Юрины заметки про Бетон

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 »

Теплопроводность — это способность материала проводить тепло, измеряемая количеством тепла, проходящего в течение 1 ч через квадратный метр поверхности тела толщиной 1 м при разности температур 1°.

Теплопроводность обычного бетона зависит от его состава и составляет для насыщенного водой бетона от 1,1 до 2,9 ккал м2-ч-град/м.
Плотность не влияет на теплопроводность обычного бетона, но вследствие низкой теплопроводности воздуха, теплопроводность легкого бетона изменяется в зависимости от плотности.

Может быть сделан вывод, что минералогический состав заполнителя значительно влияет на теплопроводность бетона. В общем следует сказать, что базальт и трахит имеют низкую теплопроводность, доломит и известняк — среднюю, а кварц — самую высокую, что зависит также от направления теплового потока относительно ориентации кристаллов. Степень насыщения бетона играет важную роль, так как теплопроводность воздуха ниже, чем воды. Например, в легком бетоне повышение влажности на 10% вызывает увеличение теплопроводности почти в два раза.
Прочитать подробнее »

Для каждой смеси существует минимальный объем пор, необходимый для обеспечения морозостойкости. Клигер считает, что этот объем составляет 9% объема растворной части, имея в виду воздух, содержащийся в цементном камне. Контролирующим фактором является расстояние между пузырьками воздуха, т.е. толщина цементного камня между соседними воздушными порами.

Расстояние 0,025 см между порами достаточно для гарантии защиты от мороза. Так как общий объем пор в данном объеме бетона определяет прочность бетона, следовательно, воздушные поры должны быть возможно меньшего размера. Их размер в значительной степени определяется процессом пенообразования. На практике поры имеют разные размеры, и их размер обычно определяют удельной поверхностью в см2/смг.

Не следует забывать, что в бетоне всегда есть случайно защемленный воздух независимо от наличия воздухововлекающих добавок, следовательно, имеется два вида пор и удельная поверхность выражает общий объем пор в цементном камне. В хорошо приготовленном бетоне с воздухововлекающими добавками удельная поверхность пор составляет приблизительно от 1000 до 1500 см но иногда может доходить до 2000 см~1.

Удельная поверхность пор случайно защемленного воздуха составляет менее 760 см Размер пор колеблется в пределах 0,005—0,13 см.
Объем вовлеченного воздуха в данном бетоне не зависит от объема случайно защемленного воздуха, а зависит только от количества возду-хововлекающей добавки. Чем больше введено добавок, тем больше вовлеченного воздуха, но существует предельная величина добавки, выше которой объем пор не увеличивается. На воздухововлечение при данном содержании добавки влияют и другие факторы.

Смеси с лучшей удобоукладываемостью содержат больше воздуха, чем жесткие. Увеличение тонкости помола цемента снижает эффективность воздухововлече-ния, но влияние различных свойств цемента еще не вполне ясно. Гранулометрический состав заполнителя также влияет на объем пор. Этот объем уменьшается при применении очень мелкого песка, а применение песка, просеянного через сито с отверстиями 0,7—0,3 см, повышает содержание вовлеченного воздуха; такое же влияние оказывает применение угловатых заполнителей вместо круглых.
Прочитать подробнее »

Хотя тепловые свойства бетона и не связаны прямо с долговечностью, но они определяют поведение бетона в различных условиях и играют большую роль при проектировании массивных конструкций. Поэтому тепловые свойства бетона должны быть указаны в проекте.

Например, в проекте здания должна быть оговорена степень изоляции; в плитах не должно появляться температурных трещин и деформаций, при изменениях температур температурные напряжения, возникающие в статически неопределимых системах, должны быть рассчитаны; в массивных бетонных конструкциях должно быть определено возможное повышение температуры вследствие гидратации цемента и предусмотрена система охлаждения.
Прочитать подробнее »

Глинистые примеси в заполнителе могут образовать поверхностные оболочки, которые препятствуют нормальному сцеплению между заполнителем и цементным камнем и, следовательно, снижают прочность и долговечность бетона.

