Шпаргалка по "Материаловедению"

Таким образом, состав бетона в большой мере определяется зерновым составом заполнителя, однако выразить математически эту зависимость  пока не представляется возможным.  

И, наконец, следует  помнить, что значительно более  важным, чем подбор идеального зернового состава, является обеспечение постоянства рационального зернового состава, в противном случае бетонная смесь будет характеризоваться переменной удобоукладываемостью. Поскольку удобоукладываемость обычно корректируется в бетономешалке посредством изменения содержания воды, то это приводит к получению бетона переменной прочности. 
 
 

40. Проектирование состава  бетона.

Проектирование  состава имеет цель установить такой  расход материалов на 1 м3 бетонной смеси, при котором наиболее экономично обеспечивается получение удобоукладываемой бетонной смеси и заданной прочности бетона, а в ряде случаев необходимой   морозостойкости,   водонепроницаемости   и   специальных 

свойств бетона. 

Состав бетонной смеси выражают в виде соотношения  по массе (реже по объему) между количествами цемента, песка и щебня (или гравия) с указанием водоцементного отношения. Количество цемента принимают за единицу. Поэтому в общем виде состав бетонной смеси выражают соотношением цемент: песок:щебень = 1:  х:у  при  В/Ц = z   (например,   1:2,4:4,5  при В/Ц = 0,45). 

Различают два  состава бетона: номинальный (лабораторный), принимаемый для материалов в  сухом состоянии, и производственный (полевой) — для материалов с естественной влажностью. 

К моменту расчета  состава бетонной смеси нужно определить качество исходных материалов: цемента, воды, песка и щебня (гравия) — согласно требованиям ГОСТов. 

Состав тяжелого бетона рассчитывают по методу «абсолютных  объемов», разработанному проф. Б. Г. Скрамтаевым  и его школой. В основу этого метода положено условие, что тяжелый бетон, уплотненный в свежем состоянии, приближается к абсолютной плотности, т. е. сумма абсолютных объемов исходных материалов в 1 м3 равна объему уплотненной бетонной смеси. Исходными данными для расчета состава бетона являются заданная прочность бетона R6, характеристика бетонной смеси по степени подвижности или жесткости, а также характеристика исходных материалов — активность цемента #ц, плотности песка, Щебня или гравия и пустотность щебня или гравия. 

В зависимости от условий, в которых будет находиться бетон в сооружении или конструкции, к нему могут предъявляться также и другие требования, например степень морозостойкости, стойкость к воздействию агрессивных вод, водонепроницаемость. Высокая морозостойкость и непроницаемость плот-ноуложенного бетона регулируются В/Ц и расходом вяжущего, отсюда вытекает необходимость нормирования В/Ц в гидротехническом, дорожном и других специальных бетонах. 

Состав бетонной смеси, т. е. количество цемента, воды, песка  и щебня (гравия), вначале устанавливают ориентировочно методом  расчета,   а  затем  уточняют  испытанием   пробных  замесов бетонной смеси. 

Расчет состава  бетона производят в следующем порядке-определяют цементно-водное отношение, обеспечивающее получение бетона заданной прочности и расход воды; рассчитывают потребный расход цемента, а затем щебня (или гравия) и песка-проверяют подвижность (жесткость) бетонной смеси при отклонениях этих показателей от проекта; производят корректирование состава бетонной смеси; приготовляют образцы для определения прочности и испытывают в заданные сроки; пересчитывают номинальный состав бетонной смеси на производственный. 

•          Определение расхода воды. Оптимальное  количество воды в бетонной смеси (водосодержание, л/м3) должно обеспечивать необходимую подвижность (или жесткость) бетонной смеси. Количество воды для затвердения 1 м3 бетонной смеси для всех расчетов в соответствии с ОНТП 07—85 принимается равным 200 л независимо от вида, жесткости и подвижности бетонных смесей. 

•          Определение расхода цемента. При определенном из формулы значении Ц/В и принятой водопотребности бетонной смеси В рассчитывают ориентировочный расход цемента, кг/м3 бетона: 

Ц=(Ц/В)В. 

Расход цемента  на 1 м3 бетона должен быть не менее минимального. Если расход цемента на 1 м3 бетона окажется ниже допустимого, то необходимо довести его до' нормы или ввести тонкомолотую добавку. 

Если гравий или щебень составляют из нескольких фракций, то необходимо заранее установить оптимальное соотношение между  ними, пользуясь графиком наилучшего зернового состава или подбирая смесь с минимальным количеством пустот. 

