Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторная работа № 1
ОБЩИЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Цель работы: ознакомление с методами определения основных физико-механических свойств строительных материалов. Аналитическая оценка полученных результатов.
1.Определение физических свойств строительных материалов
1.1. Определение истинной плотности
Истинная плотность р (г/см², кг/м ) вычисляется но формуле
p = m/Va, (1.1)
где: т- масса материала; Va - объем материала в абсолютно плотном состоянии.
Истинную плотность материала определяют либо с помощью специ альной стеклянной колбы — объёмомера Ле-Шателье, вместимостью 120-150 см3, либо с помощью пикнометра - колбы точного объема, обычно, вме стимостью 100 см3.
Для определения истинной плотности каменного материала с помощью объёмомера Ле-Шателье из отобранной и тщательно перемешанной пробы отвешивают 200-220 г. Кусочки отобранной пробы сушат в сушильном шкафу при температуре (110±5) С до постоянной массы; затем их тонко измельчают в агатовой или фарфоровой ступке. Полученный порошок про сеивают через сито с сеткой № 02 (размер ячейки в свету 0,2x0,2 мм). Навеску 180 г просеянного порошка высушивают при температуре (110±5)°С, затем охлаждают до ком натной температуры в эксикаторе, в котором порошок хранят до проведе ния испытания.
Объёмомер 4 наполняют до нижней нулевой черты жидко стью (водой, безводным керосином или спиртом), инертной по отношению к порошку материала (рис. 1).
1 - штатив, 2 – воронка, 3 – термометр, 4 –объемомер, 5 – стеклянный сосуд
Рисунок 1 - Прибор для определения истинной плотности
Свободную от жидкости часть объемомера (выше нулевой черты) тщательно протирают тампоном из фильтровальной бумаги. Объёмомер поме щают в стеклянный сосуд 5 с водой и термометром 3. Вода должна иметь температуру 20°С (температура, при которой градуировали шкалу объемомера). В воде объёмомер остается все время, пока идет испытание. Чтобы объёмо мер не всплывал, его закрепляют на штативе 1 так, чтобы вся градуированная часть шейки находилась в воде.
От подготовленной пробы, находящейся в эксикаторе, отвешивают с погрешностью до 0,01 г на технических весах 80 г порошка материала и высыпают его ложечкой через воронку 2 в прибор небольшими порциями до тех пор, пока уровень жидкости в нем не поднимется до черты с делени ем 20 см3 или до черты в пределах верхней градуированной части прибора. Разность между конечным и начальным уровнями жидкости в объёмомере показывает значение объема порошка, всыпанного в прибор. Остаток по рошка взвешивают. Масса порошка, высыпанного в объёмомер, будет равна разности между результатами первого и второго взвешиваний.
Истинная плотность материала (г/см3)
ρ о = (т1- т2)/Vж, (1.2)
т1- навеска материала до опыта, г; т2 - остаток от навески, г; Vж -объем жидкости, вытесненной навеской материала (объем порошка в объёмомере), см .
Истинную плотность материала вычисляют с округлением до 0,01 г/см3 как среднее арифметическое двух определений, расхождение между которыми не должно превышать 0,02 г/см3.
1.2. Определение средней плотности образцов правильной геометрической формы
Средняя плотность ρ о (г/см3, кг/м ) вычисляется по формуле
ρ о = m/V0, ( 1.3)
где т - масса материала; V0 - объем материала в естественном состоянии.
Для определения плотности используют образцы материала в форме куба, параллелепипеда или цилиндра. Для пористых материалов размер образца кубической формы должен быть не менее 100х100х100 мм, а для плотных – не менее 40х40х40 мм. У цилиндрических образцов диаметр и высота должны быть соответственно не менее 70 и 40 мм.
Образцы высушивают в сушильном шкафу при температуре (110±5) С, охлаждают в эксикаторе и хранят в нем до момента испытания.
Образцы любой формы со стороной размером до 100 мм измеряют штангенциркулем с точностью до 0,1 мм, с размером 100 и более - металлической линейкой с точностью до 1 мм. За окончательный результат измерений принимают среднее арифметическое трех измерений каждой грани куба, параллелепипеда и диаметра цилиндра. Образцы любой формы со стороной размером до 100 мм измеряют с по грешностью до 0,1 мм, размером 100 мм и более - с погрешностью до 1 мм. Образцы массой менее 500 г взвешивают с погрешностью до 0,1 г, а массой 500 г и более - с погрешностью до 1 г.
Вычисляют объем образцов и производят их взвешивание на технических весах с точностью в зависимости от массы образцов: масой менее 500 г – до 0,01 г, массой 500 г и более - до 1 г.
Среднюю плотность материала вычисляют как среднее арифметическое трех ее значений для различных образцов.
1.3. Определение насыпной плотности
Насыпную плотность определяют только для сыпучих материалов (порошкообразных, зернистых).
Определение производят с помощью прибора (рис.2), представляющего собой стандартную воронку в виде усеченного конуса, переходящего в трубку с задвижкой. Под трубкой устанавливают взвешенный мерный цилиндр стандартным объемом в зависимости от наибольшего размера зерн сыпучего материала.
1 –корпус, 2 – трубка, 3 –задвижка, 4 – мерный цилиндр
Рисунок 2 - Стандартная воронка
Для определения насыпной плотности щебня (гравия) берут среднюю пробу щебня (гравия) в зависимости от размера зерен в следующих количе ствах, кг: до 10 мм — 15, до 20 мм — 30, до 40 мм — 60, 80 мм и более — 150.
Пробу заполнителя высушивают до постоянной массы в сушильном шкафу и укладывают в мерный цилиндр с высоты 10 см до образования конуса на поверхности сосуда. Затем срезают излишек заполнителя без уп лотнения и взвешивают.
Вместимость мерного цилиндра выбирают в зависимости от крупности заполнителя следующим образом (табл.1).
Таблица 1.1 - Вместимость мерных сосудов в зависимости от размера зерен заполнителя
|
Наибольший размер зерен щебня (гравия), мм |
Вместимость мерного цилиндра, дм3 |
|
До 10 |
5 |
|
До 20 |
10 |
|
До 40 |
20 |
|
Более 40 |
50 |
Насыпную плотность щебня (гравия) рн вычисляют с округлением до 10 кг/м3 по формуле:
pн= (1.4)
где рн - насыпная плотность материала, кг/м ; ш, - масса мерного сосуда, кг; т2 -масса мерного сосуда с материалом, кг; V- вместимость мерного сосуда, м3.
Насыпную плотность щебня (гравия) вычисляют как среднее арифме тическое из результатов двух определений.
Для определения насыпной плотности песка пробу песка массой 5... 10 кг высушивают в сушильном шкафу до постоянной массы и просеивают через сито с размером ячейки 5 мм. Затем песок засыпают в воронку и, открывая задвижку, заполняют сосуд вместимостью 1 дм3. Излишек песка срезают линейкой в обе стороны от центра. Сосуд с песком взвешивают и насыпную тотность с округлением до 10 кг/м3 вычисляют по формуле (1.4).
Насыпную плотность песка определяют два раза, используя каждый раз новую пробу, и по этим результатам вычисляют среднеарифметическое значение.
1.4. Определение пустотности и пористости
1.4.1. Определение пустотности
Пустотность сыпучего материала вычисляется с округлением до 0,1% на основании предварительно найден ных значений средней плотности зерен щебня (гравия) и его насыпной плотности по формуле
(1.5)
где Vп — пустотность щебня (гравия), %; рн — насыпная плотность щебня (гравия), кг/м3; р0— средняя плотность зерна щебня (гравия), г/см3.
1.4.2.Определение пористости
Пористость (общая) П – определяется как отношение пор в материале к его объему в естественном состоянии:
П=Vп/V0, (1.6)
где Vп — объем пор в материале; V0 - объем материала в естественном состоянии.
Открытая пористость П0 определяется как отношение суммарного объема пор, насыщающихся водой, Vпвод к объему материала V0 :
Пок=Vпвод/Vo, (1.7)
Закрытая пористость Пз определяется как разность общей и открытой пористоти:
Пз = П - Пок (1.8)
Существует два способа определения общей пористости: эксперимен тальный и экспериментально-расчетный.
Экспериментальный (прямой) способ основан на замещении порового пространства в материале сжиженным гелием и требует сложной аппара туры для испытаний.
Экспериментально-расчетный метод определения пористости исполь зует найденные опытным путем значения истинной плотности материала р и его средней плотности р0 в сухом состоянии. Пористость П (%) вычисля ют по формуле:
П=(1-.100% (1.9)
Открытую пористость Пок (%) определяют по формуле
Пок=В0, (1.10)
где Во - объемное водопоглощение материала, % (см. п.6).
Закрытую пористость Пз(%) вычисляют по формуле (1.8).
1.5. Определение водопоглощения
Определяют водопоглощение по массе и объему.
Водопоглощение по массе Вм (%) характеризуется отношением массы воды, удерживаемой в образце материала к массе сухого образца и вычисляют по формуле
Bм= (1.11)
где тн - масса насыщенного водой образца, г; тс - масса сухого образца, г.
Водопоглощение по объему В0 (%) - степень заполнения объема материала водой, характеризующую в основном его открытую пористость, — вычисляют по формуле
Bo= , (1.12)
где Vo - объем образца, см3 ; рв - плотность воды (1 г/см3).
Рассчитать водопоглощение по объему можно зная значения водопоглощения по массе Вм и плотности р0:
(1.13)
Испытания производят на образцах в виде кубов с ребром 100 или 150 мм или в виде цилиндров, имеющих такие же диаметр и высоту. Допуска ется определение водопоглощения материала на образцах, имеющих непра вильную геометрическую форму и массу не менее 200 г. Образцы высуши вают до постоянной массы, а затем помещают в емкость, наполненную во дой с таким расчетом, чтобы уровень воды в емкости был выше верхнего уровня уложенных образцов примерно на 50 мм. При этом образцы укла дывают на прокладки так, чтобы высота образца была минимальной. Тем пература воды в емкости должна быть (20±2)°С.
Для взвешивания образцов, вынутых из воды, их предварительно вытирают отжатой влажной тканью. Массу воды, вытек шую из пор образца на чашку весов, следует включать в массу насыщенно го образца. Насыщение водой производят до тех пор, пока результаты двух последовательных взвешиваний будут отличаться не более чем на 0,1 г. Водопоглощение по массе и объему вычисляют по формулам (1.11 - 1.12).
2.Определение механических свойств материалов
Прочность материала оценивают пределом прочности (временным сопро тивлением), определенным при данном виде деформации.
Прочность большинства строительных материалов характеризуется пределом прочности при сжатии, при изгибе и при растяжении. Для хрупких ма териалов (природных каменных материалов, бетонов, строительных рас творов, кирпича и др.) основной прочностной характеристикой является предел прочности на сжатие.
2.1. Определение предела прочности на сжатие
Предел прочности на осевое сжатие Rсж [МПа (кгс/см2)] равен частному от деления произведения поправочного коэффициента в зависимости от размеров образца К (используется, если указано в нормативных требованиях к материалу) и разрушающей силы Рразр [Н(кгс)] на первоначальную площадь поперечного сечения S [мм2(см2)] образца (куба, цилиндра, призмы):
Rсж = К Pразр /S, (1.14)
Для испытания образцов материала на сжатие применяют гидравличе ские прессы и универсальные испытательные машины (рис. 3)
P-50 PM-50
Рисунок 3 – Гидравлический пресс
Для определения предела прочности на сжатие образцы материала под вергают действию сжимающих усилий и доводят до разрушения. Испытуе мые образцы должны иметь правильную геометрическую форму (куб, па раллелепипед, цилиндр). Образцы могут быть следующих размеров, соответственно для природных каменных материалов и бетонов: 50х50х50, 70x70x70, 100x100x100 и 70x70x70, 100x100x100, 150x150x150, 200x200x200, 300х300х300 мм. Диаметр образцов-цилиндров 50 и 80 мм. Образцы в форме параллелепипеда (образцы-балочки) изготавливают для определения прочности неорганических вяжущих, растворов и т.д. Для определения прочности на сжатие используют половинки образцов-балочек, полученные после испытания прочности на растяжение при изгибе.
Перед испытанием образец взвешивают и обмеряют с точностью до 1 мм. Образец устанавливают на нижнюю опорную плиту пресса точно по се центру, а верхнюю опорную плиту с по мощью винта опускают на образец. Убедившись в правильности установки образца, включают насос пресса и прикладывают к образцу нагрузки, регу лируя скорость ее нарастания (обычно в секунду 0,5-1 МПа (5-10 кгс/см2). В момент разрушения образца, (в момент наибольшей нагрузки), стрелка, связанная с силоизмерительным устройством пресса, останавливается и начинает двигаться в обратном направлении. Разрушающую нагрузку фиксируется с помощью второй регистрирующей стрелки.
Предел прочности на сжатие образца вычисляют по формуле (1.14) в кгс/см² или МПа, причем в эту формулу, как указано в соответствующих ГОСТах на испыта ние различных строительных материалов, обычно вводят различные коэф фициенты, в т.ч. масштабный коэффициент перехода к прочности образцов базового размера, коэффициент, учитывающий влажность образца, и дру гие. Например, при испытании тяжелого бетона базовым образцом является куб размерами 150x150x150 мм, для которого масштабный коэффициент равен 1. При длине ребра куба 70, 100, 200 и 300 мм предел прочности рассчитывают, пользуясь соответственно масштабными коэффициентами 0,85; 0,95; 1,05 и 1,10.
При испытании образцов- балочек используют приспособления в виде стандартных стальных пластин (рис.4). В этом случае разрушающая нагрузка на образец будет действовать только на площадь, соответствующую площади пластины. Например, для балочек размером 40х40х160 используют стальные пластины площадью 25 см2 .
