ГЛАВА 9. ФИЗИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЦЕМЕНТОВ

Активность цемента определяется как показатель фактической прочности образцов, специально изготовленных для анализа и испытанных в заданных условиях, определенных нормативными документами.

Существует два параметра, определяющих активность (марку) цемента – это определение прочности на разрыв и на изгиб. Для таких испытаний необходимы специально созданные образцы из цементного теста нормальной консистенции, размерами 40*40*160 мм. Все этапы их изготовления и испытания определяются ГОСТом 310.4-81.

Для определения активности цемента применяют как прямые, так и косвенные методы. Прямые методы, самые действенные, но требуют длительного времени (процесс определения основан на твердении цемента), так что для оперативных задач используют косвенные, более быстрые методы. Здесь подходы могут быть различные: кто-то использует контракцию, кто-то оценивает активность через электропроводность цементной суспензии. Оценка активности через электропроводность – простой путь, который при этом нельзя назвать надежным. Прогнозируемые результаты не имеют методологического обоснования и потому рекомендацию для использования в серьезных случаях получить не могут.

Действие контракциометров основано на установлении связи активности цемента с процессом уменьшения объема цемента в результате гидратации специально изготовленного цементного раствора. Это единственный вид приборов, который может быть признан эффективным для оперативного определения активности цемента.

Читайте также: Особенности применения вязального пистолета для арматуры

Существуют приборы контракциометры КД-07 и ВМ-7.7, которые могут дать методологически обоснованный результат, однако в данном случае в процессе определения активности (марки) цементов требуется визуальное наблюдение за технологическим процессом, а также проведение подсчета результатов вручную в соответствие с установленной методикой.

Приготовление цементного раствора нормальной консистенции для определения марки цемента

Определение марки цемента предполагает приготовление цементно-песчаного раствора заданным образом. Для смешивания раствора в пропорции 1:3 понадобится:

  • 500 г цемента (непосредственно того образца, который назначен к исследованию).
  • 1,5 кг песка. Для получения точного результата важно выбрать правильный песок – чистый (мытый) кварцевый песок, с содержанием SiO2 не менее 98%. Влажность материала – менее 0,2 % с потерями при прокаливании менее 0,05%.

Если не соблюсти эти условия, то оценку марки цемента нельзя будет признать корректной.

Оба компонента высыпают в чашу, внутренняя часть которой протерта мокрой тканью. Срок для промешивания – 1 минута. Затем в смеси делается лунка, в которую вливают 200 г воды. Время, выделяемое на впитывание – 0,5 минут, а затем в течение минуты перемешивают вручную. Далее смесь помещают в мешалку (ее чашу протирают влажной тканью) и мешают в течение 2,5 минут.По окончанию процесса нужно оценить консистенцию получившегося раствора. Для этого применяют встряхиватель, на котором имитируют виброуплотнение раствора.

Смесь закладывается в два этапа слоями равной толщины в стандартную форму-конус, установленную на диск встряхивающего столика, а после этого штыкуется по ГОСТу:

  • нижний слой – 15 раз,
  • верхний слой – 15 раз.

Затем, в указанной последовательности, выполняются следующие действия:

  • Форму для загрузки снимают, излишки раствора срезают.
  • Цементный конус встряхивают 30 раз в течение 30 ± 5 секунд.
  • Основание конуса измеряют по перпендикулярным диаметрам и берут среднее значение.

Раствор нормальной консистенции и приемлем для измерений, если его расплыв 106-115 мм.

ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

Стр 1 из 10Следующая ⇒

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ПРЕДИСЛОВИЕ
1. ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА
1.1. Общие требования 1.2. Тонкость помола цемента 1.3. Нормальная густота цементного теста 1.4. Сроки схватывания цементного теста 1.5. Активность цемента 1.6. Равномерность изменения объема при твердении
2. ЗАПОЛНИТЕЛИ ДЛЯ БЕТОНОВ И РАСТВОРОВ
2.1. Классификация заполнителей и предъявляемые к ним требования 2.2. Определение истинной плотности заполнителей 2.3. Определение средней насыпной плотности песка, гравия, щебня 2.4. Зерновой состав щебня, гравия, песка 2.5. Определение объема межзерновых пустот и пористости зерен заполнителя 2.6. Определение зернового состава керамзитовой смеси при операционном контроле 2.7. Содержание в щебне, гравии и песке пылевидных, илистых и глинистых частиц 2.8. Содержание в щебне или гравии пластинчатых (лещадных) и игловатых зерен 2.9. Дробимость 2.10. Определение прочности заполнителя сдавливанием в цилиндре
  1. Строительные бетоны

Тяжелый бетон Расчет расхода материалов на 1 м3 бетонной смеси Легкий бетон Подбор состава легкого бетона

  1. СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ

Общие требования Свойства растворных смесей и растворов Виды строительных растворов Подбор состава растворной смеси

  1. примеры расчета составов материалов
Литература
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Данные методические указания составлены в соответствии с программой изучения курса «Строительное материаловедение» для студентов строительных специальностей по направлению «Строительство», содержащие сведения и рекомендации по ознакомлению с нормативно-технической документацией на производство и контроль качества строительных материалов, по изучению методик определения основных физико-механических, художественно-декоративных и эксплуатационных показателей строительных материалов, изделий и конструкций; краткие основные теоретические и практические сведения о природных каменных материалах, минеральных вяжущих веществах и изделиях на их основе.

Особая роль при изучении курса «Строительное материаловедение» уделяется исследованию физико-химических процессов структурообразования и механики разрушения материала.

Проведение лабораторных работ по данной дисциплине ставит своей задачей расширить и углубить знания студентов о строительных материалах, способах и технологиях их получения, минеральном и органическом сырье для их производства, технических и эстетических свойствах и методиках их определения.

