МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по лабораторным работам профессионального модуля ПМ.01 «Производство неметаллических строительных изделий и конструкций» МДК. 01.02 «Технология производства неметаллических строительных изделий и конструкций»
методическая разработка

ОБЛАСТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

 «БЕЛГОРОДСКИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по  лабораторным  работам 

профессионального  модуля

ПМ.01 «Производство неметаллических строительных изделий и конструкций»

МДК. 01.02 «Технология производства неметаллических строительных изделий и конструкций»

г.Белгород, 2017

Составитель: преподаватель ОГАПОУ «БСК» Тарасенко Н.В.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………3

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 «Определение и расчет прочности бетона на сжатие стандартных и нестандартных образцов»……………………………..6

 «Определение класса и марки бетона»……………………………………….9

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 «Расчет предела прочности бетона на изгиб»……………………………………………………………………………..14

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 «Экспериментальная проверка состава»…………………………………………………………………………..17

 «Окончательный расчет и экспериментальная проверка состава бетонной смеси»…………………………………………………………………………….27

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4 «Экспериментальная проверка состава легкого бетона на пористых заполнителях»……………………………….29

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5 «Экспериментальная проверка  состава легкого бетона поризованной структуры с воздухововлекающими добавками»…………………………………………………………………….31

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6 «Экспериментальная проверка состава легкого бетона плотной структуры»…………………………………..……35

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК …………………………………......40

ВВЕДЕНИЕ

 Данная методическая разработка предназначена для студентов I курса очной формы обучения специальности «Производство неметаллических  строительных изделий и конструкций» при выполнений лабораторных работ  по профессиональному модулю к МДК 01.02 «Технология производства неметаллических строительных изделий и конструкций».

Выполнение лабораторных работ является закреплением знаний теоретических основ полученных по данному разделу профессионального модуля, и позволяют студенту выполнять подбор состава бетона и проверять его свойства экспериментально, а также сформировать практические навыки.

 Бетоном  называется  искусственный  камневидный  материал, представляющий  собой  затвердевшую  бетонную  смесь.  Различают следующие  стадии  готовности  бетона:  бетонная  смесь,  свежеуложенный бетон и затвердевший бетон.

  Бетонная смесь - это смесь вяжущих, заполнителей, затворителей и, при необходимости, добавок для ее укладки.

  Прочность  бетона  определяется  главным  образом  структурой  и свойствами  цементного  камня,  который  скрепляет  зерна  заполнителя  в монолит.  Структура  и  свойства  цементного  камня  зависят  от  его минералогического  состава,  водоцементного  отношения,  тонкости  помола цемента,  его  возраста,  условий  приготовления  и  твердения,  и  введенных добавок.  Путем  применения  технологических  приемов, например, виброперемешивания или введения добавок, можно значительно изменить  прочность  бетона  (в  1,5…2раза).  Свойства  бетона  существенно зависят от вида и  качества  заполнителя. Прочность бетонов, приготовленных на цементе одинакового количества, при одном и том  же  водоцементном  отношении,  но  на  разных  заполнителях  может отличаться в 1,5…2 раза.

 На  прочность  бетона  влияет  много  факторов,  даже  образцы  одного замеса, твердевшие в одинаковых условиях и испытанные на одном прессе, показывают различные значения. Поэтому ГОСТом 18105-2010 “Бетоны, правила контроля  прочности”  для  учета  разброса  прочности  бетона  введен  термин “требуемая прочность бетона”.

Требуемая прочность бетона: минимально допустимое среднее значение прочности бетона в контролируемых партиях БСГ или конструкций, соответствующее нормируемой прочности бетона при её фактической однородности.

Для изготовления бетонной смесей и бетонов применяют крупный и  мелкий заполнители. Заполнители занимают в бетоне до 80–85 % его объёма и оказывают влияние на свойства бетона, его долговечность и стоимость. Введение в бетон заполнителей позволяет резко сократить расход цемента,  являющегося  наиболее  дорогим  и  дефицитным  компонентом.

Кроме этого, заполнители улучшают технические свойства бетона. Жёсткий скелет из высокопрочного заполнителя несколько увеличивает прочность  и  модуль  упругости  бетона,  уменьшает  деформации  конструкций под нагрузкой, а также ползучесть бетона. Заполнитель уменьшает  усадку бетона, способствуя получению более долговечного материала.

    Бетонные смеси должны приготавливаться в соответствии с требованиями  ГОСТ  7473-2012  по  технологическому  регламенту,  утвержденному  в установленном порядке и характеризоваться показателями:  удобоукладываемостью; видом  и  качеством  исходных  материалов  (вяжущие,  заполнители, добавки)  крупностью заполнителя;  температурой у места укладки (при необходимости).

Тяжелые  и  легкие  бетоны  должны  иметь  заданные  показатели  по прочности,  средней  плотности  (для  легких  бетонов),  морозостойкости  и водонепроницаемости (при необходимости).

  Для  приготовления  бетонных  смесей  следует  применять  цементы, заполнители  и  добавки  по  стандартам  и  техническим  условиям  на материалы конкретных видов.  Сыпучие  исходные  материалы  для  бетонной  смеси  дозируют  по  массе (кроме  пористых  заполнителей,  которые  дозируют  по  объему  с корректировкой по массе). Погрешность дозирования исходных материалов не должна превышать для цемента, воды, добавок +(-) 2%, заполнителей - +(-) 2,5%.

Бетонные  смеси  при  их  нормировании  по  удобоукладываемости  должны приготавливаться в бетоносмесителях принудительного действия. Загрузку  исходных  материалов  в  работающий  смеситель  цикличного действия производят, как правило, одновременно. Рабочий раствор добавок вводят  вместе  с  водой  затворения.  Для  легкой  бетонной  смеси, приготавливаемой  с  жидкими  химическими  добавками,  одновременно  с цементом  и  заполнителями  вводят  50…70%  расчетного  количества  воды, смешивают  их  в  течении  30  с,  затем  вводят  рабочий  раствор  добавок одновременно с оставшейся частью воды.

