Определение влияния добавок-ускорителей на прочность бетона

Добавление хлористого кальция в бетонную смесь приводит к образованию труднорастворимых комплексных соединений, способствующих повышению степени гидратации клинкерных минералов, что ускоряет твердение бетона.

Степень ускорения твердения бетона при применении хлори­стого кальция также зависит от вида цемента и значения водоцементного отношения. При применении пуццолановых и шлако­вых цементов, а также при низких значениях водоцементного отношения введение в бетонную смесь хлористого кальция уско­ряет его твердение еще в большей степени.

Наиболее часто применяемая добавка для ускорения тверде­ния бетона -хлористый кальций (СаСl₂). Влияние различных химических добавок на ускорение твердения бетона показаны в приложении №

Для проведения опытов приготовляют бетонную смесь объ­емом 7 дм³ следующего состава: цемент - 1,9 кг; вода - 1,2 дм³; песок - 4,9 кг; щебень - 8,8 кг.

Из этой смеси изготовляют шесть образцов-кубов размерами 10x10x10 см. Одновременно приготовляют бетонную смесь вышеуказанного состава, но с добавкой 2 % хлористого кальция (в пересчете на сухое вещество) от массы цемента и также форм­уют шесть образцов-кубов. Таким образом, получают две серии образцов. Из каждой серии по три образца оставляют на хране­ние в нормально-влажностных условиях в течение 1 сут, а три остальные из каждой серии подвергают термовлажностной об­работке по режиму 0,5+1+0,5 ч в закрытых формах. Затем образцы извлекаются из формы учебно-вспомогательным персоналом и на гидравлическом прессе ис­пытываются на сжатие. Студенты путем сравнения предела прочности при сжатии образцов без добавки и образцов с добавкой делают вывод о степени влияния добавки-ускорителя твердения на прочность бетона в раннем возрасте твердения.

Результаты опытов записывают в таблицу 5.1.

 

Таблица 5.1

Результаты опытов по определению влияния добавки - ускорителя твердении на прочность бетона

 

№ серий	Предел прочности образцов, твердеющих в нормальных условиях в течение 1 сут, МПа				Предел прочности образцов, твердею­щих в пропарочной камере по режиму 0,5+1+0,5 4, МПа					Повышение прочности бетона, твердею­щего в нормальных условиях в результате применения добавки-ускорителя твердения, %	Повышение прочности бето­на, твердеющего в пропарочной камере в результате применения ускорителя твер­дения, %
	№ образ­цов			Среднее значение	№ образ­цов				Среднее значение
	1	2	3		4	5	6

 

 

Лабораторная работа № 6

 Влияние режимов виброуплотнения бетонной смеси на свойства бетона.

Цель работы. Овладение методикой расчета продолжительностивиброуплотнения бетонной смеси с различными технологическими параметрами при различных режимах вибровоздействия. Ознакомление с процессом виброуплотнения бетонной смеси и исследование влияния водосодержания (В/Ц) бетонной смеси на длительность ее виброуплотнения.

Общие сведения. Вибрирование–эффективный и наиболее широко применяемыйв строительной практике способ формования и уплотнения бетонной смеси. Вызываемые им процессы тиксотропии цементного геля и перегруппировки зерен заполнителя способствуют созданию системы с компактным взаимным расположением частиц твердой фазы, обеспечивают более равномерное распределение жидкости в объеме смеси, сопровождаются ростом плотности и прочности бетона.

Одной из задач технолога является определение рациональной продолжительности вибрирования в каждом конкретном случае, так как чрезмерная продолжительность вибровоздействия ведет к росту энергозатрат и может вызвать расслаивание бетонной смеси, недоуплотнение же смеси снижает качество бетона.

Точный расчет продолжительности вибрирования t _в определяется по формулам:

 

                                (6.1)                     

 

при частоте вибрирования f = 50 Гц и амплитуде А = 0,5 мм и  

 

                                (6.2)                     

 

при частоте f = 200 Гц и амплитуде А = 0,1 мм,

 

где τ₀ – предельное напряжение сдвига бетонной смеси;

  U_рс – относительный объем растворной составляющей в бетоне;      

  ρ_б.с – средняя плотность бетонной смеси, т/м³.