Рисунок 4 – Расположение стальных пластин на образце для испытания прочности при сжатии
Предел прочности на сжатие в зависимости от конструкции используемых прессов может выдаваться как результат испытания на электронном табло.
Каждый материал испытывают не менее чем на 3 образцах (при испытании половинок образцов - балочек - 6). За окончательный результат принимают среднее арифметическое результатов испытаний.
2.2. Определение предела прочности на растяжение при изгибе
Испытания для определения предела прочности на растяжение при изгибе производят на гидравлических прессах (тех же, которые используют для определения предела прочности на сжатие) с использованием специальных приспособлений или на специальных испытательных машинах. Приспособления представляют собой роликовые опоры, прикрепляемые к опорной плите пресса и нож изгиба, прикрепляемый к верхней плите при помощи планок. В качестве приспособлений могут использоваться стальные пластины, к одной из которых приварены 2 стальных стержня округлого сечения, к другой 1 - по центру или 2 - расположенных симметрично оси балочки.
Предел прочности при изгибе определяется при одном сосредоточенном грузе или двух равных грузах, расположенных симметрично оси балочки. При испытании образец устанавливают на опорные валики при способления так, чтобы его грани, располо женные при изготовлении горизонтально, находились в вертикальном по ложении, и нагружают до разрушения (рис. 5).
а) при одном сосредоточенном грузе; б) при двух одинаковых грузах
Рисунок 5 - Схемы испытаний на изгиб
Предел прочности на растяжение при изгибе Rизг [МПа (кгс/см2)] при одном сосредоточенном грузе, расположенном посередине образ ца- балочки прямоугольного сечения, (рис. 6) опре деляют по формуле:
(1.15)
где Рразр — разрушающая нагрузка, Н (кгс); l — расстояние между опорами балочки, мм (см); для образцов - балочек 40х40х160 – 100 мм К; b и h — ширина и высота балочки в поперечном сечении,мм (см); а — расстояние между двумя грузами, мм (см).
Предел прочности на растяжение при изгибе стан дартных образцов-балочек на специальных приборах значение предела прочности может фиксироваться автоматически.
2.3.Определение прочности бетона в конструкции неразрушающими методами. Метод пластического отпечатка
Метод пластического отпечатка основан на зависимости между прочностью бетона на сжатие и размерами отпечатков на бетонной поверхности, создаваемых ударом или вдавливанием. Для того чтобы размер отпечатка зависел только от прочности бетона, энергия удара или вдавливания должна быть постоянной. По такому принципу устроен эталонный молоток Кашкарова. Результаты испытания эталонным молотком не зависят от силы удара молотком по поверхности бетона.
Эталонный молоток состоит из головки, ручки, полого стакана, сменного эталонного стержня и индикатора (шарика) (рис.6). Между головкой и стаканом размещена пружина, обеспечивающая соприкосновение индикатора и эталонного стержня. Эталонные стержни изготавливаются из круглой прутковой стали марок ВСт.3 сп2 или ВСт3пс2 (класс А-1) диаметром 10-12 мм.
Рисунок 6 - Эталонный молоток НИИМосстроя конструкции
К. П. Кашкарова
При проведении испытаний образцов-кубов, для нанесения ударов выбирается поверхность, образованная стенками формы. Удары молотком могут наносятся двумя способами: непосредственно молотком Кашкарова по поверхности, молотком по молотку Кашкарова, приведенному в соприкосновение с поверхностью бетона. Удары наносятся с такой силой, чтобы размеры отпечатков на эталонном стержне получились не менее 2,5 мм, в бетоне не возникали трещины.
После каждого удара отпечаток на поверхности бетона очерчивается и нумеруется карандашом. Перед нанесением следующего удара эталонный стержень в молотке передвигают на 10-12 мм. После выполнения серии из 3-х ударов по кубику эталон-стержень вынимают и поверхность его по линии полученных отпечатков подшлифовывают (для отчетливости) тупым ножом или использованным стержнем.
Измеряются диаметры отпечатков на бетоне и на эталонном стержне. Измерение производят при помощи углового шаблона (рис.7) с точностью до 0,1мм.
1 — угловой масштаб; 2 — измеряемая лунка
Рисунок 7 - Определение диаметра отпечатка на бетоне угловым масштабом
Для каждого образца или участка поверхности конструкции суммируют размеры отпечатков на бетоне и на эталонном стержне. Находят величину косвенной характеристики Н как среднее арифметическое результатов 10 ударов молотка:
Н = ∑ dб/∑ dэ, ( 1.16)
где ∑ dб- сумма диаметров отпечатков на бетоне,∑ dэ – сумма диаметров отпечатков на эталонном стержне.
Результаты измерений и произведенных вычислений записывают в журнал лабораторных работ.
Для определения прочности бетона используют градуировочную зависимость «Н-прочность». Градуировочная зависимость (рис.8) построена по результатам испытаний эталонным молотком и определения прочности с использованием пресса (не менее 20 серий испытаний бетонных образцов).
Рисунок 8 - График для определения прочности бетона, изготовленного на щебне
По полученному значению Н, используя градуировочную зависимость зависимость «Н – Rсж», определяют значение прочности бетона. Получен ные таким образом значения Rсж справедливы для бетона с влаж ностью 2-6%. В случае повышенной влажности значение предела прочности бетона необходимо умножить на коэффици ент влажности Кв, принимаемый при влажности 8 % - 1,1 и при влажности 12 % - 1,2. При мокрой поверхности бетона Kв= 1,4.
Результаты определения общих свойств строительных материалов заносятся в таблицы журнала для лабораторных работ в виде соответствующих таблиц (прил 1).
Контрольные вопросы
1. Что характеризуют физические свойства материала?
Лабораторная работа № 2
ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Цель работы: ознакомление с основными признаковыми свойствами минералов и свойствами горных пород, определение области применения в строительстве изучаемых минералов и горных пород.
1.1.Исследование признаковых свойств минералов
Определение вида породообразующего минерала производят в петрографических лабораториях с помощью поляризационного микроскопа (определение осей симметрии, гранных углов и т.д.). Сравнивая полученные данные с характеристиками минералов-эталонов, определяют вид исследуемого минерала. Такие испытания сложны, требуют специального оборудования, теоре тической подготовки и практических навыков.
В условиях учебной лаборатории вид породообразующего ми нерала можно определить, применяя молоток, стальную иглу, лупу, металлическую измерительную линейку, 10 %-ный раствор соляной кислоты, а также набор минералов-эталонов.
Предполагается следующий порядок проведения осмотра.
С целью исследования признаковых свойств минералов преподавателем выдается по 2-3 образца различных минералов. Студентами производится сравнение внешних признаков выданного минерала с эталонами, свойства которых изучаются с помощью учебной и справочной литературы (цвет, блеск, структура) и ориентировочно производится определение его вида. Затем определяется твердость минерала с помощью набора минералов-эталонов путем пробного нанесения черты эталонным минералом исследуемого. Чтобы иметь достоверные данные о твердости минерала необходимо испытать не менее трех отдельных образцов минерала, сделав для каждого образца по три определения.
Для проверки предварительных выводов оп ределяется твердость минерала при помощи шкалы твердости Мооса (табл. 2.1).
Таблица 2.1 - Шкала твердости минералов
|
Показатель твердости |
Минерал |
Характеристика твердости |
|
1 |
Тальк |
Легко чертится ногтем |
|
2 |
Гипс |
Ноготь оставляет черту |
|
3 |
Кальцит. |
Легко чертится стальным ножом |
|
4 |
Плавиковый шпат |
Чертится стальным ножом под небольшим давлением |
|
5 |
Апатит |
Чертится стальным ножом при сильном нажиме, стекло не чертит |
|
6 |
Ортоклаз |
Слегка царапает стекло, |
|
(полевой шпат) |
стальной нож черты не оставляет |
|
|
7 |
Кварц |
Легко чертит стекло, стальной нож черты не оставляет |
|
8 |
Топаз |
То же |
|
9 |
Корунд |
То же |
|
10 |
Алмаз |
То же |
При необходимости, если минералы не значительно различаются по твердости и внешним признакам, определяют, например, реакцию минерала на воздействие соляной кислоты. Так, карбонаты вступают в реакцию с соляной кислотой, «вскипая» и выделяя углекислый газ, а близкие по свойства минералы гипс, кальцит - нет.
1.2.Систематизация сведений о признаковых свойствах минерала
Производится поиск и анализ сведений, изложенных в специальной литературе (учебниках, учебных пособиях, справочниках, электронных источниках информации об исследуемых минералах): химический состав; спайность; истинная плотность; предел прочности при сжатии; влияние свойств минерала на строительно-технологические свойства камня; условия нахождения в природе.
Данные лабораторных исследований и литературные данные систематизируются в форме таблицы журнала для лабораторных работ (приложение 1 табл.2.1).
2.Изучение свойств горных пород
2.1. Исследование образцов горных пород
Выполняются макроскопические исследования полученных 3-6 образцов горных пород различных классов и групп согласно генетической классификации. Для макроскопических исследований необхо димо иметь молоток, стальную иглу, лупу, шкалу твердости, ме таллическую линейку с миллиметровыми делениями и 10 %-ный раствор соляной кислоты.
Макроскопические исследования горной породы начинают с осмотра и описания ее внешнего вида. Цвет, рисунок породы, ее однородность и блеск дают возможность ус тановить вид минералов, составляющих горную породу и охарактеризовать декоративные свойства. Содер жание в горной породе минералов карбонатной группы опреде ляют действием 10 %-ного раствора соляной кислоты. Для определения минералогического состава горных пород используют также данные специализированных источников: учебных пособий, справочников и других, содержащих сведения о признаковых свойствах и структуре минералов.
Затем осмотром излома определяют строение (струк туру) и сложение (текстуру) породы.
2.2.Систематизация сведений об основных свойствах горных пород и областях применения.
Используя специализированные источники, проводится поиск и анализ сведений об исследуемых горных породах: основные физико-механические характеристики (плотность, твердость, предел прочности при сжатии); стойкость к выветриванию; в какой области строительства и в виде каких изделий применяются.
Данные лабораторных исследований и литературные данные систематизируются в табл.2.2 журнала для лабораторных работ.
2.3. Виды фактурной обработки, используемые при получении изделий из горных пород.
Выбор фактурной обработки изделий из горных пород определяются не только из условия достижения декоративного эффекта, но и технологических свойств камня. Технологические свойства, в свою очередь, зависят от состава и структуры горных пород.
С целью определения перечня возможных видов фактурной обработки
проводится поиск и анализ соответствующих сведений из различных специализированных источников. Виды фактурной обработки определяются только для горных пород, используемых в отделочных и конструкционно-отделочных изделиях. Результаты систематизируются в табл.2.3 журнала для лабораторных работ( прил.1).
Контрольные вопросы
1. Определение термина «горная порода»?
2. Определение термина «минерал»?
3. Перечислите минералы шкалы твердости Мооса в порядке возрастания твердости от 1 до 10.
4. Дайте определение понятию «спайность» минерала. Какой спайностью характеризуются минералы?
4. Какие горные породы определяют, используя раствор соля ной кислоты?
5. Приведите пример из исследованных Вами минералов, как свойства минерала влияют на физико-химические свойства горной породы, в состав которой входит, если горная порода используется в качестве сырья для получения искусственных материалов.
6. Приведите пример из исследованных Вами минералов, как свойства минерала влияют на строительно-технологические свойства горной породы, в состав которой входит, если горная порода используется для изготовления природных каменных материалов.
7. Классы и группы горных пород согласно генетической классификации?
8. От чего зависит текстура, структура, цвет, рисунок горной породы? Поясните на примере из исследованных Вами горных пород.
9. От чего зависит прочность, твердость горных пород? Поясните на примере из исследованных Вами горных пород.
10. Какие свойства горных пород определяют область использования в строительстве? Поясните на примере из исследованных Вами горных пород.
Лабораторная работа № 3
СТЕНОВЫЕ КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Цель работы: ознакомление с образцами стеновых керамических изделий различных видов и методами определения основных качественных характеристик по внешнему осмотру, обмеру, а также водопоглощения и марок изделия по морозостойкости и прочности.
1.Ознакомление с образцами стеновых керамических изделий
Проводится ознакомление с образцами различных видов керамических стеновых изделий, выпускаемых в соответствии с государственными стандартами Республики Казахстан и зарубежного производства.
Различают виды стеновых керамических изделий: кирпич керамический обыкновенный, эффективные керамические материалы (кирпич пустотелый, пористо-пустотелый, легкий, пустотелые камни, блоки и плиты пористый, пустотелый).
В зависимости от размеров изделия подразделяются на виды: кирпич, утолщенный, модульный, камень обыкновенный, укрупненный, модульный, с вертикальным или горизонтальным расположением пустот, сквозными и несквозными пустотами. Выпускают кирпич и камни с пустотами различного сечения: цилиндрическими, щелевыми, квадратного сечения (табл.3.1, рис.9). Варьируется пористость и пустотность.
