ЛАБОРАТОРНЕ ЗАНЯТТЯ № 8

Тема: ПІДБІР СКЛАДУ БЕТОНУ ЗА МЕТОДОМ Б.Г. СКРАМТАЄВА

Мета роботи: підібрати раціональний склад бетону проектної міцності.

Визначити витрату матеріалів на один заміс бетонозмішувача.

ТЕОРЕТИЧНА ДОВІДКА

В основу розрахунку складу бетону покладено принцип “абсолютних об’ємів”. Тобто сума абсолютних об’ємів компонентів суміші повинна становити 1 – тобто 1 м³, або іншу одиницю об’єму.

,

де Ц, П, Щ, Г, В – витрати компонентів, відповідно цементу, піску,

щебеню, гравію, води в кг на 1 м³ суміші;

r – істинна густина кожного компонента.

Завдання розрахунку полягає у тому, щоб визначити кожне з чотирьох невідомих цього рівняння.

Проектування складу бетону виконується в такому порядку:

1) визначення вимог до бетону (його проектних властивостей), виходячи з характеристик споруди чи виробу, особливостей їх виготовлення або експлуатації;

2) вибір матеріалів для бетону, визначення їх властивостей;

3) попередній розрахунок складу бетону;

4) перевірка складу у пробних замісах;

5) коригування складу суміші у випадках, коли у пробному замісі виявлено відхилення від вимог.

Отже, перед приготуванням бетонної суміші слід провести підготовчу роботу, яка включає 2 основних етапи:

І – визначення проектних даних (з проектної документації або (рідше) візуального обстеження) бетону:

–        міцність бетону, R _b, кгс/см², МПа;

–        рухливість бетонної суміші, ОК, см;

–        об’єм бетонозмішувача, V, л, м³.

ІІ – визначення властивостей наявних матеріалів, які застосовуватимуться для приготування бетонної суміші:

–        вид цементу: портландцемент;

–        активність цементу, марка цементу, R _ц, кгс/см², МПа;

–        насипна густина цементу, кг/м³, г/см³, r_н.ц;

–        насипна густина сухого піску, кг/м³, г/см³, r_н.п;

–        насипна густина сухого щебеню (гравію), кг/м³, г/см³, r_{н.щ (г)} ;

–        пустотність крупного заповнювача, V_{п.щ. (г)}, %;

–        найбільша крупніcть крупного заповнювача, мм;

–        вологість заповнювачів, %;

–        істинна густина щебеню, r_щ = 2600 кг/м³;

–        істинна густина піску, r_п = 2700 кг/м³;

–        істинна густина гравію, r_г = 2650 кг/м³;

–        істинна густина цементу, r_ц = 3100 кг/м³.

ХІД РОБОТИ

1.     Застосовуючи формулу Боломея-Скрамтаєва: , визначають водоцементне співвідношення В/Ц: , де А – коефіцієнт якості заповнювачів, який становить 0,65 – для високоякісних заповнювачів, 0,60 – для рядових, 0,55 – для заповнювачів зниженої якості.

2.     Враховуючи задану рухливість бетонної суміші та найбільшу крупніcть заповнювача, визначають витрату води на 1 м³ суміші, при цьому користуються таблицею 8.1.

3.     Виходячи з визначеного у п.1 водоцементного співвідношення та витрати води з п.2, визначають витрату цементу на 1 м³ бетонної суміші, кг.

Таблиця 8.1

Осадка конуса, см	Витрата води, л/м^3, при найбільшій крупності заповнювача
	гравію				щебеню
	10	20	40	70	10	20	40	70
1...2	185	170	155	140	195	180	165	155
3...4	195	180	165	155	205	190	175	170
5...6	200	185	170	165	210	195	180	175
7...8	205	190	175	170	215	200	185	180
9...10	210	200	185	175	225	210	195	185
11...12	215	205	190	180	225	215	200	190
13...16	220	210	197	185	230	220	207	195
17...20	227	218	203	192	237	228	213	202

4.     Витрата щебеню чи гравію визначається з формули:

, де a – коефіцієнт розсунення зерен заповнювача, визначається за таблицею 8.2, а проміжні значення – за інтерполяцією.

Таблиця 8.2

Витрата цементу, Ц, кг/м^3	Коефіцієнт розсунення зерен заповнювача a , при В / Ц
	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	1,40	1,46	-	-	-
500	1,52	1,56	-	-	-

5.     Витрата піску у сухому стані визначається з формули:

.

