Графики зависимости коэффициента вариации прочности бетона проектируемого состава от требуемой прочности бетона и расхода цемента

 

Рисунок 2.1 – График зависимости коэффициента вариации прочности бетона оттребуемой прочности бетона

 

 

 

Рисунок 2.2 - График зависимости коэффициента вариации прочности бетона

от расхода цемента

3 СТРУКТУРА БЕТОННОЙ СМЕСИ И БЕТОНА ПРОЕКТИРУЕМОГО СОСТАВА

Бетонная смесь представляет собой многокомпонентную систему, состоящую из цемента, воды и заполнителя. Заполнитель в свою очередь, также является совокупностью мелких и крупных частиц. В ряде случаев в смесь вводят специальные добавки. В процессе её приготовления часть объёма занимает воздух. Таким образом, смесь представляет собой многофазную среду, которая по сбоим свойствам занимает промежуточное положение между вязкими жидкостями и сыпучими средами.

Свойства смеси зависят от количественного соотношения различных фаз, которые в целом определяют её структуру.

По количественному состоянию растворной составляющей и заполнителя можно выделить три типа структур бетонной смеси (смотри рисунок 3.1).

 

 

 

I II III

 

Рисунок 3.1 – Типы структур бетонной смеси: I – смесь с плавающим заполнителем, II – смесь с плотной упаковкой заполнителей, III – крупнопористая смесь с недостатком цементного теста

 

В первой структуре зёрна крупного заполнителя раздвинуты и не взаимодействуют между собой. Такая структура отличается более высоким содержанием цементного теста, и её свойства в целом определяются этим компонентом. Это так называемая смесь с плавающим заполнителем, который при транспортировании, укладке и уплотнении смеси может оседать или всплывать, что значительно снижает однородность бетона и его прочностные характеристики.

Во второй структуре цементная прослойка только незначительно раздвигает заполнитель и его зёрна перекрывают друг друга — образуется плотная упаковка заполнителя. В отличие от первого типа рассматриваемая структура обладает меньшими подвижностью и текучестью.

Третья структура представляет собой крупнопористую смесь с недостатком цементного теста, зёрна заполнителя контактируют друг с другом. В пространстве между частицами имеются воздушные полости.

Структура тяжёлых бетонных смесей относится ко второму типу. Эти смеси наиболее экономичны, легко уплотняются, образуя достаточно плотную структуру. Цементное тесто играет роль смазки между частицами заполнителя; при повышении водоцементного отношения свойства смеси приближаются к свойствам вязкой жидкости. Такая смесь хорошо транспортируется и укладывается в дело.

Вода в бетонной смеси находится в двух состояниях: химически связанном и свободном. Химически связанная — это вода, необходимая для процесса твердения (гидратации) цемента, она вступает в реакцию с цементом. Свободная вода в виде тонких плёнок обволакивает частицы заполнителя. С увеличением содержания воды повышается подвижность цементного теста, но, как правило, снижаются его связующие свойства.

Заданная бетонная смесь имеет структуру второго типа - с плотной упаковкой заполнителя (смотри рисунок 3.1).

Структура бетонной смеси сохраняется и при затвердевании, поэтому структуру бетона следует классифицировать по содержанию цементного камня и его размещению в бетоне.

Однако на свойства бетона определяющее влияние оказывает его плотность или пористость. При прочих равных условиях объем и характер пористости, а также соотношение в свойствах отдельных составляющих бетона определяют его основные технические свойства, долговечность, стойкость в различных условиях.
В этой связи целесообразно классифицировать структуру бетона с учетом ее плотности. На рисунке 3.2 показаны основные типы структур.

 

Рисунок 3.2 – Основные типы макроструктуры бетона: а – плотная, б – плотная с пористым заполнителем, в – ячеистая, г – зернистая; средняя прочность структуры, и прочности составляющих бетона

 

Плотная структура, в свою очередь, может иметь контактное расположение заполнителя, когда его зерна соприкасаются друг с другом через тонкую прослойку цементного камня, и «плавающее» расположение заполнителя, когда его зерна находятся на значительном удалении друг от друга. Плотная структура состоит из сплошной матрицы твердого материала, в которую вкраплены зерна другого твердого материала (заполнителя), достаточно прочно связанные с материалом матрицы. Ячеистая структура отличается тем, что в сплошной среде твердого материала распределены поры различных размеров в виде отдельных условно замкнутых ячеек. Зернистая структура представляет собой совокупность скрепленных между собой зерен твердого материала. Пористость зернистой структуры непрерывна и аналогична пустотности сыпучего материала. Наибольшей прочностью обладают материалы с плотной структурой, а наименьшей – с зернистой. Плотные материалы менее проницаемы, чем ячеистые, а те, в свою очередь, менее проницаемы, чем материалы зернистой структуры. Последние обладают, как правило, наибольшим водопоглощением.