Таблица 3.1 – Некоторые виды керамического кирпича и камня
|
Кирпич керамический плонотелый |
|
|
|
Способ изготовления пластическое формование ГОСТ или ТУ 530-95 Марка прочности М150-М300 Пустотность полнотелый Плотность, кг/м3 2100 Морозостойкость, цикл F100 Теплопроводность, Вт/м°С >0,98 Водопоглощение, % <8 Размеры, мм 250 x 120 x 65 Вес, кг 4,1 |
|
Кирпич керамический полнотелый |
|
|
Цвет красный Способ изготовления пластическое формование ГОСТ или ТУ 530-96 Марка прочности М200, М250 Пустотность полнотелый Плотность, кг/м3 2050 Морозостойкость, цикл F25 Теплопроводность, Вт/м°С >0,61 Водопоглощение, % <8,50 Размеры, мм 250 x 120 x 65 Вес, кг 4 |
|
|
Кирпич керамический лицевой плонотелый |
|
|
Цвет красный Способ изготовления пластическое формование ГОСТ или ТУ 7484-78 Марка прочности М200, М250 Пустотность полнотелый Плотность, кг/м3 2050 Морозостойкость, цикл F35 Теплопроводность, Вт/м°С >0,61 Водопоглощение, % <8,50 Размеры, мм 250 x 120 x 65 Вес, кг 4 |
|
|
Кирпич керамически лицевой пустотелый |
|
|
Цвет красный Способ изготовления пластическое формование ГОСТ или ТУ 7484-78 Марка прочности М125, М150 Пустотность пустотелый Коэффициент пустотности, % 38-42 Плотность, кг/м3 1200-1300 Морозостойкость, цикл F35, F50 Теплопроводность, Вт/м°С >0,49 Водопоглощение, % <6-7 Размеры, мм 250 x 120 x 65 Вес, кг 2,5 |
|
|
Кирпич керамический лицевой пустотелый |
|
|
Цвет красный, коричневый окрашенный в массе Способ изготовления пластическое формование ГОСТ или ТУ 7484-78 Марка прочности М175 Пустотность пустотелый Коэффициент пустотности, % 36,50 Плотность, кг/м3 1430 Морозостойкость, цикл F35 Водопоглощение, % <6 Размеры, мм 250 x 85 x 65 Вес, кг 1,95 |
|
|
Кирпич керамический лицевой пустотелый |
|
|
Цвет белый с офактуренной поверхностью Способ изготовления пластическое формование ГОСТ или ТУ 7484-78 Марка прочности М150 Пустотность пустотелый Коэффициент пустотности, % 38-42 Плотность, кг/м3 1200-1300 Морозостойкость, цикл F35, F50 Теплопроводность, Вт/м°С >0,49 Водопоглощение, % <6-7 Размеры, мм 250 x 120 x 65 Вес, кг 2,5 |
|
|
Кирпич керамический лицевой полнотелый с колотой поверхностью по тычку |
|
|
Цвет красный Способ изготовления пластическое формование ГОСТ или ТУ ТУ 5741-011-03987643-2003 Марка прочности М200 Пустотность полнотелый Плотность, кг/м3 2050 Морозостойкость, цикл F35 Теплопроводность, Вт/м°С >0,61 Водопоглощение, % <8,50 Размеры, мм 250 x 105 x 65 Вес, кг 4,1 |
|
|
Камень керамический поризованный 2NF |
|
|
Цвет красный Способ изготовления пластическое формование ГОСТ или ТУ 530-95 Марка прочности М175 Пустотность пустотелый Коэффициент пустотности, % 51 Плотность, кг/м3 1000 Морозостойкость F50 Теплопроводность, Вт/м°С >0,35 Водопоглощение, % <9 Размеры, мм 250 x 120 x 138 Вес, кг 4,3 |
|
|
Камень керамический непоризованный сверхэффективный 2NF |
|
|
Цвет красный Способ изготовления пластическое формование ГОСТ или ТУ ГОСТ 530-95 Марка прочности М125-М175 Пустотность пустотелый Коэффициент пустотности, % 45-46 Плотность, кг/м3 960 Морозостойкость F35, F50 Теплопроводность, Вт/м°С >0,26 Водопоглощение, % <8-9 Размеры, мм 250 x 120 x 138 Вес, кг 4 |
|
|
Камень керамический непоризованный рифлёный |
|
|
Цвет красный Способ изготовления пластическое формование ГОСТ или ТУ 530-95 Марка прочности М125-М200 Пустотность пустотелый Коэффициент пустотности, % 31 Морозостойкость F50, F75 Теплопроводность, Вт/м°С >0,32 Размеры, мм 250 x 120 x 138 Вес, кг 5 |
|
|
Камень керамический поризованный 4,5NF |
|
|
Цвет красный Способ изготовления пластическое формование ГОСТ или ТУ 530-95 Марка прочности М100, М125 Пустотность пустотелый Коэффициент пустотности, % 54 Плотность, кг/м3 780 Морозостойкость F50 Теплопроводность, Вт/м°С >0,3 Водопоглощение, % <10 Размеры, мм 250 x 250 x 138 Вес, кг 6,9 |
В качестве конструкционно-отделочных изделий производятся кирпич и камни лицевые различного цвета и с различными видами декоративной отделки лицевых граней: ангобированием, глазурованием, двухслойным формованием, торкретированием, полировкой (рис.10).
В различных странах выпускаются отличающиеся между собой стеновые материалы как по номенклатуре, так и по типоразмерам. Пустоты могут иметь эллипсовидную, сотообразную (в виде многогранника) форму и т.д. Производится кирпич пазогребневой конструкции для безрастворной кладки и шлифованный камень для кладки на минеральном клее. Возможно изготовление стеновых керамических изделий для сейсмостойкого строительства с желобами для устройства бетонных шпонок и сквозными пустотами для вертикального армирования, крупноразмерных стеновых керамических элементов, звукоизоляционного кирпича и др. (рис. 11).
Рисунок 9- Примеры обозначения габаритов керамического стенового изделия в марке
Рисунок 10- Виды глазурованного лицевого керамического кирпича
а
а – звукоизоляционные керамические стеновые изделия; б – керамические стеновые камни шлифованные пазогребневые
Рисунок 11 - Примеры видов и типоразмеров керамических стеновых изделий производства Германии
2. Определение качественных характеристик керамических стеновых изделий
В практике для оценки качества керамического кирпича согласно ГОСТ 530-95 отбирают среднюю пробу от каждой партии кирпича (за партию принимают 100 тыс. шт.) и не менее 30 шт. направляют на испытание в лабораторию. При поступлении на строительство кирпича в количестве менее 100 тыс. шт. пробу отбирают как от целой партии.
Для оценки качества керамического стенового изделия при проведении лабораторной работы выдаются образцы изделий по вариантам.
Результаты осмотра и испы таний заносят затем в общую таб лицу журнала для лабораторных работ, на основа нии которых делают выводы о качестве кирпича.
2.1.Определение качества стенового керамического изделия по внешнему осмотру и обмеру
Внешним осмотром определяют вид изделия и качество обжига (характерен недожог, пережог или изделие нормально обожжено), наличие высолов.
При определении вида изделие осматривают на предмет наличия лицевых граней, наличия пористости, пустот а также учитывают результаты обмера.
Для определения качества обжига сравнивают полученные образцы с эталоном (нормально обожженным кирпичом). Более светлый вид кирпича, чем у эталонного («алый» кирпич), и глухой звук при ударе по кирпичу молотком указывают на наличие недожога.
Пережженный кирпич характеризуется оплавлением и вспучиванием, имеет бурый цвет и, как правило, искривлен. Не дожженный и пережженный кирпич является браком.
Высолы представляют собой белые мучнистые скопления, видимые на гранях кирпича. Наличие высолов не допускается.
Согласно ГОСТ 530-95 внешним обмером определяют следующие параметры изделия: длину, ширину, толщину; отклонения от перпендикулярности граней; искривления поверхностей ребер и их закругленность (если предусмотрена); искривления поверхностей граней; отбитости углов и ребер; характер и размеры трещин; размеры пустот.
Для лицевых изделий дополнительно определяют наличие посечек на лицевой поверхности (в зависимости от вида декорирования может определяться однородность цвета и др.).
При осмотре и обмере изделия необходимо знать название граней кирпича: большая – пастель, боковая длинная – ложок, торцовая – тычок.
Для обмера изделия использую стальные линейку и угольник (рис.12).
Рисунок 12 - Измерение искривления поверхности и ребер кирпича
1— стальной угольник; 2— стальная линейка; 3 — кирпич
Керамические стеновые изделия должны иметь форму прямоугольного параллелепи педа с прямыми ребрами и углами, четкими гранями и ровными лицевыми поверхностями. Искривление поверхностей и ребер, отбитость или притупленность ребер и углов устанавливают при помощи металлического угольника и линейки с точностью до 1 мм. В лаборатории кирпич укладывают на ровный стол. К про веряемой поверхности прикладывают ребром металлическую ли нейку или треугольник в таком направлении, чтобы выявить максимальное значение прогиба поверхности (рис. 6). Макси мальное значение зазора между ребром линейки и проверяемой поверхностью изделия измеряют специально изготовляемыми для этой цели калибрами. Результат измерений записывают в журнал для лабораторных и практических работ и сравнивают с данными ГОСТ 530—95.
Результаты определений вносят в табл.3.1 и 3.2 журнала лабораторных работ. Делается вывод о соответствии показателей качества изделия по результатам осмотра и обмера нормативным требованиям, указанным в табл. 3.1 и 3.2.
2.2. Определение наличия известковых включений (дутиков)
Наличие известковых включений может вызвать разрушение кирпича.
Известковые включения представляют собой белые зернистые включения и, учитывая ограниченность во времени аудиторных занятий, могут быть определены визуально на гранях и сколе изделия. Согласно ГОСТ 530-80 не допускаются известковые включения, вызывающие после пропаривания разрушение поверхностей и отколы глубиной более 6 мм.
3. Определение основных физических свойств стеновых керамических изделий
3.1.Определение плотности
При плотности в сухом состоянии кирпич и камни подразделяются на группы:
обыкновенные – плотностью более 1600 кг/м3;
условно-эффективные – плотностью более 1400-1600 кг/м3;
эффективные – плотностью не более 1400-1450 кг/м3.
Плотность определяется по методике для образцов правильной геометрической формы, изложенной в лабораторной работе №1 настоящего практикума.
По результатам определений делается вывод: к какой группе по плотности относится испытываемое изделие. Информация вносится в соответствующую таблицу журнала лабораторных работ.
3.2.Определение водопоглощения кирпича
Значение водопоглощения изделия является важной характеристикой стенового керамического изделия, т.к. по нему можно судить о пористости, от которой, в свою очередь, в значительной степени зависит теплопроводность изделия. Водопоглощение для полнотелого кирпича должно быть для марок до 150 не мене 8%, для полнотелого кирпича более высоких марок и пустотелых изделий – не менее 6%.
Испытание изделия на водопоглощение производят путем насыщения образцов (целого кирпича или его половинок) в во де с температурой 15-20 °С в течение 48 ч или в кипящей воде в течение 4 ч. Образцы кирпича в количестве 3 шт. перед испы танием высушивают при температуре 105-110°С до постоянной массы. Массу образца считают постоянной, если разница ре зультатов двух последовательных взвешиваний после высуши вания не превышает 0,2 %. Взвешивание образцов производят после их полного остывания. Время между двумя последова тельными взвешиваниями, включающее сушку и остывание об разцов, должно быть не менее 3 ч.
Образцы изделия укладывают тычком на дно сосуда с водой с температурой 15-20°С так, чтобы уровень воды в нем был вы ше верха образцов на 2-10 см. Образцы выдерживают в воде в те чение 48 ч, после чего вынимают из сосуда, обтирают влажной тканью и немедленно взвешивают. Массу воды, вытекающую из образца на чашку весов, включают в массу насыщенного водой образца.
Водопоглощение образца Вмасс, %, определяют по формуле:
(3.1)
где т1 — масса насыщенного водой образца, г;
т - масса образца, высушенного до постоянной массы, г.
Водопоглощение кирпича вычисляют как среднее арифмети ческое результатов испытаний трех образцов.
С целью ускоренного определения водопоглощения кирпича можно применить метод кипячения, согласно которому подготов ленные по приведенной ранее методике три образца-кирпича по гружают в сосуд с водой, нагревают до температуры кипения воды. В кипящей воде образцы выдерживают в течение 4 ч, после чего ох лаждают до температуры 20-30 °С путем непрерывного добавления , в сосуд холодной воды. Взвешивание и вычисление водопоглоще ния производят по приведенной выше методике.
3.3. Определение морозостойкости кирпича
Определение морозостойкости - длительный процесс, который не может быть осуществлен в рамках лабораторной работы. Предполагается теоретические ознакомление с методом определения морозостойкости и практическое - с используемым оборудованием, а также выполнение некоторых манипуляций по осуществлению метода и испытание образцов после предварительно проведенного оттаивания. Студент определяет марку изделия по морозостойкости по данным испытания изделия по циклам, предоставляемым преподавателем.
Для определения морозостойкости всех видов керамических стеновых изделий используют обычно пять целых изделий. Перед испытанием на образцах несмываемой краской около ребер, углов фиксируют трещины и другие дефек ты. Образцы со значительными дефектами испытанию не подле жат. Предназначенные для испытания образцы высушивают до постоянной массы и взвешивают, затем насыщают водой, как при определении водопоглощения.
Замораживание образцов в морозильной камере и их оттаива ние производят в контейнерах, сваренных из стальных стержней или полос (рис. 14). В контейнеры образцы укладывают, соблюдая зазоры не менее 20 мм, чтобы лучше обеспечить доступ холодного воз духа к образцам. При этом морозильную камеру можно загрузить не более чем на 50 % ее объема. Закрыв морозильную камеру по сле загрузки образцов, в ней поддерживают температуру в преде лах от -15 до -20 °С. Началом замораживания образцов считают момент установления в камере температуры -15 °С. Продолжи тельность одного замораживания образцов при температуре воз духа в камере -15°С должна быть 4 ч.