 Продолжительность  смешивания  в  циклических  смесителях принудительного  действия  (время  от  момента  окончания  загрузки  всех материалов  в  работающий  смеситель,  до  начала  выгрузки  готовой  смеси) для бетонной смеси на плотных заполнителях должна быть не менее 50 с.

  Для  легких  бетонов  время  перемешивания  жестких  смесей  должно составлять  3…5  мин  (чем  легче  заполнитель,  тем  длительнее перемешивание).

Перечень лабораторных работ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

«Определение и расчет прочности бетона на сжатие стандартных и нестандартных образцов»

Цель работы: Научиться определять и рассчитывать прочность бетона на сжатие.

Приборы и оборудование: линейка стальная; весы лабораторные; гидравлический пресс.

Сущность метода

Определение прочности бетона заключается в определении напряжений в контролируемом образце при его разрушении на прессе. В качестве контрольных образцов могут использовать кубы, цилиндры и призмы. Однако, за базовый (прочность определяется с коэффициентом, равным 1) принимается куб 150х150х150мм.

Подготовка к испытаниям

Перед испытанием образцы подвергают визуальному осмотру, устанавливая наличие дефектов в виде околов ребер, раковин и инородных включений. Образцы, имеющие трещины, околы ребер глубиной более 10 мм, раковины диаметром более 10 мм и глубиной более 5 мм (кроме бетона крупнопористой структуры), а также следы расслоения и недоуплотнения бетонной смеси, испытанию не подлежат. Наплывы бетона на ребрах опорных граней образце» должны быть удалены напильником или абразивным камнем. Взвешивают образец. Отмечаются грани куба, которые должны примыкать к плитам пресса (сила сжатия должна быть параллельна слоям укладки бетонной смеси в форму). Эту грань измеряют до 10,1; 9,9 одной десятой. Также производят измерения перпендикулярной грани.

Проведение испытаний

1. Устанавливают куб  одной из выбранных граней на плиту пресса и центрируют его по насечкам на плите так, чтобы он был в геометрическом центре плиты (в соответствии с разметкой). При этом плита пресса должна быть очищена от загрязнений.
2. Осуществляют нагружение образца непрерывно со скоростью 0.4-0.6 МПа/сек.
3. Максимальное усилие, достигнутое в процессе испытаний, принимают за разрушающую нагрузку и заносят в журнал испытаний.
4. Зарисовывают характер разрушения куба и устанавливают соответствие нормальному разрушению. Возможные случаи разрушения образцов при испытаниях на сжатие показаны на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема разрушения образцов при сжатии 1 - нормальное разрушение; 

2-5 - дефектные разрушения

Обработка результатов и их анализ

Прочность бетона (в МПа) в контрольном образце определяют по формуле 1.1:

R=αF/A (1.1)

где F – разрушающая нагрузка Н (в Ньютонах; 1 кН = 1000 Н);

А - площадь рабочего сечения образца в мм2;

α – масштабный коэффициент для приведения полученных результатов в соответствие с размерами образца базового размера.

Значение масштабного коэффициента – α, в соответствии для всех видов бетона, кроме ячеистого, при испытании на сжатие принимаются в соответствии с таблица 1.1

Таблица 1.1

Значение масштабного коэффициента для бетонных образцов

 различных форм и размеров

Значения полученных прочностей образцов – R  заносят в журнал испытаний.

Таблица 1.2.

Журнал испытаний кубов на сжатие

Прочность бетона в одной серии образцов (принимается как единичное значение прочности – Ri) определяют как среднеарифметическое значение прочностей R в i-ой серии:

- из двух образцов – по двум образцам;

- из трёх образцов – по двум наибольшим по прочности образцам;

В нашем случае  Ri =      МПа.

Вывод: Наша группа определила значение фактической прочности бетона в испытанных образцах одной серии, которую можно принять за единичное значение прочности (RI). Однако, эта характеристика не позволяет оценить возможное гарантированное отклонение прочности в конструкции, так как не учитывает естественный разброс прочности бетона, в виду его неоднородности.

2.  «Определение класса и марки бетона»

Цель работы: научиться определять класс и марку бетона в зависимости от средней прочности бетона 

Приборы и оборудование: линейка стальная; весы лабораторные; гидравлический пресс.

Общие сведения

Прочность бетона на сжатие

Прочностью бетона на сжатие В называется временное сопротивление (в МПа) бетонного куба с ребром 150 мм, изготовленного, хранимого и испытанного в стандартных условиях в возрасте 28 сут, при температуре 15–20 °С и относительной влажности 90–100%.

Железобетонные конструкции по форме отличаются от кубов, поэтому прочность бетона на сжатие Rвn не может быть непосредственно использована в расчетах прочности элементов конструкций.

Контрольные характеристики качества бетона называют классами и марками. Основной характеристикой бетона является класс бетона по прочности на сжатие В или марка М. Класс бетона определяется величиной гарантированной прочности на сжатие в МПа с обеспеченностью 0,95.

Класс бетона и его марка зависят от средней прочности:

класс бетона по прочности на сжатие, МПа;

средняя прочность, которую следует обеспечить при производстве конструкций, МПа;

коэффициент, характеризующий принятую при проектировании обеспеченность класса бетона, обычно в строительстве принимают t = 0,95;

коэффициент вариации прочности, характеризующий однородность бетона;

марка бетона по прочности на сжатие, кгс/см2.

Между классом бетона и его средней прочностью при коэффициенте вариации прочности бетона v = 13,5%  и коэффициенте обеспеченности t = 0,95 существуют зависимости:

Вb = Rb ×(1-tv).

Rb(n) = Rb(28)×lgn / lg28,    (2.1.)

где Rb(n) и Rb(28) — предел прочности бетона через n и 28 суток, МПа;

lgn и lg28 — десятичные логарифмы возраста бетона.

В нормативных документах используется класс бетона, однако для некоторых специальных конструкций и в ряде действующих нормативов применяется и марка бетона.

На производстве необходимо обеспечить среднюю прочность бетона. Превышение заданной прочности допускается не более чем на 15%, так как это ведет к перерасходу цемента.