Кроме глины в заполнителе могут присутствовать и другие мелкодисперсные примеси: илистые и пылевидные частицы. Ил — это материал с размером частиц 0,002—0,06 мм. Илистые примеси встречаются в заполнителях из природных каменных материалов. Каменная пыль —это тонкомолотый материал, образующийся в результате дробления горной породы при получении щебня или в некоторых случаях дробленого песка и щебня из гравия.

На современных камнедробильных заводах каменную пыль удаляют путем промывки заполнителя водой. Одновременно при изготовлении заполнителя могут удаляться и другие малопрочные загрязняющие примеси. Некоторые примеси образуют оболочки, характеризующиеся хорошим сцеплением с заполнителем, их нельзя удалить промывкой.

Если такие оболочки химически устойчивы и не оказывают вредного воздействия на бетон, та применение заполнителя с ними допустимо, хотя в этом случае может оказаться повышенной усадка бетона. Однако заполнители с реакционно-способными оболочками, даже если они физически устойчивы, могут привести к серьезным повреждениям.
Илистые и пылевидные примеси могут образовывать оболочки, аналогичные глинистым оболочкам, или могут быть в виде малопрочных частиц, не связанных с крупным заполнителем. Во втором случае эта примеси не должны присутствовать в повышенном количестве, так как из-за высокой удельной поверхности илистых и пылевидных частиц увеличивается водопотребность бетонной смеси.

В связи с этим необходимо контролировать содержание в заполнителе глинистых, илистых и пылевидных частиц. В BS 882: 1954 предусматривается, что суммарное содержание этих частиц не должно превышать следующих величин (по весу): 10% для дробленого песка из горных пород, 3% для природного или дробленого из гравия песка и 1%.
Прочитать подробнее »

В начале этого столетия исследование способов защиты бетонных конструкций на портландцементах от действия вод, содержащих гипс, привело Жюля Вида во Франции к открытию глиноземистого цемента.

По своему составу и некоторым свойствам этот цемент значительно отличается от портландцемента, но техника бетонирования такая же.
В состав цемента входит примерно 40% окиси алюминия (глинозема), 40% окиси кальция, до 5% двуокиси кремния (кремнезема), а также некоторое количество окислов железа.

Следует отметить, что производство глиноземистого цемента отличается от получения портландцемента тем, что сырьевая шихта в первом случае полностью расплавляется в печи. Поэтому во Франции один из-видов глиноземистого цемента получил название «плавленый цемент».
Прочитать подробнее »

При рассмотрении кажущегося удельного веса упоминалось, что в бетонной смеси объем, занятый заполнителем, включает суммарный объем всех зерен вместе со всеми их порами. Если требуется исключить отсос воды в заполнитель, то необходимо, чтобы поры были заполнены водой, т. е. заполнитель находился в насыщенном водой состоянии. С другой стороны, любая влага на поверхности заполнителя будет являться добавкой к воде затворения.

Во время дождя заполнитель увлажняется и, за исключением материала, расположенного на поверхности штабелей, удерживает эту влагу в течение длительного времени. Особенно это относится к мелкому заполнителю. Поверхностная (пленочная) или свободная влага, т. е. влага сверх той, которая содержится в заполнителе в насыщенном водой и поверхностно-сухом состоянии, должна быть учтена при расчете состава бетона.

Процентное содержание поверхностной влаги в заполнителе от его веса в насыщенном поверхностно-сухом состоянии называют влажностью.
Так как величина водопоглощения соответствует количеству воды, содержащейся в заполнителе, насыщенном водой, но в поверхностно-сухом состоянии, а влажность соответствует количеству поверхностной влаги, то общее содержание воды во влажном заполнителе равняется сумме его водопоглощения и влажности.

Поскольку влажность заполнителя меняется в зависимости от погоды и в значительной мере от того, в какой части штабеля он находится, то величину влажности следует определять довольно часто. Разработано много способов определения влажности. Самый старый способ заключается в определении потери веса пробы заполнителя в результате ее высушивания на противне над источником тепла. При этом необходимо всячески избегать пересушивания. Песок следует сушить до сыпучего состояния, после чего прекратить его подогрев.

