3599
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
А. В. Исаев
Проектирование составов тяжёлого бетона
Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ и практических занятий для
обучающихся по дисциплинам «Строительные материалы», «Бетоноведение» и «Технология бетона, строительных изделий и конструкций» по направлению подготовки 08.03.01 Строительство,
профиль «Производство и применение строительных материалов, изделий и конструкций»
Нижний Новгород
2023
1
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
А. В. Исаев
Проектирование составов тяжёлого бетона
Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ и практических занятий для
обучающихся по дисциплинам «Строительные материалы», «Бетоноведение» и «Технология бетона, строительных изделий и конструкций» по направлению подготовки 08.03.01 Строительство,
профиль «Производство и применение строительных материалов, изделий и конструкций»
Нижний Новгород ННГАСУ
2023
2
УДК 666.972.7
Исаев, А.В. Проектирование составов тяжёлого бетона : учебно-мето-
дическое пособие / А.В.Исаев; Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2023. − 46 с. − Текст : электронный.
В пособии описывается традиционная и альтернативные методики подбора составов тяжёлых конструкционных бетонов. В приложении при-
ведена современная классификация бетонов.
Пособие предназначено для обучающихся в ННГАСУ по дисципли-
нам «Строительные материалы», «Бетоноведение» и «Технология бетона,
строительных изделий и конструкций» по направлению подготовки 08.03.01
Строительство, профилю «Производство и применение строительных мате-
риалов, изделий и конструкций»
© А.В. Исаев, 2023 © ННГАСУ, 2023
|
|
3 |
|
|
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
|
|
|
Стр. |
|
Введение |
4 |
|
1 |
Основные свойства бетонных смесей и бетонов |
5 |
|
|
1.1 |
Удобоукладываемость |
5 |
|
1.2 |
Прочность бетона |
10 |
2 |
Цель работы |
13 |
|
3 |
Общие указания по выполнению работы |
13 |
|
4 |
Расчёт лабораторного состава тяжёлой бетонной смеси |
14 |
|
|
4.1 |
Теоретические основы расчёта |
14 |
|
4.2 |
Порядок выполнения работы |
22 |
|
4.3 |
Расчёт состава тяжёлого бетона |
24 |
5 |
Лабораторная проверка состава тяжёлой бетонной смеси |
26 |
|
|
5.1 |
Проведение опытного замеса. Изготовление контрольных |
26 |
|
|
образцов |
|
|
5.2 |
Испытание контрольных образцов |
30 |
6 |
Расчёт производственного состава бетонной смеси и расчёт |
31 |
|
|
материалов на замес бетоносмесителя |
|
|
7 |
Пример расчёта состава бетона |
34 |
|
|
Приложение А. Классификация бетонов |
37 |
|
|
Приложение Б. Методика расчёта расходов заполнителей на 1 м³ |
41 |
|
|
|
бетона при неизвестных значениях их плотности |
|
|
|
[11] |
|
|
Приложение В. Методика расчёта расходов заполнителей на 1 м³ |
43 |
|
|
|
в соответствии с [12] |
|
|
Приложение Г. Методика пересчёта состава бетонной смеси с |
45 |
|
|
|
учётом её фактической плотности |
|
|
Литература |
46 |
4
Введение
Бетон – один из древнейших строительных материалов. На территории бывшей Югославии найдены остатки зданий с полами из бетона на извести,
которые датируются 5600 г. до н.э. В третьем тысячелетии до н.э. из бетона построены часть Великой Китайской стены, своды и галереи пирамид в Египте. Широкое применение получил бетон в Древнем Риме во втором тысячелетии до н.э.: из него строили волноломы, акведуки, бани, дома до 4
этажей, общественные здания с пролётами до 22 м, театры, дворцы и т.п. При этом римляне добавляли к извести пуццолановые* добавки, что придавало бетону водостойкость. Остатки древних бетонных сооружений найдены также на территории Южной Америки. [13]
Толчок к бурному развитию бетона дало открытие в 1824 г. портланд-
цемента, а также изобретение в 1848 – 49 гг. железобетона.
В настоящее время на бетон и железобетон приходится до 30 % общего объёма строительных материалов.