Для бетонных и железобетонных конструкций применяют следующие классы бетонов по прочности на сжатие: тяжелые бетоны от В3,5 до В60; мелкозернистые – от В3,5 до В60; легкие – от В2,5 до В40; ячеистые – от В1 до В15; поризованные от В2,5 до В7,5.

Таблица 2.1.

Соотношение между классом и марками бетона по  прочности

Фактическая  прочность бетона  эта прочность определяется как среднее значение прочности по всем испытаниям:

,   (2.2.)

 где n –число испытанных образцов;  - единичное значение прочности, полученное для серии образцов.

Значение среднего квадратичного отклонения для i-ой партии ()получают по формулам 2.3 и 2.4:

при числе значений в i-ой партии более 6: ;   (2.3)

а при числе значений в i-ой партии от 2 до 6: ,              (2.4)

где  - определяется как разность между максимальным и минимальным единичными значениями прочности;  - коэффициент, зависящий от числа единичных значений и принимаемый по табл.1.

Таблица 2.2.

Значение коэффициента α

Коэффициент вариации прочности i-ой партии (или коэффициент вариации прочности партии) в процентах вычисляют по формуле 2.5:

     (2.5)

Требуемую прочность бетона  () при нормировании прочности по классам вычисляют по формуле 2.6:

,   (2.6)

где KT – коэффициент требуемой прочности принимаемый в соответствии с табл. 2.3

Таблица 2.3

Коэффициент требуемой прочности

Для определения марки бетона на кубах с другими размерами вводят следующие переходные коэффициенты таблица 2.4, на которые умножают полученную опытах прочность бетона.

Таблица 2.4

Таблица 2.5

Журнал испытаний кубов на сжатие

Рассчитать данные занести в журнал испытаний:

1. Фактическую прочность;
2. Коэффициент вариации;
3. Класс бетона;
4. Требуемую прочность бетона;
5. Определить марку бетона.

Вывод:

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

«Расчет предела прочности бетона на изгиб»

Цель работы: научиться определять и рассчитывать прочность бетона на изгиб»

Приборы и оборудование: линейка металлическая; приспособления для испытания на изгиб, стальные пластинки, гидравлический пресс.

Общие сведения

Прочность бетона при изгибе в несколько раз меньше его прочности при сжатии. Марки бетона на растяжение при изгибе: М5, М10, М15, М20, М25, М30, М35, М40, М45, М50 Прочность бетона при изгибе зависит от тех же факторов, что и прочность бетона при сжатии, однако в количественные зависимости в этом случае получаются другими. Соотношение повышается с увеличением прочности бетона. На практике обычно трудно достигнуть прочности бетона при изгибе более 6 МПа.

Более  точная зависимость прочности бетона при изгибе от качества цемента получается, если в ней учитывается активность цемента на изгиб, которую определяют в соответствии с ГОСТ 310.4—81.

С увеличением возраста бетона его прочность при изгибе и растяжении возрастает более медленно, чем прочность при сжатии, и соотношение уменьшается.

Прочность бетонов при изгибе определяется прочностью цементного камня. Поэтому предусматривают испытания цементных образцов на эти виды усилий. Прочность цементов при сжатии и изгибе характеризуется соответствующими пределами прочности образцов из цементного раствора определенного состава, имеющих форму прямоугольной призмы с размерами 40х40х160 мм, изготовленных и испытанных по стандартной методике. При испытании образцов на изгиб в цементной балочке возникает сложное напряженное состояние, при котором в верхней части сечения развиваются напряжения сжатия, а в нижней - растяжения.

Испытание   на   растяжение   при   изгибе

Образцы-призмы устанавливают в испытательное устройство и нагружают до разрушения. Испытание на изгиб проводится до разрушения образца на две половинки. Если образец разрушился не в средней трети пролета или плоскость разрушения образца наклонена к вертикальной плоскости более, чем на 15°, то при определении средней прочности бетона серии образцов этот результат испытания не учитывают.

Прочность бетона, МПа (кгс/см2), следует вычислять с точностью до 0,1 МПа        (1 кгс/см2) при испытаниях на растяжение для каждого образца по формуле 3.1:

Rизг.=     (3.1),

где P –наибольшая нагрузка при испытании образца;

b -  ширина образца;

h – высота образца;

l – расстояние между осями опор.

Схема испытаний на растяжение при изгибе

Рисунок 3.1. Цементная балочка перед испытанием на изгиб

Рисунок 3.2. Цементная балочка после испытания  на изгиб

Ход работы:

Балочку измерить, испытать на прессе на изгиб, с помощью специального приспособления, а затем половинки на сжатие, заложив каждую половинку в стальные  пластинки с рабочей  поверхностью 25 см2.

Таблица 3.1

Испытание балочки на изгиб

Размеры балочки по ГОСТу 40х40х160 мм.

Фактические размеры а∙b∙h=……..х……..х…….мм

Предел прочности при изгибе каждого образца Rизг.

 Rизг.=

Вывод:

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

«Экспериментальная проверка состава»

Цель работы: научиться определять свойства бетонной смеси.

Перечень испытаний:

• Определение подвижности бетонной смеси
• Определение жесткости бетонной смеси
• Определение средней плотности бетонной смеси
• Определение пористости бетонной смеси (объема вовлеченного воздуха)

Приборы и оборудование: конус нормальный; прибор для определения жесткости бетонной смеси, линейка стальная; воронка загрузочная; кельма;  гладкий лист размерами не менее 700х700 мм из водонепроницаемого материала (металл, пластмасса и т.п.); прямой металлический гладкий стержень диаметром 16 мм, длиной 600 мм с округленными концами; виброплощадка лабораторная; весы лабораторные; сосуды металлические цилиндрические.

Ход работы

Приготовление бетонной смеси в лабораторных условиях

На весах отвешивают необходимое количество цемента, песка, щебня и воды. Перемешивание производят в такой последовательности:

- отвешенное количество песка высыпают на предварительно протёртый влажной тканью боёк, добавляют отдозированный цемент и перемешивают кельмой сухую смесь до получения смеси однородного цвета;

- добавляют отмеренное количество крупного заполнителя и всю сухую смесь перемешивают до тех пор, пока крупный заполнитель не будет равномерно распределён по всей смеси;

- в сухой бетонной смеси делают лунку, в которую выливают в один приём всю отмеренную воду,  и смесь хорошо перемешивают с  водой.