6.     В результаті проведених розрахунків отримано орієнтовний номінальний склад (лабораторний склад) бетону об’ємом 1 м³. Склавши витрату всіх складових компонентів бетонної суміші, отримаємо значення середньої густини бетонної суміші.

7.     Визначають коефіцієнт виходу бетонної суміші, користуючись формулою, вважаючи, що об’єм бетонної суміші становить 1 м³:

8.     Для того, щоб пересвідчитись у відповідності властивостей бетонної суміші проектним, у лабораторних умовах готують пробний заміс. Тому витрати всіх компонентів, які необхідні для приготування 1 м³ бетонної суміші слід перерахувати на менший об’єм. Як варіант можна приготувати 50 л, 10 л тощо.

                        Всі матеріали зважують і з них готують бетонну суміш. Рухливість суміші визначають за допомогою стандартного конуса.

                        Якщо ОК виявиться меншою від проектної, то збільшують витрату цементу і води у кількості до 10% за масою від вихідної кількості компонентів. Ці роботи називають коригуванням складу бетонної суміші.

                        Бетонну суміш з добавкою цементу і води додатково добре перемішують і знову перевіряють рухливість. Якщо ОК відповідає проектній, дослід закінчують, перерахувавши при цьому витрати води і цементу.

                        Визначають абсолютні об’єми усіх компонентів суміші:

цементу – V_ц = Ц _пр.з. / r _ц ;

піску – V_п = П _пр.з. / r _п ;

щебеню – V_щ = Щ _пр.з. / r _щ ;

гравію – V_г= Г _пр.з. / r _г ;

води – V_в = В _пр.з. / r _{в .}

Об’єм пробного замісу відкоригованої бетонної суміші: V_пр.з = V_ц + V_п + V_{щ (г)} + V_в .

9.     Повертаємось від пробного замісу знову до об’єму 1 м³ суміші вже відкоригованої. Підрахунок виконують для кожного компонента:

Ц = (Ц_пр.з. / V_пр.з.) × 1 м³;

П = (П_пр.з. / V_пр.з.) × 1 м³;

Щ = (Щ_пр.з. / V_пр.з.) × 1 м³;

Г = (Г_пр.з. / V_пр.з.) × 1 м³;

В = (В_пр.з. / V_пр.з.) × 1 м³.

10. Підсумувавши всі значення – витрати кожного компоненту на 1 м³ – отримаємо фактичну середню густину бетонної суміші і порівнюємо це значення з визначеним у п. 6.

11. Виробничий (польовий) склад бетону обчислюють, виходячи з вологості заповнювачів. У зв’язку з цим витрату піску та щебеню чи гравію слід збільшити, води ж, відповідно, зменшити на ту кількість вологи, яка є у вихідній сировині.

12. Записують співвідношення компонентів Ц : П : Щ. Для зручності слід розділити кожен з компонентів на витрату цементу, тоді отримують 1 : П/Ц : Щ/Ц при В/Ц = ...

13. Враховуючи коефіцієнт виходу бетонної суміші та об’єм бетонозмішувача обчислюють витрату компонентів на 1 заміс бетонозмішувача:

Ц_V = b × V × Ц / 1 м³, кг;

П_V = b × V × П / 1 м³, кг;

Щ_V = b × V × Щ / 1 м³, кг;

Г_V = b × V × Г/ 1 м³, кг;

В_V = b × V × В / 1 м³, кг.

14. З бетонної суміші пробних замісів виготовляють контрольні зразки – куби, які після зберігання у нормальних умовах випробовують у віці 28 діб на пресі.

15. Роблять висновки про відповідність міцності бетону проектній, про залежність міцності бетону від В/Ц, умов тужавлення тощо.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1.     У чому полягає принцип “абсолютних об’ємів”?

2.     Пояснити ОК.

3.     Пояснити термін “міжзерновий простір”.

4.     Для чого застосовують коефіцієнт a?

5.     Для чого застосовують коефіцієнт b? У яких межах цей коефіцієнт знаходиться? Які його оптимальні значення?

6.     Що означає “польовий склад бетону”?

7.     Як отримують виробничий склад бетонної суміші?

8.     Як враховують у розрахунку складу бетону вологу, яка знаходиться у заповнювачах?

Тема: ПІДБІР СКЛАДУ БУДІВЕЛЬНОГО РОЗЧИНУ ТА

ВИПРОБУВАННЯ РОЗЧИНОВОЇ СУМІШІ

Мета роботи: навчитися визначати витрату складових частин розчину

заданої проектної марки і рухливості; ознайомитись

з основними методами досліджень розчинової суміші,

випробувати розчинову суміш.