Большое влияние на свойства материала оказывает размер зерен, пор или других структурных элементов. В этой связи в бетоне различают макроструктуру и микроструктуру. Под макроструктурой понимают структуру, видимую глазом или при небольшом увеличении. В качестве структурных элементов здесь различают крупный заполнитель, песок, цементный камень, воздушные поры. Микроструктурой называют структуру, видимую при большом увеличении под микроскопом, которая состоит из непрореагировавших зерен цемента, новообразований и микропор различных размеров.

Цементный камень является основным компонентом бетона, определяющим его свойства и долговечность.

Основной составляющей микроструктуры цементного камня являются гидросиликаты кальция. Они создают определенную пространственную структуру, которая включает непрореагировавшую часть зерен цемента с оболочкой новообразований в виде системы глобул и межзерновое пространство, заполненное в той или иной мере новообразованиями. Цементный камень содержит участки с различной структурой, сложенные разными минералами. Его строение отличается сложностью, многообразием и неоднородностью.

Неоднородность строения обусловлена тем, что цементный камень состоит из глобул цементных зерен с постепенно убывающей к их поверхности плотностью, контактной зоны между глобулами, состоящей из различных новообразований, а также включает поры, неплотности и дефекты структуры. Необходимо учитывать и химическую неоднородность камня, т.е. то, что отдельные участки состоят из отличающихся друг от друга минералов, и в некоторых местах возможно значительное увеличение содержания отдельных компонентов по сравнению с их средним значением, определяемым физико-химическим анализом. Микроструктура и неоднородность цементного камня существенно влияют на его прочность и другие свойства.

Свойства цементного камня зависят от его минералогического состава. Изменяя минералогический состав вяжущего и условия твердения, можно получать различные типы микроструктуры цементного камня: ячеистую, зернистую, волокнистую, сотовую или сложные структуры. В технологии бетона используются различные вяжущие вещества, применяются разнообразные условия твердения бетона, что обусловливает различные типы микроструктуры цементного камня. Вблизи зерен заполнителя в результате влияния его поверхностных сил и ряда других причин микроструктура цементного камня может изменяться по сравнению со структурой основной массы, поэтому часто рассматривают особо микроструктуру и свойства контактной зоны между цементным камнем и заполнителем, выделяя ее в виде отдельного структурного элемента.

Структура бетона, как правило, изотропна, т.е. ее свойства по разным направлениям (приблизительно) одинаковы. Однако путем особых приемов формования или введения специальных структурообразующих элементов структуре бетона может быть придана анизотропность, т.е. ее свойства в одном направлении будут заметно отличаться от свойств в другом направлении.

Для различных видов бетона характерна своя структура. Для тяжелых бетонов характерна плотная структура, для легких конструктивных – плотная структура с пористыми включениями, ячеистые бетоны имеют ячеистую структуру, крупнопористые – зернистую. Подразделение на приведенные типы структур условно, в действительности структура бетона отличается большей сложностью, например, в плотной структуре тяжелого бетона цементный камень имеет значительное количество пор, в плотной структуре легкого бетона поры наблюдаются не только у заполнителя, но и в цементном камне и т.д. Однако представление о различных типах структур позволяет более четко проектировать состав бетона, используя характерные для каждого случая зависимости.

Бетоны являются искусственными каменными материалами. Известно, что прочность подобных материалов зависит от их плотности, т.к. она определяет плотность упаковки структурных элементов, объем и характер дефектов (пор, микротрещин).

Структура бетона неоднородна. Отдельные объемы материала могут значительно отличаться по своим свойствам, что оказывает заметное влияние на суммарные свойства материала. Могут различаться по свойствам не только цементный камень и заполнитель, но и отдельные зерна заполнителя друг от друга и отдельные микрообъемы цементного камня. Примером может служить изменение свойств цементного камня в контактной зоне. Сама контактная зона, как основной массив цементного камня, неоднородна, в ней содержатся более или менее дефектные места, не прореагировавшие зерна, микротрещины и другие элементы, снижающие однородность материала. Кроме того, структура и свойства бетона могут колебаться в незначительных пределах в разных изделиях и образцах, даже изготовленных из одного и того же состава. Неоднородность структуры обусловливает неоднородность прочности бетона по объему.

