МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет Кафедра «Технология бетона и строительные материалы» ТЕХНОЛОГИЯ ЗАВОДСКОГО ПРОИЗВОДСТВА БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ Методические указания к лабораторным работам Минск БНТУ 2014 1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет Кафедра «Технология бетона и строительные материалы» ТЕХНОЛОГИЯ ЗАВОДСКОГО ПРОИЗВОДСТВА БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ Методические указания к лабораторным работам для студентов специальности 1-70 01 01 «Производство строительных изделий и конструкций» Минск БНТУ 2014 2 УДК 666.97(076.5)(075.8) ББК 38.626я7 Т38 Составители: Э. И. Батяновский, В. В. Бабицкий, А. И. Бондарович, П. В. Рябчиков Рецензенты: В. М. Пилипенко, Я. Н. Ковалёв Технология заводского производства бетонных и железобетон- ных изделий : методические указания к лабораторным работам для студентов специальности 1-70 01 01 «Производство строительных из- делий и конструкций» / сост. : Э. И. Батяновский, В. В. Бабицкий, А. И. Бондарович, П. В. Рябчиков. – Минск : БНТУ, 2014. – 63 с. ISBN 978-985-550-321-8. Изложены задачи, решаемые студентами при выполнении лабораторных работ по дисциплине «Технология заводского производства бетонных и железобетонных изделий»; цель выполнения и основные теоретические положения разделов курса, отражаемых тематикой лабораторных работ. УДК 666.97(076.5)(075.8) ББК 38.626я7 ISBN 978-985-550-321-8 © Белорусский национальный технический университет, 2014 Т38 3 СОДЕРЖАНИЕ Введение .................................................................................................. 4 Лабораторная работа № 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СОСТАВЛЯЮЩИХ БЕТОНА .............................................................. 5 Лабораторная работа № 2 МЕТОД РАСЧЕТА СОСТАВА БЕТОНА С УЧЕТОМ ЕГО СТРУКТУРНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ (МЕТОД ПРОФЕССОРА АХВЕРДОВА И.Н.) .............................................................................. 12 Лабораторная работа № 3 РАСЧЕТ СОСТАВА ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА МЕТОДОМ НИИЖБ И МЕТОДОМ АБСОЛЮТНЫХ ОБЪЕМОВ ...................... 19 Лабораторная работа № 4 ПРИГОТОВЛЕНИЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОРМОВОЧНЫХ СВОЙСТВ, СРЕДНЕЙ ПЛОТНОСТИ БЕТОННОЙ СМЕСИ, ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОНТРОЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ БЕТОНА ........... 25 Лабораторная работа № 5 КОНТРОЛЬ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА РАЗРУШАЮЩИМ И НЕРАЗРУШАЮЩИМИ МЕТОДАМИ .......................................... 27 Лабораторная работа № 6 РАСЧЕТ СОСТАВА ЛЕГКОГО БЕТОНА НА ПОРИСТЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЯХ ................................................................................ 41 Лабораторная работа № 7 ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ВИБРОУПЛОТНЕНИЯ БЕТОНА ......... 48 Лабораторная работа № 8 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВА БЕТОНА С ХИМИЧЕСКИМИ ДОБАВКАМИ ....................................................................................... 52 Лабораторная работа № 9 МНОГОФАКТОРНЫЙ МЕТОД ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОСТАВА ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА С ПОМОЩЬЮ ЭВМ ................ 56 Литература ............................................................................................ 61 4 Введение Целью выполнения лабораторных работ является закрепление тео- ретических положений учебной дисциплины «Технология заводско- го производства бетонных и железобетонных изделий» и приобре- тение студентами практических навыков по направлениям:  определение физико-технических характеристик составляющих бетона;  расчеты составов тяжелого и легкого бетона различными мето- дами и разного предназначения;  оценка технологических свойств бетонных смесей, включая оцен- ку влияния на них химических добавок; – определение прочностных характеристик бетона разрушающим и неразрушающими методами контроля; – расчет коэффициента вариации прочности бетона и правила статистического контроля прочности; – оценка параметров вибрационного уплотнения бетонных смесей; – расчет состава конструкционного бетона с помощью ЭВМ. Овладение указанными навыками в сочетании с приобретенны- ми при выполнении курсового проекта по данной дисциплине обес- печит студенту требуемый уровень профессиональной подготовки для решения практических задач, сопровождающих производство сборного железобетона. 5 Лабораторная работа № 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКОТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СОСТАВЛЯЮЩИХ БЕТОНА Цель работы: установление необходимых для расчета состава бетона характеристик цемента, крупного и мелкого заполнителей, воды, химических добавок. Методика выполнения работы 1. Цемент. В соответствии с положениями ГОСТ 310.1–76 [1], ГОСТ 310.3–76 [2], ГОСТ 310.4–81, 10178–85 [4], СТБ ЕN 196-1–2007 [5], СТБ ЕN 197-1–2007 [6] определяют необходимые для расчета со- става бетона характеристики цемента, приведенные в таблице 1.1. Таблица 1.1 – Характеристики цемента Активность (марка, класс) fц, МПа Коэффициент нормальной густоты Кнг, доли ед. Плотность ц , кг/м3 Плотность в рыхлонасып- ном состоянии 0ц , кг/м3 2. Мелкий заполнитель (песок). В соответствии с положениями ГОСТ 8735–88 [7]; ГОСТ 8736–93 [8]; ГОСТ 9758–86 [9]; СТБ 1217– 2000 [10]; СТБ 12620–2010 [11] определяют необходимые для расче- та состава бетона стандартные характеристики песка и дополни- тельные его характеристики, приведенные в таблице 1.2. 6 Та бл иц а 1 .2 – Ха рак тер ист ик и м елк ого за по лн ите ля Пл отн ост ь, к г/м 3 Пу сто т- но сть в в иб ро- уп лот - нен но м сос тоя - ни и в пП , до ли ед . Зер но вой со ста в (ча стн ые ос тат ки в % на си тах ) Мо ду ль кру пн о- сти , пес ка М к , до ли ед . Уд ель - ная по вер х- но сть пес ка S у д.п . м2 / т Уд ель - ная об ща я вод о- по - тре б- но сть пес ка общ пВ , л/т Уд ель - ная адс орб - ци он - ная вод о- по - тре б- но сть пес ка ад пВ , л/т в р ых ло- нас ып - но м с о- сто яни и (су хой ) 0 п то же пр и ест ест - вен но й вла жн о- сти 0 пвл в в иб ро- уп лот - нен но м сос тоя - ни и в п зер ен пес ка з п < 0, 16 (0 ,1 4) 0, 16 (0 ,1 4) 0, 31 5 0, 65 1, 25 2, 5 6 7 Удельную поверхность Sуд.п, общую водопотребность общпВ и ад- сорбционную водопотребность адпВ песка рассчитывают по методи- ке [12, 13], используя следующие формулы и данные таблицы 1.3: Sуд.п = удп п 1 , n i i i P S   м2/т; (1.1) общпВ = общп п 1 0,1 , n i i i P В   л/т; (1.2) адпВ = адп п 1 0,1 , n i i i P В   л/т, (1.3) где Рiп – содержание в песке (%) i-й фракции (частный остаток этой фракции на соответствующем сите); удпiS , общпiВ , адпiВ – удельная поверхность, удельное общее водопо- глощение и удельное адсорбционное водопоглощение i-й фракции песка, принимаемые по данным таблицы 1.3 [12]. Таблица 1.3 – Физические свойства крупного и мелкого заполнителей из плотных горных пород Вид заполнителя Размер фракции, мм Удельная поверх- ность i-й фрак- ции удiS Водопоглощение по массе, % общее общ iВ поверхностью (адсорбцион- ное) адiВ порами пог iВ 1 2 3 4 5 6 Щебень гранитный 20…40 1,35 0,77 0,27 0,5 10…20 2,7 0,92 0,5 0,42 5…10 5,4 1,21 0,81 0,4 Щебень известняко- вый 20…40 1,41 1,38 0,283 1,1 10…20 2,82 1,5 0,565 0,95 5…10 5,4 1.6 0,8 0,8 8 Окончание таблицы 1.3 1 2 3 4 5 6 Гравий 20…40 1,16 1,24 0,24 1,0 10…20 2,31 1,38 0,48 0,9 5…10 4,38 1,46 0,66 0,88 Песок (природный) 2,5…5 9,4 1,914 0,374 1,54 1,25…2,5 20,2 2,07 0,81 1,26 0,63…1,25 37,0 2,3 1,48 0,82 0,315…0,63 72,0 3,46 2,88 0,58 0,16 (0,14)…0,315 141,0 6,0 5,65 0,35 < 0,16 (0,14) 293,0 12,01 17,7 0,31 3. Крупный заполнитель (щебень, гравий, щебень из гравия) В соответствии с положениями ГОСТ 8263–93 [14], ГОСТ 8267–93 [15] и ранее приведенными нормативными документами определя- ют необходимые для расчета состава бетона стандартные характе- ристики крупного заполнителя и дополнительные его характери- стики, приведенные в таблице 1.4. Таблица 1.4 – Характеристики крупного заполнителя Плотность, кг/м3 Зерновой состав * (частные остатки в % на сите) Удель-ная по- верх- ность круп- ного запол- нителя Sуд.щ(г), м2/т Удель- ная общая водо- по- треб- ность общщ(г)В , л/т Удель- ная ад- сорб- цион- ная водо- по- треб- ность адщ(г)В , л/т в рыхло- насып- ном состоя- нии 0щ(г) в вибро- уплот- ненном состоя- нии вщ(г) зерен круп- ного запол- нителя зщ(г) < 5 5–10 10–20 20–40 > 40 * Номера (размеры ячеек) сит – по фактическим данным к расчету конкретного состава бетона. 9 Удельную поверхность Sуд.щ(г), удельную общую общщ(г)В и адсорб- ционную адщ(г)В водопотребность рассчитывают по методике [12, 13], используя следующие формулы и данные таблиц 1.3 и 1.4: Sуд.щ(г) = щ(г) уд. щ(г) 1 , n i i i P S   м2/т, (1.4) общщ(г)В = общщ(г) щ(г) 1 0,1 , n i i i P В   л/т, (1.5) адщ(г)В = адщ(г) щ(г) 1 0,1 , n i i i P В   л/т, (1.6) где Рi щ(г) – содержание в крупном заполнителе (%) i-й фракции (ча- стный остаток этой фракции на соответствующем сите); Sуд. i щ(г), общщ(г)iВ и адщ(г)iВ – удельная поверхность, удельное общее водопоглощение и удельное адсорбционное водопоглощение i-й фрак- ции крупного заполнителя, принимаемые по данным таблицы 1.3 [12]. 