Юрины заметки про Бетон

Поливка с успехом применял метод подсчета точек для определения содержания цемента, заполнителя и отношения мелкого и крупного заполнителя в бетоне.

Метод основан на том, что относительные объемы составных частей гетерогенной твердой массы прямо пропорциональны их относительным площадям в поперечном сечении образца, а также проекциям этих площадей на произвольно выбранную линию.

Кроме того, частота этих составных частей в данном количестве равномерно расположенных вдоль произвольно выбранной линии точек является непосредственной мерой относительного объема этих частей в твердой массе. Таким образом, пользуясь указанным методом, с помощью стереомикроскопа можно быстро определить состав образца затвердевшего бетона.
Прочитать подробнее »

Метод определения содержания цемента описан в стандарте ASTM С 85—1954. Он основан на том, что силикаты в портландцементе быстрее разрушаются и становятся растворимыми в разбавленной соляной кислоте, чем обычно содержащийся в заполнителе кремнезем. Это же относится и к относительной растворимости соединений кальция в цементе и заполнителе (разумеется, за исключением известнякового заполнителя), поэтому применяют также метод определения растворимой окиси кальция.

Метод заключается в измельчении исследуемого образца бетона, имеющего известные вес и объем до частиц величиной около 1,25 см, которые затем раздробляются до размеров, которые могут пройти через сита с диаметром отверстия 0,1—0,08 мм. Берут около 100 г этого материала и высушивают при 105°С. Небольшие порции бетона обрабатывают 3,3 н. раствором соляной кислоты; при этом выделяется кремнезем, содержащийся в цементе. Количество кремнезема определяют с помощью стандартных химических методов.

Оставшийся фильтрат содержит растворимую окись кальция из заполнителя и цемента, и дальнейшие вычисления зависят от того, является ли заполнитель силикатным или нет. Если имеется исходный заполнитель, то необходимо проверить его растворимость.
Прочитать подробнее »

Сопротивление бетона истиранию можно определять различными методами, каждый из которых основан на воспроизведении истирания бетона в практических условиях. При всех испытаниях показателем истирания является уменьшение веса образца.

При испытаниях на истирание стальным шаром нагрузка прилагается к вращающейся головке, которая отделена от образца стальными шарами.
Испытание с помощью шлифовального круга производят с применением бурового пресса, через который нагрузку передают на 32 вращающихся шлифовальных круга, соприкасающихся с образцом. Головка за время испытаний делает 5000 оборотов со скоростью 190 об/мин, абразивным материалом служит карбид кремния.

Испытания с помощью шлифовальных кругов и стальных шаров позволяют определять сопротивление бетона истиранию колесами машин или обувью пешеходов. Склонность к эрозии твердыми частицами в проточной воде измеряют с помощью обработки поверхности бетона зарядом дроби. При этом 2000 кусочков стальных дробинок выбрасывают под давлением воздуха, равным 6,3 кгс/см2. из наконечника диаметром 0,6 см на расстоянии 10 см от образца.

Имитировать практические условия истирания бетона нелегко, и главная трудность испытаний на истираемость состоит в том, чтобы с уверенностью можно было считать результаты испытания соответствующими истинному сопротивлению бетона.

Ввиду произвольных условий испытаний полученные значения нельзя сравнивать количественно, однако во всех случаях сопротивление истиранию оказалось пропорциональным прочности при сжатии бетона. Испытание со стальными шарами дает лучшее совпадение результатов, чем остальные два метода. BS 1881 : 1956 рекомендует испытывать бетонные плиты с помощью свободно падающих стальных шаров во вращающемся контейнере.

Влияние физических свойств заполнителя зависит от вида испытаний: при применении стальных шаров или шлифовальных кругов наличие более мягкого заполнителя приводит к большему истиранию, при обработке поверхности дробью более твердый заполнитель раскалывается и вызывает большую потерю бетона. Определенное значение имеет также гранулометрический состав заполнителя, так как при большем содержании песка в смеси происходит и большее истирание.

