Прилади і методи визначення марки бетону

 Для важких бетонів  передбачені вимоги до якості  заповнювачів. Піски використовують природні або одержують подрібненням щільних морозостійких гірських порід з розміром зерен не більше 5 мм. Важливо забезпечити підвищену щільність зернового складу (по кривим щільних сумішей) при модулі крупності не нижче 2,0. Обмежується зміст пилувато-глинистих та інших шкідливих домішок, про що зазначалося вище при описі заповнювачів. На стадії проектування складу бетону встановлюють доцільний зерновий склад крупного заповнювача з найменшим об'ємом порожнеч і найбільшою крупністю зерен при загальних вимогах, зазначених вище відносно якості заповнювачів [1].

 Широко використовують  в технології бетону пластифікуючі, воздухововлекающие і протиморозні добавки.

3. Визначення складу бетону.

 Однією з основних  технологічних завдань є проектування  складу бетонної суміші. Розроблено  ряд методів проектування складу, є офіційні керівництва, що  полегшують рішення цього завдання. Кожного разу необхідно вибирати той метод проектування (або підбору), який при прийнятій технології здатний забезпечити отримання найбільш достовірного складу та оптимальної структури бетону. Тоді формується якість бетону, при якому є не тільки комплекс заданих, але й екстремальних показників властивостей, що відповідає закону створу. При всіх методах на початковій стадії здійснюється обгрунтований вибір вихідних матеріалів, чому сприяють табличні дані та допоміжні графіки, що поміщаються у відповідні керівництва з підбору складів. У них вибір вихідних матеріалів обумовлений проектної маркою (класом) бетону, різновидом конструкцій та експлуатаційними умовами з урахуванням не тільки міцності, а й морозостійкості, водонепроникності і інших властивостей. На другому етапі всіх методів проектування з допомогою розрахунків і дослідів в лабораторії визначають кількісні співвідношення застосовуваних вихідних матеріалів. Важливо знайти найбільш достовірні і закономірні способи визначення таких співвідношень з гарантією отримання бетону не тільки необхідної якості за показниками властивостей, але й оптимальної структури. На третьому етапі в методах зазвичай передбачено випуск пробного замісу бетонної суміші та більш повна технічна характеристика якості цієї суміші з можливим корегуванням (уточненням) проектного складу.

 Викладений в теорії  ІБК загальний метод проектування  складу та оптимальної структури  в повній мірі, природно, відноситься до важкої і інших видів цементних бетонів. Прийняте в загальному методі ставлення с / ф стає водоцементним (В / Ц) або водотвердим при більш складному в'яжучому речовині.

 Нижче викладено загальний  метод стосовно до важкого  щільному цементному бетону, але  спочатку слід уточнити загальні  закономірності з теорії ІБК,  на які спирається цей метод. Серед законів чільне місце займає закон створу, а щодо механічних властивостей діє закон міцності оптимальних структур: твір міцності бетону на ступеневу функцію фазового відносини (В / Ц) є величина постійна.  Такий постійною величиною служить аналогічний твір міцності цементного каменя на його водо-цементне відношення при оптимальній структурі, зведена в ту ж ступінь, тобто R * · (В / Ц *). Міцність R * цементного каменю оптимальної структури знаходиться досвідченим шляхом при випробуванні зразків, хоча можливий і розрахунковий метод за формулою Фере: R = K [cl (c + e + a)] п, де К-константа; з, е, а - абсолютні обсяги відповідно цементу, води і повітря в суміші. Як зазначав А.В. Волженський, було б більш доцільно у формулі прийняти абсолютний обсяг новоутворень цементу з урахуванням, на думку Т. Пауерса, і обсягу гелевих пір.

 Показник ступеня п в обох випадках відображає вплив заповнюють компонентів і загальний ступінь дефектності структури бетону.

 Із закону міцності  оптимальних структур і загальної  формули слід і загальна формула  міцності бетонів:

(1.1) Rб = R * ц / x п

 де Rб - міцність цементного бетону оптимальної структури, виражена будь-якій її характеристикою (межа міцності при стисненні, межа міцності при розтягуванні центральному або вигині і т. п.); R * ц - міцність цементного каменю оптимальної структури, виражена тієї ж характеристикою, яка була прийнята для оцінки Міцності цементного бетону (і в тому ж віці); х - відношення Фактичною величини В / Ц бетону до У * / Ц цементного каменю оптимальної структури; воно дорівнює відношенню усереднених товщин (δ; δ *) плівок водного середовища в Свіжовиготовлений матеріалах , тобто * = В / Ц / У * / Ц = δ / δ *; п - показник ступеня, що відображає вплив Якості заповнюють матеріалів, дефектів структури на міцність бетону; R * - екстремум в залежності R = / (В / Ц), визначається досвідченим шляхом.