В лабораторных условиях влажность заполнителя определяют при помощи пикнометра. Предварительно необходимо определить величину кажущегося удельного веса заполнителя в насыщенном водой и поверхностно-сухом состоянии.

Этот способ испытаний является довольно длительным и требует большой аккуратности в работе, например необходимо полное удаление пузырьков воздуха из пикнометра. Однако он дает весьма точные результаты.
Влажность заполнителя можно также определить, измеряя объем воды, вытесняемый определенным количеством заполнителя. При этом необходимо знать удельный вес породы. Аппаратура, применяемая для этого метода, может быть различной.

Можно определить влажность заполнителя известного удельного веса по величине потери в весе заполнителя при его погружении в воду. Это довольно быстрый способ, он позволяет определять влажность с точностью до 0,5%.

Разработаны также и другие многочисленные способы определения влажности, например влагу можно удалять путем обжига заполнителя с помощью метилового спирта, при этом измеряют потерю в весе испытываемой пробы. Имеются также патентованные измерительные приборы, принцип работы которых основан на измерении давления газа, возникающего в закрытом сосуде в результате реакции карбида кальция с влагой заполнителя. Прочитать подробнее »

В этом случае опалубка (форма) крепится к вибратору, а не наоборот, но принцип совместного вибрирования бетонной смеси и опалубки остается неизменным.

Источник вибрирования тоже аналогичный. Обычно быстро вращающийся эксцентрический груз сообщает столу вибрирование с круговым движением 1. При наличии двух валов, вращающихся в противоположных направлениях, горизонтальный компонент вибрирования нейтрализуется и столу сообщается только простое гармоничное движение в вертикальном направлении. Существуют также вибростолы, управляемые электромагнитом, питающимся переменным током. Диапазон частот варьирует от 1500 до 7000 циклов/мин. Оптимальное ускорение составляет 4 g — 7 g. Считают, что примерно 1,5 g” и амплитуда ~4Х Х10_3 см являются необходимым минимумом для уплотнения, но при этих значениях необходимо продолжительное вибрирование. ‘Для простого гармоничного движения связь амплитуды а и частоты f дается следующим уравнением: ускорение равно a(2nf)2.

Если надо вибрировать участки бетона различных размеров, а также в лаборатории, применяют вибростол с меняющейся амплитудой. Меняющаяся частота вибрирования создает дополнительные преимущества.
На практике частоту редко меняют во время процесса уплотнения, но, по крайней мере теоретически, имеются значительные преимущества в увеличении частоты и уменьшении амплитуды в процессе уплотнения бетонной смеси. Основанием для этого является тот факт, что вначале частицы смеси находятся довольно далеко друг от друга и придаваемое им движение должно быть соответствующей величины.

После того как уже произошло частичное уплотнение, более высокая частота позволяет добиться большего количества движений в данный отрезок времени; уменьшение амплитуды означает, что движения не являются слишком большими для оставшегося между частицами пространства. Вибрирование при слишком большой амплитуде по отношению к расстояниям между частицами приводит к тому, что смесь постоянно остается в пластичном состоянии и полное уплотнение никогда не достигается.

Вибростол является надежным методом уплотнения сборного железобетона, его преимущество заключается в том, что он производит одинаковую обработку бетонной смеси.

Вариантом вибростола является ударный стол, применяемый на некоторых заводах сборного бетона в Англии и более часто в Голландии и Дании. Принцип этого процесса уплотнения значительно отличается от высокочастотного вибрирования, описанного выше: на ударном столе производятся резкие вертикальные толчки со скоростью около 200 раз в минуту. Толчки производятся вертикальным падением стола примерно на 1,25 см, достигаемым с помощью кулачков. Бетонная смесь помещается в опалубке тонкими слоями по мере обработки; метод дает чрезвычайно хорошие результаты, но, несмотря на то, что существует уже 40 лет, применяется мало.

Для различных целей были разработаны различные типы вибраторов, о которых будет упомянуто кратко.
Прочитать подробнее »