4. Вода для бетона. Технические требования В соответствии с СТБ 1114–98 [16] к воде для приготовления бе- тонных и растворных смесей, поливки бетона и промывки заполни- телей предъявляются следующие требования: 1. Вода не должна содержать химических соединений и примесей в количестве, которое может влиять на сроки схватывания цемент- ного теста, скорость твердения, прочность, морозостойкость и водо- непроницаемость бетона, коррозию арматуры в пределах, превышаю- щих нормы, указанные в пункте 4. 2. Для приготовления бетонных и растворных смесей, поливки бетона и промывки заполнителей не допускается применение сточ- ной, болотной и торфяной воды. 3. Содержание в воде растворимых солей, сульфатов, хлоридов и взвешенных частиц в зависимости от ее назначения не должно пре- вышать величин, указанных в таблице 1.5. 10 Таблица 1.5 Наименование воды Предельное содержание, мг, л раст- вори- мых солей суль- фат ионов ( 24SO  ) хло- рид- ионов ( 1Cl ) взве- шен- ных частиц 1. Для затворения бетонной смеси при изготовлении предварительно напряжен- ных железобетонных конструкций и на- гнетаемого раствора 3000 2000 600 200 2. Для затворения бетонной смеси при изготовлении бетонных и железобетон- ных конструкций с ненапрягаемой ар- матурой, а также строительных штука- турных растворов и растворов для ар- мированной каменной кладки 5000 2000 2000 200 3. Для затворения бетонной смеси при изготовлении бетонных неармированных конструкций, к которым не предъявля- ются требования по ограничению обра- зования высолов, а также строительных растворов для неармированной камен- ной кладки 10000 2000 4500 300 4.Для промывки заполнителей, включая мокрую сортировку и охлаждение запол- нителей 5000 2700 2000 500 5. Для поливки рабочих швов при пере- рывах в бетонировании конструкций, поверхностей стыков, подлежащих омо- ноличиванию, и поверхностей водосб- росных конструкций, а также для труб- ного охлаждения массива бетона 3000 2000 600 200 6. Для поливки наружных поверхностей бетонных и железобетонных конструкций 5000 2700 2000 500 7. Для поливки наружных поверхностей бетонных конструкций (исключая по- верхности водосбросных сооружений), если на поверхности может быть допу- щено появление выцветов и высолов 35000 2700 20000 500 Примечание. Вода для затворения бетонной смеси с применением гли- ноземистого и гипсоглиноземистого цементов должна удовлетворять тре- бованиям п. 1 настоящей таблицы. 11 4. Вода, удовлетворяющая требованиям таблицы, и в которой со- держится нитратов, сульфидов, сахара, полифосфатов и цинка каж- дого более чем соответственно 500, 100, 100, 100 мг/л, признается пригодной, если сроки схватывания цементного теста изменяются не более чем на 25 %, прочность бетона после 7 и 28 дней нормаль- но-влажностного твердения, а также морозостойкость и водонепро- ницаемость снижаются не более чем на 10 %, а арматурная сталь в бетоне находится в устойчивом пассивном состоянии. 5. Общее содержание в воде ионов (Na+1) и калия (К+1) в составе растворимых солей должно быть не более 1000 мг/л. 6. Допускается к применению вода при наличии на поверхности следов нефтепродуктов, масел и жиров. 7. Водородный показатель воды (рН) должен быть не менее 4 и не более 12,5. 8. Окисляемость воды должна быть не более 15 мг/л. 9. Допускается к применению вода при интенсивности запаха не более 2 баллов. 10. Окраска воды должна находиться в пределах от бесцветной до желтоватой с цветностью не выше 70 по ГОСТ 3351. Если к бе- тону предъявляются требования технической эстетики, цветность воды не должна превышать 30. Допускается в отдельных случаях использование воды с цветно- стью более 70. При этом пригодность воды должна быть установ- лена определением физико-технических свойств бетонной смеси и бетона, указанных в пункте 1. 11. Вода, содержащая пенообразующие вещества, пригодна для применения при стойкости пены не более 2 мин. Допускается при- менение воды с устойчивостью пены, равной 2 и более минут, при условии определения пригодности воды сравнительными испыта- ниями физико-технических свойств бетонной смеси и бетона, ука- занных в пункте 1. 12. В местах водозабора (при первичном контроле качества во- ды) содержание грубодисперсных примесей в воде должно быть не более 4 % по объему. 5. Химические добавки в бетон Применение химических добавок с целью модификации техноло- гических свойств бетонных смесей и физико-технических характери- 12 стик затвердевшего бетона осуществляется на территории Беларуси в соответствии с требованиями следующих нормативных документов: 1. СНиП 3.03.01–87. Несущие и ограждающие конструкции. 2. Пособие П1-99 к СН и П 3.09.01–85. Применение добавок в бетоне. Информация о правилах применения химических добавок в бе- тон с различным целевым назначением приведена в Пособии П1-99 к СНиП 3.09.01–85 и в учебном пособии [17]. Лабораторная работа № 2 МЕТОД РАСЧЕТА СОСТАВА БЕТОНА С УЧЕТОМ ЕГО СТРУКТУРНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ (метод профессора И. Н. Ахвердова) Цель работы: освоить методику расчета состава конструкцион- ного бетона с учетом основных качественных характеристик состав- ляющих, влияющих на его физико-технические свойства Методика выполнения расчетов Задаются требуемой прочностью бетона и удобоукладываемо- стью бетонной смеси. Рассчитывают пустотность мелкого mп и крупного mщ заполни- теля в виброуплотненном состоянии: пвп зп 1m    ; (2.1) щв щ зщ 1m    , (2.2) где ρпв – плотность мелкого заполнителя в виброуплотненном со- стоянии, кг/м3; ρзп – плотность мелкого заполнителя в зернах, кг/м3; 13 ρщв – плотность крупного заполнителя в виброуплотненном со- стоянии, кг/м3; ρзщ – плотность крупного заполнителя в зернах, кг/м3. Определяют минимальную пустотность смеси заполнителей minсм п щ .m m m  (2.3) Строят график изменения пустотности смеси заполнителей в за- висимости от соотношения объемов песка и крупного заполнителя (рисунок 2.1). Рисунок 2.1 – Зависимость пустотности смеси заполнителей от их соотношения Задаются оптимальным (по мнению технолога) объемом крупно- го заполнителя в виброуплотненном состоянии (Vщ). Проводя секущую (перпендикулярно к выбранному значению Vщ) на графике, находят соответствующие величины объема мелкого за- полнителя (Vп) и пустотность смеси заполнителей (mсм). Рассчитывают расходы мелкого П и крупного Щ заполнителя: п пвП V  , кг, (2.4) щ щвЩ V  , кг. (2.5) 14 Рассчитывают общую площадь поверхности смеси заполнителей    см п щ п п щ щ 1 1 0,001 П Щn ni i i i i i S S S Р S Р S                , м 2, (2.6) где Pпi и Pщi – фракции (частные остатки) мелкого и крупного за- полнителя, %; Sпi и Sщi – удельные поверхности соответствующих фракций песка и крупного заполнителя, см2/г. Принимая, что каждое зерно заполнителя должно иметь оболоч- ку из цементного теста толщиной 13 мкм, рассчитывают объем це- ментного теста см смт см 0,000013 1 0,000013 m SV S     , м 3. (2.7) Корректируют расходы заполнителей по увеличению объема бетон- ной смеси при обволакивании зерен заполнителя цементным тестом: см ПП ' 1 0,000013 S    , кг, (2.8) см ЩЩ' 1 0,000013 S    , кг. (2.9) Рассчитывают общую водопотребность смеси заполнителей    з п щ п п щ щ 1 1 В В В 0,0001 П' Щ'n ni i i i i i Р W Р W                , кг, (2.10) где Wпi и Wщi – общее водопоглощение соответствующих фракций мелкого и крупного заполнителя, %. Рассчитывают количество воды, адсорбированной поверхностью заполнителей: 15    п щ ад адад ад ад п п щ щ 1 1 В В В 0,0001 П' Щ'n ni i i i i i Р W Р W                , кг, (2.11) где адпiW и адщiW – количество воды, адсорбированное на зернах со- ответствующих фракций мелкого и крупного заполнителя, %. Принимают оптимальное (по мнению технолога, производящего проектирование состава бетона) значение относительного водосодер- жания цементного теста Х (величина Х может изменяться от 0,876 до 1,65, то есть в пределах структурной связности цементного теста). Рассчитывают расход цемента.   т ад нг ци ВЦ 11,02 К 0,293 V Х         , кг, (2.12) где ρци – истинная плотность цемента, кг/м3 (составляет примерно 0,8 от плотности цемента); Кнг – коэффициент нормальной густоты цемента, д. ед. (равен водо- цементному отношению цементного теста нормальной густоты). Находят водоцементное отношение бетонной смеси   знгб ВВ КЦ ЦХ   . (2.13) Определяют прочность бетона  п з цнг нгбнг 1 К В 1,65 КЦК ст k k f f      , МПа, (2.14) где kп – коэффициент, учитывающий влияние на прочность бетона размера образцов и коэффициента нормальной густоты цемента (таблица 2.1); kз – коэффициент, учитывающий влияние на прочность бетона ха- рактеристик заполнителя (для щебня – К3 = 1,1; для гравия – К3 = 1,0). 16 Таблица 2.1 – Значения коэффициента kп Кнг 0,22 0,23 0,24 0,25 0,26 0,27 0,28 0,29 0,30 0,31 0,32 kп 1,80 1,73 1,65 1,58 1,52 1,45 1,39 1,34 1,27 1,26 1,21 Если полученная по (2.14) прочность бетона не соответствует тре- буемой, следует вернуться к формуле (2.13), изменить величину Х и произвести перерасчеты по выражениям (2.14)–(2.16) до получе- ния необходимого значения fб. Рассчитывают подвижность бетонной смеси  бсмп т ц п щ в 0,876ОК 20 1 0,774 V ХV D V V          , см, (2.15) где бсм – плотность бетонной смеси (принимается равной 2400 кг/м3; в – плотность воды, кг/м3; Dц – добавка цемента, принимаемая в пределах 0…1. Необходимо последовательно изменять величину Dц, добиваясь требуемой подвижности бетонной смеси. Если этим изменением цель не достигается, то следует вернуться к формуле (2.5), изменить объ- ем крупного заполнителя и все пересчитать. Определяют полученный (с учетом всех корректировок) объем бе- тонной смеси      б ц ц бц п щ вЦ П' Щ' Ц В1 1 ЦV D D            , м3. (2.16) Определяют расчетные расходы компонентов бетонной смеси: цемента  р ц б ЦЦ 1 D V    , кг; (2.17) песка р б П'П V  , кг; (2.18) 17 щебня р б Щ'Щ V  , кг; (2.19) воды  р р ВВ Ц Ц  , кг. (2.20) Расчетная плотность бетонной смеси бсмр р р р рЦ П Щ В     , кг/м3. (2.21) Готовят пробный замес бетона рассчитанного состава, используя который устанавливают фактическое значение формуемости смеси, а также средней плотности бетонной смеси в виброуплотненном со- стоянии ( см.