Проектирование состава легкого бетона на пористых заполнителях и определение влияния объема и характеристик разных видов заполнителя на его свойства

Цель работы: Освоить расчетно-экспериментальный метод проектирования состава легкого бетона на пористых заполнителях. Определить влияние вида и зернового состава заполнителя на водопотребность бетонной смеси и плотность, прочность бетона. 

Общие сведения. Подбор состава легкого бетона производится по тому же принципу, что и тяжелого бетона, на основе расчетно-экспериментального метода, но с учетом особенностей свойств легких бетонов:

- для конструктивно-теплоизоляционных бетонов дополнительно к прочности необходимо обеспечить требуемую (невысокую) теплопроводность или связанную с ней среднюю плотность бетона;

- применение пористых заполнителей в силу их высокого водопоглощения и склонности к расслоению, приводит к необходимости увеличения расхода цементного теста и следовательно средней плотности бетона;

- применение фракционирования не только крупного, но и «мелкого» заполнителя значительно сокращает расход цемента но и расслоение смеси;

- кривые зависимости прочности легкого бетона от В/Ц располагаются ниже кривых для обычного бетона, а достижение «предельной» прочности легкого бетона ограничено прочностью пористого заполнителя;

- оптимальный расход воды достигается при получении бетонной смеси и минимальным коэффициентом выхода и соответственно с максимальной плотностью смеси.

При проектировании состава легкого бетона в качестве пористого заполнителя, как наиболее распространенный, принимается керамзитовый гравий. Зерновой состав заполнителя либо подбирается экспериментально по показателю наименьшей пустотности, либо принимается по таблицам.

Подбор состава бетона ведется без варьирования зерновым составом, варьируется лишь расход цемента, как фактор оказывающий наибольшее влияние на свойства легкого конструктивно-теплоизоляционного бетона на пористых заполнителях.

Исходные данные для проектирования состава бетона с пористыми заполнителями

Проектная марка (класс бетона)

Удобоукладываемость бетонной смеси.

Характеристики цемента: наименование; активность (марка); плотность, г/см³; насыпная плотность, кг/ м³.

Характеристики заполнителя: наименование; предельная крупность, мм; средняя плотность каждой фракции (определенная с учетом водопоглощения в бетоне), кг/м³; насыпная плотность каждой фракции и смеси фракций в оптимальном соотношении уплотненной вибрацией и рыхлонасыпанной, кг/м³; оптимальное соотношение фракций заполнителя, в процентах по массе.

Аппаратура. Весы лабораторные по ГОСТ 24104. Цилиндры мерные для воды емкостью 500-1000 мл. Прибор для определения подвижности бетонной смеси по ГОСТ 10181 объемом 5,5 дм³. Форма-куб с размерами ребер 200 мм для упрощенного определения жесткости бетонной смеси или прибор Красного по ГОСТ 10181. Формы-кубы с размерами ребер 100 мм для изготовления опытных образцов по ГОСТ 22685. Металлические линейки длиной не менее 400 мм и 200 мм по ГОСТ 427. Штыковка-металлический стержень диаметром 16 мм, длиной 650 мм с закругленным концом. Кельмы типа КБ по ГОСТ 9533. Емкости для взвешивания компонентов, приготовления смеси фракций заполнителя и бетонной смеси. Виброплощадка лабораторная по ГОСТ 10181. Камера нормального твердения по ГОСТ 10180. Пресс по ГОСТ 28840. Кисть для нанесения смазки на формы типа КР-30. Цемент ГОСТ 10178. Пористый заполнитель, высушенный, фракций 0-5; 5-10; 10-20 мм по ГОСТ 9757. Смазка для форм (масло машинное).

Методика расчета. Для предварительного назначения ориентировочного расхода составляющих материалов на 1 м³ бетонной смеси для опытных замесов производятся следующие расчеты.

Назначается ориентировочный расход цемента в зависимости от требуемой прочности бетона, марки керамзита и средней плотности керамзитобетона в соответствии с таблицей 6.1

 

Таблица 7.1

Ориентировочный расход цемента М400 для керамзитобетона плотной структуры различных классов (жесткость бетонной смеси 6-7 с по ГОСТ 10181)

 

Марка керамзита	Расход цемента, кг, для керамзитобетона класса
	В3,5	В5	В7,5	В10	В15	В22,5
350-400	220/950	230/950	270/1100
450-500	210/1050	220/1050	250/1100	270/1700 300/1400	340/1800 400/1500
550-600	200/1150	210/1150	230/1200	250/1800 380/1400	320/1800 380/1500	470/1800 500/1700
700	-	200/1250	220/1250	240/1800 270/1400	310/1800 360/1500	440/1800 470/1700
800	-	-	-	230/1800 250/1500	300/1800 340/1500	480/1800 460/1600

 

Таблица 7.2

Ориентировочные зерновые составы смеси фракционированных заполнителей для легкого бетона на керамзитовом гравии

 

Размер зерна, мм	Зерновой состав заполнителя, в процентах от суммы объемов отдельных фракций смеси для бетона
	конструкционно-теплоизоляционного			конструкционного
	при наибольшей крупности зерен, мм
	10	20	40	10	20
До 1,25	25	20	15	25	20
1,25-2,5	15	15	10	20	15
2,5-5	10	10	10	10	15
5-10	50	25	15	45	20
10-20		30	20		30
20-40			30

 

Назначается ориентировочный расход воды в соответствии с заданным показателем удобоукладываемости смеси по таблице 7.3 в зависимости от вида песка и насыпной плотности керамзитового гравия.

