Бетоном називають штучний кам'яний матеріал, що отримується з правильно підібраної бетонної суміші після її формування і тверднення.
До складу бетонної суміші входять в'яжучі ие речовини. вода, заповнювачі і спеціальні добавки. Бетон застосовувався ще в глибоку давнину і в даний час він є одним з найважливіших будівельних матеріалів. Важкий бетон, який має щільність вище 2200 кг / м 3. застосовується для виготовлення несучих бетонних і залізобетонних конструкцій і повинен забезпечувати необхідні показники міцності і довговічності.
Властивості бетонів визначаються якістю складових їх компонентів та кількісним співвідношенням між ними. Тому надзвичайно важливо мати практичні навички як в оцінці якості складових бетону, так і в розрахунках з проектування їх складів. Необхідно також вміти розраховувати потрібну кількість матеріалів для виробництва заданого обсягу бетонних робіт при відомому складі бетону. У будівельній практиці досить часті випадки, коли деякі з раніше запроектованих компонентів бетону замінюються іншими, відмінними від перших за якістю. У таких випадках потрібно вміти ввести до складу бетону необхідні корективи з урахуванням властивостей нових компонентів.
Лабораторний практикум призначений для ознайомлення студії н тов з методами розрахунку складу бетону з даними властивостями, методикою та порядком проведення перевірки та коригування підібраних складів в лабораторних умовах, а також з прим е няемое для цих цілей обладнанням. Пр про ведення лабораторно й роботи передбачається на м а матеріальні базі лабораторії будівельних матеріалів до афедри «Прикладна механіка та інженерна графіка».
Після виконання лабораторної роботи студент повинен представити викладачеві звіт. виконаний рукописним способом на аркушах білого паперу формату А4, що містить:
Бетон - це штучний камінь, отриманий в результаті затвердіння спец і ально підібраною, ретельно перемішаної і ущільненої бетонної суміші, відбутися я щей з в'язкої речовини, великого і дрібного заповнювача і води. В окремих сл у чаях можуть вводитися спеціальні добавки. Суміш з указу н них вище матеріалів до початку її затвердіння називають т ся бетонної сумішшю.
Бетон працює під навантаженням як єдиний композиційний матеріал, і в формую про вання його міцності беруть участь цементний камінь (матриця), зерна заповнювача і до н тактний шар між ними, тобто міцність бетону залежить від міцності складових його матеріалів і від міцності сце п лення їх один з одним. Міцність заповнювач (піску, щебеню, гравію) у важкому б е тоні, як правило, вище заданої міцності бетону, тому мало впливає на останню. Таким чином, міцність бетону визначається в основному двома фа до торами:
- міцністю затверділого цементного каменю;
- міцністю його зчеплення з заповнювачем.
Міцність цементного каменю (Rб) залежить від двох чинників: активності (марки) і з пользуемя цементу (Rц) і співвідношення кількостей цементу та води (Ц / В або В / Ц).
Чим вище марка цементу, тим за інших рівних умов буде міцніше цемен т ний камінь.
Цемент при твердінні хімічно пов'язує не б про леї 20-25% води від своєї маси. Але. щоб забезпечити необхідну пластичність цементного тесту і, відповідно, рухливість бетонної суміші, нео б хідно брати 40-80% води від маси цементу. Чим більше в бетоні буде вільною, хімічно зв'язаної води, тим більше впосле д ності буде пір в ц е ментной камені і відповідно нижче стане його міцність.
Міцність зчеплення між цементним каменем і заповнювачем визначається в про із новном якістю поверхні заповнювача. Для забезпечення високої міцності сце п лення поверхню зерен заповнювача повинна бути чистою і шорсткою. Н а приклад, бетон на щебені при всіх інших рівних умовах міцніше бетону на гравії. В узагальнено н ном вигляді цей показник називається коефіцієнтом якості з а полнітелей (А).
З авісимий ь міцності бетону від Ц / В, марки цементу і якості з а полнітеля описані рівнянням:
Це рівняння виражає основний закон міцності бетону і називається формулою Боломея-Скрамтаєва.
Склад бетону висловлюють витратою всіх соста в ляющих матеріалів (в кг) за масою на 1 м 3 покладеної і ущільненої бетонної суміші або ставлення м маси складових матері а лов суміші до маси цементу, що приймається за одиницю, тобто 1: x: y (цемент. Пісок. Щебінь або гр а вий) при В / Ц = Z.