факт ), изготавливают образцы бетона для контроля его прочности. Корректируют состав бетона по значению фактической средней плотности бетонной смеси. Фактический расход цемента и других составляющих: см.факт ф 1 1 1 1 1 1 1 1 Ц Ц П Щ В Ц Ц Ц Ц     , кг; (2.22) 1ф ф 1 ПП Ц Ц  , кг; (2.23) 1ф ф 1 ЩЩ Ц Ц  , кг; (2.24) 1ф ф 1 ВВ Ц Ц  , кг. (2.25) 18 Фактический состав бетона (соотношение твердофазных состав- ляющих в весовых частях, если расход цемента равен одной весо- вой части) ф ф ф ф ф ф Ц П Щ : : 1:А :БЦ Ц Ц  . (2.26) Рабочий состав бетона (с учетом влажности заполнителей) Цр = Цф, кг; (2.27) ф п р ф ПП П 100 W  , кг; (2.28) ф щ р ф ЩЩ Щ 100 W  , кг; (2.29) ф п ф щ р ф П ЩВ В ( ) 100 W W    , л, (2.30) где Wп и Wщ – влажность песка и щебня в %. Определяют коэффициент выхода бетона р р р 0 0 0щ вл.п ц 1 Щ П Ц      , д. ед., (2.31) где 0 в0 0щ вл.п ц, ,   – средняя плотность щебня, влажного песка и це- мента в рыхлонасыпном состоянии, т/м3. Определяют расход материалов на замес смесителя объемом Vcм из выражений з ф смЦ Ц , кг;V  (2.32) з р смП П , кг;V  (2.33) 19 з ф смЩ Щ , кг;V  (2.34) з р смВ В , кг.V  (2.35) Определяют объем бетона 1-го замеса бетоносмесителя зам см .V V   (2.36) Лабораторная работа № 3 РАСЧЕТ СОСТАВА ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА МЕТОДОМ НИИЖБ И МЕТОДОМ АБСОЛЮТНЫХ ОБЪЕМОВ Цель работы: освоить методики расчета составов конструкцион- ного тяжелого бетона упрощенными эмпирико-аналитическими ме- тодами, применяемыми в строительной практике. Расчет состава тяжелого бетона методом НИИЖБ Рассматриваемый метод относится к наиболее простым, что дос- тигается максимально возможным удалением числа влияющих фак- торов и что несколько снижает достоверность получаемых резуль- татов. С другой стороны, метод НИИЖБ позволяет рассчитывать составы бетона при 100-процентной отпускной прочности, что не предусмотрено иными методами. Методика выполнения расчетов Рассчитывают водоцементное отношение бетонной смеси (В/Ц)б: – если расчет ведется применительно к прочности бетона в про- ектном возрасте (28 суток твердения в нормальных условиях) или бетона, подвергаемого тепловой обработки с получением 70-процент- ной отпускной прочности, то применяют формулу   цб 0,23 10В , д. ед.,Ц 8b ff   (3.1) 20 – для бетона со 100-процентной отпускной прочностью формула следующая:   цб 0,16 7ВЦ 56b ff    , д. ед., (3.2) где fц – активность цемента, МПа; fб – требуемая прочность бетона, МПа. По таблице 3.1 в зависимости от марки бетонной смеси по удобо- укладываемости и свойств крупного заполнителя назначают таблич- ный расход воды (Вт). Таблица 3.1 – Ориентировочный расход воды для бетонной смеси, кг/м3 Ж, с Расход воды, кг/м3, при крупности гравия и щебня, мм Гравий Щебень 10 20 40 10 20 40 П3 218 198 188 227 208 198 П2 207 183 178 217 198 188 П1 190 165 160 200 180 170 Ж1 175 155 145 185 165 155 Ж2 160 145 140 170 155 150 Ж3 155 140 135 165 150 145 Рассчитывают расход цемента  т б ВЦ ВЦ  , кг. (3.3) Если расход цемента превышает 400 кг, то вначале увеличивают расход воды:  тВ В 0,1 Ц 400    , кг, (3.4) 21 а затем пересчитывают расход цемента:  б ВЦ ВЦ  , кг. (3.5) По таблице 3.2 в зависимости от рассчитанного расхода цемента и свойств крупного заполнителя определяют долю песка в смеси за- полнителей (r). Таблица 3.2 – Доля песка в смеси заполнителей, д. ед. Расход цемента, кг/м3 Доля песка в смеси заполнителей, д. ед., при крупности, мм Гравий Щебень 10 20 40 10 20 40 200 0,40 0,39 0,37 0,42 0,41 0,40 250 0,39 0,37 0,36 0,41 0,40 0,39 300 0,37 0,36 0,35 0,40 0,39 0,38 350 0,35 0,34 0,33 0,38 0,37 0,36 400 и более 0,34 0,33 0,32 0,36 0,35 0,34 Плотность бетонной смеси ρбсм для заполнителей из плотных пород принимают равной 2400 кг/м3, а для карбонатных заполнителей – 2350 кг/м3. Рассчитывают расход песка  бсмП ρ Ц В r    , кг. (3.6) Рассчитывают расход крупного заполнителя бсмЩ ρ Ц В П    , кг. (3.7) Готовят пробный замес бетона рассчитанного состава, определяют формуемость смеси и ее фактическую среднюю плотность в уплот- ненном состоянии, после чего завершают подбор состава по фор- мулам (2.22)–(2.36) лабораторной работы № 2. 22 Расчет состава тяжелого бетона методом абсолютных объемов (метод профессора Б. Г. Скрамтаева) Одним из наиболее известных и распространенных методов расчета состава бетона является расчетно-экспериментальный метод «абсо- лютных объемов», разработанный профессором Б. Г. Скрамтаевым Метод базируется на двух взаимно дополняющих условиях. Во-пер- вых, считается, что свежеприготовленная бетонная смесь, уложенная в форму и уплотненная, не должна иметь пустот, то есть сумма абсо- лютных объемов всех составляющих исходных материалов в бетоне приближается к 1 м3. Во-вторых, цементно-песчаный раствор (смесь цемента, песка и воды) должен заполнять все пустоты в крупном за- полнителе с некоторой раздвижкой их зерен. Наложение этих двух условий позволяет рассчитывать расходы составляющих бетонной смеси. Особенностью метода является использование двух формул для расчета водоцементного отношения, то есть предполагается, что зави- симость прочности бетона от водоцементного отношения (или це- ментно-водного) изменяется в критической точке, равной 0,4. Методика выполнения расчетов Рассчитывают водоцементное отношение бетонной смеси   цб б цВЦ 0,5A ff А f    , д. ед. (3.8) Если водоцементное отношение получилось меньше 0,4, то его пересчитывают по следующей формуле:   1 цб б 1 цВЦ 0,5A ff А f    , д. ед., (3.9) где fц – активность цемента, МПа; fб – требуемая прочность бетона, МПа. Величины коэффициентов А и А1 назначают по таблице 3.3 в за- висимости от качества используемых заполнителей. 23 Таблица 3.3 – Значения коэффициентов А и А1 Заполнители бетона А А1 Высококачественные (мытые и фракционированные щебень и песок) 0,65 0,43 Рядовые 0,60 0,40 Пониженного качества (гравий и мелкий песок) 0,55 0,37 По таблице 3.4 в зависимости от марки бетонной смеси по удо- боукладываемости и свойств крупного заполнителя назначают таб- личный расход воды (Вт): Таблица 3.4 – Ориентировочный расход воды для бетонной смеси, кг/м3 Ж, с Расход воды, кг/м3, при крупности гравия и щебня, мм Гравий Щебень 10 20 40 10 20 40 П4 227 218 203 237 228 213 П3 217 208 193 227 217 204 П2 207 187 172 212 203 187 П1 190 175 160 200 190 175 Ж1 175 160 145 185 175 160 Ж2 165 150 135 175 165 150 Ж3 160 145 130 170 160 145 Ж4 150 135 125 160 150 135 Если нормальная густота цемента отлична от 27 %, то опреде- ленный по таблице 3.4 расход воды уменьшают на 3…5 кг на каж- дый процент менее 27 %, а если больше 27 %, то соответственно увеличивают. При изменении модуля крупности песка на каждые 0,5 в мень- шую сторону от 2,0 расход воды увеличивают на 3…5 кг, а если в большую сторону от 2,0, то соответственно уменьшают на 3…5 кг. Рассчитывают расход цемента  т б ВЦ ВЦ  , кг. (3.10) 24 Если расход цемента превышает 400 кг, то вначале увеличивают расход воды:  тВ В 0,1 Ц 400    , кг, (3.11) а затем пересчитывают расход цемента:  б ВЦ ВЦ  , кг. (3.12) По таблице 3.5 в зависимости от рассчитанного расхода цемента и водоцементного отношения определяют коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя цементно-песчаным раствором α. Таблица 3.5 – Значения коэффициента раздвижки зерен крупного заполнителя  для пластичных бетонных смесей Расход цемента, кг/м3 Значения коэффициента  при водоцементном отношении 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 250 – – – 1,26 1,32 1,38 300 – – 1,30 1,36 1,42 – 350 – 1,32 1,38 1,44 – – 400 1,31 1,40 1,46 – – – 500 1,44 1,52 1,56 – – – 600 1,52 1,56 – – – – Для жестких бетонных смесей при расходе цемента менее 400 кг/м3 коэффициент  принимают равным 1,05…1,15 (меньшая величина для мелких песков), а при расходе более 400 кг/м3 принимают равным не менее 1,10. Рассчитывают расход крупного заполнителя щн щ щ 1Щ 1 1 1           , кг, (3.13) 25 где ρщн – плотность крупного заполнителя в насыпном состоянии, кг/м3; ρщ – плотность крупного заполнителя в зернах, кг/м3. Рассчитывают расход песка п ц щ в Ц Щ ВП 1 ρρ ρ ρ          , кг, (3.14) где ρц – плотность цемента, кг/м3; ρп – плотность мелкого заполнителя в зернах, кг/м3. Рассчитывают плотность бетонной смеси бсмρ Ц П Щ В    , кг/м3. (3.15) Готовят пробный замесбетона рассчитанного состава, определя- ют формуемость смеси и ее фактическую среднюю плотность в уп- лотненном состоянии, после чего завершают подбор состава по фор- мулам (2.22)–(2.36) лабораторной работы № 2. Лабораторная работа № 4 ПРИГОТОВЛЕНИЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОРМОВОЧНЫХ СВОЙСТВ, СРЕДНЕЙ ПЛОТНОСТИ БЕТОННОЙ СМЕСИ, ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОНТРОЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ БЕТОНА Цель работы: практическое освоение студентами навыков и стан- дартных методик приготовления и испытаний бетонных смесей, за- крепление знаний о влиянии пластифицирующих добавок и водосо- держания на их свойства. На основании расчетов составов бетона, выполненных в лабора- торных работах № 2 и 3, готовят замесы для определения свойств смеси и изготовления контрольных образцов. После определения формуемости и фактической средней плотности полученной бетонной смеси каждого замеса изготавливают образцы бетона для контроля его физико-технических свойств. Используя вели- чины фактически установленной средней плотности (отформованной в мерном цилиндре) бетонной смеси и ее расчетную величину, полу- ченную при расчете составов бетона, для каждого из них завершают расчеты состава по формулам (2.22)–(2.36) лабораторной работы № 2. 