 Для вихідних матеріалів, застосовуваних у цементному  бетоні, та прийнятої технології  виготовлення бетону з її конкретними  параметрами і режимами всі  члени формули (1.1) мають цілком  певний фізичний зміст. З формули випливає, що підвищення міцності бетону можна досягти, по-перше, шляхом всебічного збільшення Rц * - введенням хімічних добавок типу каталізаторів або поверхнево-активних речовин, збільшення змісту кристалічної фази на стадії тверднення, додатковим помелом, переходом на більш високі марки в'яжучого і ін З формули (1.1) випливає також, що для тієї ж мети потрібно зменшувати значення реального В / Ц та показника ступеня п. Перше досягається за допомогою пластифікуючих та суперпластіфіцірующіх добавок, інтенсифікацією перемішування суміші або іншими заходами, що знижують товщину плівок водного середовища на твердих частинках цементу або іншого в'яжучого; друге досягається фракціонуванням і промиванням заповнювача, складанням щільних сумішей, застосуванням кубовидного великого заповнювача, активированием поверхні зерен і т. п. Великий резерв підвищення міцності полягає в оптимізації технологічних переділів, особливо режимів ущільнення при формуванні і теплових режимів при обробці відформованих виробів і конструкцій.

 Рис. 1.1.  Гіперболічні  криві міцності бетонів оптимальної  структури; інтенсивність спаду  міцності залежить від заповнювача: 7 - міцний вапняк; II - гранітний щебінь; / / / - керамзитовий гравій; IV - природний  гравій (необроблений)

 Формула (1.1) графічно  виражається гіперболічної кривої  в прямокутній системі координат  (R, В / Ц).

 На площині Я (В  + Ц) їй відповідає формула міцності бетону оптимальної структури: (1.2)

 Її можна також висловити  не відсотках, а в частках  одиниці. 

 Об'єднанням формул (1.1) і (1.2) отримана формула (1.3) в  повному вигляді: (1.3)

 У ній знайшли відображення  всі основні фактори, що впливають  на величину міцності при дії  на бетон практично будь-яких  напружень (стиснення, розтягування, зрушення тощо), а саме: вміст в'яжучої речовини (В + Ц), а отже, і примусового частини П + Щ = 100 - (В + Ц),% за масою; водо-цементне відношення В / Ц; якість (розрахункова міцність) в'яжучого речовини оптимальної структури R *; пористість А:,%; якість заповнювача по відношенню до прийнятого в'яжучих речовин і (В + Ц) (степеневий показник і); жорсткість бетону або кількість заповнювача, а, отже, і (B + Ц) (показник т); технологічні параметри і режими; ефективність додаткових речовин (добавок), що відбивається на значеннях В * / Ц і R *. Звідси випливає, що на технологічній стадії безумовно можливо і необхідно регулювати і управляти числовим значенням міцності та інших властивостей, але при неодмінною оптимізації структури, відповідної реальної технології бетону. Тільки при ній діють загальні та об'єктивні закони ІБК.

 Тут необхідно знову  повернутися до формули, яка  стосовно до бетонів виглядає так: (1.4)

 де М = В + Ц-цементне  тісто в частках одиниці (по  масі). З формули, як і раніше видно, що важливо всіляко збільшувати розрахункову величину активності матричного (в'яжучого) речовини з відповідним зменшенням значення М, що після обчислення необхідного водоцементного відносини за формулою (1.4) адекватно зменшенню витрати цементу в бетоні (у кг/м3) до раціонального мінімуму. Останній зазвичай зумовлений високою щільністю і морозостійкістю бетону. За оптимальних структурах всі ці параметри якості бетону знаходяться у тісному взаємозв'язку.

 Після уточнення формул міцності ІБК стосовно до бетону доцільно викласти послідовність проектування складу важкого цементного бетону, у "тому числі з використанням комп'ютерної програми.

1. Визначення розрахункової  активності цементного каменю R * як Матричної частини бетону  і мінімального значення фазового  відносини В * / Ц, що забезпечує, при прийнятих технологічних умовах, оптимальну структуру. Для цього з цементного тесту з 3-4 різними В / Ц, що відрізняються між собою на величину 0,02-0,03, виготовляють зразки-кубики розміром 10x10x10 см шляхом ущільнення їх у спосіб, прийнятим в технології виробництва проектованого вироби [2]. В якості вихідного може бути прийнято В / Ц, відповідне нормальної густоті цементного тесту. Після графічної побудови функції R = / (В / Ц) знаходять і уточнюють дані значення В * / Ц при найбільшій міцності цементного каменю R *.

2. Визначення складу щільною  суміші піску (П) та щебеню (Щ). Посудина об'ємом 2 л заповнюють мокрим щебенем і ущільнюють способом, прийнятим в технології. Після встановлення стабільного рівня щебеню посудину зважують, визначаючи фактичну масу щебеню. Потім у посудину поступово додають заздалегідь зважений і змочений водою пісок, який заповнює порожнечі між зернами щебеню при безперервній вібрації. Після повного заповнення пустот піском визначають масу посудини з щебенем і піском, що знаходяться в порожнинах великого заповнювача, тим самим встановлюючи оптимальне співвідношення по масі. Повнота заповнення пустот щебеню піском зростає при застосуванні мокрих матеріалів і визначається за максимальною масою суміші.