Рисунок 14 – Морозильная камера
После окончания замораживания образцы в контейнерах полностью погружают в сосуд с водой. Температура воды в сосу де должна быть 15-20 °С в течение всего периода оттаивания об разцов. Продолжительность одного оттаивания в воде должна быть не менее половины продолжительности замораживания
При оценке морозостойкости кирпича по степени поврежде ния, образцы осматривают через каждые 5 циклов при 15 и 25 циклах попеременного замораживания и оттаивания и через каждые 10 циклов при 35 и 50 циклах попеременного заморажи вания и оттаивания. Осмотр производят после их оттаивания. Образцы считают выдержавшими испытание, если после требуе мого числа циклов замораживания и оттаивания они не разруша ются или на их поверхности не будет обнаружено видимых по вреждений. Признаки повреждений (расслоение, шелушение, сквозные трещины, выкрашивания) устанавливаются стандарта ми на эти материалы и изделия.
При оценке морозостойкости кирпича по потере массы после проведения требуемого числа циклов замораживания и оттаива ния образцы природного камня и керамических материалов вы сушивают при температуре 105-110 0 С до постоянной массы, об разцы других материалов взвешивают в насыщенном водой состоянии с погрешностью не более 0,2 %.
Потеря массы образца кирпича, %:
(2.2)
где т, — масса насыщенного водой образца перед испытанием его на морозостойкость, г;
т 3 — то же, после испытания, г.
Потерю массы образцов после испытания на морозостойкость вычисляют как среднее арифметическое результатов испытаний пяти образцов.
Допускаемая величина потери массы образцов после поперемен ного замораживания и оттаивания устанавливается стандартами на эти материалы. Например, для керамического кирпича потеря массы не должна превышать 2 %.
По результатам испытаний назначается марка кирпича по морозостойкости. Всего установлено 4 марки: F15, F25, F35, F50.
4. Определение марки кирпича
Марку кирпича определяют по пределу прочности при сжа тии и изгибе подготовленных и испытанных на гидравлическом прессе образцов.
Предел прочности при сжатии определяют следующим обра зом. Отобранные для испытания кирпичи (5 шт. от средней про бы) распиливают дисковой пилой на распиловочном станке по ширине на две равные части. Обе половинки постелями накла дывают одна на другую так, чтобы поверхности распила были на правлены в противоположные стороны, и склеивают цементным тестом из портландцемента марки не выше 400, при этом толщи на слоя цементного теста между половинками не должна превы шать 5 мм. Кроме того, цементным тестом слоем 3 мм выравни вают (подливают) обе внешние поверхности, параллельные соединительному шву.
Для склейки и подливки двух половинок кирпича на глад кой, горизонтально установленной плоскости (выверенной по уровню металлической плиты) кладут стекло, покрытое смо ченной бумагой, и по бумаге расстилают цементное тесто сло ем 3 мм. Затем одну половинку кирпича укладывают на це ментное тесто и слегка прижимают, после чего верхнюю поверхность половинки кирпича покрывают тем же цемент ным тестом и на него укладывают вторую половинку кирпича, слегка прижимая. Верхнюю поверхность второй половинки также покрывают цементным тестом и прижимают стеклом со смоченной бумагой. Излишки цементного теста срезают, края слоев выравнивают ножом.
Изготовленный таким образом об разец должен быть близок по форме к кубу (рис.15). Необходимо, чтобы плоскости образца были взаимно па раллельны и перпендикулярны боко вым граням, что проверяют угольни ком. Образцы до испытания следует выдерживать в лаборатории во влажных условиях в течение 3-4 сут. для затвер девания цементного теста, после чего их испытывают на сжатие.
Перед испытанием на сжатие прове ряют угольником параллельность поверхностей, покрытых затвердевшим цементным тестом, и измеряют с точностью до 1 см2 площадь перечного сечения образца, которая равна произведению резуль татов двух взаимно перпендикулярных измерений по плоскости склейки половинок кирпича.
Рисунок 15 - Куб из кирпича для испытания на сжатие
При определении предела прочности при сжатии образец ус танавливают на нижнюю опору гидравлического пресса так, что бы геометрический его центр совпадал с центром опоры. Затем верхнюю опору опускают на образец и насосом пресса равномер но передают давление на образец, доводя его до разрушения. Значение разрушающего усилия фиксируют по показанию кон трольной стрелки силоизмерителя.
Предел прочности при сжатии Rсж, МПа определяют по формуле (1.14):
Среднее значение предела прочности при сжатии вычисля ют как среднее арифметическое из результатов испытания пя ти образцов. Кроме того, записывают минимальный результат испытаний.
Предел прочности при изгибе определяют путем испытания на гидравлическом прессе целого кирпича, уложенного плаш мя на две опоры, расположенные на расстоянии 200 мм одна от другой (рис. 16). Опоры должны иметь закругления радиусом 10-15 мм. Нагрузку передают на середину кирпича через опо ру с таким же закруглением.
Рисунок 16 - Схема испытания кирпича на изгиб
Для более плотного и правильного прилегания образца к опо рам на кирпиче по уровню накладывают из цементного теста три полоски шириной 20 — 30 мм: две полоски — в местах опирания на нижние опоры, одну — под опору, передающую нагрузку. Ес ли в кирпиче имеются трещины, то полоски располагают так, чтобы самые значительные трещины при испытании оказались на нижней поверхности образца.
Подготовленные образцы выдерживают в лаборатории в тече ние 3—4 суток для затвердевания цементного теста. Перед испыта нием измеряют размеры поперечного сечения кирпича по сере дине пролета (между опорами) с точностью до 1 мм. Испытания кирпича проводят на 5-тонном гидравлическом прессе.
Предел прочности при изгибе Rиз МПа, вычисляют по фор муле (1.15), где l – расстояние между опорами 200 мм.
За окончательный результат принимают среднее значение из пяти определений. Кроме того, записывают минимальный результат испытаний.
Полученные студентами результаты испыта ний кирпича заносят в таблицу журнала лабораторных (прил.1), после чего, сравнивая полученные результаты по среднему и минималь ному значению прочности отдельных образцов с данными, приведенными в табл. 1 (прил.3), определяют марку кирпича по прочности.
По результатам определения вида керамического стенового изделия, марок по морозостойкости и прочности производится запись названия изделия и условное сокращенное обозначение керамических изделий в соответствии с ГОСТ 530-95. Делается вывод о соответствии его требованиям ГОСТ .
Контрольные вопросы
Лабораторная работа № 4
ГИПСОВЫЕ ВЯЖУЩИЕ
Цель работы: ознакомление c методами определения основных показателей физико-механических характеристик гипсовых вяжущих, марки и правилами условного сокращенного обозначения.
Согласно ГОСТ для оценки качества гипса от каждой партии вяжущего, под лежащего испытанию, отбирают пробу массой от 10 до 15 кг. При поставке гипса без упаковки пробу отбирают непосредст венно с транспортных средств равными частями из четырех мест. При поступлении гипса в мешках пробу отбирают из 10 мешков примерно по 1-1,5 кг из середины каждого мешка. Отобранные пробы тщательно смешивают и квартованием де лят на две равные части по 5-7 кг каждая, одну из которых пе редают в лабораторию на испытание.
При испытании гипсового вяжущего в условиях учебной лаборатории определяют тонкость помола, нормальную густоту и сроки схватывания гипсового теста, пре дел прочности при изгибе и сжатии образцов из затвердевшего гипсового теста.
Студенты работают бригадами (п/группами по 3-4 человека).
Результаты испытаний вносятся в соответствующие таблицы журнала лабораторных работ.
1. Определение показателей физических свойств
1.1.Определение тонкости помола
От пробы гипса, предварительно высушенного в сушильном шкафу в течение 1 ч при 50-55 0С, на технических весах на часовом стекле отвешивают с точностью до 0,1 г навеску гипса в количестве 50 г. Навеску высыпают на сито с сеткой № 02 (рис. 17) и, закрыв крышкой, производят просеивание вручную или устанавливают си то в прибор для механического просеивания и включают прибор. Длительность просеивания обычно составляет 5-7 мин, после чего прибор выключают, сито извлекают, осторожно снимают донышко и высыпают прошедший через сито гипс. Контрольное просеива ние гипса производят вручную на бумагу при снятом донышке. Просеивание гипса считают законченным, если в течение 1 мин сквозь сито проходит не более 0,05 г гипса.
Рисунок 17 - Сито с крышкой и донышком
1— сито с сеткой № 02; 2- крышка; 3- донышко
Тонкость помола гипса определяют с погрешностью не более 0,1 % как от ношение массы, оставшейся на сите, к массе первоначальной пробы (50 г), выраженной в %. За величину тонкости помола принимают среднее арифметическое результатов двух испытаний.
По значению тонкости помола, выраженному в % определяют и записывают в обозначение марки индекс по тонкости помола: I, II, III. В зависимости от тонкости помола строительный гипс делят на три группы: I — грубого помола — остаток на сите не более 23 %, II — среднего помола - ос таток на сите более 14 % и III - тонкого помола — остаток не более 2 %.
1.2. Определение нормальной густоты гипсосого теста
Нормальную густоту гипсового теста определяют при помощи вискозиметра Суттарда (рис. 18 а), представляющего собой медный или латунный цилиндр, имеющий высоту 100 мм и внутренний ди аметр 50 мм. Цилиндр должен иметь хорошо отполированные внутреннюю поверхность и место соприкосновения со стеклом, на ко торое его устанавливают при проведении опыта. На стекле диаметром более 240 мм или на бумаге под стеклом наносят ряд концентрических окружностей диаметром 150 — 220 мм, причем окружности диаметром от 170 до 190 мм наносят через 5 мм, а ос тальные — через 10 мм. Перед испытанием цилиндр и стекло про тирают влажной тканью. Стеклянную пластинку кладут строго го ризонтально, а цилиндр устанавливают в центре концентрических окружностей.
Рисунок 18 - Вискозиметр Суттарда
а — в собранном виде; б — расплыв лепешки из гипсового теста;
1- латунный цилиндр; 2 - стеклянная пластинка с концентрическими
окружностями; 3 - лепешка из гипсового теста нормальной густоты
Для определения нормальной густоты теста отвешивают 300 г гипса, всыпают его в сферическую чашку (рис.19) с заранее отме ренным количеством воды (150 — 220 мл) и ручной мешалкой перемешивают в течение 30 с, начиная отсчет времени от начала всыпания гипса в воду. После окончания перемешива ния цилиндр, установленный в центре стекла, заполняют гипсо вым тестом, излишки которого срезают линейкой. Через 45 с, счи тая or начала всыпания гипса в воду, или через 15 с после окончания перемешивания, цилиндр быстро поднимают верти кально и отводят в сторону. При этом гипсовое тесто расплывает ся на стекле в лепешку (см. рис. 18, б). Диаметр расплыва опреде ляют по концентрическим окружностям или измеряют линейкой в двух перпендикулярных направлениях с погрешностью не более 5 мм и вычисляют среднее арифметическое значение.
Рисунок 19 - Чашка для затворения гипсового
и цементнрого теста Ø 400
Средний диаметр расплыва характе ризует консистенцию гипсового теста. Стандартная консистенция (нормаль ная густота) характеризуется диаметром расплыва гипсового теста, равным 180±5 мм. Если диаметр расплыва теста не соответствует 180+5 мм, испытания повторяют с измененной массой воды (на 1 — 2 %). Нормальную густоту гип сового теста выражают числом миллилитров воды, приходящих ся на 100 г гипса.
При проведении испытания каж дая бригада приготовляет один замес гипсового теста с количест вом воды, заданным преподавателем. При этом одна бригада готовит тесто с заведомо недостаточным, другая с равным, а тре тья с большим количеством воды, чем требуется для получения теста нормальной густоты.
1.3. Определение сроков схватывания гипсового теста
Для определения сроков схватывания гипсового теста ис пользуют стандартный прибор Вика (рис.20), который состоит из станины 1, подвижного металлического стержня 2 с площад кой З для добавочного груза, латунного кольца в виде усеченного конуса 8, стеклянной пластинки 9. Для закрепле ния стержня на требуемой высоте слу жит зажимной винт 6. Стержень снаб жен указательной стрелкой 4 для отсчета перемещения его относительно прикрепленной к станине шкалы 5 с делениями от 0 до 40 мм. В нижней ча сти подвижного стержня закрепляют стальную иглу 7 диаметром 1 мм и дли ной 50 мм.
Перед началом испытания проверя ют свободное падение металлического стержня, чистоту иглы, положение стрелки, которая должна быть на нуле, если игла упирается в пластинку. Масса стержня с иглой составляет 120 г. Кольцо 8 и пластинку 9 перед началом испытания смазывают тонким сло ем машинного масла.
Рисунок 20 - Прибор Вика для определения сроков схватывания
а - вид спереди и сбоку; б— пестик; в — стальная игла
Для определения сроков схватывания отвешивают 200 г гип са, равномерно всыпают его в воду, количество которой соответ ствует нормальной густоте теста, и перемешивают массу ручной мешалкой (рис. 21) в течение 30 с.
Рисунок 21 - Ручная мешалка для перемешивания гипсового теста
1 - петли (более 3); 2- ручка
Приготовленное тесто бы стро вливают в кольцо прибора, установленное на стекле. Для удаления попавшего в гипсовое тесто воздуха кольцо с пластин кой 4 —5 раз встряхивают путем поднятия и опускания одной из сторон пластинки примерно на 10 мм. Избыток теста срезают и поверхность заглаживают ножом. Затем кольцо помещают под иглу прибора, приводят ее в соприкосновение с поверхностью теста в центре кольца и закрепляют стержень зажимным винтом; затем иглу через каждые 30 с опускают в гипсовое тесто так, что бы каждый раз она погружалась в новое место. После извлечения из теста иглу тщательно вытирают. Глубину погружения иглы в гипсовое тесто фиксируют по показанию стрелки, расположен ной на подвижном стержне, и ее значение заносят в журнал для лабораторных и практических работ.