Рассматриваемая в курсовой работе данная проектируемая бетонная смесь – подвижная, с рядовыми заполнителями и имеет плотную макроструктуру (смотри рисунок 3.2 а).

ПЛОТНОСТЬ БЕТОНА

Плотность бетона – отношение массы бетона к его объему. Плотность прямо пропорциональна качеству бетона, чем она выше, тем прочнее и долговечнее бетон. Первостепенное влияние на показатель плотности имеет наличие пор, которые образуются в результате испарения излишков воды, при малом количестве цемента, при плохом перемешивании раствора, при недостаточном уплотнении, приводящем к образованию воздушных пузырьков и другие факторы.

Плотность, степень заполнения данного объема бетона твердым веществом, является существенной физической характеристикой бетона. Точное измерение плотности бетона (определяемой как отношение объемного веса бетона к его удельному весу) затруднительно, так как для определения удельного веса потребовалось бы измельчить в тонкий порошок достаточно большую среднюю пробу бетона. С достаточной для практических целей, при производстве на заводах бетона, точностью можно ограничиться определением плотности по сумме абсолютных объемов всех твердых компонентов, содержащихся в единице объема бетона (включая и химически связанную воду). Приближенное суждение о плотности бетонов разного строения, приготовленных на одних и тех же исходных материалах, или о плотности бетонов одинакового строения с заполнителями разной степени пористости можно получить по объемному весу этих бетонов. В последнее время предложено производить исследование плотности бетона при помощи гамма-лучей. Отдельные неплотности и каверны в бетоне могут быть определены при помощи ультразвуковых дефектоскопов.

Снижение плотности бетона достигается в основном применением легких пористых заполнителей. Чем легче заполнитель, тем легче бетон. Однако если требуется получить легкий бетон определенной прочности, необходимо считаться с тем, что чем легче пористый заполнитель,- тем-меньше его прочность. При стремлении получить высокопрочный бетон на очень легком, но низкопрочном заполнителе, приходится ограничивать его расход, увеличивая при этом расход цемента. В этом случае плотность бетона будет больше, чем при применении достаточно прочного пористого заполнителя.

Определение плотности бетона позволяет количественно оценить его общую (суммарную) пористость, от которой зависят почти все основные технические свойства бетонов – прочность, морозостойкость, водонепроницаемость, стойкость в условиях агрессивных вод, звуко- и теплопроводность. С плотностью связано и обратное свойство бетона – пористость.

Пористость – отношение объема пор к общему объему материала. Как бы ни был плотен бетон, в нем всегда есть поры, которые, как правило, появляются при его изготовлении: в результате испарения излишней воды, не вступившей в химическую реакцию с цементом при его твердении, при недостатке цемента.

Поры можно разделить на открытые или сообщающиеся между собой в виде капиллярных ходов, каналов и полостей, и поры полузамкнутые (труднодоступные), изолированные друг от друга, в виде мельчайших воздушных пузырьков или более крупных ячеек, заполненных воздухом. Открытая пористость – это пористость насыщения; объем таких пор в бетоне свидетельствует о возможной степени его насыщения газом, водой или другой жидкостью. Сообщающиеся поры, количественно оцениваемые, так называемой, эффективной пористостью (отношение суммарного объема фильтрующих пор к общему объему бетона), свидетельствуют о способности бетона к фильтрации жидкости или газа при наличии градиента давления.

Плотность сильно влияет на качество бетона, в том числе и на прочность: чем выше плотность бетона, тем он прочнее.

Плотность бетона определяют испытанием образцов в состоянии естественной влажности или нормированном влажностном состоянии: сухом, воздушно-сухом, нормальном, водонасыщенном. При определении плотности бетона в состоянии естественной влажности образцы испытывают сразу же после их отбора или хранят в паронепроницаемой упаковке или герметичной таре, объем которой превышает объем уложенных в нее образцов не более чем в 2 раза.

Плотность бетона при нормируемом влажностном состоянии определяют испытанием образцов бетона, имеющих нормируемую влажность или произвольную влажность, с последующим пересчетом полученных результатов на нормированную влажность по формуле 2. При определении плотности бетона в сухом состоянии образцы высушивают до постоянной массы в соответствии с требованиями ГОСТ 12730.2.

При определении плотности бетона в воздушно-сухом состоянии образцы перед испытанием выдерживают не менее 28 сут в помещении при температуре (25 ± 10) °С и относительной влажности воздуха (50 ± 20) %.