Но все же прочность бетона при сжатии является самым важным фактором для его сопротивляемости истиранию; эта сопротивляемость может быть увеличена применением достаточно тощих смесей. Бетон с небольшим водоотделением имеет более прочный поверхностный слой и поэтому меньшую истираемость. Для повышения сопротивления истиранию важно влажное твердение; некоторые способы ухода при помощи пленок вредны, в то время как абсорбирующая опалубка улучшает сопротивление поверхности истиранию.

Если прочность бетона при испытании на сжатие оказывается ниже установленного предела, то либо бетон в исследуемой конструкции слишком слаб, либо испытываемый куб не отражает точно свойств бетона в конструкции. Последнее предположение часто возникает при обсуждении качества конструкции: кубы могут быть повреждены при схватывании, они могут подвергаться действию низких температур до полного затвердевания или неправильно твердеть, иногда же проста возникает сомнение в правильности результатов испытания на разрушение.

Споры обычно разрешаются при испытании образца, сделанного из бетона, взятого из конструкции. Обычно керн вырезают с помощью алмазной буровой коронки. Таким образом получают цилиндрический образец, иногда содержащий кусочки арматуры и имеющий неровные торцовые поверхности. Цилиндр увлажняют, подливают концы и во-влажном состоянии испытывают на сжатие.

Влияние отношения высоты образца к диаметру на его прочность было рассмотрено выше. Желательно, чтобы это отношение приближалось к 2; образцы с отношением высоты к диаметру меньше 1 дают ненадежные результаты, а по стандарту BS 1881 : 1952 минимальная величина этого отношения равна 0,95.

Керны вырезают для определения прочности бетона, они могут также быть использованы для выявления расслоения или образования раковин и проверки прочности рабочих швов. Прочитать подробнее »

Строго придерживаться установленного диапазона размеров зерен заполнителя невозможно, поскольку естественное истирание во время транспортирования заполнителя будет способствовать образованию некоторого количества материала размером меньше номинального, а износ сит в сортировочной или дробильной установке приведет к присутствию в заполнителе слишком крупных зерен.

В США размеры сит, крупнее и мельче номинальных, установлены Техническими условиями соответственно как — и — от номинального размера сита. Содержание зерен заполнителя более мелких, чем размер отверстий указанных сит пониженной крупности, или более крупных, чем размер отверстий сит повышенной крупности, обычно строго ограничивается.

Однако заполнитель не должен оставаться на сите, следующем в стандартном наборе за контрольным ситом, размер отверстий которого соответствует номинальной наибольшей крупности заполнителя.
Прочитать подробнее »

Поскольку дозировку мелкого и крупного заполнителей проводят отдельно, то необходимо знать и тщательно контролировать зерновой состав каждого вида заполнителя в отдельности.

Раньше была признана классификация, по которой мелкий заполнитель разделили на два класса, однако выявлено, что, подбирая рациональное соотношение между мелким и крупным заполнителем, можно получить бетон удовлетворительного качества на заполнителе как одного, так и другого класса. Поэтому в 1954 г. при пересмотре BS 882 классификация мелкого заполнителя была изменена, при этом стандартом были введены четыре области зернового состава. Требования к зерновым составам заполнителя, относящимся к этим областям. Любой мелкий заполнитель считают пригодным для бетонов, если его зерновой состав находится полностью в пределах одной из указанных четырех областей. Допускается отклонение в 5% общего количества заполнителя, проходящего через все британские контрольные сита, за исключением сита № 25.

Песок, зерновой состав которого находится в любой из четырех областей, обычно может быть использован в бетоне, хотя в определенных условиях пригодность данного песка может зависеть от зернового состава и формы зерен крупного заполнителя.

Пригодность мелкого заполнителя, относящегося к области 4, для использования в железобетоне должна быть дополнительно проверена экспериментальным путем. Так как большая часть этого песка мельче, чем размер отверстий британского контрольного сита № 25, то зерновой состав этого песка характеризуется пропуском некоторых фракций. Поэтому подбору состава бетона на таком песке следует уделить особое внимание. Содержание песка в бетонной смеси должно быть низким. Рекомендуемые значения отношения крупный заполнитель: мелкий заполнитель приведены. Тем не менее бетон достаточно хорошего качества может быть получен и на песке, относящемся к области 4, особенно при использовании виброуплотнения.
Прочитать подробнее »

В течение последних 20 лет обнаружены некоторые разрушительные химические реакции между заполнителем и окружающим его цементным камнем. Наиболее распространенной является реакция между активными кремнеземистыми составляющими заполнителя и щелочами цемента.

Реакционноспособными модификациями кремнезема являются опал (аморфный), халцедон (скрытокристаллический, волокнистый) и триди-мит (кристаллический). Эти реакционноспособные минералы встречаются в кремнистых сланцах с включениями опала и халцедона, кремнистых известняках, риолитах и риолитовых туфах, даците и дацитовых туфах, андезите и андезитовых туфах и филлитах. Реакция начинается с взаимодействия щелочных гидроокисей, полученных из щелочей (Na20 и К2О), и кремнеземистых минералов заполнителя. В результате образуется гелеобразное вещество, состоящее из силикатов щелочных металлов, при этом происходит увеличение объема заполнителя.

Гель характеризуется значительной способностью к разбуханию. Он поглощает воду с последующим увеличением своего объема. Так как гель заключен в окружающий его цементный камень, то возникает внутреннее давление, которое в конце концов приводит к возникновению трещин и разрушению цементного камня. По-видимому, расширение вызвано гидравлическим осмотическим давлением, хотя оно может быть также вызвано повышающимся давлением еще твердых продуктов реакции щелочей с кремнеземом. Наиболее разрушительным для бетона является разбухание твердых зерен заполнителя. Некоторая часть мягкого геля выщелачивается водой и откладывается в трещинах, появившихся в результате разбухания заполнителя.
Прочитать подробнее »

В ряде случаев испытания обнаруживают присутствие в заполнителе некоторого количества зерен слабых и выветрелых горных пород. Содержание таких дефектных частиц в заполнителе должно быть строго ограничено.

Имеется два распространенных типа дефектных зерен: слабые малопрочные зерна и зерна, увеличивающие свой объем при замораживании или увлажнении, что может привести к разрушению бетона.

Слабыми считают частицы сланца и другие частицы низкой плотности. К ним относят также различные мягкие включения, такие, как комки глины, дерево и уголь, поскольку они вызывают шелушение и образование раковин в бетоне. Содержание слабых частиц свыше 2—5% веса заполнителя может отрицательно влиять на прочность бетона. Присутствие этих частиц недопустимо в бетоне, который по условиям эксплуатации подвергается истиранию.

Уголь является нежелательной примесью, так как он относится ;к мягким материалам и способен набухать, разрушая бетон. Кроме того, присутствие повышенного количества угля в тонкоизмельченном виде может нарушать нормальный процесс твердения цементного теста. Однако рассосредоточенные зерна антрацита в количестве не более чем 0,25% веса заполнителя не оказывают отрицательного влияния на прочность бетона.
Присутствие угля и других материалов низкой плотности можно выявить методом флотации в жидкости соответствующего удельного веса по методике, указанной в стандарте ASTM С 123—57Т.
Прочитать подробнее »

Введение хлористого кальция в состав бетонной смеси повышает интенсивность нарастания прочности, и этот ускоритель применяют при необходимости бетонирования при пониженных температурах (в районах с температурой от —11 до —7° С) или при срочном ремонте.

Хлористый кальций повышает скорость тепловыделения смеси в течение первых нескольких часов: по-видимому, он является катализатором реакции гидратации C3S и C2S. Гидратация С3А при введении хлористого кальция в некоторой степени замедлена, однако нормальный процесс гидратации цемента не нарушается. Хлористый кальций может быть добавлен к быстротвердеющему и обычному портландцементу. Чем выше скорость твердения самого цемента, тем раньше проявляется действие ускорителя.