Читайте также: Как происходит схватывание и отвердевание бетона

В результате проведения лабораторных работ студенты должны приобрести навыки в умении правильности выбора строительных материалов, изделий и конструкций для реализации проекта, оценить качество, как вяжущих веществ, так и изделий на их основе, изучить способы прогнозирования характеристик материалов и их поведение при эксплуатации. Лабораторные работы проводятся параллельно с темами лекционных занятий и являются итогом закрепления отдельных тем, поэтому при подготовке к лабораторному или практическому занятию необходимо ознакомиться и изучить его содержание, цель и порядок выполнения опытов. Для каждой лабораторной работы к началу занятий готовится протокол, в котором указываются цель и ее краткое описание методики проведения опытов, зарисовываются рисунки или схемы приборов, подготавливаются таблицы для занесения результатов испытаний, на основании которых делаются выводы.

Особой частью изучения дисциплины является самостоятельная работа студентов, при проведении которой предусмотрено написание рефератов, посещение научных семинаров и конференций, просмотр видеоматериалов, ознакомление с новыми разработками и достижениями в области строительного материаловедения, посещение международных выставок.

ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

Цель: исследовать реологические и физико-механические характеристики портландцемента, изучить методики определения активности и марки портландцемента.

1.1. Общие требования

Портландцемент представляет собой гидравлическое вяжущее вещество в виде тонкомолотого порошка, полученного измельчением портландцементного клинкера с добавкой гипса в количестве 1,5.. 3,0% в пересчете на ангидрит серной кислоты. Портландцемент получают тонким измельчением обожженной до спекания сырьевой смеси в виде клинкера известняка и глины, обеспечивающей преобладание в нем силикатов кальция. Изготавливают портландцемент без добавок и с активными минеральнымидобавками в количестве до 20% от массы цемента. Свойств и качество портландцемента зависят от качества портландцементного клинкера, его минералогического и химического составов, а корректирующие добавки лишь регулируют его свойства. Качество клинкера зависит от тщательности подготовки сырья, условий обжига, режима охлаждения. Химический состав клинкера характеризуется содержанием главных оксидов: кальция, кремния, алюминия и железа, которые в процессе обжига и спекания образуют клинкерные минералы кристаллической структуры, а некоторые из них входят в стекловидную фазу. Минералогический состав клинкера определяется содержанием искусственных минералов — алита, белита, трехкальциевого силиката и четырехкальциевого алюмоферрита.

При смешивании портландцемента с водой образуется пластичное, легкоформируемое клейкое тесто, постепенно густеющее и постепенно переходящее в камневидное состояние. Твердение цемента — это процесс, включающий ряд химических и физических явлений, результатом которых является синтезирование новообразований, которые, в свою очередь, образуют новые соотношения. При твердении портландцемента характерны реакции гидратации (присоединения), которые идут без распада его основного вещества или с его распадом — гидролизом. Из-за малой растворимости компонентов процесс твердения цемента протекает длительное время — в течение многих лет. Однако нарастание прочности камня со временем значительно замедляется. Поэтому, качество цемента принято оценивать по его пределу прочности при сжатии, набираемой им на 28 сутки твердения в нормальных условиях.

К разновидностям портландцемента относятся шлаковые цементы, пуццолановые, пластифицированные, гидрофобные, белый, цветные и пр.

Таблица 1

Требования к цементам(согласно ГОСТ 10178)

Цемент Марка Предел прочности при изгибе в возрасте 28 суток, МПа (кгс/см2) Предел прочности при сжатии в возрасте 28 суток, МПа (кгс/см2)
Портландцемент и портландцемент с минеральными добавками 5,5 (55) 40 (400)
6(60) 50 (500)
6,2 (62) 55 (550)
6,5 (65) 60 (600)
Шлакопортландцемент 4,5 (45) 6,5 (55) 30 (300) 40 (400)
6(60) 50 (500)

Примечание. С разрешения Минстройматериалов Украины допускается выпуск портландцемента с минеральными добавками марки М300 с прочностью в 28 суток при изгибе не менее- 4,5 МПа (45 кгс/см2), при сжатии — не менее 30 МПа (300 кгс/см2).

Физико-механические свойства портландцемента изучаются и определяются на образцах цементного камня, полученного в результате схватывания и твердения цемента, затворенного оптимальным количеством воды. Одним из основных факторов, от которого зависят свойства цементного камня, является водоцементное отношение — В/Ц. Из свойств цементного теста к важнейшим относятся тонкость помола, нормальная густота, сроки схватывания цемента, активность цемента.

Тонкость помола цемента

Оборудование:сито с сеткой № 008 по ГОСТ 6613, весы технические с точностью измерений до 0,01г.

Проведение испытаний

Читайте также: Внутренняя и наружная отделка дома из пеноблоков или газобетона

Тонкость помола цемента определяют как остаток на сите с сеткой № 008 в процентах к первоначальной массе просеиваемой пробы с точностью до 0,1%.

Пробу цемента, подготовленную по ГОСТ 310.1, высушивают в сушильном шкафу при температуре 105-110 0С в течение 2 ч и охлаждают в эксикаторе. При использовании прибора для механического просеивания отвешивают 50 г цемента с точностью до 0,05 г и высыпают его на сито. Закрыв сито крышкой, устанавливают его в прибор для механического просеивания. Через 5-7 мин от начала просеивания останавливают прибор, осторожно снимают донышко и высыпают из него прошедший через сито цемент, прочищают сетку с нижней стороны мягкой кистью, вставляют донышко и продолжают просеивание.