Бетон – это искусственный камневидный материал, представляющий собой затвердевшую бетонную смесь.
Бетонная смесь – смесь вяжущих, заполнителей, затворителя и, при необходимости, добавок.
Сухая бетонная смесь – бетонная смесь без затворителя.
Бетон – это весьма широкое понятие, включающее в себя большое ко-
личество материалов, соответствующих приведённому определению, но раз-
личающихся свойствами, применяемыми сырьевыми материалами, техноло-
гией приготовления, формования и твердения. Единственный компонент, яв-
ляющийся обязательным для изготовления бетона, это вяжущее вещество.
* "Пуццолана" – от г. Поццуоли в Древнем Риме, где брали вулканический песок, который при смешивании с водой твердел.
5
Классификация бетонов приведена в приложении А.
Понятие «тяжёлый бетон», с точки зрения современной классификации по ГОСТ 25192 [7], может применяться в двух значениях:
1) бетон на любых вяжущих и заполнителях, имеющий среднюю плот-
ность в сухом состоянии свыше 2000 до 2500 кг/м³; 2) цементный бетон с плотными мелким и крупным заполнителями.
Именно тяжёлые бетоны во втором значении получили наиболее ши-
рокое распространение в строительстве, и в настоящем учебно-методиче-
ском пособии понятие «тяжёлый бетон» в дальнейшем будет употребляться в этом смысле.
Вяжущим в тяжёлых бетонах служит какой-либо цемент, чаще всего – портландцемент по ГОСТ 31108 [10]. В качестве крупных заполнителей в них применяют щебень или гравий из плотных горных пород по ГОСТ 8267 [2], в качестве мелкого заполнителя – строительный песок по ГОСТ 8736 [3].
Возможно применение некоторых отходов производства – шлаков, зол, бе-
тонного боя и т.п. в виде щебня или песка. Затворителем в тяжёлых бетонах является вода по ГОСТ 23732 [6]. В них также могут применяться различные химические добавки, например, водоредуцирующие, ускоряющие твердение,
противоморозные и т.п.
Существует устойчивое заблуждение, что плотные заполнители в тя-
жёлых бетонах необходимы для придания бетонам прочности. Но это не так,
хотя прочность бетона и прочность заполнителей определённым образом связаны между собой. Цементный камень, полученный при твердении це-
ментного теста с консистенцией, сходной с консистенцией бетонной смеси,
будет иметь бóльшую прочность, чем соответствующий бетон (за исключе-
нием высокопрочных бетонов). Основное назначение заполнителей:
- уменьшение усадки материала (в тяжёлых бетонах заполнители уменьшают усадку по сравнению с цементным камнем примерно в 10 раз);
6
- сокращение расхода цемента, являющегося наиболее дорогим компо-
нентом тяжёлого бетона (не считая некоторых химических добавок).
В настоящем методическом пособии приводятся две методики подбора состава тяжёлой бетонной смеси без добавок [11, 12], предусматривающих три этапа:
-расчёт лабораторного состава бетонной смеси;
-проведение опытного замеса с корректировкой состава по удобоукла-
дываемости и изготовление контрольных образцов; - испытание контрольных образцов бетона на прочность и, при необхо-
димости, окончательное корректирование состава.
Методика, приведённая в [11], является широко известной и наиболее распространённой. Методика, приведённая в [12], появилась недавно и пока не нашла широкого распространения.
1 Основные свойства бетонных смесей и бетонов
1.1 Удобоукладываемость
1.1.1 Удобоукладываемостью бетонных смесей называют их способ-
ность заполнять форму, сохраняя при этом монолитность и однородность. На практике удобоукладываемость характеризуется одним из двух показателей
– подвижностью или жёсткостью по ГОСТ 7473 [1]. Методы их определения приведены в ГОСТ 10181 [4].
1.1.2 Подвижность бетонной смеси оценивают по осадке конуса (ОК)
или расплыву конуса (РК), отформованного из бетонной смеси. Расплыв ко-
нуса определяют только у высокоподвижных бетонных смесей марок П4 и
П5, и методика его определения в данном учебном пособии не приводится.