 

В формулах (5.1) и (5.2) предельное напряжение сдвига бетонной смеси, т/м²,

 

           (6.3)

                     

где Х – относительное водосодержание цементного геля в бетонной смеси, принятое в расчете состава (доли единицы);

     r – доля песка в объеме заполнителей;

  ρ_см – плотность зерен смеси заполнителей, определяется при расчете состава бетона (для гранитного крупного заполнителя и кварцевого песка ρ_см = 2,62-2,65 т/м³);

  ρ_цг – средняя плотность цементного геля в бетоне, ρ_цг=2,1…2,3 т/м³;

  U´_п, U´_щ – относительные объемные расходы песка и крупного заполнителя на 1 м³ бетона (измеряются в долях единицы);

  m_п, m_щ – пустотность песка и крупного заполнителя в виброуплотненном состоянии, измеряются в долях единицы;

  U´_цг – относительный объем цементного геля в бетоне, определенный в расчете его состава (измеряется в долях единицы);

       S_см – суммарная поверхность песка и крупного заполнителя, определяемая при расчете состава бетона, м².

В формулах (6.1)–(6.3):

относительный объем растворной составляющей в бетоне (в долях единицы)

 

         U´_рс = U´_пг + U´_п(1-m_п),                               (6.4)                     

 

доля песка в объеме заполнителей

 

                                            (6.5)                     

 

рассчитываются по данным подбора состава бетона.

Процесс вибрирования характеризуется: разрушением структурных связей цементного геля, определяемых предельным напряжением сдвига; понижением его структурной вязкости; пространственной перегруппировкой зерен заполнителя в разжиженном цементном геле; коагуляционным уплотнением цементного геля.

Бетонная смесь (особенно жесткая), рыхлая после перемешивания, характеризуется наличием сухого внутреннего трения и неустойчивостью структуры, существенно меняющейся даже при относительно слабых динамических воздействиях.

На первой стадии виброуплотнения неустойчивая структура скелета составляющих смеси разрушается, зерна заполнителя под действием собственной массы занимают наиболее оптимальное положение в конкретных условиях и образуют новую устойчивую структуру. Продолжительность переукладки зерен заполнителя даже для наиболее жестких смесей не превышает 20-30 с и происходит наиболее интенсивно при низких частотах возмущающих колебаний.

В процессе дальнейшей вибрации происходит явление тиксотропного разжижения системы, обусловленное переходом молекул диффузионной (слабо связанной) воды цементного геля в свободное состояние. Зерна заполнителя, находящиеся на данной стадии как бы во взвешенном состоянии, приобретают некоторую свободу перемешивания, создавая еще более плотный, окончательно сложившийся скелет.

Тиксотропия цементного геля с малым водосодержанием достигается с увеличением частоты возмущающих колебаний и продолжительности их воздействия.

Таким образом, прочность, плотность и другие свойства бетона определяются в значительной мере научно обоснованным в каждом конкретном случае выбором режима виброуплотнения – длительностью, частотой и амплитудой колебаний.

Выполнение работы.

Задание 1. Выявить зависимость продолжительности вибрирования t_в от величины относительного водосодержания Х и объема цементного геля Определение времени вибрационного воздействия производят в следующем порядке.

Из произведенного расчета состава бетона выделяют данные, приведенные в таблице 6.1.

 

Таблица 6.1

Исходные данные для расчета

 

Вариант	Данные расчета состава бетона
	U´щ	U´п	ρсм, т/м³	Sсм, м^2	mп	mщ	Х	U´рс	ρцг, т/м³

 

На основании этих данных рассчитывают производные величины U´_рс и r.

Устанавливают опытным путем среднюю плотность цементного геля или принимают ее величину в указанных ранее пределах.

Находят значение τ₀ по формуле (6.3).

Определяют продолжительность вибровоздействия по формуле (6.1) или (5.2) в зависимости от параметров вибрирования.

Производят анализ формул с целью выявления зависимости времени виброуплотнения от важнейших характеристик, определяющих консистенцию бетонной смеси, например Х и U´_цг.