Операцию просеивания считают законченной, если при контрольном просеивании сквозь сито проходит не более 0,05 г цемента. Контрольное просеивание выполняют вручную при снятом донышке на бумагу в течение 1 мин.

Активность цемента

Материалы и оборудование: растворомешалка, сферическая чашка с лопаткой, встряхивающий столик и форма-конус, штыковка, формы для изготовления образцов-балочек, вибрационная площадка, весы технические, металлическая линейка, ванна с гидравлическим затвором.

В соответствии с требованиями нормативных документов технические свойства цементов характеризуются величиной предела прочности при изгибе и величиной предела прочности при сжатии. Для определения величин этих показателей изготавливают образцы-балочки размером 40x40x160 мм, в состав которых входит цементно-песчаная смесь в соотношении цемент: песок — 1:3. В качестве нормального песка для испытания цемента применяют природный кварцевый песок с зернами округлой формы размером 0,5…0,9 мм, содержащий не менее 0,8% оксида кремния и не более 5%

глинистых и пылевидных частиц.

Таблица 4

Требования к цементам по прочности (ГОСТ 10178, ГОСТ 969)

Цемент Марка Предел прочности При изгибе, МПа (кгс/см2), в возрасте, суток Предел прочности при сжатии, МПа (кгс/см2), в возрасте, суток
Быстротвердеющий портландцемент 4(40) 4,5 (45) 5,5 (55) 6,0 (60) 25 (250) 28 (280) 40 (400) 50 (500)
Шлакопортландцемент 3,5 (35) 5,5 (55) 20 (200) 40 (400)
Глиноземистый цемент
3,5 (35) 4,0 (40) 4,5 (45) 5,5 (55) 6(60) 6,5 (65) 20 (200) 27,5 (275) 35 (350) 40 (400) 50 (500) 60 (600)

Активностью портландцемента называют предел прочности при сжатии половинок балочек, приготовленных из цементно-песчаной смеси в соотношении 1:3, хранящихся 1-е сутки в воздушно-влажностных условиях и 27 суток в воде и испытанных в возрасте 28 суток. В зависимости от активности портландцемента с учетом его предела прочности при изгибе он подразделяется на марки: М400, 500 и 600, Численное значение марки цемента соответствует минимально допустимому среднему значению предела прочности образцов при сжатии, МПа.

В чашу, протертую влажной тканью (см.рис.2), всыпают 500г испытуемого цемента и 1500г нормального кварцевого песка, перемешивают до однородной смеси. 200г воды (при В/Ц=0,4) вливают в цементно-песчаную смесь и перемешивают до однородного состояния, которую затем помещают в лабораторную растворомешалку и перемешивают в течений 2,5 минут или 20 оборотов чаши.

Рис. 2. Чаша и скребок для приготовления цементного теста.

Далее смесь помещают в конус, расположенный на встряхивающем столике (см.рис.3).

Рис.3. Встряхивающий столик для определения удобоукладываемости раствора

Штыковкой смесь уплотняют в два приема: сначала пятнадцатью нажимами, потом десятью. После выравнивания поверхности смеси металлической линейкой форму-конус снимают и встряхивают 30 раз со скоростью один оборот за одну секунду. После этого линейкой в двух перпендикулярных направлениях измеряют основание конуса — его расплыв. Если диаметр расплыва равен 106…115 мм, то консистенция растворной смеси соответствует нормативным требованиям. В случае несоответствия расплыва конуса производят корректировку раствора с изменением количества воды или цементно-песчаной смеси в соответствующей пропорции.

Из цементного раствора нормальной консистенции формуют образцы-балочки в металлической форме (на три ячейки), слегка смазанной машинным маслом. Форма заполняется до половины раствором, которую помещают на виброплощадку, включают ее и постепенно заполняют форму смесью. Вибрирование смеси составляет 3 минуты, затем смесь заглаживают лопаткой, форму помещают в ванну с гидравлическим затвором так, чтобы она находились над водой. В закрытой ванне образцы твердеют одни сутки. Через 24 чобразцы извлекаются из формы ипомещаются на 27суток в воду. Воду периодически заменяют. Через 28 суток образцы-балочки вынимают из воды, протирают влажной тканью и подвергают испытаниям на изгиб на приборе МИИ-100 (см.рис.4), а затем при помощи пластинок передачи нагрузки и гидравлического пресса Р-10 прочности на сжатие.

Рис.4. Прибор типа МИИ-100 с приспособлением для испытания балочек

Вначале, перед испытаниями, штангельциркулем измеряют геометрические размеры и на технических весах их массу, вычисляют объем и среднюю плотность затвердевшего раствора. После испытания трех образцов-балочек на изгиб получается шесть половинок, которые затем испытывают на сжатие. Результаты испытаний заносят в табл.5. При подсчете среднего арифметического значения шести результатов испытаний отбрасываются два наихудших.

Предел прочности при изгибе определяют как среднее арифметическое двух наибольших результатов испытаний трех образцов. Полученные после испытаний на изгиб в результате излома шесть половинок балочек сразу же испытывают на сжатие. Для передачи нагрузки на половинки балочек пользуются специальными стальными пластинками размером 40 х 62,5 мм. Каждую половинку балочки помещают между двумя пластинками таким образом, чтобы боковые грани, которые при изготовлении прилегали к продольным стенкам формы, находились на плоскостях пластинок, а упоры пластинок плотно прилегали к торцовой гладкой стенке образца. Образец вместе с пластинками подвергают сжатию на гидравлическом прессе. Скорость нарастания нагрузки должна составлять (2 ± 0,5) МПа [(20 ± 5) кгс/см2] в 1 с. Предел прочности при сжатии отдельного образца вычисляют как частное от деления разрушающего груза на рабочую площадь пластинки, т.е. 25 см2. Средний предел прочности определяется из четырех наибольших результатов испытаний.