Однако хлористый кальций нельзя использовать с глиноземистым цементом. Быстротвердеющий портландцемент в результате добавки СаС12 может достичь прочности 70 кгс/см2 в возрасте 1 суток, в то время как обычный портландцемент может достичь этой прочности только на 3—7-е сутки. К 28-суточному возрасту прочность быстротвердеющего цемента с добавкой и без добавки СаС12 практически одна и та же, но обычный портландцемент с добавкой СаС12 обладает большей прочностью, чем без добавки.

Количество СаС2, вводимое в состав смеси, следует тщательно контролировать. При вычислении требуемого количества можно считать, что добавка 1% веса цемента (СаСЬ) оказывает на скорость твердения такое же воздействие, как повышение температуры на 6°. Добавка хлористого кальция в количестве 1—2% является обычно достаточной. Хлористый кальций ускоряет схватывание, и чрезмерное количество СаСЬ может вызвать мгновенное схватывание. Ниже приведены данные, показывающие влияние СаСЬ на сроки схватывания. Добавка СаС12,
ускоряя схватывание, полезна при ремонтных работах, например когда течь воды должна быть быстро остановлена.
Прочитать подробнее »

Стандартные испытания прочности бетона проводятся на специально приготовленных образцах. В результате степень уплотнения бетона в конструкции не отражается результатами испытаний прочности образцов, поэтому невозможно определить, действительно ли конструкцией приобретена определенная прочность. Можно, разумеется, вырезать образец из самой конструкции, но это неизбежно поведет к повреждению ее элемента. Кроме того, такая процедура слишком дорога для широкого применения.

В связи с этим предпринимались попытки определять некоторые физические свойства бетона, связанные с его прочностью, без разрушения бетона. Значительный успех был получен при определении скорости распространения продольной волны в бетоне. Между этой скоростью и прочностью бетона не существует однозначной зависимости, однако при определенных условиях эти два показателя корреляционно связаны.

Связующим фактором является плотность бетона: при изменении плотности меняется и скорость импульса. Точно так же для данной смеси отношение истинной плотности к потенциальной (при полном уплотнении) плотности и получаемая прочность тесно связаны. Таким образом, уменьшение плотности, вызванное увеличением водоцементного отношения, снижает как прочность бетона при сжатии, так и скорость прохождения через него импульсов.

Аппарат для сверхточных измерений скорости ультразвука в бетоне уже применяется, но метод отработан еще недостаточно и поэтому не включен в стандарты.

Скорость волны определяют не прямым путем, а вычисляют из времени, затраченного на прохождение импульсом определенного расстояния. Ультразвуковой импульс — отсюда и название испытаний — получается путем быстрой передачи потенциалов с передающего устройства на пьезоэлектрический кристалл приемного устройства, являющийся источником колебаний на основной частоте.

Для этой цели самым пригодным оказался титанат бария. Кристалл соприкасается с бетоном таким образом, что колебания проходят через бетон и улавливаются другим кристаллом, соприкасающимся с противоположной поверхностью испытываемого образца. Второй кристалл генерирует электрические сигналы, которые проходят через усилитель к электродам катодной лампы. Вторая пластинка подает сигналы отметок времени через определенные интервалы.

Таким образом, по измерению смещения импульса по сравнению с его положением, когда кристаллы соприкасались один с другим, время, затрачиваемое импульсом на прохождение внутри бетона, определяется с точностью до ±0,1 мксек. При времени передачи импульса, равном для бетона толщиной 15,25 см 30—45 сек, скорость определяется с точностью менее 0,5%. При увеличении длины проходимого импульсом пути скорость распространения волны снижается, но точность измерений не увеличивается. Обычно испытания могут проводиться на бетоне толщиной от 10 cmrq 2,5 ле, хотя проводились такие испытания и на бетоне толщиной до 15 м. Прочитать подробнее »