По полученным значениям определяют начало и конец схватывания.
Началом схватывания считают промежуток времени от момента затворения гипсового теста (всыпания гипса в воду) до момента, когда игла не доходит до дна пластинки на 0,5 мм.
Концом схватывания считают промежуток времени от момента затворения гипсового теста до момента погружения иглы в тесто не более чем на 0,5 мм.
Сроки схватывания испытуемого гипсового теста заносят в журнал для лабораторных и сравнивают с требованиями стандарта.
В зависимости от сроков схватывания, строительный гипс относят к одной из трех групп, которым соответствуют индексы, вносимые в обозначение марки гипсового вяжущего: А - быстротвердеющий (начало схватывания не ранее 2 мин, конец - не позднее 15 мин); Б - нормальнотвердеющий (начало схватывания не ранее 6 мин, конец — не позднее 30 мин); В — медленно твердеющий (начало схватывания не ранее 20 мин, конец схватывания не нормируется).
В обозначение марки вносят индекс, соответствующий срокам схватывания гипсового вяжущего.
2. Определение механических свойств гипсовых вяжущих. Определение предела прочности при изгибе и при сжатии
2.1. Изготовление образцов
Для определения прочности при изгибе и сжатии гипсового вяжущего изготавливают 3 образца-балочки.
Для изготовления трех образцов-балочек отвешивают от 1 до 1,6 кг гипса и доливают в чашку воду в количестве, ко торое соответствует нормальной густоте теста. Гипс в течение 5—20 с засыпают в чашку с водой и перемешивают ручной ме шалкой в течение 60 с до получения однородой массы, которую заливают в металлическую форму (рис. 6). Предварительно внутреннюю поверхность формы слегка смазывают минераль ным маслом. Продольные и поперечные стенки формы должны плотно прилегать к отшлифованной поверхности поддона. По перечные стенки формы вместе с продольными стенками сле дует закреплять зажимным винтом таким образом, чтобы фор ма была плотно прижата к поддону, а угол между стенками и дном формы составлял 90°.
Рисунок 22 -Металлическая разъемная форма
для изготовления образцов-балочек (а) и насадка к ней (б)
1— зажимной винт; 2— поддон; 3 — поперечные стенки;
4— продольные стенки
В каждой форме одновременно изготовляют три образца раз мером 40x40x160 мм. При изготовлении образцов отсеки формы наполняют одновременно, для чего чашку с гипсовым тестом рав номерно продвигают над формой. Для удаления вовлеченного воздуха после заливки форму встряхивают 5 раз, для чего ее под нимают за торцевую сторону на высоту около 10.мм и опускают. После наступления начала схватывания излишки гипсового теста снимают линейкой, передвигая ее по верхним граням формы перпендикулярно поверхности образцов.
Через 15+5 мин после кон ца схватывания образцы извлекают из формы и осматривают. Гра ни образцов-балочек, прилегающие к плитам пресса, должны быть параллельны и не иметь отклонения от плоскости более чем на 0,5 мм. Если на гранях образцов будут обнаружены дефекты, то испытывать их нельзя.
Время образцов от начала затворения теста до испытания на прочность – 2 часа.
2.2. Испытание образцов гипсового вяущего на прочность при изгибе
Три образца - балочки испы тывают на изгиб на специальных испытательных машинах типа МИИ-100 или гидравлическом прессе.
Предел прочности при изгибе образ цов, изготовленных из гипсового теста, вычисляют как среднее арифметическое двух наибольших результатов испытаний грех образцов. При испытании на изгиб образцов-балочек на машине МИИ-100 и гидравлическом прессе руководствуются методи кой, изложенной в п. 2.1-2.2 лабораторной работы №1.
2.3. Определение предела прочности при сжатии
Предел прочности при сжатии опре деляют путем испытания шести полови нок балочек, полученных при испытании образцов на изгиб, на...... тонном гидрав лическом прессе. Для передачи нагрузки на половинки балочек используют плос кие стальные шлифованные пластинки размером 40x62,5 мм (площадь 25 см2) как указано в п. 2.2. лабораторной работы № 1.
Нагрузка при испытании должна возрастать непрерывно до разрушения образца. Время от начала равномерного нагружения образца до его разрушения должно быть в пределах 5—30 с, средняя скорость нарастания нагрузки при ис пытании должна быть 1±0,1 Н/с.
Предел прочности при сжатии каждого образца равен частно му отделения значения разрушающей нагрузки на рабочую пло щадь пластинки, равную 25 см2. За окончательный результат принимают среднее арифметическое из четырех значений испы тания шести образцов-половинок (без наибольшего и наимень шего результатов). Полученные результаты испытания гипсо вых образцов записывают в журнал для лабораторных работ (прил.1) и сравнивают их с техническими требовани ями стандарта, приведенными в приложении 3.
В соответствии с результатами испытаний вяжущего определяется марка вяжущего и производится запись условного сокращенного обозначения гипсового вяжущего.
Пример: гипсовое вяжущее Г-5 А II
Делается вывод о соответствии вяжущего требованиям ГОСТ.
Контрольные вопросы
1.Дайте определение термину «воздушные вяжущие вещества»?
Классификация низкообжиговых гипсовых вяжущих?
2. Что называют тонкостью помола? Требования к тонкости помола строительного гипса.
3. Что называют нормальной густотой? Расскажите последовательно методику ее определения.
4. В чем отличие понятий «сроки схватывания» и «сроки твердения»?
5. Требования к срокам схватывания низкообжиговых гипсовых вяжущих? Каковы сроки твердения ?
6. Опишите требования к изготовлению и подготовке к испытанию образцов для определения пределов прочности при изгибе и сжатии?
7. Марки низкообжиговых (строительных и высокопрочных) гипсовых вяжущих согласно ГОСТ?
8. Как определяется предел прочности при изгибе гипсовых вяжущих?
9. Как определяется предел прочности при сжатии гипсовых вяжущих?
10. Определение марки гипсовых вяжущих и условное сокращенное обозначение гипсовых вяжущих?
Лабораторная работа №5
ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ
Цель работы: ознакомление c методами определения основных показателей физико-механических характеристик портландцемента, марки и с правилами условного сокращенного обозначения.
Методы испытаний портландцемента регламентированы ГОСТ 310.1-310.4 «Цементы. Методы испытаний».
При проведении опытов цемент и песок взвешивают с погрешностью до 1 г, воду отмеряют с погрешностью до 0,5 г или 0,5 мл. Для испытания цементов не допускается применять алюминиевые и цинковые формы, чашки и т.п.
При испытании портландцемента в условиях учебной лаборатории определяют тонкость помола, нормальную густоту, сроки схватывания портландцемента, равномерность изменения объема цементного теста и нормальную консистенцию раствора. Пре делы прочности при изгибе и сжатии образцов из портландцемента определяют на предварительно подготовленных образцах 28 суточного твердения.
Студенты работают бригадами (подгруппами по 3-4 человека).
Результаты испытаний вносятся в соответствующие таблицы журнала лабораторных работ. По результатом определения основных технических характеристик портландцемента делается заключение о соответствии вяжущего требованиям стандарта.
1. Определение показателей физических свойств
1.1. Определение тонкости помола цемента ситовым анализом
Для ситового анализа отвешивают 50 г цемента, предварительно высу шенного до постоянной массы при температуре 105-110 °С, и переносят на сито №008 с размером сетки в свету 80 мкм. Закрывают сито крышкой, ус танавливают его в прибор для механического просеивания, включают при бор в электрическую сеть и после этого просеивают в течение 5-7 мин. До пускается просеивание и вручную. Просеивание считается законченным, если при контрольном просеивании вручную на бумагу в течение 1 мин сквозь сито проходит не более 0,05 г цемента. По окончании просеивания взвешивают на сите остаток Р (г) и вычисляют количество цемента, про шедшего через сито, Т (%) по формуле:
Т = (5.1)
Тонкость помола портландцемента должна быть такой, чтобы через си то №008 с размером сетки в свету 80 мкм проходило не менее 85 % просеи ваемой пробы цемента.
1.2. Определение нормальной густоты цементного теста
Для определения нормальной густоты и сроков схватывания цементно го теста применяют прибор Вика с кольцом, чашку и лопатку для приготов ления цементного теста.
При определении нормальной густоты теста в нижнюю часть стержня вставляют металлический цилиндр-пестик. Пестик должен быть изготовлен из нержавеющей стали с полированной поверхностью. Поверхность пестика должна быть чистой. При пользовании прибором вес падающей части при замене пестика иглой должен оставаться постоянным. Массу перемещающейся части прибора сохраняют постоян ной взаимной перестановкой пестика и иглы. Остальные детали прибора подбирают таким образом, чтобы общая масса находилась в пределах 300±2 г.
Кольцо к прибору Вика и пластинка, на которую устанавливают кольцо во время испытания, должны быть также изготовлены из нержавеющей стали, пластмассы или стекла.
Нормальной густотой цементного теста считается такая консистенция его, при которой пестик прибора Вика, погруженный в кольцо, заполненное тестом, не доходит 5-7 мм до пластинки, на которой установлено кольцо.
Нормальная густота цементного теста характеризуется количеством воды затворения, выраженным в процентах от массы цемента.
Перед испытанием следует проверить нулевое показание прибора, для чего приводят пестик в соприкосновение с пластинкой, на которой распо ложено кольцо. В случае отклонения от нуля шкала прибора соответст вующим образом передвигается. Кольцо и пластинку перед началом испы тания смазывают тонким слоем машинного масла.
Для приготовления цементного теста отвешивают 400 г цемента, высы пают в чашку, предварительно протертую влажной тканью, делают в це менте углубление, в которое вливают в один прием воду в количестве, не обходимом (ориентировочно) для получения цементного теста нормальной густоты. После заливки воды углубление засыпают цементом и через 30 секунд после этого сначала осторожно перемешивают, а затем энергично растира ют тесто лопаткой. Продолжительность перемешивания и растирания це мента с водой должна быть 5 минут с момента приливания воды. Сразу после окончания перемешивания кольцо наполняют в один прием цементным тестом и 5-6 раз встряхивают его, постукивая о стол. Затем поверхность теста выравнивают, срезая избыток теста вровень с краями кольца ножом, протертым влажной тканью. Немедленно после этого приводят пестик прибора в соприкосновение с поверхностью теста в центре кольца и закрепляют стержень зажимным винтом, затем быстро освобож дают стержень и предоставляют пестику возможность свободно погружать ся в тесто. Через 30 секунд с момента освобождения стержня фиксируют глубину его погружения по шкале. Кольцо с тестом при определении не должно подвергаться толчкам.
При несоответствующей консистенции цементного теста изменяют ко личество воды и вновь затворяют тесто, добиваясь погружения пестика на 1-лубину 5-7 мм до пластинки.
Количество добавляемой воды для получения теста нормальной густоты, выраженное в процентах от массы цемента, определяется с округлением до 0.25%.
1. 3. Определение начала и конца схватывания цементного теста
Сроки схватывания цементного теста определяют при помощи прибора Вика, но вместо пестика на нижней части подвижного стержня закрепляют стальную иглу сечением 1 мм2 и длиной 50 мм.
Перед началом испытания проверяют перемещение металлического стержня прибора Вика, положение стрелки, которая должна быть на нуле при опирании иглы на пластинку, смазанную тонким слоем машинного масла.
Цементное тесто нормальной густоты приготовляют по методике, из ложенной в п.1.2.
Сразу после приготовления тесто помещают в кольцо прибора Вика, установленное на стеклянной пластинке, и слегка встряхивают пять-шесть раз для удаления воздуха. Избыток теста снимают ножом и поверхность выравнивают. Кольцо с цементным тестом устанавливают на столик прибо ра, опускают стержень до соприкосновения иглы с поверхностью теста и закрепляют винтом стержень. Затем быстро отвинчивают зажимной винт, чтобы игла могла свободно погрузиться в тесто. Иглу погружают в тесто через каждые 5 минут до начала схватывания и через каждые 10 минут по сле начала схватывания, передвигая кольцо каждый раз для того, чтобы игла не попадала в одно и то же место. После каждого погружения иглу следует вытирать.
За начало схватывания принимают время с момента затворения водой до того момента, когда игла не будет доходить до пластинки на 1-2 мм.
Концом схватывания цементного теста считают время от начала затворения и до того момента, когда игла будет опускаться в тесто не более чем на 1 мм.
Начало схватывания портландцемента по ГОСТ 10178 должно насту пать не ранее 45 минут после затворения водой, а конец схватывания - не позднее 10 часов после затворения водой.
1.4.Определение равномерности изменения объема портландцемента при твердении
Процесс твердения цемента сопровождается равномерным изменением объема цементного теста и камня. Однако наличие в цементе свободных СаО и MgO, которые гасятся с увеличением объема в уже затвердевшем цементном камне, может привести к неравномерным деформациям и обра зованию трещин в твердеющих бетонах и растворах.
Содержание свободно го оксида кальция в цементе не должно превосходить 0,5-1 %, а свободного оксида магния - 5 %.
Равномерность изменения объема цемента устанавливается кипячением в воде образцов - лепешек. Для изготовления лепешек используют тесто нормальной густоты, приготовленное из 400 г цемента. Отвешивают четыре навески теста по 75 г и помещают каждую навеску в виде шарика на стек лянную пластинку, предварительно протертую машинным маслом. Осто рожно постукивая пластинкой о край стола, получают из шарика лепешку диаметром 7-8 см, и толщиной в средней ее части около 1 см. Поверхность полученных лепешек заглаживают от наружных краев к центру смоченным в воде ножом.