3. Визначення оптимальної  кількості вихідних матеріалів  в бетонній суміші. З цією метою виконують дві послідовно чергуються операції: допоміжну і основну.

 Допоміжна операція  є експериментальною, необхідної  для визначення показників ступеня  піт, використовуваних у формулах міцності і складів.

 За лабораторними даними  будують криву оптимальних структур  при довільно вибраному значенні (В / Ц) л і знаходять у  точці А величину RA на кривій  ДВІ, а також значення (В / Ц)  д в точці В. Міцність RA є  і на кривій KL, якої до початку  експериментів хоча ще й немає, але про її ймовірне існування, як і кривої оптимальних структур з теорії ІБК, відомо. І тоді отриманих даних RA, (В + Ц) в (В / Ц) А достатньо, щоб визначити значення показників ступеня піт згідно з вищенаведеними формулами, оскільки інші необхідні значення Rц * і В * / Ц раніше були визначені (на першому чи другому етапах проектування). Важливо пам'ятати, що величина тх - змінна і при нових В / Ц або R вимагає уточнення.

 Основна операція другого  етапу проектування оптимального  складу бетону (як і всіх інших  ІСК) є розрахунковою, причому  спочатку розраховують витрату  матеріалів (Ц, У, П, Щ) у% за масою на 1 тонну суміші, а потім перераховують в% по масі на 1 м3 бетонної суміші або 1 м3 бетону, наприклад в абсолютно щільному тілі.

 На третьому етапі  проектування розраховують витрату  матеріалу при виробничому складі, тобто з урахуванням вологості  піску і щебеню; виготовляють контрольний заміс (краще у виробничих умовах, стосовно яких були прийняті технологічні параметри і режими формування і зберігання) і зразки з оцінкою властивостей бетону в необхідному (зазвичай в 28-денному) віці. Остання виробляють з урахуванням відомого логарифмічного закону. На цьому етапі завершується проектування [3]; склад передається заводу.

 В даний час поки  що поширений підбір складу важкого бетону за методом «абсолютних обсягів», розробленим Б.Г. Скрамтаєва і його науковою школою.

 На першому етапі  беруть вихідні дані щодо проектного класу бетону по міцності та іншими властивостями. Для обгрунтування даних використовують технічні документи - проект будівлі або споруди, проект бетонних елементів, проект організації робіт, СНіП і іншу проектну і нормативну документацію. Суттєвою характеристикою бетонної суміші (в залежності від проектних і виробничих умов) приймається рухливість, що виражається в сантиметрах, або жорсткість, що виражається в секундах, і які визначаються за ГОСТ 10181-81. Проводиться вибір заповнювачів, можливих фракцій при їх поділі (класифікації), а також розміру найбільшого зерна (щебеню або гравію) залежно від виду конструкції і способу укладання бетонної суміші. Обгрунтовуються вид і марка цементу, його мінімально допустима кількість в залежності від умов роботи конструкції і рухливості (жорсткості) бетонної суміші. Обумовлюється рекомендований витрата води в залежності від рухливості бетонної суміші, виду і крупності заповнювача, а саме: чим менше жорсткість (вище пластичність) суміші і дрібніше найбільш великий розмір щебеню (гравію), тим більша витрата води рекомендується приймати у бетонній суміші, який виражається у л / м3.

 На другому етапі  визначають склад бетону розрахунково-експериментальним  способом у такій послідовності: а) визначають водо-цементне відношення (В / Ц) за даними попередніх дослідів, які допомагають встановити графічну залежність міцності бетону від В / Ц при даної активності цементу та застосуванні прийнятих місцевих заповнювачів ( табл.).

 Таблиця. Значення коефіцієнтів А і A1  Заповнювачі бетону   А   А1

 Високоякісні   0,65   0,43

 Рядові   0,60   0,40

 Зниженої якості   0,55   0,37

 б) визначають витрата  води (В) по необхідної рухливості  бетонної суміші на підставі результатів попередніх випробувань або за таблицею, але з обов'язковим подальшим коригуванням стосовно до вихідних матеріалів (рис. 1.2);

 Рис. 1.2 Графік водопотребности  бетонних сумішей жорстких (а)  і пластичних (б), приготованих із  застосуванням портландцементу,  піску середньої крупності і гравію найбільшої крупності:

1 - 80 мм; 2 - 40 мм, 3 - 20 мм; 4 - 10 мм (при використанні замість гравію  щебеню витрата води збільшують  на 10 л. При використанні пуцоланового  портландцементу витрата води  збільшують на 15-20 л. При застосуванні  дрібного піску витрата води збільшують на 10-20 л)

 в) знаходять витрата  цементу (Ц): Ц = В: В / Ц. Може виявитися, що отримана величина витрати цементу на 1 м3 бетону нижче допустимого нормами мінімуму і прийнятого за таблицями на першому етапі підбору. Тоді величину Ц збільшують до необхідної норми з відповідним збільшенням кількості води В, з тим щоб незмінним залишалося розрахункове водо-цементне відношення. Слід зазначити, що мінімально допустимий витрата цементу для бетонних конструкцій 200 кг/м3г для залізобетонних - 220 кг/м3;