26 Анализируют результаты определения формовочных свойств бе- тонной смеси. При необходимости требуемые формовочные харак- теристики бетонной смеси (подвижность, жесткость) обеспечивают изменением объема цементного теста, введением химических доба- вок, изменением соотношения крупного и мелкого заполнителей. Методика выполнения работы 1. Свойства бетонной смеси Удобоукладываемость (формуемость) бетонной смеси определя- ют в соответствии с положениями СТБ 1545–2005 [18], в части оп- ределения осадки стандартного конуса, или растекания конуса (при введении в смесь добавки-пластификатора), или жесткости (при умень- шении водосодержания расчетного состава на 10…25 %). Среднюю (фактическую) плотность бетонной смеси определяют в соответствии с положениями СТБ 1545–2005 [18]. Полученные данные сводят в таблицу 4.1, анализируют их, оце- нивают влияние пластифицирующих добавок и водосодержания на формовочные свойства бетонной смеси. Таблица 4.1 – Свойства бетонных смесей Номер состава Расход материалов на 1 м3 бетона, кг Подвиж- ность, см, или жест- кость, С Средняя плотность, кг/м3 це- мент ще- бень песок вода (В/Ц)б ρрасч ρфакт № 1 ОК То же (№ 1) с введением добавки-плас- тификатора ОК РК То же (№ 1) при снижении расхода воды на % Ж № 2 ОК № 3 ОК Примечание. Состав № 1 – расчет по методу проф. И. Н. Ахвердова; состав № 2 и № 3 – по методу НИИЖБ и проф. Б. Г. Скрамтаева соответственно. 27 Данные о средней (фактической) плотности бетонной смеси ис- пользуют для корректировки (при необходимости) расходов состав- ляющих бетона, определенных в работах № 2 и № 3, и окончания проектирования его состава (определение рабочего состава бетона, коэффициентов выхода бетона и объема замеса). 2. Изготовление контрольных образцов Контрольные образцы изготавливают по ГОСТ 10180–90 [19] из составов № 1, № 2 и № 3 по таблице 4.1 в обязательном порядке. С исследовательской целью изготавливают серии образцов из со- става № 1 с введением добавки-пластификатора, с уменьшением рас- хода воды (жесткая смесь), а также с уменьшением расхода воды при введении добавки-пластификатора и сохранении равноподвижности бетонной смеси на уровне исходной осадки конуса для состава № 1. Контрольные образцы изготавливают вибрированием на стандарт- ной лабораторной виброплощадке (амплитуда ~ 0,5 мм; частота ко- лебаний ~ 50 Гц). Условия твердения контрольных образцов до испытаний в проект- ном возрасте (28 сут) – нормально-влажностные по ГОСТ 10180–90 [19]. Лабораторная работа № 5 КОНТРОЛЬ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА РАЗРУШАЮЩИМ И НЕРАЗРУШАЮЩИМИ МЕТОДАМИ Цель работы: закрепление навыков определения прочностных ха- рактеристик бетона путем испытаний изготовленных образцов раз- рушающим методом и приобретение навыков контроля прочности бетона неразрушающими методами. Определение прочности бетона на сжатие разрушающим методом осуществляют в соответствии с требованиями ГОСТ 10180–90 [19], путем испытаний контрольных образцов бетона ранее рассчитанных составов (лабораторные работы № 2 и № 3). Одновременно, до начала нагружения образцов бетона, снимают показания для расчета его проч- ности механическими неразрушающими методами по СТБ 2264–2012 [20], ГОСТ 22690–88 [21], а также для ее определения ультразвуко- вым методом по ГОСТ 17624–87 [22]. 28 Полученные данные обрабатывают в соответствии со стандарт- ными методиками, анализируют, сопоставляя значения прочности бетона, установленные различными методами контроля. По заданию преподавателя рассчитывают коэффициент вариации прочности бетона по ГОСТ 10180–90 [19] и ГОСТ 18105–86 [23] и устанавливают класс бетона. Анализируют полученные результаты, формулируют выводы, оформляют их в виде заключения о точности определения прочно- сти бетона различными методами контроля. Методическое обеспечение работы Общие правила определения прочности бетона разрушающим методом Общие правила подготовки к испытаниям образцов В помещении для испытания образцов следует поддерживать тем- пературу воздуха в пределах 20±5 ºС и относительную влажность воздуха не менее 55 %. В этих условиях образцы должны быть вы- держаны до испытания в распалубленном виде в течение 24 ч, если они твердели в воде, и в течение 4 ч, если они твердели в воздушно- влажностных условиях или в условиях тепловой обработки. Образцы, предназначенные для испытаний для определения пере- даточной или распалубочной прочности бетона на сжатие в горячем состоянии, а также образцы, предназначенные для определения проч- ности на растяжение после водного твердения, следует испытывать без предварительной выдержки. Перед испытанием образцы подвергают визуальному осмотру, устанавливая наличие дефектов в виде околов ребер, раковин и ино- родных включений. Образцы, имеющие трещины, околы ребер глу- биной более 10 мм, раковины диаметром более 10 мм и глубиной более 5 мм (кроме бетона крупнопористой структуры), а также сле- ды расслоения и недоуплотнения бетонной смеси испытанию не под- лежат. Наплывы бетона на ребрах опорных граней образцов должны быть удалены напильником или абразивным камнем. Результаты осмотра записывают в журнал испытаний. В случае необходимости фиксируют схему расположения дефектов. 29 На образцах выбирают и отмечают грани, к которым должны быть приложены усилия в процессе нагружения. Опорные грани отформованных образцов-кубов, предназначенных для испытания на сжатие, выбирают так, чтобы сжимающая сила при испытании была направлена параллельно слоям укладки бетон- ной смеси в формы. Линейные размеры образцов измеряют с погрешностью не более 1 %. Результаты измерений линейных размеров образцов записывают в журнал испытаний. Отклонения от прямолинейности образующей образцов-цилиндров определяют с помощью поверочных плиты или линейки и щупом пу- тем установления наибольшего зазора между боковой поверхностью образца и поверхностью плиты ( 0,1 мм на 100 мм длиной). Отклонения от перпендикулярности смежных граней образцов- кубов и призм, а также опорных и боковых поверхностей цилинд- ров определяют по методике приложения 5 [19] ( 1 мм). Отклонения от плоскостности опорных поверхностей образцов определяют по методике приложения 5 [19] ( 0,1 мм). Если опорные грани образцов-кубов или образцов-цилиндров не удовлетворяют означенным требованиям, то они должны быть вы- равнены. Для выравнивания опорных граней применяют шлифова- ние или нанесение слоя быстротвердеющего материала толщиной не более 3мм и прочностью к моменту испытания не менее полови- ны ожидаемой прочности бетона образца. Перед испытанием образцы взвешивают с целью определения их средней плотности по ГОСТ 12730.1–78 [24]. Отклонения ее значе- ний для образцов серии не должны превышать 50 кг/м3. Общие правила проведения испытаний образцов Все образцы одной серии должны быть испытаны в расчетном возрасте в течение не более 1 ч. Перед установкой образца на пресс или испытательную машину удаляют частицы бетона, оставшиеся от предыдущего испытания на опорных плитах пресса. Шкалу силоизмерителя испытательной машины, пресс или испы- тательную установку выбирают из условия, что ожидаемое значение 30 разрушающей нагрузки будет находиться в интервале 20…80 % мак- симальной нагрузки, допускаемой выбранной шкалой. Нагружение образцов производят непрерывно со скоростью, обес- печивающей повышение расчетного напряжения в образце до его пол- ного разрушения в пределах 0,6±0,4 МПа/с при испытаниях на сжатие и в пределах 0,05±0,02 МПа/с при испытаниях на растяжение. При этом время нагружения одного образца должно быть не менее 30 с. Максимальное усилие, достигнутое в процессе испытания, прини- мают за разрушающую нагрузку и записывают в журнал испытаний. Разрушенный образец необходимо подвергнуть визуальному ос- мотру и отметить в журнале испытаний: характер разрушения; наличие крупных (объемом более 1 см3) раковин и каверн внутри образца; наличие зерен заполнителя размером более 1,5 dmax, комков гли- ны, следов расслоения. Результаты испытаний образцов, имеющих перечисленные де- фекты структуры и характер разрушения, учитывать не следует. Определение прочности бетона на сжатие При испытании на сжатие образцы-кубы и образцы-цилиндры уста- навливают одной из выбранных граней на нижнюю опорную плиту пресса (или испытательной машины) центрально относительно его про- дольной оси, используя риски, нанесенные на плиту пресса, дополни- тельные стальные плиты или специальное центрирующее устройство. Между плитами пресса и опытными поверхностями образца до- пускается прокладывать дополнительные стальные опорные плиты. Образцы-половинки призм при испытании на сжатие помещают между двумя дополнительными стальными плитами. Дополнитель- ные плиты центрируют относительно оси пресса, используя риски, нанесенные на плиту пресса, и дополнительные стальные плиты, или специальное центрирующее устройство. После установки образца на опорные плиты пресса (дополни- тельные стальные плиты) совмещают верхнюю плиту пресса с верх- ней опорной гранью образца (дополнительной стальной плитой) так, чтобы их плоскости полностью прилегали одна к другой. Далее на- чинают нагружение. 