После приготовления бетонной смеси определяют её фактическую подвижность или жёсткость и её соответствие заданной марке по удобоукладываемости.

Определение подвижности и жёсткости бетонной смеси

(по ГОСТ 10181–2000)

Подвижность бетонной смеси характеризуется величиной осадки в сантиметрах конуса (ОК), отформованного из бетонной смеси.

Подвижность бетонной смеси с наибольшей крупностью заполнителя до 40 мм определяется стандартным конусом 300 мм, внутренним диаметром нижнего основания 200 мм и верхнего 100 мм,  при наибольшей крупности заполнителя до 70  мм размеры конуса соответственно равны 450, 300 и 150 мм.

Рис. 4.1. Прибор для определения подвижности бетонной смеси: 1 - ручка;

2 - корпус прибора; 3 - упоры; 4 - сварной шов

Перед испытанием конус и все приспособления, соприкасающиеся с бетонной смесью, очищают и протирают влажной тканью.

Конус устанавливают на гладкий лист и заполняют его бетонной смесью марок П1, П2 или П3 через воронку в три слоя одинаковой высоты.

Каждый слой уплотняют штыкованием металлическим стержнем в обычном конусе 25  раз,  в увеличенном конусе – 56  раз. Конус во время наполнения и штыкования должен быть плотно прижат к листу. Затем воронку снимают и избыток смеси срезают кельмой вровень с верхними краями конуса. Конус плавно снимают с отформованной бетонной смесью и устанавливают рядом с ней.

Осадку конуса бетонной смеси определяют,  укладывая металлическую линейку ребром на верх конуса и измеряя расстояние от нижней грани линейки до верха бетонной смеси с погрешностью до 0,5 см.  

Осадку конуса бетонной смеси определяют дважды.  Общее время испытания бетонной смеси не должно превышать 10 мин.

Осадку конуса вычисляют с точностью до 1,0 см как среднее арифметическое результатов двух определений из одной пробы, отличающихся

между собой не более чем

на 1 см при ОК ≤ 9 см;  28

на 2 см при ОК = 5-10 см;

на 3 см при ОК ≥ 16 см.

Если ОК будет равна нулю, смесь признают не обладающей подвижностью, и она должна характеризоваться жёсткостью.

Таблица 4.1

С целью улучшения подвижности бетонной смеси, которая обуславливает удобоукладываемость (способность хорошо заполнять форму, хорошо уплотняться и давать наибольшую плотность изготавливаемых конструкций), в нее могут быть введены специальные добавки — пластификаторы и суперпластификаторы.

Бетонные смеси, осадка конуса которых равна нулю, называются жесткими и особо жесткими.

Жесткость бетонной смеси (Ж) – время в секундах от начала вибрирования отформованной штыкованием или кратковременными вибрированиями бетонной смеси, помещенной в технический визкозиметр, до тех пор, пока не начнется выделение цементного теста из расплывшейся бетонной смеси по двум отверстиям диска прибора для определения жесткости бетонной смеси. Жёсткость бетонной смеси характеризуется временем вибрации  (в секундах),  необходимым для уплотнения    бетонной смеси на установке типа Вебе – смесей марок Ж1-Ж4 и СЖ1-СЖ-3, по методу Красного– смесей марок Ж1-Ж4; по методу Скрамтаева – смесей марок Ж1-Ж4.

Жесткость бетонной смеси Ж характеризуется временем вибрации (в секундах), необходимых для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса бетонной смеси в приборе для определения жесткости показанном на рис. 4.2.

Жесткость бетонной смеси с зернами заполнителя наибольшей крупностью до 40 мм включительно определяют на лабораторной виброплощадке.

Определение жесткости бетонной смеси

на  установке типа Вебе

Прибор на виброплощадке устанавливают и собирают в следующем порядке: устанавливают и жестко закрепляют цилиндрическое кольцо прибора 1, в которое вставляют конус 2 и закрепляют его ручками 3, заводя их в пазы кольца, после чего устанавливают воронку 4. Заполнение конуса прибора бетонной смесью, ее уплотнение и снятие конуса с отформованной смеси производят по методике, используемой при определении подвижности смеси. Поворотом штатива 5 диск 8 устанавливают над отформованным конусом бетонной смеси и плавно опускают его на поверхность конуса смеси. Штатив закрепляют в фиксирующей втулке 7 зажимным винтом.

Затем одновременно включают виброплощадку и секундомер и наблюдают за выравниванием и уплотнением бетонной смеси. Вибрирование производят до тех пор, пока не начнется выделение цементного теста из любых двух отверстий диска. В этот момент выключают секундомер и вибратор. Полученное время (в секундах) характеризует жесткость бетонной смеси.

Жесткость бетонной смеси определяют дважды. Общее время испытания с начала заполнения конуса бетонной смесью в установленном приборе при первом определении и до окончания определения жесткости при втором определении не должно превышать 15 мин.

Жесткость бетонной смеси вычисляют с округлением до 1 с как среднее арифметическое результатов двух определений жесткости из одной пробы смеси, отличающихся между собой не более чем на 20 %. При большем расхождении результатов определение повторяют.

        Рис. 4.2. Прибор для определения жесткости бетонной смеси:                         1 - цилиндрическое кольцо с фланцем в основании; 2 - конус; 3 - кольцо-держатель с ручками; 4 - загрузочная воронка; 5 - штатив; 6 - направляющая втулка; 7 - фиксирующая втулка с зажимным винтом; 8 - диск с шестью отверстиями; 9 - стальная шайба; 10 - штанга.