Приготовленные лепешки хранят в течение (24±2) ч с момента изготовления в ванне с гидравлическим затвором при температуре (20±5) °С. Образцы размещают на решетках, установленных выше уровня воды. Затем лепешки с пластинками вынимают из ванны, лепешки снимают с пластинок и помещают на решетку в бачок с водой. Решетка должна нахо диться на расстоянии не менее 5 см от дна бачка. Уровень воды в бачке должен закрывать лепешки на 4 - 6 см в течение всего времени кипячения. Бачок закрывают крышкой и ставят на нагревательный прибор и доводят до кипения за 30-45 мин. Кипячение производят в течение 3 ч, после чего ле пешки в бачке охлаждают до температуры (20±5) °С и производят их внеш ний осмотр немедленно после извлечения из воды.
Цемент соответствует требованиям равномерности изменения объема, если на лицевой стороне лепешек, подвергнутых испытаниям, не обнару жится радиальных, доходящих до краев трещин или сетки мелких трещин, а также каких-либо искривлений и увеличения объема лепешки.
Наличие искривлений устанавливается при помощи линейки, прикладываемой к плоской поверхности лепешки. Появляющиеся иногда в первые сутки после изготовления трещины усыхания, не доходящие до краев лепешек, не яв ляются признаком недоброкачественного цемента, если на обратной стороне отсутствуют радиальные трещины, доходящие до краев, и лепешки при постукивании одна о другую издают звонкий звук.
2. Определение механических свойств портландцемента. Определение предела прочности при изгибе и при сжатии
2.1. Определение предела прочности при изгибе и сжатии
Для определения предела прочности цемента при изгибе и сжатии изготавливают образцы - балочки размерами 40x40x160 мм из пластичного цементного раствора нормальной консистенции состава 1:3 по массе (1 ч. цемента и 3 ч. песка) при водоцементном отношении (В/Ц) не менее 0,4.
2.1.1.Определение нормальной консистенции раствора
Для определения нормальной консистенции цементного раствора отвешивают 1500 г стандартного песка, 500 г цемента и 200 г воды (В/Ц = 0,40). Компоненты загружают в предварительно протертую влажной тканью чашу лопастной мешалки в следующей последовательности: песок, вода, цемент. Чашу устанавливают на мешалку и производят перемешивание в течение (120±10)с.
В центре диска встряхивающего столика устанавливают форму-конус центрирующим устройством. Внутреннюю поверхность конуса и диск сто лика перед испытанием протирают влажной тканью. По окончании перемешивания раствора им заполняют форму-конус на половину высоты и уп лотняют 15 раз штыкованием металлической штыковкой. Затем наполняю конус раствором с некоторым избытком и штыкуют 10 раз. Во время укладки и уплотнения раствора конус прижимают рукой к диску столика. После уплотнения верхнего слоя раствора снимают насадку конуса и излишек раствора срезают ножом вровень с краями конуса. Нож предварительно протирают влажной тканью. Затем конус снимают в вертикальном направлении. После этого раствор встряхивают на столике 30 раз за (30±5) с, из меряют расплыв конуса по нижнему основанию штангенциркулем в двух; взаимно перпендикулярных направлениях и берут среднее значение. Расплыв конуса должен быть в пределах 106... 115 мм. Если расплыв конуса окажется меньше 106 мм, количество воды увеличивают до получения расплыва конуса 106-108 мм. Окончательное значение водоцементного отношения заносят в рабочий журнал и принимают для проведения дальнейших испытаний.
2.1.2. Формование и твердение образцов
Перед изготовлением образцов - балочек внутреннюю поверхность стенок формы и поддона слегка смазывают машинным маслом. Стыки наружных стенок друг с другом и с поддоном формы необходимо промазать тонким слоем солидола или другой густой смазкой. На собранную форму устанавливают насадку и промазывают снаружи густой смазкой стык между формой и насадкой. На каждый намеченный срок испытания изготовляют по три образца (одна форма).
Для уплотнения раствора подготовленные формы балочек с насадкой жестко закрепляют на виброилощадке. Одновременно устанавливают не более двух форм, симметрично расположенных относительно центра площадки. При уплотнении одной формы ее располагают в центре площадки Формы заполняют раствором приблизительно на 1 см по высоте и включают вибрационную площадку, в течение двух первых минут вибрации все три гнезда формы равномерно небольшими порциями заполняют раствором. По истечении 3 мин от начала вибрации виброплощадку отключают. Форму снимают с виброплощадки, срезают смоченным водой ножом изли шек раствора, заглаживают поверхность образцов вровень с краями формы и маркируют их.
Образцы в формах хранят первые сутки в ванне с гидравлическим затвором (рис. 23). Затем образцы осторожно расформовывают и укладывают в ванны с питьевой водой в горизонтальном положении так, чтобы они не соприкасались друг с другом, или в шкафу, обеспечивающим относительную влаж ность воздуха не менее 90 %. Таким образом образцы хранят последующие 27 суток. Образцы, имеющие через (24±1) ч прочность, недостаточную для расформовки без повреждения, допускается вынимать из формы через (48±2) ч.
Рис 23 - Ванна с гидравлическим затвором
Вода должна покрывать образцы не менее чем на 2 см, меняют воду через каждые 14 суток. Температура воды при хранении, а также при ее замене должна быть (20±2) °С. По истечении срока хранения образцы вынима ют из воды и не позднее чем через 30 мин подвергают испытанию. Непо средственно перед испытанием образцы должны быть насухо вытерты.
2.1.3. Испытание образцов – балочек
Для испытания образцов - балочек на из гиб могут быть использованы приборы любой конструкции, удовлетво ряющие следующим требованиям: средняя скорость нарастания нагрузки должна быть (0,05±0,01) кН/с или (0,12±0,02) МПа/с в пересчете на единицу площади приведенного сечения баночки. Образцы устанавливают на опоры изгибающего устройства таким образом, чтобы те грани его, которые были горизонтальными при изготовлении, находились в вертикальном положе нии.
Предел прочности при изгибе цементного раствора вычисляют как среднее арифметическое значение из двух наибольших результатов испытания трех образцов.
При определении предела прочности на сжатие полученные после испытания на изгиб шесть половинок балочек сразу же подвергают испытанию на сжатие. Каждую половинку балочки помещают между двумя пла стинками площадью 25 см2 таким образом, чтобы боковые грани, которые при изготовлении прилегали к стенкам формы, находились на плоскости пластинок, а упоры пластинок плотно прилегали к торцевой гладкой плоскости образца. Образец с пластинками центрируют на опорной плите прес са. Средняя скорость нарастания нагрузки при испытании должна быть (1,0±0,5)МПа/с.
Предел прочности на сжатие отдельного образца вычисляют как част ное от деления разрушающей нагрузки на площадь пластинок.
Предел прочности на сжатие для данного цемента вычисляют как среднее арифметическое четырех наибольших результатов испытания образцов.
3. Обозначение цементов. Определение марки портландцемента по прочности
ГОСТ 10178 устанавливает условное сокращенное обозначение цементов. Оно состоит из обозначения вида цемента - портландцемент (ПЦ), шлакопортландцемент (ШПЦ); марки цемента - 300, 400, 500, 550, 600; обозначения максимального содержания добавок в портландцементе - ДО, Д5, Д20; дополнительного обозначения разновидностей портландцемента -быстротвердеющего (Б), пластифицированного (ПЛ), гидрофобного (ГФ), на основе клинкера нормированного состава (И), а также обозначения стандарта. Пример условного обозначения быстротвердеющего портландцемен та с добавками до 20 % : ПЦ 400-Д 20-Б.
В соответствии с результатами испытаний вяжущего определяется марка вяжущего и производится запись условного сокращенного обозначения портландцемента.
Делается вывод о соответствии вяжущего требованиям ГОСТ (прил. 3). Результаты лабораторной работы вносятся в таблицы журнала лабораторных работ (прил.1)
Контрольные вопросы
1.Дайте определение термину «гидравлические вяжущие вещества»?
2. Какой продукт называют портландцементом?
3. Каковы требования к нормальной густоте и срокам схватывания портландцемента?
4. С какой целью определяется нормальная густота портландцемнта и нормальная консистенция раствора?
5. Опишите методику и цель определения показателей равномерности изменения объема.
6. Опишите требования к изготовлению и подготовке к испытанию образцов для определения пределов прочности при изгибе и сжатии?
7. Марки портландцемента согласно ГОСТ?
8. Как определяется предел прочности при изгибе портландцемента?
9. Как определяется предел прочности при сжатии портландцемента?
10. Определение марки гипсовых вяжущих и условное сокращенное обозначение гипсовых вяжущих?
Лабораторная работа №6
ЗАПОЛНИТЕЛИ ДЛЯ ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА
Цель работы: ознакомление с принципами оценки зернового состава заполнителей для определения соответствия их требованиям для применения в тяжелом бетоне; закрепление представлений об оптимальных свойствах заполнителя и методах их обеспечения.
В тяжелом бетоне применяют крупный и мелкий заполнители.
К запол нителям для бетона предъявляются требования, учитывающие особенности влияния заполнителя на свойства бетона. Наиболее существенное влияние на свойства бетона оказывают зерновой состав, прочность и чистота запол нителей.
Важнейшим качественным показателем заполнителей является их зер новой (гранулометрический) состав. При оптимальном зерновом составе мелкие зерна заполнителя занимают пустоты между крупными зернами. Таким образом, смесь крупного и мелкого заполнителей будет иметь высо кую плотность с минимальным объемом межзерновых пустот, которые за полняются после твердения цементным камнем, склеивающим отдельные зерна заполнителей в монолитный конгломерат.
Для оценки пригодности заполнителей по зерновому составу произво дят рассев мелкого и крупного заполнителя на стандартном наборе сит, рассчитывают характеристики зернового состава и строят соответствующие графики (рис. 24).
а - ситовый анализатор; б – стандартный набор сит
Рисунок 24 - Сита для ситового анализа крупного и мелкого заполнителей для бетонов
На основании графика зернового состава делают выводы о при годности данного песка в качестве мелкого заполнителя, а данного щебня или гравия - в качестве крупного заполнителя для бетона.
1. Определение модуля крупности и зернового состава песка
1.1.Определение зернового состава песка
Зерновой состав песка характеризуется процентным содержанием зерен различного размера. Для его определения пробу песка 2 кг высушивают в сушильном шкафу до постоянной мас сы и просеивают через сита с размерами ячеек 5 и 10 мм. Остатки на ситах взвешивают, вычисляют содержание в песке частиц гравия размером 5... 10 мм и более 10 мм с округлением до 0,1% по массе:
Гр10 = G10/ G · 100%, (6.1)
Гр5 = G5/ G · 100%, (6.2)
где Гр10 - содержание частиц размером более 10 мм, %; Гр5 — содержание час тиц размером 5... 10 мм, %; G10— остаток на сите с размером ячейки 10 мм, г; G5 — остаток на сите с размером ячейки 5 мм, г; G — масса пробы песка, г.
Затем берут пробу песка массой 1 кг из прошедшего через сито с разме ром ячейки 5 мм и просеивают ее через стандартный набор сит. В этом на боре верхнее сито с размером ячейки 2,5 мм имеет круглые отверстия, а все остальные — квадратные со следующими размерами ячейки, мм: 1,25, 0,63, 0,315, 0,16. Просеивание можно выполнять вручную или механизирован ным способом. Процесс просеивания считают законченным, если через сито на чистый лист бумаги за 1 мин проходит не более 0,1 % зерен песка от общей массы просеиваемой навески или при встряхивании сита песок практически не просеивается.
Остатки песка на каждом сите взвешивают и вычисляют частные остатки
на каждом сите с точностью до 0,1 % по формуле:
ai = m 1 /m ·100, (6.3)
где ai - частный остаток, %;
m 1 - масса остатка на данном сите, г;
m - масса просеиваемой навески, г.
Полные остатки Аi определяют как сумму частных остатков на всех ситах с большим размером отверстий, включая остаток на данном сите по формуле:
Аi = а2,5 + … + a i , (6.4)
где: а2,5 + … + a i – частные остатки на ситах с большим размером отверстий, начиная с сита с размером отверстий 2,5 мм, %;
ai – частный остаток на данном сите, %.
Опытные данные и результаты расчетов заносят в журнал лабораторных работ.
Для оценки зернового состава песка и его пригодности для приготовления бетона результаты просеивания (по полным остаткам) наносят на стандартный график (рис.25).
1 — нижняя граница крупности песка (модуль крупности 1,5); 2 — нижняя граница крупности песка (модуль крупности 2,0) для бетонов класса В15 и выше; 3 — ниж няя граница крупности песка (модуль крупности 2,5) для бетонов класса В25 и вы ше; 4 — верхняя граница крупности песков (модуль крупности 3,25)
Рисунок 25 - График зернового состава песка
Полученные точки соединяют линией. Песок считается пригодным для изготовления бетона, если полученная линия располагается в заштрихованной части графика. Если кривая располагается выше заштрихованной зоны, то песок считается мелким, если ниже - крупным.
1.2. Определение модуля крупности песка
Модуль Мкр крупности песка определяют с точностью до 0,1 по формуле:
Мкр = (А2,5 + А1,25 + А0,63 + А0,315 + А0,14)/100, (6.5)
где: А2,5 + А1,25 + А0,63 + А0,315 + А0,14 - полные остатки на ситах,%.
На основании проведен ых экспериментально-расчетных работ делается вывод о группе песка согласно классификации песков по зерновому составу (табл.14,15 прил.3) и о возможности применения данного песка для тяжелого бетона, даются рекомендации по коррекции зернового состава песка.