Прилади і матеріали: чаша для приготування розчинової суміші, конус стандартний для визначення рухливості суміші, технічні терези з різноважками, вода, цемент, пісок, глиняне чи вапняне тісто, лінійка, металеві форми, прилад для визначення розшарування суміші.

ТЕОРЕТИЧНА ДОВІДКА

Будівельні розчини – штучний каменеподібний матеріал, отриманий в результаті твердіння раціонально підібраної суміші в’яжучої речовини, дрібного заповнювача (піску), води, а часто і добавок – мінеральних, поверхнево активних, хімічних тощо. Розчини нагадують дрібнозернисті бетони. До затвердіння будівельний розчин називають розчиновою сумішшю. Як в’яжучу речовину застосовують цемент, вапно, гіпс, глину, суміші цих речовин. Розчини, виготовлені на одній в’яжучій речовині називають простими, на декількох – складними або змішаними.

Дрібний заповнювач є визначальним для об’ємної маси розчину. Кварцові, польовошпатні піски використовують для приготування важких будівельних розчинів об’ємною масою 1500 кг/м³ і вище; легкі розчини мають об’ємну масу до 1500 кг/м³.

За міцністю при стиску будівельні розчини поділяють на марки 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200, 300.

Використовують будівельні розчини для мурування, монтажу конструкцій, штукатурки – внутрішньої та зовнішньої, заводського оздоблення лицьових поверхонь стінових панелей, блоків; гідроізоляції, влаштування підлог тощо.

Підбирають склад будівельного розчину для встановлення раціонального співвідношення між складовими частинами – цементом, чи іншою в’яжучою речовиною, водою, піском, добавками, що і дасть можливість отримати розчинову суміш з певними, наперед заданими властивостями.

Підраховують витрати складових частин за методом Н.А. Попова, виходячи з проектної марки розчину, активності цементу, рухливості розчинової суміші.

Склад розчину позначають відношенням між компонентами у сухому стані за масою чи об’ємом. Витрата в’яжучого становить 1. Прості розчини містять цемент та пісок (наприклад, у співвідношенні 1 : 6), мішані включають цемент, вапно (глину), пісок (наприклад, 1 : 0,45 : 5).

Міцність мішаних розчинів залежить від добавок – вапна, глини, інших тонкомелених мінеральних речовин. Міцність характеризується маркою, що визначається границею міцності при стиску зразків розмірами 7,07 х 7,07 х 7,07 см при температурі 15 – 25⁰С. Зразки виготовляють на водовідштовхувальній основі. При температурі до 10⁰С міцність розчину наростає значно повільніше.

Основними властивостями розчинової суміші є рухливість, здатність до розшаровування та об’ємна маса.

Рухливість розчинової суміші – це здатність легко розтікатися по поверхні каменю тонким шаром і заповнювати всі нерівності основи. Ступінь рухливості розчинової суміші визначається за допомогою спеціального приладу за глибиною занурення у розчинову суміш сталевого конуса.

Робоча рухливість розчинової суміші влітку чи зимою, залежно від призначення, приймається за таблицею 8.3. Для кладки з сухих та пористих кам’яних матеріалів застосовують розчини з більшою рухливістю, для мурувальних з вологих та щільних матеріалів – з меншою.

Об’ємна маса розчинової суміші визначається у стандартній посудині об’ємом 1 л з насадкою зважуванням на звичайних технічних терезах.

Здатність до розшарування розчинової суміші визначають у тих випадках, коли при транспортуванні чи зберіганні суміш розшаровується, у зв’язку з чим порушується її однорідність.

Таблиця 8.3.

№	Характеристика кладки	Осадка конуса, мм
1	Звичайна кладка з суцільної цегли, бетонного каміння, природного каміння легких порід	9...13
2	Звичайна кладка з порожнистої цегли, керамічного каміння	7...8
3	Бутова кладка	4...6
4	Заливка порожнин при бутовій кладці	13...15
5	Вібрована бутова кладка	1...3

У лабораторії здатність до розшарування суміші визначають за допомогою спеціального приладу циліндричної форми з дном. Цей прилад складається з трьох частин, дві верхні мають змогу пересуватися по платформах, а нижня нерухома. Прилад заповнюють сумішшю в рівень з краями, закривають кришкою і встановлюють на віброплощадку. Після 30 секундної вібрації розчинову суміш викладають в окремі посудини та визначають рухливість викладеної суміші та об’єм зануреної частини конуса. Здатність до розшарування визначають за різницею об’ємів занурення конуса у розчинову суміш верхньої частини та нижньої частини циліндра. Це значення не повинне перевищувати 30 см³.