Определение жёсткости бетонной смеси по методу Скрамтаева  производится в форме куба с ребром 200 мм, которую устанавливают на виброплощадку,  в форму помещают конус Скрамтаева и заполняют его бетонной смесью через воронку в три слоя одинаковой высоты, уплотняют каждый слой штыкованием 25 раз. Затем конус осторожно снимают и включают одновременно виброплощадку и секундомер.  Вибрирование осуществляют до тех пор, пока поверхность бетонной смеси не станет горизонтальной. Время в секундах, необходимое для выравнивания поверхности бетонной смеси,  характеризует жёсткость смеси.  Переходный коэффициент от метода Скрамтаева к методу определения жёсткости на установке типа Вебе принимают равным 0,7. Если подвижность или жёсткость бетонной смеси,  приготовленной на рассчитанном количестве материалов, не отвечает заданной, то состав бетонной смеси корректируется. Если подвижность или жёсткость бетонной смеси окажется меньше требуемой,  то в бетонную смесь добавляют воду 5–10 %  от начального содержания,  а также цемент,  чтобы не изменить Ц/В,  иначе снизится прочность бетона.  Если же подвижность или жёсткость бетонной смеси окажется больше требуемой,  то в смесь добавляют песок и щебень порциями 5–10 % от расчётного количества. Состав бетонной смеси корректируют до тех пор, пока подвижность или жёсткость смеси окажется равной заданной. При наличии добавок корректируются фактические расходы материалов на пробный замес.

Определение средней плотности бетонной смеси

Среднюю плотность бетонной смеси характеризуют отношением массы уплотненной бетонной смеси к ее объему.

Образцы из тяжелого и легкого бетонов при лабораторных исследованиях, а также при производственном контроле в случаях, когда условия  не могут быть выполнены, формуют следующим образом:

формы заполняют бетонной смесью слоями высотой не более 100 мм. Каждый слой укладывают штыкованием стальным стержнем диаметром 16 мм с закругленным концом. Число нажимов стержня рассчитывают из условия, чтобы один нажим приходился на 10 см2 верхней открытой поверхности образца, штыкование выполняют равномерно по спирали от краев формы к ее середин

    При подвижности бетонной смеси менее 10 см или жесткости менее 11 с  форму с уложенной бетонной смесью жестко закрепляют на лабораторной виброплощадке и дополнительно уплотняют, вибрируя до полного уплотнения, характеризуемого прекращением оседания бетонной смеси, выравниванием ее поверхности, появлением на ней тонкого слоя цементного теста и прекращением выделения пузырьков воздуха.

При изготовлении образцов из бетонной смеси жесткостью 11 с и более на форме закрепляют насадку. Форму с насадкой жестко закрепляют на лабораторной виброплощадке и устанавливают на поверхность смеси пригруз, обеспечивающий давление 4±0,5 кПа, и вибрируют до прекращения оседания пригруза плюс дополнительно 5 - 10 с.

После окончания укладки и уплотнения бетонной смеси в форме верхнюю поверхность образца заглаживают мастерком или пластиной.

Перед испытанием мерный сосуд взвешивают с погрешностью не более 1 г.

Бетонную смесь помещают в сосуд и уплотняют. После уплотнения избыток смеси срезают стальной линейкой, и поверхность тщательно выравнивают вровень с краями мерного сосуда. Затем сосуд с бетонной смесью взвешивают с погрешностью не более 1 г. Среднюю плотность бетонной смеси кг/м3, вычисляют по формуле 4.1:

, (4.1)

где т — масса мерного сосуда с бетонной смесью, г;

      m1 — масса мерного сосуда без смеси, г;

     V — вместимость мерного сосуда, см3.

Определение пористости бетонной смеси

Пористость бетонной смеси оценивают следующими показателями:

• объёмом воздуха или газа, содержащегося в уплотненной бетонной смеси;
• объемом межзерновых пустот.

Объем вовлеченного воздуха определяют в бетонах на плотных и пористых заполнителях, объем межзерновых пустот — в бетонах на пористых заполнителях.

Объем вовлеченного воздуха определяют экспериментальным или расчетным методом.

Объем вовлеченного воздуха в смеси на плотном заполнителе определяют объёмным или компрессионным методом (при помощи объёмомера или поромера соответственно), а на пористом заполнителе — только объёмным методом.

Отношение высоты сосуда к его диаметру должно быть от 1 до 2.

Расчетный метод определения объема вовлеченного воздуха

Пористость уплотненной бетонной смеси Vп, %, вычисляют с округлением до 0,1 % по формуле 4.2

, (4.2)

Ц, П, Щ, В, и В1 - фактическая масса, кг, соответственно цемента, сухих песка и щебня (гравия), воды и раствора добавок в 1 м3 уплотненной бетонной смеси;

pц - истинная плотность цемента, г/см3, определяемая по ГОСТ 310.2 или принимаемая равной 3,1 для портландцемента и его разновидностей, и 3,0 — для шлакопортландцемента;

pп, pщ - средняя плотность зерен песка и щебня (гравия), г/см3;

n - коэффициент, учитывающий увеличение средней плотности зерен крупного заполнителя в результате его частичного дробления при перемешивании бетонной смеси в смесителе принудительного действия. п принимают равным:

         1 — для плотного заполнителя;

         1,05 — для пористого заполнителя с маркой по прочности П75 и более;

         1,1 —для пористого заполнителя с маркой по прочности менее П75.

Методика изготовления образцов бетона

4.1. Формование и уплотнение образцов

Перед использованием форм их внутренние поверхности должны быть покрыты тонким слоем смазки, не оставляющей пятен на поверхности образцов и не влияющей на свойства поверхностного слоя бетона.

Укладку и уплотнение бетонной смеси следует производить не позднее, чем через 20 мин после отбора пробы.

При изготовлении одной или нескольких серий образцов, предназначенных для определения различных характеристик бетона, все образцы следует изготавливать из одной пробы бетонной смеси и уплотнять их в одинаковых условиях. Отклонения между собой значений средней плотности бетона отдельных серий и средней плотности отдельных образцов в каждой серии к моменту их испытания не должны превышать 50 кг/м3.

При несоблюдении этого требования результаты испытаний не учитывают.

При производственном контроле формование контрольных образцов, а также контрольных блоков из ячеистых бетонов следует производить по той же технологии, и с теми же параметрами уплотнения, что и конструкции. В случаях, когда эти условия не могут быть выполнены, а также при лабораторных исследованиях образцы из тяжелого и легкого бетонов формуют следующим образом.

