Лабораторная работа № 10 Тема « подбор состава тяжелого бетона» – 1 час

Бетон – это искусственный камень, полученный в результате затвердевания специально подобранной, тщательно перемешанной и уплотненной бетонной смеси, состоящей из вяжущего вещества, крупного и мелкого заполнителя и воды. В отдельных случаях могут вводиться специальные добавки. Смесь из указанных выше материалов до начала ее затвердевания называется бетонной смесью.

Бетон работает под нагрузкой как единый композиционный материал, и в формировании его прочности участвуют цементный камень (матрица), зерна заполнителя и контактный слой между ними, т.е. прочность бетона зависит от прочности составляющих его материалов и от прочности сцепления их друг с другом. Прочность заполнителя (песка, щебня, гравия) в тяжелом бетоне, как правило, выше заданной прочности бетона, поэтому мало влияет на последнюю. Таким образом, прочность бетона определяется в основном двумя факторами:

- прочностью затвердевшего цементного камня;

- прочностью его сцепления с заполнителем.

Прочность цементного камня (R_б) зависит от двух факторов: активности (марки) используемого цемента (R_ц) и соотношения количеств цемента и воды (Ц/В или В/Ц).

Чем выше марка цемента, тем при прочих равных условиях будет прочнее цементный камень.

Цемент при твердении химически связывает не более 20-25 % воды от своей массы. Но чтобы обеспечить необходимую пластичность цементного теста и, соответственно, подвижность бетонной смеси, необходимо брать 40-80 % воды от массы цемента. Чем больше в бетоне будет свободной, химически не связанной воды, тем больше впоследствии будет пор в цементном камне и соответственно ниже станет его прочность.

Прочность сцепления между цементным камнем и заполнителем определяется в основном качеством поверхности заполнителя. Для обеспечения высокой прочности сцепления поверхность зерен заполнителя должна быть чистой и шероховатой. Например, бетон на щебне, при всех прочих равных условиях, прочнее бетона на гравии. В обобщенном виде этот показатель именуется коэффициентом качества заполнителей (А).

Высказанные теоретические предпосылки были положены в основу экспериментальных исследований зависимости прочности бетона от Ц/В, марки цемента и качества заполнителя и описаны уравнением:

R_б=АR_ц(Ц/В±b), где b=±0,5.

Это уравнение выражает основной закон прочности бетона и называется формулой Боломея-Скрамтаева.

Состав бетона выражают расходом всех составляющих материалов по массе на 1 м³ уложенной и уплотненной смеси или отношение массы составляющих материалов смеси к массе цемента ,принимаемой за единицу, т.е. 1 : x : y (цемент : песок : щебень или гравий) при В/Ц = Z. Например, в первом случае состав бетона: цемента – 280, песка – 670, щебня – 1300, воды – 170 кг/м³, а во втором случае: 1:2,4:4,7 при В/Ц=0,6.

Различают два состава бетона: номинальный (лабораторный), рассчитанный для материалов в сухом состоянии, и производственный (полевой) – для материалов в естественно-влажном состоянии.

Наибольшее применение среди минеральных вяжущих веществ имеют цементы различных видов. Цементное тесто, образующееся при затворении цемента водой, обволакивает зерна песка, щебня или гравия, заполняет промежутки между зернами заполнителя и играет роль своеобразной смазки, придающей бетонной смеси необходимую подвижность. Цементное тесто, затвердевая, переходит в камневидное состояние и надежно связывает зерна заполнителя; последний образует жесткий скелет бетона и уменьшает его усадку, возникающую в результате усадки цементного камня при твердении. Структура цементного камня представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема структуры затвердевшего тяжелого бетона: 1 - цементный камень; 2 – песок; 3 – щебень.

Бетонная смесь обладает рядом свойств: удобоукладываемость (подвижность, жесткость), однородность, средняя плотность, водоцементное отношение – которые регламентируются нормативными документами и от которых в значительной степени зависит прочность и другие характеристики затвердевшего бетона. Свойства бетонной смеси обусловлены ее составом, т.е. количеством исходных компонентов, расходуемых на приготовление 1 м³ смеси.

Состав бетонной смеси определяется расчетно-экспериментальным методом подбора состава бетона. Данный метод включает два этапа: первый – расчет состава бетонной смеси; второй (экспериментальный) – приготовление пробного замеса, формование, выдержка и испытание опытных образцов.

Первый этап – расчет количества исходных компонентов бетонной смеси, которая после затворения водой и затвердевания обеспечит заданную марку бетона.

Второй этап – приготовление пробного замеса бетонной смеси, формование контрольных образцов-кубов размерами 15х15х15 см или 10х10х10 см, выдержка их в нормально-влажостных условиях 28 сут или для ускорения твердения бетона в пропарочной камере и испытание прочности в суточном возрасте после пропаривания для определения марки полученного бетона.