31 В случае разрушения образца по одной из дефектных схем (по приложению 7 [19]) при определении средней прочности серии этот результат не учитывают. Обработка результатов Прочность бетона на сжатие следует вычислять с точностью 0,1 МПа для каждого образца по формуле i Ff A    , МПа, (5.1) где  – масштабный коэффициент; F – разрушающая нагрузка, Н; А – площадь поперечного сечения, мм. Значения масштабных коэффициентов  для образцов-кубов и об- разцов-цилиндров определяют по приложению 11 [19] или принима- ют по следующим данным ГОСТ 10180–90 [19]. Для образцов-кубов с ребром (при определении призменной проч- ности на образцах в виде «квадратных» призм – сторона) размером 70; 100; 150; 200 и 300 мм – соответственно 0,85; 0,95; 1,00; 1,05 и 1,10, доли ед. Для образцов-цилиндров с размерами (диаметр × высоту) – 100 × 200; 150 × 300; 200 × 400 и 300 × 600 мм – соответственно 1,16; 1,20; 1,24 и 1,28. Прочность бетона в серии образцов определяют как среднее ариф- метическое значение в серии: – из двух образцов – по двум образцам; – из трех образцов – по двум наибольшим; – из четырех образцов – по трем наименьшим; – из шести образцов – по четырем наибольшим по прочности об- разцам. При отбраковке дефектных образцов прочность бетона в серии образцов определяют по всем оставшимся образцам, если их не ме- нее двух. Результаты испытаний серии из двух образцов при отбраковке одного образца не учитывают. 32 Определение среднего внутрисерийного коэффициента вариации прочности бетона Цель определения – оценка величины отклонений в значениях прочности бетона «внутри» серии, оценка требуемого количества испытываемых образцов и уровня производства. Средний внутрисерийный коэффициент вариации прочности бе- тона VS, %, определяют по результатам испытания любых последова- тельных 30 серий образцов бетона одного класса. Для этого опреде- ляют размах WS, в каждой серии, а также средний размах WS, МПа, и среднюю прочность fcS, МПа, по всем 30 сериям по формулам: , max , minSj c i c iW f f  ; (5.2) 30 1 / 30S Sj l W W    ; (5.3) 30 1 / 30cS Sj l f f    ; (5.4) S S S WV dR  , (5.5) где , maxc if и , minc if – максимальное и минимальное значения проч- ности бетона в каждой серии образцов, МПа; Sjf , SjW – средняя прочность и размах прочности бетона в каж- дой серии образцов, МПа; d – коэффициент, принимаемый в зависимости от числа образ- цов n в серии: при n = 2 d = 1,13; n = 3 d = 1,69; n = 4 d = 2,06; n = 6 d = 2,50. 33 Общие правила определения прочности бетона неразрушающими методами Основные правила контроля прочности бетона в конструкциях При контроле неразрушающими методами для определения от- пускной или передаточной прочности бетона сборных конструкций от партии отбирают 10 %, но не менее трех конструкций. Для определения прочности бетона монолитных конструкций не- разрушающими методами в промежуточном возрасте контролируют не менее одной конструкции из объема бетона, уложенного в тече- ние каждых суток (или часть конструкции в случае, когда ее бето- нирование производится более 1 сут). На каждой сборной конструкции, отобранной для определения прочности бетона неразрушающими методами, назначают не менее двух, а для монолитной – не менее четырех контролируемых участков. Число и расположение контролируемых участков должно указы- ваться проектной организацией в рабочих чертежах конструкций в зависимости от геометрических размеров, назначения и техноло- гии их изготовления и быть не менее: для линейных конструкций – одного участка на 4 м длины; для плоских конструкций, за исключением монолитных конст- рукций сплошных стен – одного участка на 4 м2 площади; для монолитных конструкций сплошных стен – одного участка на 8 м2 площади. При отсутствии указаний в рабочих чертежах контролируемые участки устанавливаются изготовителем по согласованию с проект- ной или научно-исследовательской организацией. Число измерений, выполняемых на каждом контролируемом уча- стке, принимают по действующим стандартам на методы неразрушаю- щего контроля. Дополнительные требования к контролю прочности бетона неразрушающими методами За единичное значение при неразрушающем контроле принимают: при контроле конструкций плоских и многопустотных плит пе- рекрытий и покрытий, дорожных плит, панелей внутренних несу- щих стен, стеновых блоков, а также напорных и безнапорных труб – среднюю прочность бетона конструкции, вычисленную как среднее 34 арифметическое значение прочности бетона контролируемых уча- стков конструкции; во всех остальных случаях, включая монолитные и сборно-моно- литные конструкции – среднюю прочность бетона контролируемого участка конструкции (или часть монолитной, сборно-монолитной конструкции). Контроль прочности бетона неразрушающими методами (ультра- звуковым, импульсным или механическими) в случае, когда за еди- ничное значение принимается средняя прочность бетона конструк- ции, проводят с использованием градуировочной зависимости, пред- варительно установленной в соответствии с требованиями действую- щих государственных стандартов на эти методы. Контроль прочности бетона неразрушающими методами в случае, когда за единичное значение принимается средняя прочность бетона контролируемого участка (в основном для монолитных конструк- ций), проводят с использованием поправочного коэффициента Kп в формуле для расчета значения среднего квадратичного отклонения (при определении коэффициента вариации прочности бетона). Его определяют перед началом перехода на эти методы при каждом изменении номинального состава бетона, технологии изготовления конструкции, вида применяемых материалов, при каждой новом уста- новлении градуировочной зависимости, но не реже одного раза в год. Коэффициент Kп вычисляют по формуле оп н.м VK V  , (5.6) где оV – коэффициент вариации прочности бетона тех же образцов, испытанных нагружением для установления градуировочной зави- симости; н.мV – коэффициент вариации прочности бетона всех серий об- разцов, испытанных неразрушающими методами для установления градуировочной зависимости. Основные положения расчета поправочного коэффициента Kп из- ложены в ГОСТ 18105–86 [23]. При выполнении настоящей лабораторной работы студенты при- нимают значение Kп  1,0 либо соответствующие установления, при- 35 веденные в стандарте или рекомендациях к применению используемо- го метода (прибора) неразрушающего контроля прочности бетона. Испытания бетона и оформление результатов Определение прочности бетона на сжатие разрушающим методом Для определения прочности бетона на сжатие используют образ- цы-кубы или образцы-цилиндры, изготовленные в процессе выпол- нения лабораторных работ № 2, № 3 и № 4. Выполняют все необхо- димые действия и работы в соответствии с ранее изложенными ме- тодическими положениями по подготовке образцов к испытаниям и проведению испытаний. Их результаты записывают в журнал ис- пытаний по следующей форме. Вид бетона, проектный (расчетный) класс, формуемость (подвиж- ность) бетонной смеси, из которой он изготовлен: _______________ Номинальные размеры образцов: ___________________________ Дата изготовления: ______________________________________ Дата испытания и возраст образцов в сут: ____________________ Таблица 5.1 – Данные испытаний № п/п Определения и характеристики Номер образцов Среднее значение1 2 3 … 1 Масса образца, г х 2 Размеры образца, мм х 3 Средняя плотность бетона, кг/м3 х 4 Площадь поперечного сечения образ- ца, см2 х 5 Показания силоизмерителя, ед.* х 6 Разрушающая нагрузка, н (кН) х 7 Прочность бетона, МПа 8 Прочность бетона, МПа, приведенная к базовому стандартному образцу (масштабный коэффициент  = ) х х х х 9 Прочность бетона, МПа, приведенная к стандартному возрасту (28 сут)** х х х х ____________________ * Форма записи  в зависимости от типа испытательной машины. ** В случае если испытания проводят на образцах не 28 суточного возраста (в возрасте n, сут), приводят формулу перерасчета fc,n = fc,28 · lgn / lg28. 36 Анализируют полученные данные, делают вывод о соответствии (или не соответствии) прочности бетона расчетному значению. При отклонении прочности бетона от расчетной дают анализ воз- можных причин и намечают мероприятия по устранению установ- ленного несоответствия. Определение прочности бетона на сжатие неразрушающим методом Прочность бетона неразрушающим методом (принятым при вы- полнении работы) определяют на образцах до испытания их на сжа- тие, используя стандартные (рекомендуемые) тарировочные данные. Полученные результаты записывают в журнал испытаний с учетом данных стандарта или рекомендаций на применение метода по сле- дующей форме. Вид бетона, проектный (расчетный) класс и формуемость (подвиж- ность) бетонной смеси, из которой он изготовлен: _______________ Вид конструкции (образцов), размеры: ______________________ Число контролируемых участков: __________________________ Количество измерений на контролируемом участке: ___________ Вид (тип) и характеристика метода (прибора) контроля: ________ Дата испытаний бетона и возраст в сут: _____________________ Таблица 5.2 – Данные испытаний № п/п Определения и характеристики Показания прибора при измерении, ед. изм. Прочность бетона, МПа 1 2 3 4 5 … 1 2 3 4 5 … Сред-няя 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 Номер контролируемого участка: № 1 № 2 № 3 … 2 Средняя прочность бето- на конструкции (контро- лируемого участка), МПа х х х х х х х х х х х х 37 Окончание таблицы 5.2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 Прочность