Таблица 5

№ образца Разрушающая нагрузка, кг Площадь поперечного сечения, см2 Предел прочности при изгибе, МПа Предел прочности при сжатии, МПа Марка цемента

Содержание в щебне, гравии и песке пылевидных, илистых и глинистых частиц

Аппаратура: Весы по ГОСТ 23711—79 или ГОСТ 24104—80. Шкаф сушильный. Цилиндрическое ведро высотой не менее 300 мм с сифоном или сосуд для отмучивания песка (рис. 10). Секундомер по ГОСТ 5072.

Рис.10. Сосуд для отмучивания

Содержание в щебне, гравии и песке пылевидных, илистых и глинистых частиц определяют отмучиванием.

Читайте также: Особенности применения цементно-песчаных растворов

Пробу песка (1 кг), предварительно высушенного до постоянной массы и просеянного сквозь сито с отверстиями 5мм, помещают в сосуд, заливают водой так, чтобы высота слоя воды была около 20 см, и выдерживают около 2 ч, периодически перемешивая. Далее песок промывают так же, как щебень или гравий. По разности в массе песка до и после промывания определяют количество отмученных частиц и выражают результат в процентах первоначальной навески. Приращение объема песка при набухании, указывающее на содержание в песке частиц размером менее 0,005 мм, определяют на пробе песка (100 г), предварительно высушенного до постоянной массы и просеянного сквозь сито с отверстиями 5 мм. Пробу растирают в фарфоровой ступке пестиком с резиновым наконечником, просеивают через сито с сеткой №1,25 и всыпают в два стеклянных мерных цилиндра вместимостью 100 мл и внутренним диаметром 25 мм каждый. Цилиндры заполняют песком при постоянном постукивании, пока объем песка V в уплотненном состоянии и в каждом сосуде составит 5 мл. Затем песок в сосудах разрыхляют, вливают 50-70 мл дистиллированной воды, тщательно перемешивают, добавляют 5 мл коагулятора — 5%-ного раствора хлористого кальция — и доливают дистиллированной воды до отметки 100 мл. Затем цилиндры со смесью оставляют в покое на 10-20 ч и, когда песок полностью оседает на дно, измеряют его объем вместе с набухшими частицами V1. Приращение объема песка при набухании в процентах характеризует содержание пылевидных, илистых и глинистых частиц и песка вычисляют по формуле:

,

и определяют как среднее арифметическое результатов двух испытаний.

Содержание в щебне или гравии пластинчатых (лещадных) и игловатых зерен

Содержание в щебне или гравии пластинчатых (лещадных) и игловатых зерен определяют для каждой предварительно рассеянной фракции щебня или гравия. Для этого в зависимости от размеров фракций берут пробы, указанные в табл. 15.

Таблица 15

Размер фракции щебня или гравия, мм Масса пробы, г
5 — 10 0,25
10 — 20
20 — 40
40 — 70 и более

Из пробы каждой фракции визуально отбирают зерна, толщина и ширина которых меньше длины в три раза и более. В сомнительных случаях отношение размеров зерен определяют ном или штангенциркулем. Затем взвешивают все отобранные пластинчатые и игловатые зерна и отдельно все остальные зерна. Содержание в каждой фракции щебня или гравия пластинчатых и игловатых зерен вычисляют с точностью до 1 % по формуле

*100 (39)

где m1 -масса зерен пластинчатой и игловатой формы, г; m2 — масса остальных зерен, г.

Содержание пластинчатой и игловатой форм по пробе щебня или гравия в целом вычисляют как средневзвешенное результатов испытаний каждой фракции.

Дробимость

Дробимость щебня или гравия при сжатии (раздавливании) в цилиндре определяют как в сухом, так и в насыщенном водой состоянии. Щебень или гравий фракций 5-10, 10-20 или 20-40 мм просеивают сквозь два сита с отверстиями, размеры которых соответствуют наибольшей Dнаиб) и наименьшей (Dнаим) крупности испытываемой фракции. Из остатка на сите с отверстиями размером Dнаим отбирают пробы: не менее 0,8 кг для испытания в цилиндре диаметром 75 мм или не менее 6 кг испытания в цилиндре диаметром 150 мм (рис. 50). При испытании щебня или гравия состоящего из смеси двух или более смежных фракций, пробы готовят рассеиванием исходного материала на стандартные фракции и каждую фракцию испытывают отдельно. Щебень и гравий крупнее 40 мм предварительно дробят и испытывают фракции 10-20 или 20-40 мм.

Пробу щебня или гравия для испытания в сухом состоянии высушивают до постоянной массы, а для испытания в насыщенном водой состоянии погружают в воду на 2 ч. После насыщения водой с поверхности зерен заполнителей удаляют влагу мягкой влажной тканью.

При испытании сухого щебня или гравия в цилиндре диаметром 75 мм из приготовленной пробы берут навеску 400 г, если же диаметр Цилиндра — 150 мм, масса навески должна быть 3 кг.

Навеску щебня или гравия всыпают в цилиндр с высоты 5 см. Затем в него вставляют плунжер и помещают цилиндр на нижнюю плиту пресса. Повышая давление на 1-2 кН (100—200 кгс) в 1 с, доводят его при испытании щебня или гравия в цилиндре диаметром 75 мм до 50 кН (5 тс), а в цилиндре диаметром 150 мм — до 200 кН (20 тс).

