работа №2. Определение механических свойств ма­
териалов..... ’.............. .................................................................................... 15
Практическая работа №1. Решение задач по основным свойствам
материалов...................................................................................................... 21
ГЛАВА 2. НЕОРГАНИЧЕСКИЕ (МИНЕРАЛЬНЫЕ)
ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА................ .................................... 25
Лабораторная работа №3. Определение свойств строительной воз­
душной извести............................................................................................. 26
Лабораторная работа №4. Определение свойств портландцемента..... 29
Практическая работа №2. Решение задач по свойствам неорганиче­
ских вяжущих веществ и строительной керамики................................... 37
ГЛАВА 3. ТЯЖ ЕЛЫ Е Б Е Т О Н Ы ............................................................ 40
Лабораторная работа №5. Определение свойств заполнителей для
тяжелого бетона.............................................................................................
Практическая работа №3. Расчет зернового состава заполнителей
для тяжелого бетона......................................................................................
Лабораторная работа №6. Определение свойств бетонной смеси........
Лабораторная работа №7. Определение свойств тяжелого бетона......
Практическая работа №4. Решение задач по свойствам тяжелого
бетона..............................................................................................................
Практическая работа №5. Подбор состава тяжелого бетона................
Практическая работа №6. Подбор состава мелкозернистого бетона....
41
50
55
59
71
75
84
ГЛАВА 4. СТРОИТЕЛЬНЫ Е РА С ТВО РЫ ......................................... 102
Лабораторная работа №8. Определение свойств строительного кла­
дочного раствора............................................................................................ 103
Практическая работа №7. Подбор состава строительного кладочно­
го раствора...................................................................................................... 108
ГЛАВА 5. КИРПИЧ И КАМНИ СИЛИКАТНЫ Е............................
113
Лабораторная работа № 9. Определение свойств силикатного кир­
пича................................................................................................. I.......... ...... 116
174
ГЛАВА 6. КИРПИЧ И КАМНИ КЕРАМИЧЕСКИЕ......................... 120
Лабораторная работа № 10. Определение свойств керамического
кирпича.......................................................... ................................................ 124
ГЛАВА 7. ДРЕВЕСНЫЕ МАТЕРИАЛЫ............................................... 126
Лабораторная работа №11. Определение физико-механических
свойств древесины........................................................................................ 127
ГЛАВА 8. ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА................ .137
Лабораторная работа №12. Определение физико-механических
свойств нефтяных вязких битумов.................... Г........................................ 137
ГЛАВА 9. АСФАЛЬТОБЕТОН............................................................... 146
Лабораторная работа №13. Определение свойств минерального по­
рошка для асфальтобетона........................................................................... 147
Лабораторная работа №14. Определение физико-механических
свойств асфальтобетона................................................................................156
Лабораторная работа № 15. Определение состава асфальтобетона..... .163
ГЛАВА 10. ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
И ИЗДЕЛИЯ.............................................................................168
Самостоятельная работа № 1. Сравнительный анализ характеристик
теплоизоляционных материалов................................................................. .168
ГЛАВА 11. ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ........... .171
Самостоятельная работа №2. Сравнительный анализ свойств дорожно-строительных материалов............................................................... 171
Библиографический список..........................................................................173-
75
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
11 008 Кб
Теги
belov, svoystv, petropavlovskaya, opredelenie, material, laboratornoy, stroitelnoj, shlapakov, 4338
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа