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 »

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 »

Можно избежать трудностей при приготовлении, обработке и испытании стандартных образцов, если иметь возможность испытывать бетон на месте каким-либо безвредным для его качества способом. Были разработаны многочисленные способы, но большинство их оказалось непригодным.

Один метод, который нашел практическое применение в определенных условиях, — это метод с применением молотка, разработанный Эрнстом Шмидтом. Этот метод испытаний известен так же, как склерометрическое испытание.

Испытания основаны на принципе, что отдача упругой массы зависит от плотности поверхности, с которой эта масса сталкивается. При испытаниях с молотком снабженная пружиной масса обладает определенным запасом энергии, сообщенным ей при натягивании пружины; это достигается надавливанием плунжера на поверхность исследуемого бетона.

При освобождении масса отскакивает от плунжера, все еще придавленного к поверхности бетона, и расстояние, пройденное массой и выражаемое как процент от первоначального натяжения пружины называется числом отдачи; его показывает стрелка, движущаяся по шкале. Число отдачи является произвольным, так как оно зависит от энергии, заключенной в данной пружине, и от величины массы.

Молоток следует применять на гладкой поверхности бетона. Целесообразна обработка ее карборундовым камнем. Если испытываемый бетон не является частью массивной конструкции, он должен находиться на массивной подставке, так как смещение его во время испытаний приведет к уменьшению числа отдачи.

Данный метод является чувствительным к местным изменениям в бетоне; например, наличие крупных частиц заполнителя под самым плунжером даст необычно высокое число отдачи, и наоборот, наличие пустот в этом же месте приведет к очень низким результатам. Поэтому желательно производить 10—12 измерений на испытываемой площади, чтобы получить среднюю величину, отражающую качество бетона. Стандартная ошибка здесь выше, чем при определении прочности испытанием на сжатие, но зато данный метод экономит силы, время и дает значительную экономию в стоимости.
Прочитать подробнее »

Естественно, что размер образца должен быть значительно больше, чем размер самой крупной частицы заполнителя. Имеются различные рекомендации по соотношению минимальных размеров образца и максимальных размеров заполнителя.

Например, по BS 1881 : 1952 куб для испытаний должен быть размером не менее 10, 15 см при заполнителе размером 1,9 см, т.е. отношение равно 5,3; при наличии образца в виде куба размером 15,1 см заполнитель может иметь размер 3,8 см. По стандарту ASTM С 192—57, отношение диаметра цилиндра к максимальному размеру заполнителя должно быть не менее 3, а по спецификации Бюро рекламаций США — не менее 4.

Обычно удовлетворительным считают отношение от 3 до 4.
Ограничения размеров обусловлены наличием «эффекта стенки»: стенка оказывает влияние на уплотнение бетона, так как количество раствора, необходимого для заполнения пространства между частицами крупного заполнителя и стенкой, гораздо больше, чем для заполнения пустот внутри бетонной массы, поэтому оно превышает соответствующее количество раствора, потребное для хорошо дозированной смеси.

При испытаниях бетона, содержащего заполнитель размером 1,9 см, для полного уплотнения кубов размером 10,15 см требуется увеличение количества песка, равное 10% общего веса заполнителя, по сравнению со смесью, применяемой для очень больших конструкций. Для восполнения этого недостатка раствора при изготовлении образца иногда добавляют раствор, оставшийся от замеса.
Прочитать подробнее »

Предел прочности при изгибе высохшего бетона ниже, чем этот же показатель в бетоне, находящемся в насыщенном состоянии. Эта разница является следствием растягивающих напряжений, вызванных ограниченной и неоднородной усадкой до приложения нагрузки. Величина видимой потери прочности зависит от скорости, с которой влага испаряется с поверхности бетона.

Однако если испытываемый образец невелик по размеру и высыхание происходит медленно, так что внутренние напряжения могут перераспределяться и уменьшаться вследствие ползучести бетона, то наблюдается увеличение прочности. Это было показано при испытаниях растворных образцов и бетонных балок. Увлажнение же сухих образцов бетона до проведения испытания снижает их прочность.

Прочность образцов, испытываемых на сжатие, также увеличивается при высыхании. Это весьма интересно, так как при сжатии, как и при растяжении бетона создаются трещины растяжения под нагрузкой, так что влияние высушивания должно было бы быть одинаковым. В прошлом, однако, при испытаниях балок на изгиб они часто высушивались неоднородно и получались противоречивые данные о влиянии высыхания на прочность бетона.