Наприклад, в першому випадку склад бетону: цементу - 280, піску - 670, щебеню - 1300, в про ди - 170 кг / м 3. а в другому випадку: 1: 2,4: 4,7 при В / Ц = 0 , 6.
Розрізняють два склади бетону: номінальний (лабораторний), розрахований для м а теріалів в сухому стані, і виробничий (польовий) - для матеріалів в природ т венно-вологому стані.
Найбільше застосування серед мінеральних в'яжучих речовин мають цементи ра з особистих видів. Цементне тісто, що утворюється при замішуванні цементу водою, обвол а киває зерна піску, щебеню або гравію, заповнює проміжки між зернами заповнить е ля і грає роль своєрідного мастила, що надає бетонної суміші необхідну по д рухливість. Цементне тісто, затвердевая, переходить в камневидное стан і надійно зв'язує зерна заповнювача; останній утворює жорсткий скелет бетону і розумний ь шает його усадку, що виникає в результаті усадки цементного каменю при твердінні.
Струмінь до туру цементного каменю п надана на рис. 1.
Бетонна суміш має ряд властивостей: ЛЕГКОУКЛАДАЛЬ и ваемость (рухливість, жорсткість), одноразовий д ність, середня щільність, водо-цементне відношення. які регламент і руются нормативними документами. і від яких в знач і котельної мірою залежить міцність і інші хара до теристики затверділого бетону. Властивості бетонної суміші обумовлені її складом, тобто кількістю вихідних компонентів, витр про дуємо на приготу в ня 1 м 3 суміші.
Склад бетонної суміші можна опр е справ ить розрахунково-експериментальним методом. Д анний метод включає два етапи:
- перший - розрахунок складу бетонної суміші;
- другий (експериментальний) - приготування пробних про го замісу бетонної суміші. виготовлення дослідних про б зразків і випробування їх на одновісний.
Мета першого етапу - математичний розрахунок витрати вихідних компонентів на 1 м 3 б е тонною суміші, що забезпечує задану легкоукладальність і марку по міцності після затвердіння.
Другий етап включає приготування пробного замісу бетонної суміші, виготовлення контрольних зразків-кубів розміром 15 0 × 15 0 × 15 0 мм або 10 0 × 10 0 × 10 0 м м, витримку їх в нормальних умовах протягом 28 діб ок і випробування у відповідності з ГОСТ 8462-85 на одновісний.
1) До високоякісним матеріалам відносять щ е Бень із щільних гірських порід високої міцності, пісок оптимальної крупності і портландцемент високої активності без добавок або з хв і мінімальним кількістю гідравлічної доба в ки; наповнювачі повинні бути чисті і фракціоновані.
2) До рядовим матеріалів відносять заповнювачі середньої якості, в тому числі гравій, портландцемент середньої активності або високомарочний шлакопортландцемент.
3) До матеріалів пон і женного якості відносять великі з а полнітелі низької міцності, дрібні піски, цементи низької активності.
Витрата води (В) визначають за таблицею 1.2 в залежності від необхідної легкоукладальності (рухливості або жорсткості) бетонної смес і, виду і крупності заповнювача і висловлюють в л (кг) на 1 м 3 бе н ної суміші.
Примітка. Дані таблиці справедливі для бетонної суміші на порт ландцементе і піску середньої крупності. При використанні пуццоланового портландцементу витрата води збільшується на 20 кг / м 3; в разі застосування дрібного піску замість середнього витрата води також збільшується на 10 кг, а при використанні крупного піску зменшується на 10 кг.
Витрата цементу (Ц) в кг на 1 м 3 бетону обчислюють за вже відомим водо-цементне відношення (В / Ц) і виразно му по таблиці 1.2 витраті води (В) за формулою.
Якщо витрата цементу на 1 м 3 бе на виявиться менше мінімально допустимого (200-220 кг / м 3), то з умови отримання щільного бетону витрата цементу повели чивают до необхідної норми.
Витрата заповнювачів (піску, щебеню або гравію), кг / м 3. бетону обчислюють виходячи з двох умов:
1) Сума абсолютних обсягів усіх компонентів бетону дорівнює 1 м 3 ущільненої бетонної суміші, т. Е.