Раздробленную в цилиндре пробу просеивают: сквозь сито с отверстиями 1,25 мм — фракции 5-10 мм; 2,5мм — для фракции 10-20 мм и 5 мм — для фракции 20-40 мм. Когда щебень или гравий испытывают в насыщенном водой состоянии, пробу на сите тщательно промывают водой, затем удаляют поверхностную влагу с зерен. Остаток щебня или гравия на сите после сухого или мокрого просеивания взвешивают и определяют показатель дробимости с точностью до 1 % по формуле:

где m1— испытываемая навеска щебня или гравия, г; m2 — остаток на контрольном сите после просеивания раздробленной в цилиндре пробы щебня или гравия, г.

Показатель дробимости определяют как среднее арифметическое двух испытаний. При испытании щебня или гравия, состоящего из смеси двух или более смежных фракций, показатель дробимости вычисляют как средневзвешенное результатов испытания отдельных составляющих фракций.

Строительные бетоны

Бетоном называется искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания рационально подобранной и уплотненной бетонной смеси, состоящей из вяжущего, воды, заполнителей (природных или искусственных) и в необходимых случаях специальных добавок.

Бетоны классифицируют по объемной массе, виду и крупности заполнителя, виду вяжущего, назначению. Каждый из бетонов характеризуется определенными физико-механическими свойствами, отвечающими условиям их эксплуатации. Основные характеристики бетона определяются нормативными марками, задаваемыми при проектировании конструкций и контролируемыми при. их изготовлении. Марки бетона устанавливают в зависимости от характера и условий работы конструкций (табл. 16).

Таблица 17

Проектные марки бетона

Показатель Бетон Марка
Прочность при сжатии, МПа (кгс/см2) Тяжелый 5(50), 7,5 (75), 10(100), 15(150), 20(200), 25(250), 30(300), 35(350), 40(400), 45(450), 50(500), 60(600), 70(700), 80(800)
На пористых заполнителях 2,5(25), 3,5(35), 5(50), 7,5(75), 10(100), 15(150), 20(200), 25(250), 30(300), 35(350), 40(400)
Крупнопористый 1,5(15), 2,5(25),, 3,5(35), 5(50), 7,5(75), 10(100)
Поризованный 3,5(35) 5(50), 7,5(75), 10(100)
Ячеистый 1,5(15), 2,5(25), 3,5(35), 5(50), 7,5(75), 10(100), 15(150)
Прочность на осевое растяжение, МПа (кгс/см3) Тяжелый 1(10), 1,5(15), 2(20), 2,5 (25), 3 (30), 3,5(35), 4(40)
На пористых заполнителях 1 (10), 1,5 (15), 2 (20), 2,5 (25), 3 (30)
Прочность при изгибе, МПа (кгс/см3) Тяжелый — для гидротехнических сооружений 1,5(15), 2(20), 2,5(25)/ 3(30), 3,5 (35), 4 (40), 4,5 (45), 5 (50), 5,5 (55)
Морозостойкость, количество циклов Тяжелый 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 500
На пористых заполнителях 25, 35, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 500
Водонепроницаемость, МПа (кгс/см2) Тяжелый и на пористых заполнителях 0,2 (2), 0,4(4), 0,8(8), 1 (10), 1,2(12)

В качестве марки по прочностипри сжатии

принимают предел прочности при сжатии образцов размером 150х 150х150 мм, изготовленных из рабочего состава и испытанных через 28 суток нормального твердения при температуре (20 ± 2)°С и относительной влажности окружающей среды не ниже 90%. Если известны сроки фактического нагружения конструкций, способы их возведения, условия твердения бетона, вид и марка применяемого цемента, можно устанавливать проектную марку бетона в ином возрасте (большем или меньшем). При этом для монолитных массивных и железобетонных конструкций всегда следует учитывать возможный реальный срок их нагружения проектными нагрузками*.

Отпускная прочность

бетона в элементах сборных конструкций устанавливается государственными стандартами на сборные изделия. Отпускной прочностьюбетона называется прочность его в момент отпуска изделий потребителю. Она должна быть не менее 70% проектной. В ряде случаев (в особо ответственных конструкциях или в изготовляемых в зимнее время) отпускную прочность устанавливают более высокой — до 100% проектной.

Тяжелый бетон

Расчет состава тяжелого бетона заключается в установлении рационального соотношения между составляющими материалами (цементом, водой, песком, щебнем или гравием), которое должно обеспечить получение бетонной смеси заданной подвижности или жесткости, а также приобретение бетоном требуемой прочности в заданный срок при минимальном расходе цемента. В ряде случаев к бетону предъявляют требования повышенной плотности, морозостойкости, водонепроницаемости и пр.

Наиболее удобным и распространенным является метод расчета состава бетона по абсолютным объемам, разработанный Б.Г. Скрамтаевым и его школой. При расчете по этому способу исходят из того, что сумма абсолютных объемов материалов, расходуемых на 1 м3 бетона, должна составлять 1000 л. Так как после расчета обязательно выполняют экспериментальные лабораторные замесы с последующей корректировкой состава, метод иногда называют расчетно-экспериментальным.

Состав бетона с заданными характеристиками (с учетом требований, вытекающих из условий и сроков эксплуатации) определяют по следующей схеме:

1. Выбор исходных параметров (удобоукладываемость бетонной смеси, вид и марка цемента, крупность и прочность заполнителя).

2. Уточнение характеристик исходных материалов (цемента, щебня или гравия, песка).

3. Расчет расхода материалов на 1 м3 бетона.

4. Изготовление пробных лабораторных замесов с корректировкой их состава (при необходимости) для получения бетонной смеси заданной подвижности.

5. Уточнение расхода материалов на 1м3 бетона с учетом фактических данных, полученных при изготовлении лабораторных замесов (полученный состав называется номинальным).