Рассчитывается ориентировочный расход крупного и мелкого заполнителя в килограммах на 1 м³ бетонной смеси исходя из заданной средней плотности бетона в сухом состоянии по формуле:

 

                                             З= ρ _б – 1,15Ц                                          (7.1)

 

где ρ _б – заданная средняя плотность бетона в сухом состоянии, кг/м³;

1,15Ц – масса цементного камня с учетом химически связанной воды, кг;

  Ц – расход цемента, назначенный по таблице 7.1, кг.

 

Таблица 7.3

Ориентировочный расход воды на приготовление керамзитобетонной смеси плотного строения

 

Показатель удобоукладываемости смеси		Расход воды, л/м^3 на керамзитобетона на песке
		кварцевом			керамзитовом
осадка конуса, см	жесткость по ГОСТ 10181, с	при насыпной плотности гравия, кг/м^3
		300	500	800	300	500
-	22-25	175-190	165-180	155-170	210-225	200-215
-	15-20	185-200	175-190	165-180	225-240	215-235
-	7-13	195-210	185-200	175-190	250-270	240-260
-	4-7	205-220	195-210	185-200	275-300	265-290
3-5	-	215-230	205-220	195-210	300-325	290-315
6-8	-	255-240	215-230	205-220	325-350	315-340
9-12	-	235-250	225-240	215-230	375-390	340-360

 

При этом расход крупного заполнителя по массе в килограммах на 1 м³ бетона равен:

                                                    К= З-П                                             (7.2)

 

где П – расход мелкого заполнителя, кг.

Расход мелкого заполнителя определяется по формуле:

 

                                              П=З r ρ _п/(r ρ _п+(1-r) ρ _к)                            (7.3)

 

где ρ _п, ρ _к – насыпная плотность соответственно фракционированного песка и крупного заполнителя, кг/м³;

   r – доля песка в смеси заполнителей выбирают (по данным в таблице 6.2 суммируя доли фракций 0-5 мм).

Определив расход материалов на 1 м³, рассчитывают расходы на опытные замесы, расход цемента в двух из них на ±(15-20) % отличаются от третьего полученного первоначально. Расходы компонентов на опытный замес определяются по формулам:

 

     Ц¹=ЦV/1000 В¹=ВV/1000 К¹=КV/1000 П¹=ПV/1000      (7.4)

 

где Ц, В, К, П – расход материалов цемента, воды, крупного и мелкого заполнителя на 1 м³ бетона, кг;

  Ц¹, В¹, К¹, П¹ – расход тех же компонентов на опытный замес, кг;

  V– объем опытного замеса, дм³.

Проведение работы. По полученным данным готовят опытные замесы с сохранением заданной подвижности или жесткости бетонной смеси.

Фракции заполнителя дозируются по массе, перемешиваются насухо, затем добавляется цемент. В процессе перемешивания добавляется вода по расчету до получения однородной бетонной смеси. Смесь должна обладать связностью, иметь характерный блеск и комковаться при сжатии в руке. Отсутствие блеска и связности указывает на недостаток воды, а отделение цементного молока - на избыток.

Удобоукладываемость приготовленных смесей проверяется в соответствии с ГОСТ 10181 «Смеси бетонные. Методы определения удобоукладываемости». При необходимости определения оптимального количества воды действуют в соответствие с приложением 5.

Из бетонной смеси заданной удобоукладываемости для каждого расхода цемента изготавливается не менее двух образцов в серии.

При этом формование, хранение и испытание образцов бетона осуществляется в соответствии с ГОСТ 10180 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам».

В тетради фиксируется средняя плотность свежеуложенного бетона, значение которой используется для расчета фактических расходов материалов.

Обработка результатов. Данные испытания опытных образцов сводятся в таблицу (см. приложение 6). По этим данным строятся зависимости прочности и плотности бетона от расхода цемента R_б=f(Ц), ρ _б=f(Ц), по ним определяется расход цемента для бетона заданной прочности и плотности. Расход заполнителя и воды определяется расчетным путем или путем интерполяции между значениями для двух смежных составов бетона, если он изменился в процессе корректировки и уплотнения смеси.

Осн. литература: 3[293 – 307]

Доп. литература: 5[224 – 286]

Контрольные вопросы:

1 Классификация легких бетонов на пористых заполнителях по назначению, строению и видам заполнителей

2 Пористые заполнители для легких бетонов и требования, предъявляемые к ним.

 

Лабораторная работа № 8