- форму-конус, попередньо змочену водою, встанов а ють на горизонтальну повер х ність і виробляють її наполн е ня бетонної сумішшю трьома ра в ними шарами з ущільненням до а ждого шару 25-кратним багнет про ванием металевим стрижнем (багнет в кой);
- після укладання і штиковкой останнього шару, надлишок бетонної суміші зрізають Лопа т кий врівень з краями конуса, після чого форму-конус знімають вертикально вгору з про б утворених бетонного конуса;
- звільнена від форми бетонна суміш під дією власного в е са починає осідати. Після закінчення опади зняту форму-конус встановлюють поруч з осі в шим бетоном;
- на верхнє підставу форми-конуса укладають лінійку, від нижнього ребра якої вимірюють осадку бетонної суміші з точністю до 1 см. Вимірювання виро з водять двічі у взаємно перпендикулярних напрямках і знаходять середнє арифмет і чеський.
Якщо осадка конуса вийшла менше заданої, то для збільшення рухливості б е тонною суміші додають 3 ... 5% (від розрахункової кількості) цементу і води, з про зберігаючи В / Ц постійним. Якщо більше - додають 3 ... 5% піску і щебеню (від їх маси), сохр а ня при цьому співвідношення між ними заданий по розр е ту.
Після введення додаткових компонентів (якщо це нео б хідно) бетонну суміш ретельно перемішують і знову визначають рухливість. Таким чином пр про переводять коригування складу до тих пір, поки величина рухливості досягне заду н ної.
Після коригування проводять перерахунок дійсного витрати компонентів на 1 м 3 бетонної см е сі.
5) З бетонної суміші заданої рухливості формують контрольні про б зразки-куби 10 × 10 × 10 см в кількості 3 шт.
Е слі рухливість бетонної см е сі менше 12 см. Попередньо змащену форму заповнюють бетонною сумішшю з надлишком, вста в ливают на лабораторну віброплощадку і вібрують до тих пір, пака суміш не вириємо в вується. а на її поверхні не з'явиться тонкий шар цементного молока.
Е слі підщепі ж ність бетонної суміші більше 12 см - ущільнення її виробляють без застосування ви б рації.
6) свежесформованной зразки зберігають у формах добу, після чого вин і мают з форм, маркують, поміщають в камеру нормального тверднення (температура 20 ± 2ºС, відносять і кові вологість повітря 95-100%), де витримують до моменту випробувальний а ний протягом 28 діб ок.
7) Випробування контрольних зразків при стисканні (про п ределение марки) виробляють на гідравлічному пресі.
Перед випробуванням на зразках вибирають і відзначають межі, до яких повинна бути додана стискає навантаження. Опорні межі зразків-кубів вибирають так, щоб стискаюча сила при випробуванні була спрямована паралельно верствам укладання бетонної суміші в форми.
Вимірюють з похибкою не більше 1% лінійні розміри (довжину і ширину) поверхні зразків, до якої буде прикладена стискає навантаження.
Перед установкою зразка на гідравлічний прес видаляють частинки бетону, що залишилися від попереднього випробування на опорних плитах преса.
Шкалу силовимірювача гідравлічного преса вибирають з умови, що очікуване значення руйнівного навантаження повинно бути в інтервалі 20-80% максимального навантаження, що допускається обраної шкалою.
Навантаження зразків проводять безперервно зі швидкістю 1-2 ділення в секунду, при цьому час навантаження одного зразка має бути не менше 30 с.
Максимальне зусилля, досягнуте в процесі випробування, приймають за руйнівне навантаження.
8) Міцність бетону в МПа (кгс / см 2), слід обчислювати з точністю до 0,01 МПа (0,1 кгс / см 2) для кожного зразка по формул е.
де F - руйнівне навантаження, Н (кгс); А - площа робочого перерізу зразка, мм 2 (см2); α - масштабні й коефіцієнт. враховує розміри зразків (для зразків-кубів розміром 10 × 10 × 10 см α = 0,95).
9) Марку (клас) бетону визначають як межа міцності при стисненні в кгс / см 2 (МПа).
Якщо фактична міцність бетону відрізняється від заданої більш ніж на 15% в ту і чи іншу сторону, то слід внести корективи до складу бетону.
Для підвищення міцності збільшують витрату цементу, в іншому випадку - зменшують витрата цементу.
10) На підставі даних, отриманих в лабораторній роботі роблять висновок про відповідність отриманої марки (класу) бетону заданих параметрах і правильності зроблених розрахунків.