6. Изготовление и испытание образцов.

Затем рассчитывают расход материала в стандартной сухом состоянии на один замес рабочей бетономешалки и вносят поправки на влажность. Удобоукладываемость (подвижность и жесткость) бетонной смеси принимают по проекту или в соответствии с табличными данными (см.табл.17 и 18).

Выбор вида и марки цемента следует производить в соответствии с указаниями проекта и с учетом рекомендаций СН 386-74, приведенных в табл. 19.

Крупность заполнителя определяется следующими требованиями:

Читайте также: Глава 8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

— наибольший размер зерен крупного заполнителя не должен превышать 1/3 наименьшего размера конструкции и 3/4 наименьшего расстояния в свету между стержнями арматуры;

Таблица 17

Подвижность или жесткость бетонной смеси, принимаемая для установления типовой нормы расхода цемента при изготовлении борных бетонных или железобетонных конструкций.

№ п/п Изделия Подвижность бетонной смеси при способах формования
Агрегатно-поточном или конвейерном на виброплощадках Стендовом (кроме кассетного)
уплотнение глубинными и поверхностными вибраторами в формах с навесными вибраторами при высоте бетонирования, см
Плоские изделия с повышенными требованиями к качеству их поверхностей (стеновые панели и перегородки, плиты и панели перекрытий) 1—3 см 20-40 с 1—3 см
То же, при обычных (умеренных) требованиях к качеству поверхностей (плиты покрытий зданий, дорожных покрытий, креплений откосов земляных сооружений, элементы подпорных стенок, бункеров) 20-40 с 50-80 с 1—3 см
Панели и настилы с круглыми, овальными и другими пустотами и аналогичные им изделия 50—80 с
Ребристые и кессонные плиты, панели и аналогичные им, элементы (стеновые панели промышленных зданий, плиты перекрытий, лестничные площадки и марши) 1-3 см 20-40 с 1-3 см 4-6 см 4—6 см
Блоки фундаментные, стеновые и подобные им изделия простой конфигурации 20—40 с 20—40 с 20-40 с 1—3 см
Линейные изделия простого профиля (ригели, балки, колонны, стоики, перемычки, сваи), а также изделия таврового профиля, формируемые полкой вверх 20—40 с 1—3 см 1—3 см 4—6 см
То же, при насыщении изделий арматурой 150кг/м3 и выше 1-3 см 4-6 см 1-3 см 4 — 6 см
Линейные изделия сложного профиля (тавровые и двутавровые балки, опоры ЛЭП, фермы, мачты, двухцветные колонны) 1—3 см _ 4 — 6 см 1—3 см 4 — 6 см
То же, при насыщении изделий арматурой 150 кг/м3 и выше 4 — 6 см 4—6 см 4—6 см 7—9 см
Криволинейные элементы покрытий, резервуаров, тоннельных обделок, шахтных стволов 1-3 см 20-40 с 1-3 см
Трубы, мачты, кольца колодцев, лотки 20—40 с 50—80 с 20—40 с 40—60 с

Таблица 18

Подвижность бетонной смеси (на месте укладки) для изготовления монолитных конструкций*

Вид конструкций Осадка конуса, см
Подготовка под фундаменты и полы, основания дорог и аэродромов Покрытия дорог и аэродромов, полы, массивные неармированные или мало армированные конструкции (подпорные стены, фундаменты, блоки массивов) Массивные армированные конструкции, плиты, балки, колонны большого и среднего сечения 0-1 1-3 3-6
Железобетонные конструкции, сильно насыщенные арматурой, тонкие стенки и колонны, бункера, силосы, балки и плиты малого сечения: — горизонтальные элементы — вертикальные элементы 6-8 8-10
Конструкции, бетонируемые в скользящей опалубке: — при уплотнении вибратором — при ручном уплотнении 6-8 8-10

Таблица 19

Данные для выбора марки цемента при проектировании состава бетона

Проектная марка бетона Твердение в нормальных условиях Твердение в условиях тепловой обработки и отпускной прочности бетона, равной
рекомендуемая допустимая 70% проектной и менее 85% и 100% проектной
рекомендуемая допустимая рекомендуемая допустимая
Не допускается к производству
200, 400 200, 400 300, 500
300, 500 300, 500
300, 500 300, 500

При бетонировании плит допускается применение крупного заполнителя с наибольшей крупностью зерен, равной половине толщины плиты. По прочности крупный заполнитель должен удовлетворять следующим требованиям: марка щебня из естественного камня, определенная по дробимости при сжатии в цилиндре, должна быть выше марки бетона не менее чем в 1,5 раза для бетона марок ниже 300 и не менее чем в 2 раза для бетона марок 300 и выше.

При использовании гравия и щебня из гравия предварительно оценивают пригодность их для бетонов различных марок по прочности в соответствии с ГОСТ 10268 и по дробимости с ГОСТ 8267.

Прежде чем приступить к расчету состава бетона, необходимо сделать анализ материалов и определить следующие характеристики для:

* цемента — активность, плотность, объемную массу в рыхлонасыпанном состоянии, нормальную густоту цементного теста (НГ);

* для песка — плотность, объемную массу в рыхлонасыпанном состоянии, гранулометрический состав, модуль крупности и влажность;

* для щебня — объемную массу зерен щебня, объемную массу в рыхлонасыпанном состоянии, межзерновую пустотность, зерновой состав, наибольшую крупность зерен, влажность и прочностные характеристики.