•          Проверка подвижности бетонной смеси. После произведенного предварительного расчета состава бетона делают пробный  замес и определяют осадку конуса или жесткость. Если бетонная смесь получилась менее подвижной, чем требуется, то увеличивают количество цемента и воды без изменения цементно-водного отношения. Если подвижность будет больше требуемой, то добавляют небольшими порциями песок и крупный заполнитель, сохраняя соотношения их постоянными. Таким путем добиваются заданной подвижности бетонной смеси. 

•          Уточнение расчетного состава бетона на пробных замесах. Производят опытные  замесы бетона при трех значениях  водо-цементного отношения, из которых одно принимают расчетное, а два других больше или меньше на 10...20%. Количество цемента, воды, песка и щебня (гравия) для бетона с водоцементным отношением, не равным расчетному, определяют по вышеизложенному методу. Из каждой приготовленной смеси готовят по три образца куба размером 20X20X20 см, которые выдерживают в нормальных условиях и испытывают в возрасте 28 сут при определении класса бетона (или в другие сроки). По результатам испытаний строят график зависимости прочности бетона от цементно-водного отношения, с помощью которого выбирают Ц/В,   обеспечивающее   получение   бетона   заданной   прочности. 

При пробных  замесах проверяют также подвижность  или жесткость бетонной смеси (она  должна удовлетворять проектной),   определяют   ее   плотность   и   по   результатам   испытания пробных замесов вносят соответствующие коррективы в рассчитанный состав бетона. При изменении содержания песка и щебня! (гравия) учитывают их влажность. Количество влажных запод-' нителей изменяется настолько, чтобы содержание в них сухого! материала было равно расчетному, а количество вводимой в замес воды уменьшалось на величину, равную содержанию воды в заполнителях. 

При перемешивании  бетонной смеси мелкие зерна компонентов  ее располагаются между более  крупными, а пустоты в песке заполняются цементным тестом. Объем бетонной смеси Ve поэтому будет всегда меньше, чем сумма насыпных объемов составляющих его сухих материалов. В связи с этим вводят понятие «коэффициент выхода бетона» р. Он равен отношению объема полученной смеси Ve в уплотненном состоянии к сумме насыпных объемов сухих исходных компонентов: 

Коэффициент выхода бетона является технико-экономической  характеристикой качества заполнителей и бетона. Чем выше коэффициент  выхода, тем экономичнее бетон. Обычно для крупнозернистых бетонов р = 0,67...0,70 и для мелкозернистых р = = 0,70...0,80. 

Пользуясь значением  р, рассчитывают потребность (кг) материалов на замес бетоносмесителя определенной емкости V или для выполнения заданного  объема строительно-монтажных работ: 

где Цу, Bv, Ylv, LUi/(IV)—соответственно  количества цемента, воды, песка, щебня (гравия), требуемые на замес бетоносмесителя, кг; р — коэффициент выхода бетона; Ц, В, П, Щ (Г) — расходы соответственно цемента, воды, песка и щебня (гравия), кг/м3 бетонной смеси. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

41. Свойства бетонной  смеси и факторы,  влияющие на них. 

1)Технические  свойства бетонной смеси 

При изготовлении железобетонных изделий и бетонировании  монолитных конструкций самым важным свойством бетонной смеси является удобоукладываемость (или удобоформуемость), т.е. способность заполнять форму при данном способе уплотнения, сохраняя свою однородность. Для оценки удобоукладываемости используют три показателя:  

-подвижность  бетонной смеси (П), являющуюся  характеристикой структурной прочности смеси; 

-жесткость (Ж), являющуюся показателем динамической  вязкости бетонной смеси; 

-связность,  характеризуемую водоотделением  бетонной смеси после ее отстаивания.  

Подвижность бетонной смеси характеризуется измеряемой осадкой (см) конуса (ОК), отформованного из бетонной смеси, подлежащей испытанию. Подвижность бетонной смеси вычисляют как среднее двух определений, выполненных из одной пробы смеси. Если осадка конуса равна нулю, то удобоукладываемость бетонной смеси характеризуется жесткостью. Связность бетонной смеси обуславливает однородность строения и свойств бетона. Очень важно сохранить однородность бетонной смеси при перевозке, укладке в форму и уплотнении. При уплотнении подвижных бетонных смесей происходит сближение составляющих ее зерен, при этом часть воды отжимается вверх. Уменьшение количества воды затворения при применении пластифицирующих добавок и повышение водоудерживающей способности бетонной смеси путем правильного подбора зернового состава заполнителей являются главными мерами борьбы с расслоением подвижных бетонных смесей.  