По результатам лабораторных определений делается заключение о свойствах песка и соответствии его требованиям для применения в тяжелых бетонах.
Пример оценки результатов лабораторных определений: Песок относится к группе средних песков. Нанесенная на график кривая просеивания, характеризующая зерновой состав данного песка, расположена в области песков, пригодных в качестве мелкого заполнителя тяжелого бетона класса В15 и выше, вблизи нижней границы крупных песков.
2. Определение зернового состава щебня (гравия)
В зависимости от размера зерен щебень (гравий) подразделяют на следующие фракции: 5-10, 10-20; 20-40 и 40-70 мм. В каждой фракции должны содержаться зерна различных размеров от наибольшего до наименьшего для данной фракции.
Таблица 6.1 - Зерновой состав щебня, гравия
|
Размер контрольных сит |
Dнаим, |
0,5(Dнаиб+ D наиб) |
Dнаиб |
1,25Dнаиб |
|
Полный остаток на ситах, % по массе |
90-100 |
30-80 |
до 10 |
до 0,5 |
Массу пробы щебня (гравия), необходимую для определения зернового состава, определяют по таблице 6.2.
Таблица 6.2 - Масса пробы щебня (гравия) для определения зернового состава
|
Наибольший размер зерен щебня (гравия),мм |
Вместимость мерного цилиндра, дм3 |
|
До 10 |
5 |
|
До 20 |
10 |
|
До 40 |
20 |
|
До 70 |
30 |
|
Более 70 |
50 |
Взвешенную пробу просеивают через стандартный набор сит с разме рами ячейки 3 (5); 10; 15; 20; 25; 40; 80 мм и одновременно промывают до полного удаления с их поверхности пленок глины и пыли. Если на поверх ности зерен имеются пленки засохшей глины, пробу сначала смачивают в воде и вместе с водой высыпают на верхнее сито. При отсутствии в щебне (гравии) глинистых и пылевидных примесей зерновой состав может быть определен без промывки, путем высушивания до постоянной массы с по следующим просеиванием. При просеивании необходимо следить за тем, чтобы толщина прослойки щебня (гравия) на ситах не превышала наиболь шего размера зерен.
Затем остатки на ситах высушивают до постоянной массы и вычисляют их суммарное количество:
∑G=G3 (5) + G10 + ...+G70 (6.6)
где G3(5) + Gl0 +... + G10 - массы сухих остатков на соответствующих ситах, г.
При наличии остатка на сите с размером ячейки 80 мм, путем пропус кания зерен этого остатка через круглый проволочный калибр, находят пре дельный размер зерен щебня гравия).
Затем строят кривую просеивания щебня (гравия). На оси абсцисс от кладывают размеры ячеек сит, на оси ординат — полные остатки на ситах. Если имеется остаток на сите с размером ячейки 70 мм, то на оси абсцисс обозначается также предельный размер зерен, определенный с помощью калибра. При построении кривой просеивания имеется в виду, что нулевое значение на оси ординат соответствует размеру ячейки сита, на котором полный остаток составляет 0 % (либо предельному размеру зерен, опреде ленному калибром), а 100 % — размеру ячейки сита 3 (5) мм.
С помощью этой кривой можно определить наибольшую и наимень шую крупность зерен заполнителя. Размер ячейки сита, на котором полный остаток составляет 5 %, выражает наибольшую крупность зерен Dнаиб а 95 % — наименьшую крупность зерен Dнаим. Для этого в точках, соответст вующих 5 % и 95 % на оси ординат, проводят параллели к оси абсцисс до пересечения с кривой просеивания и в точках пересечения проводят пер пендикулярные линии к оси абсцисс. Точки пересечения этих перпендику ляров с осью абсцисс обозначают наибольшую и наименьшую, крупность зерен щебня (гравия). При этом цифры, взятые в точках пересечения на оси абсцисс, округляются в большую сторону до ближайшего размера ячейки стандартных сит.
Результаты опытов записывают в таблицу журнала лабораторных работ (прил. 1).
Для характеристики зернового состава щебня (гравия) берут высушен ную до постоянной массы пробу в количестве, зависящем от наибольшей крупности (см. табл.4). Пробу заполнителя просеивают через сита с раз мерами ячейки: 1,25Dнаиб; Dнаиб; 0,5(Dнаиб+ D наиб) и Dнаим, .
Если в лаборатории отсутствуют сита с размерами ячеек 1,25 Dнаиб и 0,5(Dнаиб+ D наиб), то допускается использование сит с близкими размерами ячейки.
По результатам просеивания производят вычисления частных остатков на каждом сите, % к массе просеянной пробы (суммарной массы пробы):
ai = (m i – 100)/ ∑m , (6.7)
где m i - масса остатка на данном сите, кг;
∑m - сумма частных остатков на всех ситах, кг.
По значениям частых остатков рассчитывают полные остатки на каждом сите в %:
Аi = аD наиб + … + a i , (6.8)
аD наиб + … + a i - частные остатки на всех ситах с большими размерами отверстий, включая остаток на данном сите.
Результаты лабораторных опытов заносят в журнал лабораторных работ (прил.1).
Качество зернового состава щебня (гравия) оценивают значением остатков (в %) на ситах с контрольными отверстиями 1,25Dнаиб; Dнаиб; 0,5(Dнаиб+ D наиб) и Dнаим,. Полные остат ки на контрольных ситах при рассеве щебня и гравия должны соответство вать значениям, указанным в таблице .
Производят оценку зернового состава, выраженного графической зависимостью, зоне оптимального зернового состава стандартного графика (рис. 26). Зерновой состав щебня (гравия) должен располагаться в пределах за штрихованной площади стандартного графика. Для этого на стандартный график наносят точки, соответствующие полученным значениям полных остатков (%) на ситах с размерами 1,25Dнаиб; Dнаиб; 0,5(Dнаиб+ D наиб) и Dнаим, и соединяют в ломаную линию.
Размер отверстий сит, мм
Рисунок 26 - График зернового состава щебня (гравия)
В качестве заключения производится оценка результатов лабораторных определений.
Пример оценки результатов лабораторных определений: Кривая зернового состава щебня располагается в заштрихованной части графика, что свидетельствует о пригодности щебня для приготовления бетона.
Контрольные вопросы
1. Какие параметры отличают щебень от гравия? Какой из видов крупного заполнителя предпочтителен для применения в тяжелых бетонах? Почему?
2. Приведите перечень основных показателей, по которым крупный и мелкий заполнитель оценивается на предмет возможности их применения в тяжелом бетоне.
3. Какие требования предъявляются к песку для применения в тяжелом бетоне?
4. Какие требования предъявляются к крупному заполнителю для применения его в тяжелом бетоне?
5. Дайте определение термину «зерновой (гранулометрический) состав заполнителя».
6. Какой зерновой состав песка можно считать оптимальным для применения в тяжелых бетонах? Почему?
7. Какой зерновой состав крупного заполнителя можно считать оптимальным для применения в тяжелых бетонах? Почему?
8. Методики проведения оценки соответствия зерновых составов песка и крупного заполнителя для применения в тяжелом бетоне.
9. Классы и модули крупности песков, применяемых в тяжелых бетона. По каким показателям оценивается класс песков? Как определяется модуль крупности?
10. Как определяется наибольшая и наименьшая крупность зерен крупного заполнителя? На какие параметры бетонной смеси и бетонов влияют эти характеристики?
Лабораторная работа № 7
ПОДБОР СОСТАВА ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА
Цель работы: ознакомление с методом абсолютных объемов по подбору (проектированию) состава тяжелого бетона и стандартными методиками определения основных свойств бетонной смеси и тяжелого бетона.
Подбор состава бетона заключается в определении расхода исходных материалов (вяжущего, воды, мелкого и крупного заполнителей) на 1 м3 уплотненной бетонной смеси.
В относительном выражении - соотноше ние по массе или объему между количествами цемента, песка и щебня (гра вия) при обязательном указании водоцементного отношения массу или объем цемента принимают за единицу, поэтому соотно шение между составными частями бетона имеет вид: 1 :Х:У при определен ном В/Ц (где X - количество частей песка, У - количество частей щебня или гравия).
От правильности подбора (проектирования) состава тяжелого бетона зависят его плотность и прочность, которые, в свою очередь во многом определяют такие важные свойства как морозостойкость, водонепроницаемость и др.
Рациональным считается тот состав обычного тяжелого бетона, в котором обеспечены условия:
- минимализация расхода вяжущего;
- обеспечение заданной прочности бетона ;
- обеспечение необходимой удобоукладываемости бетонной смеси.
Порядок проектирования состава бетона:
- расчет ориен тировочного состава;
- проверка на опытных замесах удобоукладываемости бетонной смеси и прочности бетона;
- уточнение состава бетона, если требуемые свойства не достигнуты;
- расчет номиналь ного (лабораторного состава);
- расчет полевого (производственного) состава с учетом влаж ности заполнителей;
- определение расхода материалов на один замес бетоносмесителя.
1.1.Расчет предварительного состава тяжелого бетона
Расчет предварительного состава тяжелого бетона производят на основе зависимости прочности бетона от активности цемента, цементно-водного фактора и качества заполнителей, а также зависимости подвижности бетон ной смеси от расхода воды и других факторов. Определение расходов песка и крупного заполнителя основано на формулах, которые вытекают из физи ческих основ структурообразования бетона (принципы метода абсолютных объемов). Требуемую среднюю прочность бетона определяют, исходя из заданного класса по прочности на сжатие с учетом известных соотношений между классами, марками и средней прочностью бетонов и значений масштабных коэффициентов для приведения прочности тяжелого бетона к прочности бетона на образцах базового размера (прил.3 табл.16, 17). Возможно также использование формул:
Rб= 1,1 B/ Kб , ( 7.1)
где Rб - класс бетона по прочности на сжатие; К6 - Коэффициент, зависящий от вида бетона (для тяжелого бетона К6 равен 0,778).
Если в задании указана марка бетона, то требуемую прочность бетона в рассчитывают по формуле
Rб = 0,11М,
где М - заданная марка бетона.
1.1.1.Порядок расчета состава тяжелого бетона.
Определяют водоцементное отношение по формулам: а) для обычного бетона (при В/Ц > 0,4, если Rб < 2А • Rц):
В/Ц = А • Rц /( Rб + 0,5 А • Rц) (7.2.)
б) для высокопрочного бетона (при В/Ц < 0,4):
В/Ц = А • Rц /( Rб - 0,5 А • Rц) (7.3)
Значения коэффициентов А и А1 принимают из справочной литературы ( прил.3 табл.18)
Назначают водопотребность (В) бетонной смеси (расход воды в дм3 или кг на 1 м3 бетона) в зависимости от ее удобоукладываемости (подвижности или жесткости) (прил.3 табл.19, 20).
Определяют расход цемента на I м3 бетона по формуле:
Ц= В/(В\Ц)
Если расход цемента на 1 м бетона окажется меньше допускаемого СНиПу (прил.3, табл.21), то следует увеличить его до требуемой величины.
Определяют расход заполнителей на 1 м бетона по следующим форулам:
Щ = 1000/(α • Vп/ρнщ+1/рщ), (7.4)
П=ρп (1000-Ц/рц-В-Щ/ρ), (7.5)
где: Щ, П, Ц и В - расходы соответственно щебня, песка, цемента и воды в кг на 1 м3 бетона;
α - коэффициент раздвижки зерен щебня раствором. Коэффициент раздвижки для жестких бетонных смесей следует принимать в пределах 1,05-1,15, в среднем 1,1; для пластичных смесей. Определяют по справочной литературе (прил.3,табл.22). При Ц и В/Ц, не указанных в таблице коэффициент а находят интерпо ляцией. Если водопотребность песка более 7%, коэффициент ос умень шают на 0,03 на каждый процент увеличения водопотребности; если водо потребность песка менее 7%, коэффициент а увеличивают на 0,03 на каж дый процент снижения водопотребности;
Vп -пустотность щебня в долях единицы;
рщ, рп и рц - истинные плотности со ответственно щебня, песка и цемента, кг/дм3; рнщ - насыпная плотность щебня, кг/дм3.
Определяют расчетный состав бетона в виде расхода мате риалов Ц, В, П и Щ (кг) для получения 1 м3 или 1000 дм3 бетона.
Определяется расчетная плотность бетонной смеси (кг/м3) по формуле:
ρбс = Ц + В + П + Щ (7.6)
1.1.2. Корректирование состава бетона по пробному замесу
Производят корректирование удобоукладываемости бетонной смеси на проб ном замесе. Удобоукладываемость бетонной смеси определяют согласно стандартной методике (в описании лабораторной работы методика приведена по окончании метода расчета состава бетона).
Определяют фактические расходы сырьевых материалов на на 1 м3:
Цф = Цзф • 1000/ Vзф (7.7)
Вф = Взф • 1000/ Vзф (7.8)
Пф = Пзф • 1000/ Vзф (7.9)
Щф = Щзф • 1000/ Vзф , (7.10)
где Ц3ф, В3ф, П3ф и Щ3ф - фактические расходы сырьевых материалов на пробный замес, кг;
Vзф- фактический объем пробного замеса, дм3 :
Vзф = Цзф + Взф + Пзф + Щзф / рбсф , (7.11)
где рбсф - фактическая плотность бетонной смеси, кг/дм3 (не должна отличаться от расчетной плотности более чем на 2 %).
Изготавливаются стандартные контрольные образцы бетона и испытывают его на сжатие в соответствии с ГОСТ (в описании лабораторной работы методика приведена по окончании метода расчета состава бетона). Если фактическая прочность бетона отличается от за данной более чем на 15% в ту и другую сторону, то следует внести коррек тивы в состав бетона. Для повышения прочности увеличивают расход це мента, т.е. Ц/В; в противном случае - уменьшают расход цемента и соот ветственно Ц/В.