7
Осадка конуса – величина оседания отформованного из бетонной смеси стандартного конуса в сантиметрах.
Стальной конус, изображённый на рисунке 1, устанавливают на глад-
кий лист из твёрдого водонепроницаемого материала (металл, пластмасса и т.п.), надевают сверху загрузочную воронку, прижимают конус к листу (но-
гами – через упоры 3 или руками – за ручки 1) и заполняют при помощи кельмы или совка бетонной смесью. Все соприкасающиеся с бетонной сме-
сью поверхности оборудования и инструментов должны быть предвари-
тельно увлажнены. Бетонную смесь укладывают в три слоя одинаковой вы-
соты, уплотняя каждый штыкованиями по 25 раз металлическим стержнем диаметром 16 мм со скругленными концами. Бетонной смесью марок П4 и
П5 конус заполняют в один приём и штыкуют 10 раз.
Н – 40
1 — ручка; 2 — корпус; 3 — упоры; 4 — сварной шов. H = 300 мм; D = 200 мм; d = 100 мм.
Рисунок 1 — Конус для определения подвижности
Конус во время заполнения, штыкования и заглаживания верхней по-
верхности должен быть плотно прижат к листу.
8
После уплотнения бетонной смеси воронку снимают, избыток смеси срезают ножом вровень с верхними краями конуса и заглаживают поверх-
ность бетонной смеси. Время от начала заполнения конуса до его снятия не должно превышать 3 мин.
Конус плавно снимают с отформованной бетонной смеси в строго вер-
тикальном направлении и устанавливают рядом с ней. Время, затраченное на подъём конуса, должно составлять (5 – 7) с.
Осадку конуса бетонной смеси определяют, укладывая одну линейку на верх формы-конуса и измеряя другой линейкой расстояние от нижней по-
верхности линейки до верха бетонной смеси с погрешностью не более
0,5 см так, как это показано на рисунке 2 (поз. 4).
Рисунок 2 – Определение осадки конуса
Если после снятия формы-конуса бетонная смесь разваливается, изме-
рение не выполняют, и испытание повторяют на новой пробе бетонной смеси.
Осадку конуса бетонной смеси вычисляют с округлением до 1 см как среднеарифметическое результатов двух определений из одной пробы, отли-
чающихся между собой не более чем:
на 1 см при OK ≤ 9 см;
» 2 см » OK = 10 – 15 см;
9
» 3 см » OK ≥ 16 см.
При большем расхождении результатов определение повторяют на но-
вой пробе.
По показателю подвижности бетонные смеси подразделяются на марки
[1]:
П1 – ОК = 1 – 4 см;
П2 – ОК = 5 – 9 см;
П3 – ОК = 10 – 15 см;
П4 – ОК = 16 – 20 см;
П5 – ОК ≥ 21 см.
Бетонные смеси, имеющие осадку конуса меньше 1 см, характеризуют показателем жёсткости.
1.1.3 Жёсткость бетонной смеси характеризуют временем вибрации в секундах, необходимым для уплотнения бетонной смеси.
Стандарт [4] предусматривает три метода определения жёсткости:
-на установке типа Вебé (рисунок 3);
-по методу Крáсного;
-по методу Скрамтаева.
Здесь рассматривается только первый из этих методов.
Установка типа Вебе, приведённая на рисунке 3, состоит из цилиндра
1, к которому прикреплена втулка 7 со штативом 5. Во втулке 6 штатива рас-
положена штанга 10 с горизонтально расположенным диском 8 с шестью от-
верстиями диаметром 10 мм. Общая масса диска, штанги и шайбы 9 уста-
новки должна составлять (2750 ± 50) г. В цилиндр устанавливается стандарт-
ный конус с загрузочной воронкой, описанный в п. 1.1.2, но без упоров. Для прижатия конуса к днищу цилиндра применяется специальное кольцо с руч-
ками 3. Прибор устанавливают на лабораторную виброплощадку, обеспечи-
вающую вертикально направленные колебания частотой (2900 ± 100) мин-1 и
амплитудой (0,5 ± 0,05) мм. Виброплощадка и установка должны иметь