ХІД РОБОТИ

1.     Розрахунок складу простого будівельного цементного розчину

Вихідні дані для розрахунку:

–        призначення розчину: мурувальний;

–        склад розчину: цемент, пісок, вода;

–        марка розчину, кгс/см², R _p;

–        рухливість розчинової суміші, см;

–        вид цементу: портландцемент;

–        насипна густина цементу, кг/м³, r_н.ц;

–        активність цементу, марка цементу, кгс/см²;

–        модуль крупності піску М_к;

–        коефіцієнт зернового складу піску, к;

–        насипна густина піску, кг/м³, r_н.п..

Підбір складу розчину.

Визначення витрати цементу на 1 м³ піску з формули міцності

, звідки ,

де R _p (R ₂₈ ) – марка розчину, кгс/см²; R _p – активність цементу, кгс/см²; к – коефіцієнт зернового складу піску: для дрібного піску к = 1,4; для середнього к = 1,8; для крупного к = 2,2.

Визначення витрати піску за масою: П = r_н.п.× 1 м³.

Використовуючи початкове значення водоцементного співвідношення В/Ц = 0,65, визначають витрату води: В = 0,65 Ц.

Для визначення відповідності проектної рухливості розчинової суміші отриманій, готують пробний заміс у кількості 5 л.

Визначення кількості матеріалів на пробний заміс виконуємо в табличній формі (таблиця 8.4.)

Таблиця 8.4.

Матеріали на будівельний розчин	Розрахункова кількість	Витрати на пробний заміс, кг	Коригування			Остаточна кількість, кг
			1	2	3
Цемент
Пісок
Вода

Загальна маса –

Рухливість розчинової суміші –

Приготування пробного замісу за проведеним розрахунком. У чаші перемішують протягом 30 с сухі компоненти, а потім з водою ще 5 хв.

Визначення рухливості розчинової суміші. Розчинові суміш вкладають у посудину, ущільнюють, встановлюють на столик приладу і опускають конус до зіткнення вістря з поверхнею суміші. Виставляють “0” на циферблаті приладу, відпускають конус для занурення у суміш, визначають глибину занурення конуса з точністю до 2мм.

Якщо фактичне занурення конуса відрізняється від заданого, то проводять корегування суміші; тобто, якщо занурення конуса більше від заданого, то до пробного замісу додають пісок у кількості 5 – 10%, якщо ж занурення конуса менше, ніж проектне, то до розчинової суміші додають цемент і воду у кількості 5 – 10% від витрати їх на пробний заміс

Після корегування складу розчину, його знову перемішують протягом 5 хв. Знову визначають рухливість. Корегують до тих пір, поки рухливість не відповідатиме заданій.

Визначення фактичної витрати матеріалів на 1 м³ розчину.

Приготовану розчинову суміш викладають у посудину певного об’єму та відомої маси. Визначають масу суміші та її середню густину: r_р.с. = m / V; об’єм пробного замісу V_пр.з. = S m / r_р.с.

Визначають фактичні витрати компонентів на 1 м³ суміші:

витрата цементу Ц_факт. = 1 м³ × Ц_пр.з. / V_пр.з.;

витрата піску П_факт. = 1 м³ × П_пр.з. / V_пр.з.;

витрата води В_факт. = 1 м³ × В_пр.з. / V_пр.з..

Дані записують у таблицю 8.5:

Таблиця 8.5.

Посудина		Маса посудини з сумішшю, кг	Маса розчинової суміші, кг	Середня густина розчинової суміші, кг/м^3
маса, кг	об’єм, м^3

Записують співвідношення компонентів розчину: Ц : П, при В / Ц =...

Зробити висновки.

2.     Розрахунок складу складного (мішаного) будівельного розчину

Вихідні дані для проектування розчину:

–        марка розчину, кгс/см², R _p;

–        рухливість розчинової суміші, см;

–        активність цементу, марка цементу, кгс/см², R _ц;

–        насипна густина цементу, кг/м³, r_н.ц;

–        вид мінеральної добавки – ... ;

–        насипна густина добавки, кг/м³, r_д.

Визначення витрати цементу в тонах на 1 м³ піску, необхідної для отримання розчину заданої марки:

, звідки ,

де Ц – витрата цементу, т; R _p (R ₂₈ ) – границя міцності розчину при стиску, кгс/см²; R _p – активність цементу, кгс/см²; к – коефіцієнт зернового складу піску: для дрібного піску к = 1,4; для середнього к = 1,8; для крупного к = 2,2.