2)  Удобоукладываемость  бетонной смеси  

Количество воды затворения является основным фактором, определяющим удобоукладываемость  бетонной смеси. Вода затворения (В, кг/м 3 ) распределяется между цементным тестом (Вц) и заполнителем (Взап): В= Вц + Взап. Количество воды в цементном тесте определяют его реологические свойства: предельное напряжение сдвига и вязкость, а следовательно, и технические свойства бетонной смеси - подвижность и жесткость. Водопотребность заполнителя Взап является его важной технологической характеристикой; она возрастает с увеличением суммарной поверхности зерен заполнителя и поэтому велика у мелких песков. Для обеспечения требуемой прочности бетона величина водоцементного отношения должна сохраняться постоянной, поэтому возрастание водопотребности вызывает перерасход цемента. При мелких песках он достигает 15-25%, поэтому мелкие пески следует применять после обогащения крупным природным или дробленым песком и с пластифицирующими добавками, снижающими водопотребность.  

3) Деформативные  свойства бетона 

Под нагрузкой  бетон ведет себя иначе, чем сталь  и другие упругиe материалы. Конгломератная структура бетона определяет его  поведение при возрастающей нагрузке осевого сжатия. Область условно упругой работы бетона - от начала нагружения до напряжения сжатия, при котором по поверхности сцепления цементного камня с заполнителем образуются микротрещины. Опыты подтвердили, что при небольших напряжениях и кратковременном нагружения для бетона характерна упругая деформация, подобная деформации пружины. Модуль упругости бетона возрастает при увеличении прочности и зависит от пористости: увеличение пористости бетона сопровождается снижением модуля упругости. При одинаковой марке по прочности модуль упругости легкого бетона на пористом заполнителе меньше в 1,7-2,5 раза тяжелого. Еще ниже модуль упругости ячеистого бетона. Таким образом, упругими свойствами бетона можно управлять, регулируя его структуру. Модуль упругости бетона при сжатии и растяжении принимают равными между собой: Есж =Ер=Еб.  

 Ползучестью  называют явление увеличения  деформаций бетона во времени  при действии постоянной статической  нагрузки. Ползучесть зависит от  вида цемента и заполнителей, состава бетона, его возраста, условий твердения и влажности. Меньшая ползучесть наблюдается при применении высокомарочных цементов и плотного заполнителя - щебня из изверженных горных пород. Пористый заполнитель усиливает ползучесть, поэтому легкие бетоны имеют большую ползучесть по сравнению с тяжелыми. Преждевременное высыхание бетона ухудшает структуру и увеличивает его ползучесть. Однако насыщение водой затвердевшего бетона может вызвать рост ползучести. Ползучесть и связанная с ней релаксация напряжений может играть отрицательную роль. Например, ползучесть бетона приводит к потере натяжения; в предварительно напряженных железобетонных конструкциях.  

4) Усадка и  набухание бетона 

   При твердении  на воздухе происходит усадка  бетона, т.е. бетон сжимается и  линейные размеры бетонных элементов сокращаются. Усадка слагается из влажностной, карбонизационной и контракционной составляющих. Вследствие усадки бетона в железобетонных и бетонных конструкциях возникают усадочные напряжения, поэтому сооружения большой протяженности разрезают усадочными швами во избежание появления трещин. Ведь при усадке бетона 0,3 мм/м в сооружении длиной 30 м общая усадка составляет около 10 мм. Массивный бетон высыхает снаружи, а внутри он еще долго остается влажным. Неравномерная усадка вызывает растягивающие напряжения в. наружных слоях конструкции и появление внутренних трещин на контакте с заполнителем и в самом цементном камне. Для снижения усадочных напряжений и сохранения монолитности конструкций стремятся уменьшить усадку бетона. Наибольшую усадку имеет цементный камень. Введение заполнителя уменьшает количество вяжущего в единице объема материала, при этом образуется своеобразный каркас из зерен заполнителя, препятствующий усадке. Поэтому усадка цементного раствора и бетона меньше, чем цементного камня.  

Бетон наружных частей гидротехнических сооружений, цементно-бетонных дорог периодически увлажняется и высыхает. Колебания  влажности бетона вызывают попеременные деформации усадки и набухания, которые  могут вызвать появление микротрещин  и разрушение бетона.  

5) Морозостойкость  бетона 

 Морозостойкость  бетона определяют путём попеременного  замораживания в холодильной  камере при температуре от 15 до 20°С и оттаивания в воде  при температуре 15-20°С бетонных  образцов кубов с размерами  ребра 10, 15 или 20 см (в зависимости от наибольшей крупности заполнителя). Образцы испытывают после 28 сут выдерживания в камере нормального твердения или через 7 сут после тепловой обработки. Контрольные образцы, предназначенные для испытания на сжатие в эквивалентном возрасте, хранят в камере нормального твердения. Морозостойкость бетона зависит от качества примененных материалов и капиллярной, пористости бетона. Объем капиллярных пор оказывает решающее влияние на водопроницаемость и морозостойкость бетона. Морозостойкость бетона значительно возрастает, когда капиллярная пористость менее 7%.