Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» (ВлГУ) МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «Энергоэффективные строительные материалы и технологии» Составители: Профессор Н.Н. Тур Доцент Л.В. Закревская Владимир 2013 Методические рекомендации для студентов по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Энергоэффективные строительные материалы и технологии» Лабораторная работа №1. Керамические материалы.4ч 1.Цель выполнения лабораторной работы - научиться определять марку кирпича исходя из результатов испытания его образцов на прочность. 2. Порядок выполнения работы – При производственном контроле качества кирпича от партии (10 тыс. шт. кирпича ) отбирают пробу в количестве 0,5% , но не менее 100шт и направляют в лабораторию на испытание не менее 30 шт. Оценка качества кирпича при внешнем осмотре. Отбирают для внешнего осмотра и обмера 5 штук кирпича и производят сравнение с эталонным. При сравнении устанавливают наличие недожога или пережога. На недожог указывает более светлый алый цвет кирпича, глухой звук при ударе молотком. Пережженный кирпич имеет бурый цвет; он, как правило, искривлен, характеризуется оплавлением и вспучиванием. С помощью металлической линейки проверяют линейные размеры кирпича с погреш-ностью до 1 мм и полученные результаты сравнивают с размерами согласно размеров, указанных в ГОСТе 530-2007 « Кирпич и камни керамические». С помощью линейки замеряют дефекты, имеющиеся на образце: трещины, отбитости, искривления, записывают величины и сравнивают с ГОСТом. Качество керамического кирпича и камней, их пригодность следует определять на основании проверки размеров, правильности формы, определения водопоглощения, средней плотности и прочности. Общее количество кирпича и камней с отбитостями не должно превышать 5 %.Количество половняка в партии не должно быть более 5 %.Пустоты в кирпиче и камях должны располагаться перпендикулярно или параллельно постели и могут быть сквозными или несквозными. должен быть не менее 16 мм, ширина щелевых пустот - не более 12мм.Общее количество кирпича и камней с отбитостями не должно превышать 5 %.Количество половняка в партии не должно быть более 5 %.Пустоты в кирпиче и камнях должны располагаться перпендикулярно или параллельно постели и могут быть сквозными или несквозными..Общее количество кирпича и камней с отбитостями не должно превышать 5 %.Количество половняка в партии не должно быть более 5 %.Пустоты в кирпиче и камнях драсполагаться перпендикулярно или параллельно постели и могут быть сквозными или несквозными. Таблица 1. Показатели Допускаемые отклонения кирпича и к камней, мм пластического полусухого формования формования по длине +5 +5 ширине +4 +4 толщине: кирпича +3 +3 камня +4 +4 по постели +3 +3 по ложку +3 +3 Отбитости и притупленности, мм, ре-бер, не 2 2 2 2 — — — 10 Отклонения от размеров, мм: Искривления граней и ребер: доходящие до пустот, длинойне более 10-15 мм и глубиной неболее 10 мм Отбитости углов до 10 - 15 мм, не более 2 на кирпич Включения песка и глины диаметром от 5 до 10 мм в изломе (дутики) Отколы верхней постели пустотныхизделий, мм Недогас (дефект недогашеной смеси) Не допускается Не допускается Недожог и пережог — — Шероховатость или срыв нелицевойграни Не допускается Не допускается Общее количество кирпича и камней с отбитостями не должно превышать 5 %. Диаметр несквозных пустот не ограничивается. Толщина наружных стенок кирпича и камней должна быть не менее 12 мм. Допускается изготовление кирпича и камней с закругленными краями. 1.Определение физико-механических свойств керамического кирпича и камней Водопоглощение керамических кирпича и камней, высушенных до постоянной массы, полнотелого кирпича должно быть не менее 6%, для пустотелых изделий для - не менее 8%.