При определении плотности бетона в нормальных влажностных условиях образцы хранят 28 сут в камере нормального твердения, эксикаторе или другой герметичной емкости при относительной влажности воздуха не менее 95 % и температуре (20 ± 2) °С.

При определении плотности бетона в водонасыщенном состоянии образцы насыщают водой в соответствии с требованиями ГОСТ 12730.3.

Плотность бетона образца r _w вычисляют с погрешностью до 1 кг/м³ по формуле

(1)

где m - масса образца, г;

V - объем образца, см³.

Плотность бетона серии образцов вычисляют как среднее арифметическое значение результатов испытания всех образцов серии.

Примечание. Если определение плотности и прочности бетона производят испытанием одних и тех же образцов, то образцы, отбракованные при определении прочности бетона, не учитывают при определении его плотности.

Плотность бетона при нормированном влажностном состоянии r_н в кг/м³ вычисляют по формуле

(2)

где r _w - плотность бетона при влажности W _м, кг/м³;

W _н - нормированная влажность бетона, %;

W _м - влажность бетона в момент испытания, определенная по ГОСТ 12730.2, %.

В журнале, в который заносят результаты испытаний, должны быть предусмотрены следующие графы:

- маркировка образцов;

- возраст бетона и дата испытания;

- влажностное состояние образца в момент испытания;

- плотность бетона образца и серии образцов.

 

 

ВВЕДЕНИЕ В БЕТОН МОДИФИЦИРУЮЩЕЙ ДОБАВКИ, ВЛИЯЮЩЕЙ НА ПОВЫШЕНИЕ ПРОЧНОСТИ БЕТОННОЙ СМЕСИ

Согласно ГОСТ 24211-2003 "Добавки для бетонов и растворов. Общие технические условия" п. 3: "Добавка - это продукт, вводимый в бетонные и растворные смеси с целью улучшения их технологических свойств, повышения строительно-технических свойств бетонов и растворов и придания им новых свойств".

Введение добавок в бетонную смесь улучшает технологические, механические и реологические свойства бетонов.

Для получения бетонов с заданными строительно-техническими свойствами необходимо установление закономерностей в регулировании параметров цементных систем на стадии взаимодействия с водой. Одним из наиболее перспективных и эффективных направлений в целенаправленном изменении этих параметров является широкое использование различных органических и неорганических соединений в качестве специальных добавок к бетону. Вводимые в небольших количествах – десятых и сотых долях процента по отношению к массе цемента – они существенно влияют на химические процессы твердения бетона, обеспечивают улучшение его механических и физико-технических свойств, в том числе плотности, водонепроницаемости, морозостойкости, коррозионной стойкости и др. Эти добавки именуются модификаторами бетонной смеси.

Широкое распространение в технологии бетона получили комплексные добавки по повышению прочности на основе суперпластификатора (СП) С-3. Разработаны полифункциональные модификаторы многоцелевого назначения с использованием микрокремнезёма и других минеральных мультикомпонентов. Начато производство добавки «Эмбелит» пластифицирующе-безусадочного действия с регулируемыми показателями деформативности, новых разновидностей органоминерального модификатора серии МБ-С, в котором 90 % микрокремнезёма заменено золой-уносом. Разработаны суперпластификаторы многоцелевого назначения на основе поликарбоксилатов. Применение в технологии бетонов, модифицированных суперпластификатором (СП) в сочетании с ультрадисперсными микронаполнителями, новых технологий многокомпонентных бетонов и высокоактивных цементов позволяет в несколько раз повышать среднюю прочность бетонов и получать цементные материалы прочностью более 150 МПа. Бетоны нового поколения, полученные при высокой подвижности бетонных смесей (П14–15) с использованием высокоэффективных модификаторов, характеризуется высокими прочностью (В80–100), водонепроницаемостью (W16 и выше) и коррозионной стойкостью.

Одним из основных преимуществ СП, выпускаемых промышленным способом и имеющих стабильный химический состав, является высокая разжижающая способность и незначительное (в отличие от многих других пластификаторов) замедление кинетики гидратации и твердения цементных растворов и бетонов в начальные сроки.

Лахта добавка в бетон комплексная - сухая смесь на основе микрокремнезема, пластификаторов и активных минеральных составляющих. Обладает комплексным действием:

- увеличение прочности бетона;

- повышение водонепроницаемости бетона;

- увеличение подвижности бетонной смеси;

- повышение морозостойкости бетона.

Добавка не снижает защитных свойств бетона по отношению к стальной арматуре, что позволяет использовать её при изготовлении железобетонных изделий.