Формы заполняют бетонной смесью слоями высотой не более 100 мм. Каждый слой укладывают штыкованием стальным стержнем диаметром 16 мм с закругленным концом. Число нажимов стержня рассчитывают из условия, чтобы один нажим приходился на 10 см2 верхней открытой поверхности образца, штыкование выполняют равномерно по спирали от краев формы к ее середине.

При подвижности бетонной смеси менее 10 см или жесткости менее 11 с форму с уложенной бетонной смесью жестко закрепляют на лабораторной виброплощадке и дополнительно уплотняют, вибрируя до полного уплотнения, характеризуемого прекращением оседания бетонной смеси, выравниванием ее поверхности, появлением на ней тонкого слоя цементного теста и прекращением выделения пузырьков воздуха.

При изготовлении образцов из бетонной смеси жесткостью 11 с и более на форме закрепляют насадку. Форму с насадкой жестко закрепляют на лабораторной виброплощадке и устанавливают на поверхность смеси пригруз, обеспечивающий давление 4 ± 0,5 кПа, и вибрируют до прекращения оседания пригруза плюс дополнительно 5 – 10 с.

После окончания укладки и уплотнения бетонной смеси в форме верхнюю поверхность образца заглаживают мастерком или пластиной.

В случаях применения на производстве способов и режимов уплотнения бетона, приводящих к изменению его состава, способ изготовления контрольных образцов бетона или поправочный коэффициент к прочности образцов должен быть указан в стандартах или технических условиях на сборные конструкции или в рабочих чертежах монолитных конструкций.

Образцы в цилиндрических формах после заглаживания верхней поверхности закрывают крышками, кладут на боковую сторону и хранят в таком положении до распалубливания.

Непосредственно после изготовления образцов на них должна быть нанесена маркировка. Маркировка не должна повреждать образец или влиять на результаты испытания.

4.2. Твердение, хранение и транспортирование образцов

Образцы, предназначенные для твердения в нормальных условиях, после изготовления до распалубливания хранят в формах, покрытых влажной тканью или другим материалом, исключающим возможность испарения из них влаги, в помещении с температурой воздуха (20±5)°С.

При определении прочности бетона на сжатие образцы распалубливают не ранее чем через 24 ч для бетонов класса В 7,5 (М100) и выше, и не ранее чем через 48 ч ⎯ для бетонов класса В 5 (М75) и ниже, а также для бетонов с добавками, замедляющими их твердение в раннем возрасте.

При определении прочности бетона на растяжение образцы распалубливают не ранее чем через 96 ч после их изготовления.

После распалубливания образцы должны быть помещены в камеру, обеспечивающую у поверхности образцов нормальные условия, т. е. температуру (20±3)°С и относительную влажность воздуха (95±5)%. Образцы укладывают на подкладки так, чтобы расстояние между образцами, а также между образцами и стенками камеры было не менее 5 мм. Площадь контакта образца с подкладками, на которых он установлен, не должна составлять более 30 % площади опорной грани образца. Образцы в камере нормального твердения не должны непосредственно орошаться водой. Допускается хранение образцов вод слоем влажных песка, опилок или других систематически увлажняемых гигроскопичных материалов.

Образцы, предназначенные для твердения в условиях тепловой обработки, должны быть помещены в формах в тепловой агрегат (пропарочную камеру, автоклав, отсек формы или кассеты и т.д.) и твердеть там вместе с конструкциями или отдельно по принятому на производстве режиму.

После окончания тепловой обработки образцы распалубпивают и испытывают или хранят в нормальных условиях.

Образцы, предназначенные для твердения в условиях, аналогичных условиям твердения бетона в монолитных конструкциях, могут твердеть или в формах, или в распалубленном виде.

Допускаются другие условия твердения образцов, например, водное или комбинированное, если эти условия установлены стандартами, техническими условиями или указаны в рабочих чертежах конструкции.

При транспортировании образцов бетона необходимо предохранять их от повреждений, изменения влажности и замораживания.

Прочность бетона образцов к началу их транспортирования должна быть не менее 2 МПа.

Таблица 4.3

Журнал испытаний

Вывод:

 «Окончательный расчет и экспериментальная проверка  состава бетонной смеси»

Цель работы: подобрать производственный и лабораторный состав и провести испытание.

Приборы и инструменты: чаша сферическая; кельма;  прямой металлический гладкий стержень диаметром 16 мм, длиной 600 мм с округленными концами; виброплощадка лабораторная; весы лабораторные; формы 15х15х15; пресс гидравлически.

Порядок расчета

1. Определяем средний уровень прочности:

,     (5.1)

2. Определяем водоцементное отношение

В/Ц=,    (5.2)

где  А и А1 при использовании рядовых материалов равны соответственно 0,6 и 0,4. При использовании материалов пониженного качества А1 и А равны соответственно 0,55 и 0,37.

3. Ориентировочный расход воды равен 190 литров. С ведением суперпластификатора  С – 3 расход воды снижается на 15%.

Расход воды:

4. Расход цемента:

Ц = ,    (5.3)

5. Расход щебня:

Щ=,  (5.4)

где  П - пустотность щебня;

        ν – коэффициент раздвижки зёрен;

      - насыпная плотность щебня г/см;

         - истинная плотность щебня.

П=,         (5.5)      

6. Расход песка:

,            (5.6)

7. Расход добавки 0,5% от массы цемента:

8. Средняя плотность бетонной смеси:

9. Производственный состав с учетом естественной влажности заполнителя:

      песка – 3%;

     щебня – 1% .

Расход воды:

Таблица 5.1

Вывод:

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

«Экспериментальная проверка состава легкого бетона на пористых заполнителях»

Цель работы: подобрать состав легкого бетона на пористых заполнителях и провести испытания запроектированной бетонной смеси.

Приборы и инструменты: чаша сферическая; кельма;  прямой металлический гладкий стержень диаметром 16 мм, длиной 600 мм с округленными концами; виброплощадка лабораторная; весы лабораторные; формы 15х15х15; пресс гидравлически.