Для этого:

а) после определения t_в по данным расчетного состава бетона определяют t_в для значений Х от 0,9 до 2,0 (с интервалом 0,2);

б) затем для значений U´_цг от 0,15 до 0,45 с интервалом 0,1.

В последнем случае учитывают, что при прочих равных условиях с увеличением U´_цг на 0,1 на столько же следует уменьшить U´_п.

На основании  полученных данных строят графические зависимости продолжительности вибрирования t_в от величины относительного водосодержания Х и объема цементного геля U´_цг в бетонной смеси.

Завершают работу анализом и выводами по результатам расчета.

Задание 2. Определить зависимость прочности бетона от длительности вибрирования и плотности бетонных смесей.

Для определения зависимости рассчитывают составы бетона с расходом цемента около 1 кг на 1 м³ с водоцементным отношением цементного геля 0,35; 0,55 и 0,75. Результаты заносят в таблицу 6.2.

 

Таблица 6.2

Составы бетона

 

Номер состава	В/Ц теста	Расход составляющих, кг, на объем замеса
		цемент		песок		щебень		вода
		1000	10	1000	10	1000	10	1000	10
I	0,35
II	0,55
III	0,75

 

Смесь укладывают в 3 предварительно взвешенные и замаркированные двухсекционные формы (10×10×10) см и уплотняют на виброплощадке. По истечении времени вибрирования, ориентировочно равного рекомендуемому в таблице 5.3, форму снимают с виброплощадки и после заглаживания верхней поверхности взвешивают.

Рассчитывают объемную массу бетонной смеси, кг/м³, косвенно характеризующую плотность бетона:

 

                                          (6.5)

 

где m_фсм – масса формы со смесью, кг;

m_ф – масса пустой формы, кг;

V_ф – объем формы, м³.

 

Результат заносят в таблицу 6.4.

 

 

 

 

Таблица 6.3

Время вибрирования бетонной смеси различного водосодержания

 

Номер формы			Длительность вибрации, с, смеси с В/Ц, г
			0,35	0,55	0,75
1	4	7
2	5	8
3	6	9

 

Таблица 6.4

Объемная масса бетонной смеси

 

Номер состава	Номер формы	mфсм, кг	mф, кг	Vф, м³	ρ, кг/м^3	Среднее значение
1

 

После твердения бетона в течение 7, 14 либо 28 суток в нормально влажностных условиях определяют прочность кубов размером 10×10×10 см. Результаты заносятся в таблицу 6.5. Прочность кубов, МПа,

 

                                            (6.6)

 

где P – разрушающая нагрузка, кгс;

  F – площадь сечения образца, см².

 

Таблица 6.5

Прочность бетона

 

Номер состава	Номер формы	Размеры образца, см		F, см²	P, кгс	Rсж, МПа	Среднее значение
		1	2
	1
	2
	3

 

Составляют сводную таблицу 6.6 изменения параметров смеси и бетона в зависимости от длительности вибрирования в абсолютных значениях, а также в относительных, задавшись характеристиками при минимальном времени уплотнения, принимаемыми за 100 %.

Строят графики зависимости абсолютной (относительной) прочности и плотности бетона от длительности вибрирования бетонной смеси.

 

Таблица 6.6

Влияние длительности вибрирования на плотность и прочность бетона

 

В/Ц	Подвижность, (жесткость) смеси, см(с)	Длительность вибрирования, с	Прочность бетона		Объемная масса
			МПа	%	кг/см³	%

 

Производят анализ полученных результатов, делают заключение о влиянии водосодержания бетонной смеси на длительность виброуплотнения смеси с целью получения изделий высокого качества при максимальном использовании потенциальных возможностей цемента.

Осн. литература: 3[410 – 421]

Доп. литература: 6[24 – 86]

Контрольные вопросы:

1 Физико-механическая сущность виброуплотнения бетонной смеси.

2 Как определяется относительный объем растворной составляющей в бетоне?

3 Как осуществляется расчет продолжительности вибрирования (при разных частотах вибрирования и амплитудах?

Лабораторная работа № 7