Визначення витрати цементу за об’ємом: V_ц = Ц / r_н.ц.

Визначення витрати добавки на 1м³ піску: V_д=0,17(1–0,002Ц), м³.

Визначають витрату добавки за масою: Д = V_д × r_д , кг.

Записують співвідношення складу розчину за об’ємом V_ц:V_д :V_п; V_п = 1 м³. Кожен з компонентів ділять на витрату цементу: і отримують .

Орієнтовна витрата води на 1 м³ піску для отримання розчинової суміші заданої рухливості визначається за формулою: В = 0,65 (Ц + Д), де Ц і Д – витрати цементу і добавки за масою на 1 м³ піску. Знайдену за розрахунками витрату води уточнюють дослідним шляхом при приготуванні пробного замісу, об’ємом 5 л.

Відважують компоненти суміші для приготування пробного замісу 5 л, згідно проведеного розрахунку.

Перемішують пісок та цемент протягом 5 хв. Вводять вапняне чи глиняне тісто, перемішують. Додають воду і остаточно перемішують протягом 5 хв.

Зануренням конуса визначають рухливість суміші.

Якщо фактична рухливість суміші відрізняється від проектної, то склад розчину корегують. При зануренні конуса на більшу глибину, ніж задана, додають пісок у кількості 5 – 10% його витрати на пробний заміс. Якщо ж занурення конуса виявилось меншим за задане, то додають воду і цемент у кількості 5 – 10% від їх витрат на пробний заміс. Перемішують суміш протягом 5 хв. І знову визначають рухливість розчинової суміші.

Визначення фактичної витрати матеріалів на 1 м³ розчину.

Приготовану розчинову суміш викладають у посудину певного об’єму та відомої маси. Визначають масу суміші та її середню густину: r_р.с. = m / V; об’єм пробного замісу V_пр.з. = S m / r_р.с.

Визначають фактичні витрати компонентів на 1 м³ суміші:

витрата цементу Ц_факт. = 1 м³ × Ц_пр.з. / V_пр.з.;

витрата добавки (вапняного чи глиняного тіста) Д_факт. = 1 м³ × Д_пр.з. / V_пр.з.;

витрата піску П_факт. = 1 м³ × П_пр.з. / V_пр.з.;

витрата води В_факт. = 1 м³ × В_пр.з. / V_пр.з..

Дані записують у таблицю 8.6:

Таблиця 8.6

Посудина		Маса посудини з сумішшю, кг	Маса розчинової суміші, кг	Середня густина розчинової суміші, кг/м^3
маса, кг	об’єм, м^3

Записують співвідношення компонентів розчину: Ц : Д : П, при В / Ц =...

Зробити висновки.

3. Визначення рухливості розчинової суміші

3.1. Приготувати розчинову суміш заданого складу.

3.2. Посудину заповнюють сумішшю приблизно на 1 см нижче від країв.

3.3. Ущільнюють суміш штикуванням (25 разів металевим стержнем), струшують (5 – 6 разів постукування посудини по столу).

3.4.  Вістря конуса встановлюють над сумішшю і фіксують у положенні дотику до поверхні.

3.5.  Надають вільного руху конусові вниз і спостерігають за його зануренням у суміш.

3.6.  Через 10 с за шкалою відлічують глибину занурення з точністю до 2 мм.

3.7.  Рухливість розчинової суміші визначається з трьох випробувань як середнє значення.

3.8.  Зробити висновки.

4. Визначення об’ємної маси розчинової суміші

4.1. Визначити масу та об’єм посудини.

4.2. Заповнити посудину розчинової сумішшю.

4.3. Зважуванням визначити масу посудини з розчинової сумішшю з точністю до 5 г.

4.4. Обчислити об’ємну масу розчинової суміші з даних випробувань. 4.5. Дані вносити до таблиці 8.7

Таблиця 8.7.

№	Об’єм посудини	Маса посудини	Маса посудини з розчиновою сумішшю	Об’ємна маса суміші
1
2
3

1.     Загальні висновки

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1.     Що називають будівельним розчином?

2.     Що називають розчиновою сумішшю?

3.     Які основні властивості будівельного розчину?

4.     Які розчини називають простими, а які мішаними?

5.     Які основні властивості розчинової суміші?

6.     Як записати склад простого розчину?

7.     Як записати склад складного (мішаного) розчину?

8.     Що називають рухливістю суміші?

9.     Як визначити об’ємну масу розчинової суміші?

10. Коли розчинова суміш здатна розшаруватися?

11. Як уникнути розшарування суміші?