Порядок расчета

Расход цемента принимают для бетона марки 35 на керамзитовом гравии  равным 200 кг/м3, увеличивая его на 30 кг/м3 для каждой более высокой марки (50,75,100).

Расход воды определяют по таблице 6.1

Таблица 6.1

Ориентировочный расход воды для приготовления бетонной смеси с использованием плотного песка и керамзитового заполнителя л/м3.

При использовании пористого песка начальный расход воды ориентировочно увеличивается примерно на 30-50 л.

Расход крупного заполнителя К принимают в зависимости от его пустотности vпуст=40%-1.1м3/м3,

при vпуст=50%-1.15м3/м3,

при vпуст=60%-1.25м3/м3,

Для производственного состава расход заполнителя увеличивают на 5-15% в зависимости  от особенностей смесителя и прочности  заполнителя, т.к.  при перемешивании часть  его зерен может разрушаться.

Для перевода расхода крупного заполнителя с объемных единиц на расход по массе используют формулу 6.1:

К= vк· (6.1)

где

vк - расход крупного заполнителя по объёму на 1 м3 бетона;

 - насыпная плотность.

Исходя из выбранного расхода цемента и крупного заполнителя и обеспечения требуемой плотности бетона в сухом состоянии, по формуле 6.2 устанавливаем расход плотного песка

П=-1,15 Ц-К (6.2)

Ориентировочное значение необходимого объёма вовлеченного воздуха для получения поризованного бетона подсчитывают по формуле 6.3

vв=     (6.3)

Готовят опытные  замесы и корректируют расход воды по заданным значениям подвижности бетонной смеси. Рассчитывают фактический состав легкого бетона.

 Таблица 6.1

Результаты испытания контрольных образцов

Вывод:

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

«Экспериментальная проверка  состава легкого бетона поризованной структуры с воздухововлекающими добавками»

Цель работы: подобрать состав легкого бетона  поризованной структуры с воздухововлекающими добавками и провести экспериментальную проверку свойств бетонной смеси.

Приборы и инструменты: чаша сферическая; кельма;  прямой металлический гладкий стержень диаметром 16 мм, длиной 600 мм с округленными концами; весы лабораторные; формы 15х15х15; пресс гидравлически.

Порядок расчета

Расход цемента принимают для бетона марки 35 на керамзитовом гравии  равным 200 кг/м3, увеличивая его на 30 кг/м3 для каждой более высокой марки (50,75,100).

Расход воды определяют по таблице 7.1

Таблица 7.1

Ориентировочный расход воды для приготовления бетонной смеси с использованием плотного песка и керамзитового заполнителя л/м3.

При использовании пористого песка начальный расход воды ориентировочно увеличивается примерно на 30-50 л.

Расход крупного заполнителя К принимают в зависимости от его пустотности vпуст=40%-1.1м3/м3,

при vпуст=50%-1.15м3/м3,

при vпуст=60%-1.25м3/м3,

Для производственного состава расход заполнителя увеличивают на 5-15% в зависимости  от особенностей смесителя и прочности  заполнителя, т.к.  при перемешивании часть  его зерен может разрушаться.

Для перевода расхода крупного заполнителя с объемных единиц на расход по массе используют формулу 7.1:

К= vк·   (7.1)

где

vк - расход крупного заполнителя по объёму на 1 м3 бетона;

 - насыпная плотность.

Исходя из выбранного расхода цемента и крупного заполнителя и обеспечения требуемой плотности бетона в сухом состоянии, по формуле 7.2 устанавливаем расход плотного песка

П=-1,15 Ц-К (7.2)

Ориентировочное значение необходимого объёма вовлеченного воздуха для получения поризованного бетона подсчитывают по формуле 11.3

vв=      (7.3)

По данным таблицы 7.2 определят ориентировочный расход микропенообразователя.

Таблица 7.2

Ориентировочный расход воздуховлекающих добавок для приготовления

поризованных легких бетонов

Для введения необходимого количества добавок в бетонную смесь заранее приготавливают  их водные растворы повышенной концентрации 1-5%-й концентрации для воздухововлекающих добавок; и 5-10%-й концентрации пластифицирующих или пластифицирующее-вовлекающих добавок.

Плотность приготовленного раствора водных добавок определяется с помощью обычного ареометра с ценой деления 0,0001. Используя данные таблицы 11.3 и известные плотности раствора, устанавливают содержание безводного микропенообразователя в 1 л раствора и по формуле производят перерасчет добавки для её водного раствора 7.4

Дрост=(7.4)

где Ц- расход цемента на 1м3 бетона, кг;

      С- дозировка добавки, % от массы цемента;

      К- содержание безводного микропенообразователя в 1 л раствора определенной плотности, кг/л.

Таблица 7.3

Основные показатели водных растворов добавок

Готовят опытные  замесы и корректируют расход воды по заданным значениям подвижности бетонной смеси. Рассчитывают фактический состав легкого бетона.

Таблица 7.4

Результаты испытания контрольных образцов

Вывод:

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

«Экспериментальная проверка  состава легкого бетона плотной структуры»

Цель работы: подобрать состав легкого бетона плотной структуры и провести испытания запроектированной бетонной смеси.

Приборы и инструменты: чаша сферическая; кельма;  прямой металлический гладкий стержень диаметром 16 мм, длиной 600 мм с округленными концами; виброплощадка лабораторная; весы лабораторные; формы 15х15х15; пресс гидравлически.

Подбор состава

Предварительный состав легкого бетона на плотном заполнителе устанавливают в следующем порядке:

1. Назначают ориентировочный начальный расход воды в зависимости от подвижности (жесткости) бетонной смеси, вида наибольшей крупности керамзита по таблице 8.1  

Таблица 8.1

Ориентировочный начальный расход воды для приготовления легкобетонной смеси

2. Устанавливают ориентировочный расход цемента по таблице 8.2. при использовании цементов других марок, изменении предельной крупности керамзита, вида песка и подвижности (жесткости) бетонной смеси ориентировочные расходы цемента умножают на коэффициенты, приведенные в таблице 8.3.