бетона, МПа, приведенная к стандарт- ному возрасту (28 сут) х х х х х х х х х х х х 4 Прочность бетона, МПа, установленная при испы- тании образцов разру- шением х х х х х х х х х х х х Анализируют полученные результаты определения прочности бе- тона неразрушающим и разрушающим методами, делают и оформ- ляют соответствующие выводы: о соответствии полученных резуль- татов испытаний; о возможном влиянии различных факторов на точ- ность определений; о достоверности определения по стандартным тарировочным графикам (данным) и др. Определение прочностных характеристик бетона нестандартизированными методами испытаний Метод определения прочности бетона при растяжении посредст- вом раскалывания образцов-кубов по граням прост, и одним из пре- имуществ этого метода является то, что с помощью одной и той же серии образцов можно определить предел прочности бетона при одноосном растяжении, при срезе и при сжатии. В обычном случае это потребовало бы не менее трех серий образцов. Определение этих характеристик на одном и том же образце производится в сле- дующем порядке. Прочность бетона при одноосном растяжении, срезе и сжатии Для определения предела прочности при одноосном растяжении образцы раскалывают под фиксируемыми усилиями пресса с помо- щью приспособления, состоящего из двух стальных пластинок, имею- щих продольное ребро (нож; допускается – несмещаемый в процес- се испытаний стержень Ø 5…6 мм), проходящее вдоль всей поверх- ности образца и имеющее ширину 5…6 мм с закруглением. Плас- 38 тинки устанавливаются снизу и сверху образца ребром к образцу и тыльной гладкой стороной к плитам пресса, создавая при этом ли- нейно распределённую нагрузку. Необходимо следить, чтобы ребра обеих пластинок находились в одной общей вертикальной плоско- сти и прилегали по всей длине к поверхности образца. Кроме того, центральная ось пластинок и образца должна при испытании совпа- дать с осью поршня пресса. При доведении нагрузки до разрушаю- щей образец раскалывается на две равные половинки. Предел прочности бетона при растяжении вычисляется по формуле 2сtm Pf K  , МПа. (5.7) Предел прочности бетона при срезе Rср при известной величине предела прочности бетона на одноосное растяжение Rр определяет- ся по формуле cp p2cm f R , МПа. (5.8) Следует отметить, что масштабный фактор при испытании бетона раскалыванием практически не имеет значения. Образцы с ребрами разных размеров показывают одинаковую прочность. После определения предела прочности бетона при растяжении расколотый на две половинки образец используется для определе- ния предела прочности при сжатии. Для этого обе половинки про- дуваются (для удаления отслоившихся при расколе частиц), тщательно складываются, образец поворачивается на 90° так, чтобы плоскость раскола была перпендикулярна направлению сжатия, убираются рас- калывающие приспособления, и образец на том же прессе испыты- вается на сжатие. Установлено, что испытанные таким способом образцы показы- вают при сжатии такую же прочность, как целые (соотносят резуль- таты этих испытаний с данными, полученными в этом подразделе на образцах-аналогах). Определение прочности бетона при растяжении, срезе и сжатии на одном и том же образце, кроме значительного упрощения испытаний, 39 позволяет точнее оценить соотношение важнейших прочностных ха- рактеристик бетона, поскольку значительно сокращается влияние его неоднородности. Данные испытаний заносят в таблицу 5.3. Вид бетона, проектный (расчетный) класс, формуемость (подвиж- ность) бетонной смеси, из которой он изготовлен: ____________ Номинальные размеры образцов: ___________________________ Дата изготовления: ______________________________________ Дата испытания и возраст образцов в сут: ____________________ Таблица 5.3 – Определение прочности бетона на одноосное растяжение, на срез и сжатие поперечным раскалыванием образцов Определения № кубов 1 2 3 … Среднее значение Разрушающее усилие при раскалывании, кН Предел прочности при растяжении, МПа Предел прочности при срезе, МПа Разрушающее усилие при сжатии, кН Предел прочности при сжатии, МПа Прочность бетона при двухосном растяжении Для определения предела прочности при двухосном растяжении применяется приспособление, состоящее из двух стальных пластин с вваренными посередине стальными шарами диаметром 24 мм. Ис- пытание производится на прессе путем раскалывания образцов-ку- бов сосредоточенной нагрузкой, передаваемой образцам от пресса через шары. Для чего образцы бетона располагают между двумя пластинами с шарами, ориентированными соосно: геометрическая (вертикальная) ось образца бетона, нижнего и верхнего шаров и ось штока пресса. 40 Предел прочности бетона при двухосном растяжении по формуле др 2 3 2ctm Рf   , МПа. (5.9) Отношение предела прочности бетона при двухосном растяже- нии к пределу прочности при одноосном растяжении для тяжелого бетона должно быть близким 0,55. Поскольку лабораторная работа № 5 является завершающей из предыдущих четырех работ по проектированию и проверке соста- вов бетона, в конце необходимо сделать заключение о качестве за- проектированного состава бетона различными методами. Результаты испытаний заносят в таблицу 5.4, обрабатывают и ана- лизируют. Вид бетона, проектный (расчетный) класс, формуемость (подвиж- ность) бетонной смеси, из которой он изготовлен: _______________ Номинальные размеры образцов: ___________________________ Дата изготовления: ______________________________________ Дата испытания и возраст образцов в сут: ____________________ Таблица 5.4 – Определение предела прочности бетона на двухосное растяжение Определения № кубов 1 2 3 … Среднее значение Разрушающее усилие при раскалывании, кН Предел прочности при двухосном растя- жении, МПа Анализируют результаты испытаний, формулируют заключение о качестве запроектированных составов бетона, точности методов их расчета. 41 Лабораторная работа № 6 РАСЧЕТ СОСТАВА ЛЕГКОГО БЕТОНА НА ПОРИСТЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЯХ Цель работы: освоить методику расчета состава легкого конст- рукционного и конструкционно-теплоизоляционного бетона на по- ристых заполнителях. Методика выполнения расчетов Рассчитывают пустотность крупного заполнителя (аглопоритово- го щебня или керамзитового гравия) в виброуплотненном состоянии кзвкз кз 1m    , д. ед., (6.1) где кзв – плотность крупного заполнителя в виброуплотненном со- стоянии, кг/м3; кз – плотность крупного заполнителя в зернах (может быть принята равной для аглопоритового щебня 1350, для керамзитового гравия 900 или определена экспериментально), кг/м3. Рассчитывают пустотность мелкого заполнителя (кварцевого, агло- поритового или керамзитового песка) в виброуплотненном состоянии мзвмз мз 1m    , д. ед., (6.2) где мзв – плотность мелкого заполнителя в виброуплотненном со- стоянии, кг/м3; мз – плотность мелкого заполнителя в зернах (может быть при- нята равной для аглопоритового песка 1900, для керамзитового 1600 или определена экспериментально), кг/м3. Исходя из технологических особенностей формования изделий и марки бетонной смеси по удобоукладываемости, по таблице 6.1 на- значают объем крупного заполнителя Vкз в 1 м3 его смеси с песком. 42 При расчетах составов конструкционно-теплоизоляционных лег- ких бетонов на керамзитовом гравии допускается принимать его ис- ходный объем равным 1 м3 с последующей корректировкой в соот- ветствии с настоящей методикой. Таблица 6.1 – Рекомендуемые значения Vкз, м3 Условия формования изделий Марка бетонной смеси по удобоукладываемости Ж1…Ж4 П1 П2 П3* Горизонтальное формова- ние на виброплощадках или уплотнение глубин- ными вибраторами 0,85…0,90 0,83…0,85 0,80…0,83 – В формах высотой до 1,5 м с навесными вибраторами или на кассетно-конвейер- ных линиях 0,75…0,85 0,80…0,83 0,75…0,80 – Стенд-кассеты, объемно- блочные элементы в стенд- формах и на «каруселях» и пр. – – – 0,75…0,80 Виброштампование, вибро- прокат, вальцевание, роли- ковое формование и пр. 0,75…0,78 0,73…0,75 – – Нагнетательные методы, экструзия, пресс-вакууми- рование, пневмотранспорт бетонной смеси – 0,70…0,73 0,65…0,70 0,60…0,65 * Большие значения подвижности бетонной смеси следует обеспечи- вать за счет применения пластифицирующих добавок. Рассчитывают объем песка в виброуплотненном состоянии  мз кз кз1 1V V m    , д. ед. (6.3) Рассчитывают пустотность смеси заполнителей в виброуплотнен- ном состоянии см мз мзm V m  , д. ед. (6.4) 43 Рассчитывают расход крупного заполнителя кз кзвКЗ V  , кг. (6.5) Рассчитывают расход мелкого заполнителя мз мзвМЗ V  , кг. (6.6) Рассчитывают удельную поверхность крупного заполнителя  фкз 40 20 10 5 удкз 2 4 8 S 100 k F F F F       , м2/кг, (6.7) где kфкз – коэффициент формы зерен крупного заполнителя (может быть принят для аглопоритового щебня 1,9…2,0 и керамзитового гравия 1,7…1,8, м2/кг); F40, F20, F10, F5 – частные остатки крупного заполнителя на ситах 40, 20, 10, 5 мм, %. Рассчитывают удельную поверхность мелкого заполнителя   удмз фмз 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 0,16 22 4 8 16 32 ,м кг, 100 S k F F F F F F             (6.8) где kфмз – коэффициент формы зерен мелкого заполнителя (может быть принят для кварцевого песка 1,3…1,5, аглопоритового 1,6…1,8 и ке- рамзитового 1,4…1,6, м2/кг); F2,5, F1,25…F<0,16 – частные остатки мелкого заполнителя на ситах 2,5, 1,25… менее 0,16 мм, %. Рассчитывают площадь поверхности смеси заполнителей см удкз удмзКЗ МЗS S S    , м2. (6.9) Рассчитывают толщину пленки цементного теста на смазывание каждого зерна крупного и мелкого заполнителей (): 44 – при поверхности смеси заполнителей 8000 м2 и менее  0 0,5 ОК 1      , мкм, (6.10) – при поверхности смеси заполнителей 8000 м2 и более    0 см0,00025 8000 0,5 ОК 1S         , мкм, (6.11) где 0 – начальная толщина пленки цементного теста на смазывание каждого зерна смеси заполнителей, принимаемая равной для агло- поритового щебня и керамзитового гравия 15,5 и 14,5 мкм соответ- ственно; ОК – подвижность (осадка конуса) бетонной смеси, см. Для же- стких бетонных смесей ОК принимают равной 1 см. Рассчитывают объем бетонной смеси 6б см1 1 10V S      , м3. (6.12) Рассчитывают объем цементного теста 6см смт б 1 1 10m SV V       , м3. (6.13) Пересчитывают расход крупного заполнителя б КЗКЗ' V  , кг. (6.14) Пересчитывают расход мелкого заполнителя б МЗМЗ' V  , кг. (6.15) Рассчитывают общую водопотребность крупного заполнителя кзкзобщВ КЗ' 100 W  , кг, (6.16) 45 где Wкз – водопоглощение крупного заполнителя, % (определяют экс- периментально, но может быть принято равным для аглопоритового щебня 8…10, а для керамзитового гравия 18…20 %). Рассчитывают общую водопотребность мелкого заполнителя мзмзобщВ МЗ' 100 W  , кг, (6.17) где Wмз – водопоглощение мелкого заполнителя, % (определяют экс- периментально, но может быть принято равным для кварцевого пес- ка 4,5, а для аглопоритового и керамзитового 10…15 %). Рассчитывают количество воды, поглощенное зернами крупного заполнителя кзпогл кзпогл кзобщВ Вk  , кг, (6.18) где kкзпогл – коэффициент перехода от общей водопотребности круп- ного заполнителя к поглощенной, д. ед. (может быть принят равным для аглопоритового щебня 0,7, а для керамзитового гравия 0,8). Рассчитывают количество воды, поглощенное зернами мелкого заполнителя мзпогл мзпогл мзобщВ Вk  , кг, (6.19) где kмзпогл – коэффициент перехода от общей водопотребности мел- кого заполнителя к поглощенной, д. ед. (может быть принят равным для кварцевого песка 0,3, аглопоритового 0,75 и керамзитового 0,65). Рассчитывают истинное (без учета воды, поглощенной зернами заполнителей) водоцементное отношение бетона   з цист бВЦ k k ff       , д. ед, (6.20) где ,  – коэффициенты, зависящие от особенностей технологии про- изводства изделий и для вибрированного и центрифугированного бе- 46 тона без активации цементного теста и без применения добавок ус- корителей твердения, равные 0,248 и 0,092 соответственно; kз – коэффициент, учитывающий свойства заполнителей и равный: – для аглопоритового щебня и кварцевого песка 0,90; – для аглопоритового щебня и пористого песка 0,85; – для керамзитового гравия и кварцевого или пористого песка  з кз0,25 0,000875 400k      , д. ед.; (6.21) k – коэффициент, зависящий от толщины пленки цементного тес- та на смазывание каждого зерна смеси заполнителей () и равный  01 0,1k       , д. ед.; (6.22) fц – активность цемента, МПа. Рассчитывают расход цемента  твв истц в Ц 1 1ВЦ V k         , кг, (6.23) где kвв – коэффициент, учитывающий воздухововлечение бетонной смеси и принимаемый равным 1,03 и 1,02 для аглопорито- и керам- зитобетонных смесей соответственно; ц – плотность цемента, кг/м3; в – плотность воды, кг/м3. Рассчитывают расход воды   кзпогл мзпоглистВВ Ц В ВЦ    , кг. (6.24) Рассчитывают уточненный объем бетонной смеси  б1 истц мз кз вЦ МЗ' КЗ' ЦВЦV         , м3, (6.25) 47 Уточняют расход цемента 1 б1 ЦЦ V  , кг. (6.26) Уточняют расход мелкого заполнителя 1 б1 МЗ'МЗ V  , кг. (6.27) Уточняют расход крупного заполнителя 1 б1 КЗ'КЗ V  , кг. (6.28) Уточняют расход воды 1 б1 ВВ V  , кг. (6.29) Определяют расчетную среднюю плотность бетонной смеси бср 1 1 1 1Ц МЗ КЗ В     , кг/м3. (6.30) Определяют расчетную среднюю плотность бетона в высушенном состоянии б 1 1 11,15 Ц МЗ КЗ     , кг/м3. (6.31) Готовят пробный замес, определяют формуемость и фактическую среднюю плотность бетонной смеси, корректируют расчет состава по формулам (2.22)–(2.36) лабораторной работы № 2. 48 Лабораторная работа № 7 ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ВИБРОУПЛОТНЕНИЯ БЕТОНА Цель работы: приобретение навыков оценки параметров вибри- рования (амплитуды и частоты колебаний, виброскорости и вибро- ускорения) и расчета интенсивности, эффективности и продолжи- тельности виброуплотнения бетона. Методика выполнения работ Определение амплитуды и частоты колебаний производят с по- мощью вибротесторов в пяти точках плиты лабораторной стандарт- ной виброплощадки по схеме на рисунке 7.1. •1 •2 •5 •4 •3 Рисунок 7.1 – План плиты лабораторной виброплощадки Точки № 1–№ 4 должны находиться над опорными пружинами плиты виброплощадки; точка № 5 – в ее геометрическом центре. По- лученные с помощью вибротестора данные заносят в таблицу 7.1. При съеме показаний замеры выполняют в процессе устойчивой работы виброплощадки, т. е. исключая период ее «включения-вы- ключения». Таблица 7.1 – Параметры вибрирования виброплощадки Точки замеров Амплитуда колебания А, мм Частота колебаний f, Гц Отклонение от стан- дартных величин Применение ∆А, мм ∆ f, Гц 1 2 3 4 5 Среднее значение по точкам № 1–№ 4 49 На основании полученных результатов дается оценка соответст- вия установленных параметров вибрирования стандартным: Аст = = 0,5±0,05 мм; fст = 2900±100 кол./мин или fст ~ 48,3±1,7 Гц (СТБ 1545– 2005 [18]). При отклонении установленных параметров вибрирования за пре- делы указанных допусков намечают мероприятия по устранению недостатков (корректировка усилия сжатия опорных пружин, изме- нение возмущающей силы дебалансов и пр.). Расчет интенсивности, эффективности вибрирования и времени уплотнения бетона. Интенсивность вибрирования. Произведение скорости: А  f на ускорение А  f2 есть интенсивность вибрирования (И), или: И = А2 × f3, см2/с3, (7.1) где А – амплитуда, см; f – частота, Гц или кол./с. Интенсивность вибрирования определяют по фактическим данным таблицы 7.1. Для стандартных амплитуды колебаний (А ~ 0,05 см) и частоты (f ~ 49 Гц) интенсивность соответствует Ист ~ 312 см2/с3. Чем ниже подвижность (ОК) или выше жесткость (Ж) смеси, тем больше должна быть (И) для качественного уплотнения бетона. Взаи- мосвязь параметров вибрирования и интенсивности отражена гра- фическими зависимостями (рисунок. 7.2). Эффективность вибровоздействия. Эффективность (Э) уплотне- ния, интенсивность и время вибрирования (в) связаны зависимостью: И11 ~ И22 ~ Иnn или ивЭ~Иn   , (7.2) то есть эффективность вибровоздействия связана с величиной (И) и (в) прямой зависимостью. Равный эффект может быть обеспечен разными интенсивностями (И1, И2, … , Иn) и временем уплотнения (1, 2, … ,n). 50 Ри Коэ степен при ме хововл 6…1 % Вре мя ви В. П. Л где K Kв ~ 0 венно сунок 7.2 – Соотно при р ффициент упло ь уплотнения: K ньших значения ечение (расчетн при условии до мя вибрировани брирования рас укьянова: в – коэффициент ,05…0,02 при ча , доли ед.; шение между ампли азличной интенсивн тнения бетона см 0факт упл бсм   ≈ 0, х для жестких с ое) для приведе стоверности по я. Необходимое считывают по бв в о 1t K    , зависящий о стоте колебаний тудами и частотами ости вибрации характеризует 94…0,99, месей. Соответс нных значений дбора состава бе для уплотнени формуле И. Н. р.с , с,V т параметров в f ~ 50…  200 колебаний качество или (7.3) твенно возду- Kупл составит тона. я бетона вре- Ахвердова – (7.4) ибрирования, Гц соответст- 51 бо – предельное напряжение сдвига бетонной смеси, Па, кото- рое рассчитывают по данным подбора состава бетона (формула (7.5)). Его значение в расчетах может быть принято (при отсутствии рас- четных данных) для бетонных смесей подвижностью марок П1…П4 в пределах 1500…500 Па соответственно; р.сV – объем (м3) растворной составляющей в бетоне, равный ар.с щ1V V  или зр.с щ1 Щ /V    , где ащV – абсолютный объем щеб- ня в бетоне при его содержании (расходе) в 1 м3, равном Щ, кг, и плотности зерен горной породы зщ . Рассчитывают значение предельного напряжения сдвига бетон- ной смеси б0 по формуле 3п щ щб 2 3нг 0 cм ц.г 3нг ц.г п п ц.г 4 2 см (1 П )1 ( ) (1 П ) 10 , Па (Н/м ), V VХ K r gХ K V V V S                  (7.5) где п п щ Vr V V    – относительное содержание песка в суммарном объеме заполнителей (д. ед.); g = 9,806 м/с2, ускорение свободного падения; 3см – средняя плотность зерен смеси заполнителей; для кварце- вого песка и гранитного щебня примерно соответствует 2670 кг/м3; ц.г – средняя плотность цементного теста, в расчетах допуска- ется принимать примерно равной 1850, 1950, 2050 кг/м3 для смесей с ОК = 6…10 см, до 5 см и жестких соответственно. Прочие обозначения соответствуют принятым в расчете состава бетона. 