Таблица 20

Ориентировочный расход воды в зависимости от вида заполнителя я удобоукладываемости бетонной смеси*

Показатели удобоукладываемости бетонной смеси Расход вода, л/м3, при наибольшей крупности зерен, мм
гравия щебня
Осадка конуса, см Жесткость бетонной смеси, с
9…12
6…8
3…5
1…2
30…50
60…80
90…120
150…200

3.2. Расчет расхода материалов на 1 м3 бетонной смеси

1. Определяют водоцементное отношение, обеспечивающее получение бетона заданной прочности при использовании цемента определенной активности. В/Ц рассчитывают по следующим формулам:

при Rб ≤ Rц 2

при Rб >Rц 3

где Rб — проектная марка бетона; Rц — активность цемента, определяемая по ГОСТ 310.4; А и Аг — коэффициенты, зависящие от качества заполнителя.

2. Определяют ориентировочный расход воды по табл. 20.

3. Расход цемента вычисляют по уже известным расходу воды (В) и во до цементному отношению (В/Ц):

4

4. Расход крупного заполнителя — щебня, гравия — вычисляют по формуле:

5

где ρ0 — средняя масса зерен щебня (гравия), кг/м3; ρ0.н — средняя насыпная масса щебня (гравия), кг/м3; Vпуст — пустотность щебня (гравия), доли единицы; ά — коэффициент раздвижки зерен* (принимается по табл. 21, 22).

Таблица 21

Расход цемента, кг/м3 При осадке конуса, см При жесткости, с
5-10 1-4 40-80
1,22 1,18 1,10
1,28 1,22 1,12
1,34 1,28 1,14
1,4 1,34 1,16
1,48 1,4 1,18
1,6 1,48 1,2

Таблица 22

Оптимальные значения коэффициента ά

1Следующая ⇒


Изготовление образцов

Образцы для определения марки цемента изготавливают стандартных размеров в специальных формах. Формы должны быть разъемными и из прочного материала – к примеру, из чугуна или стали. Перед заполнением раствором форму смазывают машинным малом, а стыки – вазелином. Форму заполняют на 10 мм, устанавливают на вибростенд и после запуска установки форма заполняется окончательно – порционно в течение 2 минут. Через три минуты установка отключается, а излишки смеси снимают ножом, смоченным в воде. Образец сглаживают, маркируют и, оставляя его в форме, выдерживают в специализированной ванне с гидравлическим затвором 24 часа (в случае растрескивания образца, оставляют его в ванной еще на 48 часов). Затем их достают из ванны, извлекают из форм и укладывают в бассейн с водой. Вода должна быть 20 ± 2 градусов по Цельсию и накрывать образцы минимум на 20 мм. Воду в бассейне заменяют раз в две недели. И после 28 суток твердения их извлекают из ванной, испытания проводятся максимум за час.

Как проводится определение активности цемента?

Ввиду того, что строительные материалы могут быть использованы как для реализации массовых проектов, так ив частном использовании, стоит рассмотреть несколько вариантов определения активности раствора, чтобы понимать, каким образом хранить его, как должна быть организована перевозка цемента и какие характеристики он может проявить в работе.

Чтобы уточнить прочность и активность цемента по ГОСТ, в лабораториях используют следующий способ:

  • Раствор формируют в балки;
  • На протяжении 24 часов подвергают изделия хранению над водой;
  • В течение 27 дней содержат элементы в ванне с гидравлическим замком;
  • На 28-е сутки осуществляют испытание на прочность на сжатие.

Испытание цемента на активность предполагает выведение среднего арифметического показателя на основе четырех высочайших результатов исследования. Полученное число считают цифровым эквивалентом активности цемента.

Если вы сомневаетесь в качестве приобретенного продукта при самостоятельном строительстве, можно провести эксперимент в домашних условиях и уточнить, какова активность цемента в бетоне, на основе которого будет изготовлен объект. Для проведения процедуры потребуются вода, одноразовая емкость, ткань, пакет из целлофана, минеральная вода и резиновые перчатки.

Использование этих предметов помогает уточнить активность цемента при пропаривании. Методика подразумевает смешивание состава с минералкой и создание из материала круга, толщина середины которого должна превышать толщину краев. Качественный материал не должен нагреваться в течение получаса. Появляющиеся трещины свидетельствуют о несоответствии материала заявленным техническим характеристикам. Такой эксперимент может пройти любая марка, будь то M400 или M200.

Если результат вас удовлетворил, и химическая активность цемента оказалась надежной, заверните круг в мокрую ткань и в целлофановый пакет, а затем оставьте в таком состоянии на двое или трое суток. Спустя несколько часов пакет развернется, и вы сможете оценить твердость цемента. Качественный состав продемонстрирует отсутствие трещин, звонкий звук при механическом постукивании, в то время как фальсификат рассыплется.

Если вас интересует влияние активности цемента на прочность бетона в конкретном варианте изделия, обращайте внимание на информацию, указанную производителем на упаковке с приобретаемой продукцией.

Чтобы деньги не превратились в воздух, а строительный материал оправдал ваши надежды, приобретайте качественный товар от проверенных поставщиков, обращайте внимание на сроки годности, технические характеристики и минеральный состав смеси.

До определенной стадии производства весь цемент имеет абсолютно идентичные характеристики, однако есть момент, когда этот стройматериал получает характерные особенности для использования в различных условиях. Наступает этот момент на финальном этапе производства, когда в исходное сырье добавляют соответствующие примеси, или добавки.

Одним из решающих параметров цемента считается его прочность, в соответствии с которой он получает определенную маркировку.

Виды определения пределов прочности

В зависимости от особенностей дальнейшего использования цемента и бетона на его основе существует несколько различных подходов к определению активности. Рассмотрим несколько методик.

Определение прочности на изгиб

Суть метода в постепенном увеличении нагрузки на образец посредством специального пресса (скорость нагружения — 50±10Н/с). При этом испытание образцов производится при их расположении поперечной гранью – продольно. Итоговый результат берут как среднее арифметическое между двумя самыми высокими показателями испытаний образцов из трех.