Таблица 8.2

Ориентировочный расход цемента для расчета состава бетона с предельной крупностью керамзита 20 мм и жесткостью 20-30 с.

Таблица 8.3

Коэффициенты изменения расхода цементов

3. Определяется расход крупного заполнителя по формуле 8.1

К=1000хх,      (8.1)

где К-расход крупного заполнителя кг/м3;

 - объёмная концентрация керамзита, принимаемая по таблице 8.4;

 - средняя плотность керамзита в цементом тесте, кг/м3.

Таблица 8.3

Рекомендуемая объёмная концентрация крупного заполнителя

4. Расчет кварцевого песка рассчитывают по формуле 8.2

П=[1000-(+·1000+В)]·   (8.2)

где П – расход кварцевого песка  кг/м3;

      Ц- расход цемента кг/м3;

      - объемная концентрация керамзита;

      В – общий расход воды л/м3;

      - истинная плотность песка кг/л.

5. Общий расход воды рассчитывают с учетом поправок на расходы крупного пористого заполнителя, цемента, а также водопотребности песка:

В=В0+В1+В2+В,      (8.3)

где В- общий расход воды, л/м;

      В0 – ориентировочный начальный расход воды, л/м3;

      В1 – поправка на объемную концентрацию крупного заполнителя определяется по формуле 12.4

      В1= 2000(-0,37)2,     (8.4)

     В2 – поправка расхода цемента рассчитывается по  формуле 8.5

В2 = 0,15(Ц-450) при Ц>450,     (8,5)

при Ц < 450, В=0;

   В- поправка на водопотребность плотного песка Вп, л/м3, рассчитывает по формуле 8.6

В=0,01П(Вп-7)        (8.6)

Полученный в результате расчета ориентировочный состав бетона проверяется на соответствие его средней плотности заданной проектной по формуле 8.7

=1,15Ц+К+П     (8.7)

где Ц,К,П – расходы соответственно цемента, керамзита, и песка кг/м3

Если при расчете средняя плотность бетона окажется выше заданной, то необходимо применить для приготовления бетона пористый песок или более легкий керамзитовый гравий.

Полученный состав бетона проверяется в лабораторных условиях в следующем порядке:

- рассчитывают расход материалов на объем опытных замесов (не менее 8л), записывают состав в таблицу 8.5;

- приготавливают бетонную смесь, проверяю и корректируют жесткость (подвижность) бетонной смеси (по ГОСТ 10181.0-81 – ГОСТ 10181.4-81);

- изготавливают бетонные образцы размером 150х150х150 мм и после твердения по принятому режиму испытывают их на сжатие.

Таблица 8.5

Расчетный и фактический состав бетона

Используя формулы 8.8-8.11 рассчитывают фактические расходы материалов на пробный замес   и на 1м3 бетона

  (8.8)

где  - расход материала в кг в замесе (vрасч=8л),

        - средняя плотность бетонной смеси, кг/м3.

 (8.9)

 (8.10)

 (8.11)

Результаты испытаний образцов-кубов заносят в таблицу 8.6.

Если отклонение от требуемой марки бетона не превышает установленные пределы (допускается превышение до 15%), лабораторный состав пересчитывается с учетом естественной влажности  и передается в производство.

Таблица 8.6

Результат испытания контрольный образцов

Вывод:

Критерии оценки практических работ обучающихся

Преподаватель может повысить отметку за оригинальный ответ на вопрос или оригинальное решение задачи, которые свидетельствуют о высоком математическом развитии обучающегося; за решение более сложной задачи или ответ на более сложный вопрос, предложенные обучающемуся дополнительно после выполнения им каких-либо других заданий

Общая классификация ошибок

оценка «5» ставится, если:

1. обучающийся самостоятельно выполнил все этапы, предусмотренные на данном занятии;
2. работа выполнена полностью и получен верный ответ или иное требуемое представление результата работы;

оценка «4» ставится, если:

1. работа выполнена полностью, но при выполнении обнаружилось недостаточное владение навыками работы с нормативной документацией в рамках поставленной задачи;
2. правильно выполнена большая часть работы (свыше 85 %);
3. работа выполнена полностью, но использованы наименее оптимальные подходы к решению поставленной задачи.

оценка «3» ставится, если:

1. работа выполнена не полностью, допущено много ошибок, но учащийся владеет основными навыками работы, требуемыми для решения поставленной задачи.

оценка «2» ставится, если:

1. допущены существенные ошибки, показавшие, что обучающийся не владеет обязательными знаниями, умениями и навыками работы  или значительная часть работы выполнена не самостоятельно.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 1. ГОСТ 8735–88*. Песок для строительных работ. Методы испытаний.  – М. : Издательство стандартов, 1989. – 33 с.

2. ГОСТ 8736–93*. Песок для строительных работ. Технические условия. – М. : Издательство стандартов, 1995. – 12 с.

3. Попов, Л. Н. Лабораторные испытания строительных материалов и изделий / Л. Н. Попов. – М. : Высшая школа, 1984. – 168 с.

4. ГОСТ 8269.0–97. Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний. – М. : Издательство стандартов, 1998. – 15 с.

5. ГОСТ 8267–93*. Щебень из природного камня для строительных работ. Технические условия. – М. : Издательство стандартов, 1996. – 98 с.

6. ГОСТ 7473–2010. Смеси бетонные. Технические условия. – М. : Издательство стандартов, 2011. – 14 с.

7. ГОСТ 10181–2000. Смеси бетонные. Методы испытаний. – М. : Издательство стандартов, 2001. – 29 с.

8. ГОСТ 10180–2012. Бетоны. Методы определения прочности на сжатие и растяжение. – М. : Издательство стандартов, 2013. – 23 с.

9. ГОСТ 25192–2012*. Бетоны. Классификация и общие технические условия. Технические условия. – М. : Издательство стандартов, 2013. –9 с.

10.  Руководство по подбору составов конструкционных легких бетонов на  пористых заполнителях. – М. : Стройиздат, 1975.  – 60 с.

11.  Руководство  по  применению  химических  добавок  в  бетоне. – М. : Стройиздат, 1980. – 54 с.