Миллс предположил, что потеря прочности вследствие увлажнения в бетоне, испытываемом на сжатие, вызывается расширением цементного геля адсорбированной водой: силы сцепления твердых частиц при этом уменьшаются. Наоборот, если при высыхании уменьшается расклинивающее действие воды, то наблюдается явное увеличение прочности бетона. Вода действует не только в поверхностном слое. Это подтверждается тем, что погружение образца в воду гораздо меньше влияет на его прочность, чем пропитывание водой.
Прочитать подробнее »

Хотя бетон обычно не предназначен для работы на растяжение, важно знать величину его прочности на растяжение для оценки нагрузки, при которой начнется образование трещин. Отсутствие трещин чрезвычайно важно для сохранения непрерывности бетонной конструкции и во многих случаях для предупреждения коррозии арматуры.

Проблема тре-щинообразования возникает, например, при применении высокопрочной стальной арматуры или при развитии диагональных напряжений, возникающих при действии сдвигающей силы, но наиболее частой причиной трещинообразования являются задержка усадки и температурные градиенты. Оценка прочности бетона на растяжение помогает понять поведение железобетона, хотя при фактических расчетах при конструировании во многих случаях не принимают во внимание прочность на растяжение.

Прямое приложение растягивающей силы, без эксцентриситета, создать трудно; кроме того, оно осложняется и вторичными напряжениями, создаваемыми, например, захватами или забетонированными стержнями, хотя недавно было показано, что с некоторым успехом приложение прямого растяжения может быть достигнуто с использованием принципа клещей.
Ввиду этих трудностей предпочтительно измерять прочность бетона на растяжение путем изгиба неармированного прямого бетонного бруса.

Теоретическое максимальное растягивающее напряжение, которое создается в нижних волокнах испытываемой балки, известно под названием предела прочности при изгибе. Определение «теоретическое» относится к предположению, что напряжение пропорционально расстоянию от нейтральной оси балки. Известно, что форма эпюры напряжений, близких к разрушающим, не является треугольной.

Таким образом, предел прочности при изгибе превышает прочность бетона на растяжение и дает более высокое значение прочности, чем то, которое могло бы быть получено при прямом растяжении образцов, сделанных из того же бетона. Тем не менее данное испытание очень полезно, особенно в связи с проектированием дорожных плит и взлетнопосадочных дорожек на аэродромах, так как напряжение при изгибе является здесь критическим фактором.

Величина предела прочности на изгиб зависит от размеров балки и более всего от условий нагружения. Применяются две системы: центральная нагрузка посреди пролета, которая дает треугольное распределение изгибающего момента с максимальным напряжением только в одном сечении балки, и симметричная нагрузка в двух точках, создающая постоянный изгибающий момент между двумя точками.

При применении последнего метода часть нижней поверхности балки— обычно 7з пролета — подвергается максимальному напряжению и критическое трещинообразование может начаться в любой части пролета, недостаточно прочной, чтобы выдержать напряжение. С другой стороны, при центрально приложенной нагрузке разрушение обычно происходит только при ослаблении прочности волокон, расположенных под точкой приложения нагрузки. Это утверждение не является строгим, так как при напряжении в волокнах, меньшем, чем в балке, может также произойти разрушение.
Прочитать подробнее »

Следует с самого начала отметить, что никакое истинное сравнение невозможно, так как каждым методом определяется поведение бетонной смеси в различных условиях. Особенности применения каждого метода уже упоминались.

Испытание уплотнения тесно связано с величиной, обратной удобоукладываемости, а метод изменения формы и метод Вебе являются прямыми функциями удобоукладываемости. Проба Вебе определяет свойства бетонной смеси при вибрировании по сравнению с условиями свободного падения при определении коэффициента уплотнения и встряхиванием при испытании на изменение формы.

Все три метода пригодны в лабораторных условиях, а аппарат для определения коэффициента уплотнения наиболее пригоден для применения непосредственно на строительстве. Зависимость между коэффициентом уплотнения и временем Вебе, но она применима только к испытанным смесям и ее не следует обобщать. Для специальных составов отношение между коэффициентом уплотнения и осадкой конуса было также установлено, но, поскольку такое отношение является функцией свойств смеси, цифры здесь не приводятся.

Испытание пластичности весьма важно для оценки связности смесей в лабораторных условиях.
Прочитать подробнее »