Определение прочности при сжатии

Этот метод требует равномерной нагрузки с предельной силой — 200-500кН. Для этого три образца, разделенных на половины, располагают между специальными полированными металлическими пластинами. Площадь соприкосновения образца в продольном положении и пластины – 25 см2. После центровки на опорной плите в качестве результата принимается среднее значения четырех самых высоких показателей.

Определение прочности цемента при пропаривании

Для изготовления конструкций из бетона или железобетона подчас необходимо сократить срок твердения. Для этого используют тепловлажную пропарку. Именно поэтому для таких случаев целесообразно использовать определение активности цемента при пропаривании.

Подготовка образцов и все процедуры проводятся в стандартных условиях, однако пропаривание необходимо производить в специализированной камере. Стандартизированная температура — 20±3 градусов по Цельсию при выключенном обогреве в течение 2 часов. Значение прочности определяется в соответствие с ГОСТом.

Фото 2

Однако все эти методы требуют очень длительного времени. Самый скорый метод определения марки цемента без потери точности измерений – контракциометрический. Он использует для оценки показатели уменьшения объема раствора при гидратации материала. Именно эти данные ложатся в основу расчетов активности цемента. Именноэтот метод лег в основу нового прибора предприятия «Интерприбор».

Этот прибор позволяет исследования по определению активности цемента проводить в ускоренном режиме – то есть фактически в течение 3 часов. Также «Цемент-прогноз» позволяет работать с такими измерениями как сроки схватывания цемента, морозостойкость, прочность и водонепроницаемость бетона.

Факторы, влияющие на прочность цемента

Определение прочности цемента
Активность и прочностные характеристики зависят от некоторых факторов.

Условия хранения

При длительном хранении цемента активность постепенно снижается. Скорость изменения зависит от условий хранения. Обнаруживается такая динамика снижения параметра:

  1. Сухой закрытый склад при хранении материала в водонепроницаемых мешках — активность не изменяется в течение 1 месяца, через 2 месяца уменьшается на 4-5%, через 3 — на 8-9%, через 4 — на 12-16%;
  2. Сухое помещение, но обычные, бумажные мешки — через 1 месяц снижение составляет 4-6%, через 2 месяца — 9-11%, 3 — 13-15%, 4 — 18-22%;
  3. При повышенной влажности или хранении в насыпном виде — через 1 месяц — на 10-12%, 2 месяца — 15-17%, 3 — 19-23%, 4 — 24-28%.

В зависимости от срока и условий хранения, реальная марка цемента снижается на порядок. Так через 3 месяца материал марки М400 может превратиться в М300.

Состав материала

Активность любого цемента существенно зависит от вида и количества добавок, наличия примесей, состава и концентрации клинкера. Так при наличии кальцитов и кварца показатель снижается, а при повышенном содержании алюминатов и алита — повышается. Щелочные добавки способны влиять на скорость кристаллизации, причем и в сторону замедления, и в сторону ускорения. Для повышения прочности в цемент добавляется клинкер.

Дисперсность частиц

Она определяется степенью помола компонентов. Мелкодисперсный порошок значительно быстрее вступает в химическую реакцию по своему объему, что повышает активность. При крупном помоле прочность набирается дольше, а ее величина понижена.

Существует также взаимосвязь активности с удельным весом (плотностью) цемента. С повышением этого показателя она возрастает.

Новый прибор для определения активности цемента

В 2009 году разработала и запатентовала прибор «Цемент-Прогноз», основанный на контракциометрическом методе измерений. Этот прибор автоматический. В его стандартную комплектацию входят: электронный блок, стакан для проб цементного образца, камера измерения и сервисное ПО, нацеленное на обработку данных по методике. Именно программное обеспечение позволяет все результаты перенести на компьютер, заархивировать и, при необходимости, конвертировать в Exсel.

Принцип работы прибора основан на регистрации изменения объема воды в герметичной камере, дополнительно можно фиксировать температуру пробы. Камера заполняется водой, а в нее помещается образец в специальном мерном стакане. Измерение занимает в минимальном варианте три часа, по факту которых все измерения переносятся в компьютер. Но существует и 7-суточный контракционный цикл измерений.

Электронный блок позволяет через соединительную коробку подключать и одновременно производить измерения в трех камерах, регистрируя результаты на дисплее прибора и компьютере. Сервисное ПО предлагает обширный объем функций по обработке результатов. Прибор внесен в Государственный реестр средств измерений.

Использование «Цемент-Прогноза» в рабочем процессе облегчит и другие технологические измерения, в частности оценку водоцементного отношения и прочность бетона (МИ 2488-98), морозостойкость (МИ 2489-98), водонепроницаемость бетона (МИ 2625-2000).

Определение активности цемента в домашних условиях

Для строительства малоответственных бетонных конструкций будет достаточно определение активности двумя «народными» методами, которые, несмотря на весьма относительную точность, тем не менее, позволяют сделать вывод о пригодности или непригодности цемента.

Визуально-тактильный метод

Если нет возможности проверить россыпной цемент, придется приобрести мешок материала и произвести осмотр его содержимого в плане цвета и агрегатного состояния. Качественный «активный» цемент должен иметь серо-зеленоватый оттенок и протекать сквозь пальцы как вода.

В крайнем случае, качественный, но немного лежалый цемент, может слеживаться в небольшие комочки, которые должны рассыпаться в пыль при малейшем прикосновении. Твердые комки указывают на значительную потерю активности – подобный материал можно использовать только в качестве наполнителя.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий
Adblock
detector