1.1.3.Определение полевого (производственного) состава бетона
Производственный состав бетона определяют с учетом влажности заполнителей:
Цп = Цф
Вп= Вф - Пф • W п/ 100 - Щф • W щ/ 100 (7.12)
Пп = Пзф + Пф • W п/ 100 (7.13)
Щп = Щф + Пф • W п/ 100, (7.14)
где: W п , W щ п- влажность песка и щебня, %
1.1.4.Определение расходов материалов на замес бетоносмесителя
Производят определение коэффициента выхода бетона, который представляет собой степень уменьшения объема бетонной смеси по сравнению с суммарным объемом исходных материалов (обычно равен 0,6...0,7) вычисляют по формуле:
β=1000/ (Ц/ρнц + Пп/ρнп + Щп/ρнщ ), (7.15)
где: ρнц ,ρнп , ρнщ - насыпные плотности, соответственно, цемента, песка и щебня, кг/дм3.
Определяют Vб - объема бетонной смеси, получаемой из одного замеса бетоносмеси теля, дм3 :
Vб =β-V бс, (7.16)
где : Vбс - емкость бетоносмесителя по загрузке.
Определяют расходы материалов на замес бетоносмесителя по формулам:
Цбс= Ц • Vб/ 1000 (7.17)
Вбс= Вп • Vб/ 1000 (7.18)
Пбс= Пп • Vб/ 1000 (7.19)
Щбс= Щп • Vб/ 1000 (7.20)
Состав бетона выражают расходом всех составляющих мате риалов по массе на I м³ уложенной и уплотненной бетонной сме си или отношением массы составляющих материалов смеси к массе цемента, принимаемой за единицу, т. е. 1 : х: у (цемент : пе сок : щебень или гравий) при В/Ц = Z Например, в первом слу чае состав бетона: цемента — 280, песка — 670, щебня — 1300, воды — 170 кг/м3, а во втором случае: 1:2,4:4,7 при В/Ц = 0,6.
1.2. Определение свойств бетонной смеси
Бетонная смесь представляет собой сложную многокомпонентную сис-тему, состоящую из частичек вяжущего, новообразований, возникающих при взаимодействии вяжущего с водой, зерен заполнителя, воды, вводимых в ряде случаев специальных добавок, вовлеченного воздуха. Из-за проявле ния сил взаимодействия между перечисленными компонентами эта система приобретает связность и может рассматриваться как единое физическое тело с определенными физическими свойствами.
Для производства работ и обеспечения высокого качества бетона в кон струкциях и изделиях необходимо, чтобы бетонная смесь имела консистен цию, соответствующую условиям ее укладки и уплотнения, т.е. определен ную удобоукладываемость. Это основное свойство бетонной смеси оцени вают показателями подвижности и жесткости. По этим показателям бетон ные смеси подразделяют на группы и марки (табл.3.12 прил.20).
Помимо удобоукладываемости бетонные смеси характеризуются также средней плотностью, объемом вовлеченного воздуха, расслаиваемостью (при необходимости), сохраняемостью во времени свойств: удобоуклады ваемости, расслаиваемости, объема вовлеченного воздуха (при необходи мости).
Свойства бетонной смеси зависят от ее состава, вида и свойств отдель ных компонентов. Так, при увеличении содержания цементного теста и, соответственно, уменьшении содержания заполнителей смесь становится более подвижной. Аналогично влияет увеличение содержания в смеси воды, но это может вызвать расслоение смеси, а прочность бетона падает.
2.1.Определение подвижности бетонной смеси
В качестве показателя подвижности используют осадку бетонного конуса под собственной массой. С этой целью используют стандартный при бор в форме усеченного конуса, изготовленного из листовой стали (рис.27).
Рисунок 27 - Конус для определения подвижности бетонной смеси
Конус с размерами, приведенными на рис.27, предназначается для опреде ления подвижности бетонной смеси с зернами заполнителя наибольшей крупности до 40 мм.
Сначала внутреннюю поверхность конуса вытирают влажной тканью и устанавливают на ровную поверхность. На конус надевают воронку, запол няют бетонной смесью до 1/3 высоты и штыкуют металлическим стержнем 25 раз. Затем конус заполняют до 2/3 высоты, штыкуют 25 раз, далее запол няют с избытком и штыкуют опять 25 раз. Штыкование производят равно мерно от стенок к центру конуса. После уплотнения третьего слоя воронку снимают, кельмой срезают излишек смеси и заглаживают поверхность. Ме таллический конус поднимают вертикально и устанавливают рядом с от формованным бетонным конусом.
Разность в высотах металлического и бетонного конуса, измеряемая с округлением до 0,5 см, означает подвижность бетонной смеси. Измерение производят два раза и по двум результатам вычисляют среднеарифметиче ское значение подвижности с округлением до 1 см. При этом разница меж ду двумя результатами не должна превышать 1 см при ОК < 4 см, 2см при ОК=5-9 см и 3 см при ОК > 10 см. В противном случае приготавливают но вый замес и опыт повторяют до получения необходимых результатов.
При размере зерен заполнителя более 40 мм используют увеличенный конус с размерами, мм: внутренний диаметр нижнего основания — 300, верхнего основания — 150, высота — 450. Метод определения подвижности с применением этого конуса аналогичен стандартному, но при этом полу ченный результат умножают на поправочный коэффициент 0,67 для приве дения к величине осадки обычного конуса.
2.2.Определение жесткости бетонной смеси
Показатель жесткости бетонной смеси определяют на специальном приборе, который состоит из цилиндрического сосуда 1 высотой 200 мм с внутренним диаметром 240 мм с закрепленным на нем устройством 9 для измерения осадки бетонной смеси в виде направляющего штатива 8, штанги 5 и металлического диска 6 толщиной 4 мм с шестью отверстиями 7 (рис. 28). Прибор устанавливают на стандартную лабораторную виброплощадку и плотно прикрепляют к ней. Затем в сосуд помещают металлическую фор му-конус 3 с насадкой 4 для заполнения бетонной смесью.
Размеры формы-конуса такие же, как при определении подвижности бетонной смеси, т.е. высота — 300 мм, нижний диаметр — 200 мм, верхний диаметр — 100 мм. Форму-конус с помощью специального кольца-держателя 2 закрепляют в приборе и заполняют тремя слоями бетонной смеси, уплотняя ее штыкованием (25 раз каждый слой). Затем удаляют форму-конус, поворачивают штатив, устанавливают на поверхности бетон ной смеси диск и включают виброплощадку. Вибрирование при частоте (2900+100) кол/мин и амплитуде (0,50±0,01) мм продолжают до тех пор, пока не начнется выделение цементного теста из двух отверстий диска. Полученное время вибрирования — показатель жесткости бетонной смеси.
Рисунок 28 - Стандартный прибор для определения жесткости бетонной смеси
Жесткость бетонной смеси определяют дважды. Общее время испыта ния от начала первого определения до окончания второго не должно пре вышать 15 мин.Жесткость бетонной смеси вычисляют с округлением до1 как среднее арифметическое значение результатов двух определений, отли-\/ чающихся не более чем на 20%. При большем расхождении результатов V определение повторяют на новой пробе.
В лабораториях иногда используют упрощенный способ определения жесткости бетонной смеси, предложенный Б. Г. Скрамтаевым. По этому способу испытание проводят следующим образом. В обычную металличе скую форму для приготовления кубов размером 20x20x20 см вставляют стандартный конус. Предварительно с него снимают упоры и немного уменьшают нижний диаметр, чтобы конус вошел внутрь куба (рис. 29).
Рисунок 29 - Определение жесткости бетонной смеси упрощенным способом
Наполняют конус также в три слоя. После снятия металлического ко нуса бетонную смесь подвергают вибрации на лабораторной площадке. Вибрация длится до тех пор, пока бетонная смесь не заполнит всех углов у куба и ее поверхность не станет горизонтальной.
Н4 Как показали опыты, показатель жесткости, определенный на стандарт ном приборе, приблизительно в 1,5-2 раза меньше показателя, полученного по способу Б. Г. Скрамтаева.
2.3.Определение пределов прочности тяжелого бетона
Качество тяжелого бетона характеризуют классами и марками по проч ности при сжатии и изгибе, марками по морозостойкости и водонепрони цаемости. Класс бетона но прочности на сжатие определяют величиной гарантированного предела прочности на сжатие в МПа с обеспеченностью 0,95 образцов бетона базового размера (кубов с ребром 15x15x15 см) в воз расте 28 суток. Бетоны подразделяют на классы: В 3,5; В 5; В 7,5; В 10; В12,5; В 15; В 20; В 25; В 30; В 35; В 40; В 45; В 50; В 55; В 60, В 65; В 70; В 75; В80.
На производстве контролируют среднюю прочность бетона на сжатие или марку бетона по прочности на сжатие. Соотношение между классами бетона по прочности на сжатие, средней прочностью на сжатие и марками по прочности на сжатие приведены в таблице 3.14 приложения.
Для тяжелых бетонов, применяемых в строительстве дорог и аэродро мов, устанавливаются классы и марки бетона по прочности при изгибе.
Определение предела прочности тяжелого бетона на сжатие. Предел прочности бетона на сжатие обычно определяют на образцах кубической формы с размерами грани 70, 100, 150, 200, 300 мм; а также на образцах цилиндрической формы диаметром 70, 100, 150, 200 мм и высотой
h = d или 2d. Размеры образцов выбирают в зависимости от максималь ного размера зерен заполнителя. Максимальный размер зерен заполнителя должен быть не более 1/4 размера грани куба или диаметра цилиндра. Об разцы испытывают сериями по три образца.
Перед формованием внутреннюю поверхность металлических форм смазывают тонким слоем машинного масла. Уплотнение бетонной смеси при изготовлении образцов осуществляют способом, принятым в техноло гии производства изделий. При невозможности выполнения этого условия, образцы формуют следующим образом. Укладку бетонной смеси и ее уп лотнение производят штыкованием с помощью металлического стержня диаметром 16 мм. Количество штыкований определяется из расчета 10 штыкований на каждые 100 см2 площади образца.
При уплотнении бетонной смеси с подвижностью менее 10 см или же сткостью до 11с форму закрепляют на лабораторном вибростоле с помо щью металлических зажимов. Форму заполняют бетонной смесью с избыт ком и включают вибростол. Вибрирование продолжают до тех пор, пока смесь полностью не заполнит форму с образованием на поверхности це ментного молока.
При изготовлении образцов из бетонной смеси жесткостью 11 с и более, на форме закрепляют насадку. Форму с насадкой жестко закрепляют на виброплощадке и устанавливают на поверхность смеси пригруз, обеспе чивающий давление (4,0 ± 0,5) кПа, и вибрируют до прекращения оседания пригруза, плюс дополнительно 5-10 с.
Затем излишек бетонной смеси срезают металлической линейкой, и по верхность образца сглаживают кельмой. При определении пределов проч ности на сжатие товарного бетона поверхность образцов закрывают влаж ной тканью, выдерживают в комнате при температуре воздуха (20±3) °С не менее 24 часов, а затем распалубливают и помещают в камеру нормального твердения. Если предусмотрено тепловлажностное ускоренное твердение бетона, то образцы в формах помещают в пропарочную камеру и подверга ют тепловлажностной обработке по заданному режиму. Чаще всего образцы подвергают твердению вместе с изделиями в идентичных условиях. К Перед испытанием образцы подвергают визуальному осмотру (дефектные образцы испытаниям не подлежат), взвешивают, определяют среднюю плотность. Среднее значение средней плотности бетона округляют до десяти кг/м3.
Испытуемый образец устанавливают на нижнюю плиту гидравли ческого пресса так, чтобы направление разрушающей силы было парал лельно слоям бетонной смеси при ее уплотнении. Нарастание нагрузки на образец должно быть постепенным. Скорость нарастания нагрузки должна быть в пределах (0,6 ± 0,4) МПа в секунду.
Предел прочности бетона в МПа вычисляют по формуле
R= (7.21)
где Р - разрушающая сила, Н (кгс); F - площадь поперечного сечения об разца, мм2 (см2); - масштабный коэффициент.
Значения масштабных коэффициентов выбирают из табл.3.15 прил. в зависи мости от размеров испытуемых образцов.;
После вычисления предела прочности отдельных образцов рассчиты вают среднее арифметическое значение предела прочности в данной серии образцов: из двух образцов — по двум образцам; из трех образцов — по двум наибольшим по прочности образцам)
Контрольные вопросы
1. Сформулируйте кратко основные принципы подбора (проектирования) тяжелого бетона методом абсолютных объемов.
2. Цель проектирования состава бетона? Какой состав тяжелого бетона принято считать рациональным?
3. Перечислите свойства сырьевых материалов, показатели которых необходимо знать при проектировании состава бетона.
4. Как рассчитывается В/Ц? Принципы подбора коэффициентов А, А1?
5. От чего зависит расход воды при получении бетона, как он определяется при проектировании?
6. Как определяется расход минеральной части бетонной смеси при проектировании состава тяжелого бетона?
7. Каковы физический и практический смысл коэффициента раздвижки зерен? Как он определяется при проектировании состава бетона?
8. Методика определения удобоукладываемости бетонной смеси? Классификация бетонных смесей по показателям подвижности и жесткости, краткое обозначение показателей?
9. Дайте определение терминам «марка», «класс» бетона. Как определить класс бетона, зная марку и наоборот?
9. Методика определения прочности бетонов? Классы и марки тяжелого бетона?