Предназначена для получения бетонов и растворов повышенной прочности, водонепроницаемости, удобоукладываемости и морозостойкости. Конструкции из бетона, модифицированного добавкой Лахта, не требуют дополнительной гидроизоляционной и антикоррозийной защиты.

В сухом виде вводится в сухую растворную или бетонную смесь в момент приготовления в бетоносмесителе. После перемешивания в сухом виде в течение 3-4 минут можно производить затворение растворной или бетонной смеси водой. Масса добавки должна составлять 5% от массы цемента в бетонной смеси.

Таблица 5.1 – Изменение технических характеристик бетона, модифицированного Лахтой добавкой в бетон комплексной:

Характеристики материала		Значение
Снижение водоцементного отношения при заданной подвижности, %		20 - 25
Жизнеспособность растворной смеси, час.
Увеличение прочности при сжатии в возрасте 28 суток, %, не менее
Повышение марки по водонепроницаемости, не менее		6 ступеней
Повышение подвижности при постоянном количестве воды		с Пк1 до Пк5

 

Не рекомендуется увеличивать дозировку КМД что за сокращение появилось? До сих пор была Лахта. Расшифруйте, введите сокращение, а потом им пользуйтесь! более 10% от массы цемента. Кинетика твердения бетона на воздухе при нормальных условиях (t ~+20^oC, влажность <70%) представлена на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 Кинетика твердения контрольных (без добавки) и модифицированных добавкой образцов бетона

Применение КМД позволяет уменьшить время распалубки бетона и ускорить ввод в эксплуатацию бетонных и железобетонных конструкций, также позволяет повысить марку бетонов по водонепроницаемости на 4–6 ступеней и более, повысить марку по морозостойкости бетонов с F200 до F600 и более.

Применение КМД не вызывает коррозию стальной арматуры.

КМД может вводиться в виде порошка в процессе дозирования сухих компонентов: цемента, наполнителей, заполнителей или в виде 40-60% водного раствора в процессе или по окончании дозирования воды для затворения бетонной смеси. Введение добавки в виде порошка или водного раствора может осуществляться несколькими путями:

- из приемного бункера на весовой дозатор, который осуществляет взвешивание и дозирование;

- ленточным транспортером совместно с песком (в виде порошка), если влажность песка не превышает 5 %;

- вручную прямо в смеситель после дозирования всех сухих компонентов (в виде порошка) или жидких компонентов (в виде раствора).

При введении КМД необходимо уменьшить общее количество воды для затворения бетонной смеси на 20-25%. Снижения пластичности бетона при этом не происходит.

Оптимальная дозировка КМД в 1 м³бетона составляет 5% от массы цемента.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения курсовой работы рассчитан состав тяжелого бетона класса В35, а также определен расход необходимых для его получения материалов: приведите эти расходы.

Подробно рассмотрены существующие структуры бетона, бетонной смеси и ее реологические свойства. Также рассмотрено понятие плотности бетона.

Дана характеристика основных классов добавок, применяемых для модификации бетона. Кроме того, предложены два вида добавок, влияющие на повышение прочности бетона, а именно ….такие-то и как влияют и в чем их преимущества по сравнению с другими добавками.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Баженов Ю.М. Технология бетона: учеб. для вузов / Ю.М. Баженов. М.: Высшая школа, 1987. 415 с.

2. Горчаков Г.И. Строительные материалы: учеб. для вузов / Г.И. Горчаков, Ю.М. Баженов. М.: Стройиздат, 1986. 688 с.

3. ГОСТ 25192-82 Бетоны. Классификация и общие технические требования.

4. ГОСТ 27006-86 Бетоны. Правила подбора состава.

5. ГОСТ 30459-2003 Добавки для бетонов и строительных растворов. Методы определения эффективности.

6. ГОСТ 24211-2003 Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие ТУ.

7. ГОСТ 12730.1 – 78 Бетоны. Методы определения плотности.

8. Сулименко Л.М. Технология минеральных вяжущих материалов и изделий на их основе: учеб. для вузов / Л.М. Сулименко. М.: Высшая школа, 2000. 303 с.

9. Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. Добавки в бетон. – М.: Стройиздат 1973.-207с.

10. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. –М.:Стройиздат

11. СНиП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции»

12. Инструкция по применению добавки комплексной модифицирующей «Лахта» для бетонов и строительных растворов. [Электронныйресурс] / Режим доступа: http://sssm.ru/material/ip/extention.pdf.

 

Соблюдайте хотя бы алфавитный порядок! В тексте дайте ссылки на литературу!