52 Лабораторная работа № 8 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВА БЕТОНА С ХИМИЧЕСКИМИ ДОБАВКАМИ Цель работы: освоение упрощенных методик расчета бетона с при- менением пластифицирующих и иных химических добавок Общая методика выполнения расчетов Рассчитывают водоцементное отношение   з цб б0,3В 0,08,Ц k ff   д. ед., (8.1) где kз – коэффициент, учитывающий влияние крупного заполнителя на прочность бетона (для щебня равен 1,0, а для гравия 0,9); fц – активность цемента, МПа; fб – требуемая прочность бетона в проектном возрасте, МПа. Рассчитывают объем цементного теста     3окт 2 б 3 б В0,07 ,Ц ВЦ kV        м3. (8.2) Коэффициент kок для подвижной смеси (ОК, см): 0,1ок 0,17 ОКk   , (8.3) а для жесткой (Ж, с): ок 0,1 0,2 Жk  . (8.4) 53 Определяют расход цемента  т б ц в Ц ВЦ1 V   , кг, (8.5) где ц, в – плотность цемента, воды соответственно, кг/м3. Рассчитывают расход воды  бВВ Ц Ц  , кг. (8.6) Определяют долю песка в смеси заполнителей для подвижной смеси (ОК, см)    230 т80 0,2 1,4 ОК 1r r V       , %, (8.7) для жесткой (Ж, с)    230 т80 0,2 0,75 Ж 5r r V       , %, (8.8) где rо – начальная доля песка в смеси заполнителей (для конструк- ций с обычным армированием принимается равным 40 %, а для гус- тоармированных – 45 %). Определяют расход мелкого заполнителя т п 1П 1 100 V r   , кг, (8.9) где п и щ – плотность в зернах песка (около 2630) и щебня (около 2670) соответственно, кг/м3. Определяют расход крупного заполнителя Щ П 100Щ П 1 r          , кг. (8.10) 54 Расчетная плотность бетонной смеси представляет собой сумму всех компонентов бсм Ц П Щ В     , кг/м3. (8.11) Методика выполнения расчетов для разных вариантов проектирования состава бетона с пластифицирующими добавками Рассчитывают возможное сокращение расхода воды в бетоне с пла- стифицирующей добавкой при сохранении заданной удобоукладывае- мости бетонной смеси:    1,7 2п т 3б 0,5В 1 0,0015ВЦ Dk V С А       , %, (8.12) где kп – коэффициент пластификации, зависящий от группы эффек- тивности (по СТБ 1112–98) пластифицирующей добавки и удобоук- ладываемости бетонной смеси; D – дозировка пластифицирующей добавки по сухому веществу, % от массы цемента; С3А – содержание С3А в цементе, %. Коэффициент пластификации при осадке конуса (ОК, см) бетон- ной смеси п эф 2 ОКk k   , %, (8.13) а при жесткости (Ж, с) бетонной смеси п эф 0,5 Жk k   , %. (8.14) В (8.13) и (8.14) коэффициент эффективности пластифицирую- щей добавки (kэф), например, для добавок первой группы равен 70, для гиперпластификаторов 120. Рассчитывают расход воды в бетонной смеси с пластифицирую- щей добавкой при сохранении заданной удобоукладываемости смеси д ВВ В 1 100       , кг. (8.15) 55 Если пластифицирующую добавку вводят с целью повышения физико-механических характеристик бетона, то вначале пересчиты- вают водоцементное отношение бетонной смеси с добавкой при со- хранении величины расхода цемента:   дд ВВЦ Ц , д. ед. (8.16) Затем пересчитывают прочность бетона   цб б 0,3 В 0,08Ц зk ff    , МПа. (8.17) Затем по приведенной выше таблице в зависимости от водоце- ментного отношения бетонной смеси с добавкой определяют моро- зостойкость и водонепроницаемость бетона с добавкой (при нали- чии требований по данным параметрам). Далее увеличивают расход песка для компенсации уменьшения объема бетонной смеси из-за снижения расхода воды   пд дП П В В 1000    , кг. (8.18) Расход щебня не меняется. Плотность бетонной смеси бсм д дЦ П Щ В     , кг/м3. (8.19) Если пластифицирующую добавку вводят с целью экономии рас- хода цемента при сохранении водоцементного отношения, удобо- укладываемости бетонной смеси и физико-механических характери- стик бетона, то пересчитывают расход цемента:  дд ВЦ ВЦ , кг. (8.20) 56 Затем увеличивают расход песка для компенсации уменьшения объема бетонной смеси из-за снижения расходов воды и цемента:    п пд д д ц П П В В Ц Ц 1000          , кг. (8.21) Пересчитывают расчетную плотность бетонной смеси с пласти- фицирующей добавкой: бсм д д дЦ П Щ В     , кг/м3. (8.22) Далее во всех случаях по фактическому значению средней плот- ностью отформованной бетонной смеси завершают расчет состава бетона по формулам (2.22)–(2.36) лабораторной работы № 2. Лабораторная работа № 9 МНОГОФАКТОРНЫЙ МЕТОД ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОСТАВА ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА С ПОМОЩЬЮ ЭВМ Данный метод позволяет проектировать составы тяжелого бето- на с учетом достоверных закономерностей, полученных в настоя- щее время в технологии бетона. Цель расчетов – получение состава бетонной смеси требуемой марки по удобоукладываемости, а также бетона заданного класса бетона по прочности на сжатие, марок по морозостойкости и водонепроницаемости в проектном возрасте. Адап- тирован для проектирования состава бетона как естественного твер- дения, так и подвергаемого тепловой обработки с отпускной проч- ностью бетона 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 и 100 % от проект- ной. Требуемая прочность бетона рассчитывается по коэффициенту вариации для данного изделия. Метод дает возможность дополнитель- но рассчитывать модуль упругости бетона, учитывать многочисленные свойства цемента (завод-производитель, минералогический состав и удельную поверхность, активность, нормальную густоту, плот- ность), крупного заполнителя (вид, наибольшую крупность зерен, 57 фракционный состав, прочность и модуль упругости породы, содер- жание мелких фракций, ила, глины и пыли), мелкого заполнителя (вид, модуль крупности, содержание крупных фракций, ила, глины и пыли). Метод позволяет варьировать видом и количеством вводи- мых химических добавок – пластифицирующих, воздухововлекаю- щих и ускорителей твердения. Применительно к производственно- му составу рассчитывают расходы компонентов бетонной смеси в зависимости от ее потребного объема, влажности заполнителей, характеристик приготовленных растворов химических добавок. Вводимые цены всех компонентов бетонной смеси позволяют из множества возможных вариантов получения бетона с заданными техническими характеристиками выбрать тот, который обеспечива- ет минимальную стоимость. Система расчетов содержит несколько сотен взаимно увязанных формул, поэтому реализация данного метода проектирования соста- ва бетона возможна только с использованием вычислительной тех- ники. Важной особенностью приведенного ниже программного продукта является исключение каких-либо ошибок, поскольку ввод информации производится без использования клавиатуры. Варьи- рование влияющих факторов добиваются того, чтобы сигналы возле «Расчетных характеристик бетона» сменили красный цвет (величи- ны параметров недостаточны) на зеленый (параметры равны или пре- вышают расчетные). Программное обеспечение расчетов приведено в учебном классе кафедры № 1304 и в деловом комплексе «Технолог» (разработчик проф. В. В. Бабицкий). Методика выполнения расчетов Основные окна программного продукта представлены на рисун- ках 9.1–9.4. Алгоритм расчета состава тяжелого бетона представлен на ри- сунке 9.5. 58 Рисунок 9.1 – Введение свойств компонентов бетона Рисунок 9.2 – Расчет лабораторного состава бетона 59 Рисунок 9.3 – Расчет производственного состава бетона Рисунок 9.4 – Пример распечатки (части) состава бетона 60 Рисунок 9.5 – Алгоритм расчета состава бетона Важной особенностью данного метода проектирования состава бетона является то, что технолог, варьируя весь представленный комплекс влияющих факторов, обеспечивает не только получение заданных характеристик бетонной смеси и бетона, но и минимизи- рует стоимость бетонной смеси. То есть из множества возможных вариантов выбирается тот, в котором суммарная цена компонентов бетонной смеси наименьшая. 61 ЛИТЕРАТУРА 1. Цементы. Методы испытаний. Общие положения : ГОСТ 310.1–76. 2. Цементы. Методы определения нормальной густоты, сроков схва- тывания и равномерности изменения объема : ГОСТ 310.3–76. 3. Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии : ГОСТ 310.4–81. 4. Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия : ГОСТ 10178–85. 5. Методы испытания цемента. Часть 1. Определение прочности : СТБ EN 196-1–2007. 6. Цемент. Часть 1. Состав, технические требования и критерии соответствия общих цементов : СТБ EN 197-1–2007. 7. Песок для строительных работ. Методы испытаний : ГОСТ 8735–88. 8. Песок для строительных работ. Технические условия : ГОСТ 8736–93. 9. Заполнители пористые неорганические для строительных ра- бот. Методы испытаний : ГОСТ 9758–8. 10. Гравий, щебень и песок искусственные пористые. Технические условия : СТБ 1217–2000. 11. Заполнители для бетона : СТБ EN 12620–2010. 12. Ахвердов, И. Н. Теоретические основы бетоноведения / И. Н. Ахвердов. – Минск : Вышэйшая школа, 1991. – 263 с. 13. Ахвердов, И. Н. Основы физики бетона / И. Н. Ахвердов. – М. : Стройиздат, 1981. – 464 с. 14. Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия : ГОСТ 8267–63. 15. Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов про- мышленного производства для строительных работ. Методы физи- ко-механических испытаний : ГОСТ 8269.0–97. 16. Вода для бетонов и растворов. Технические условия : СТБ 1114–98. 17. Технологическое обеспечение производства железобетонных конструкций : учеб. пособие / Э. И. Батяновский [и др.]. – Минск : БГПА, 2001. – 161 с. 18. Смеси бетонные. Методы испытаний : СТБ 1545–2005. 62 19. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным об- разцам : ГОСТ 10180–90. 20. Испытание бетона. Неразрушающий контроль прочности : СТБ 2264–2012. 21. Бетоны. Определение прочности механическими методами не- разрушающего контроля : ГОСТ 22690–88. 22. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности : ГОСТ 17624–87. 23. Бетоны. Правила контроля прочности : ГОСТ 18105–86. 24. Бетоны. Методы определения плотности : ГОСТ 12730.1–78. 63 Учебное издание ТЕХНОЛОГИЯ ЗАВОДСКОГО ПРОИЗВОДСТВА БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ Методические указания к лабораторным работам для студентов специальности 1-70 01 01 «Производство строительных изделий и конструкций» Составители: БАТЯНОВСКИЙ Эдуард Иванович БАБИЦКИЙ Вячеслав Вацлавович БОНДАРОВИЧ Александр Иванович РЯБЧИКОВ Павел Владимирович Редактор Л. Н. Шалаева Компьютерная верстка Н. А. Школьниковой Подписано в печать 30.01.2014. Формат 6084 1/16. Бумага офсетная. Ризография. Усл. печ. л. 3,66. Уч.-изд. л. 2,86. Тираж 300. Заказ 855. Издатель и полиграфическое исполнение:Белорусский национальный технический университет. ЛИ № 02330/0494349 от 16.03.2009. Пр. Независимости, 65. 220013, г. Минск.