Водопоглощение ускоренно следует определять (после погружения кирпича в воду) кипячением в течение 4 часов. Взвешивать кирпич следует после остывания его до комнатной температуры в ванне с водой, остужать кирпич постепенным доливанием в ванну воды комнатной температуры. Взвешивать после удаления капельной влаги с поверхностей кирпича путем промокания фильтровальной или газетной бумагой. Водопоглощение следует вычислять по формуле В=[m2 – m1/m1]100%, где В - водопоглощение, %; т2 - масса кирпича в водонасыщенном состоянии, г; m1 - масса кирпича в сухом состоянии, г. На повышенное водопоглощение кирпича указывает увеличенное число в нем трещин, главным образом мелких, а также редкихглубоких. Слоистая структура кирпича также говорит о его повышенном водопоглощении и как результат пониженная морозостойкость кирпича. Упрощенный способ определения водопоглощения состоит в том, что на поверхность материала капают воду или чернила. Водопоглощение оценивают по быстроте впитывания капли. При водопоглощении до 3 % капля практически не впитывается, при 5 - 8 % - впитывается частично, более 10 % - капля быстро впитывается.Коэффициент морозостойкости определяется по результатам водопоглощения при комнатной температуре и при кипячении. Кипячение следует производить в течение 4 часов. Коэффициент морозостойкости определяется по формул К = Вх/Вк, где К - коэффициент морозостойкости; Вх - водопоглощение при комнатной температуре; Вк водопоглощение после кипячения. Кирпич считается морозостойким, если К не менее 0,8.Среднюю плотность кирпича следует определять отношением массы кирпича к его объему. Массу кирпича взвешивают на весах, а объем вычисляют по результатам обмера. Полученную среднюю плотность кирпича в воздушно-сухом состоянии ρср следует сравнивать со средним значением для разных видов кирпича, приведенных в табл.2. Таблица 2. Кирпич Масса одного кирпича в Средняя сухом состоянии, кг Глиняный обыкновенный 3,45 - 3,75; пластического формования Глиняный полусух. прессования 3,65-4; Полусухого прессования (без Глиняный камень 16 пустот) плотность кирпича, кг/м3 1600-1750 1800 - 2000 1800-2000 Не более1400 - 1450 не более 1400 - 1450 Камней не более По прочности изделия с вертикально расположенными пустотами бывают марок: 75, 16 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300, а с горизонтально расположенными пустотами - 25, 35, 50, 100. По морозостойкости изделия подразделяются на марки: F15, F25, F35, F50. 16 изделий должно состоять из названия, вида, марки по Условное обозначение керамических прочности и морозостойкости, обозначения настоящего стандарта. Примеры условных обозначений. Кирпич керамический полнотелый одинарный марки по прочности 100,марки по морозостойкости F15: Кирпич - 100/15/ГОСТ 530-2007. Кирпич керамический пустотелый одинарный марки по прочности 150, по морозостойкости F15:Кирпич - КП - 0150/15/ГОСТ 530-2007.Кирпич керамический утолщенный марки по прочности 125, по морозостойкости F25:Кирпич - КП -У125/25/ГОСТ 5302007. Камень керамический модульных размеров марки по прочности 175, поморозостойкости F15: Камень - КМ - 175/15/ГОСТ 530-2007. Марку камня по прочности устанавливают по значению предела прочности при сжатии, а кирпича по значению пределов прочности при сжатии и изгибе,(ГОСТ 530-2007 «кирпич и камни керамические»). В условиях стройплощадки прочность кирпича можно определить тремя способами. Первый способ: кирпич поднять на высоту 150-170 мм и опустить постелью на землю (не на бетонный или деревянный пол). Если кирпич расколется, то его марка ниже 75.Второй способ: кирпич положить на две опоры-бруска, расположенные на расстоянии 20-21 см один от другого. На середину кирпича сбросить груз массой 4 - 4,25 кг с разной высоты (кирпич). Затем, пользуясь данными табл. 5, примерно определить марку кирпича. Третий способ: ударить слесарным молотком массой в 1кг по постели кирпича. Удар наносят по наибольшей грани кирпича. Если кирпич разбился на куски – это брак; если разбился на куски от 23-х ударов – марка 75 – 100; если кирпич от удара искрит и от него отбиваются мелкие кусочки – это марка 125 и выше. 2. Определение марки кирпича. Предел прочности кирпича определяют при сжатии на образцах, состоящих из двух целых изделий или из двух его половинок. Далее, приготавливают раствор из цемента и песка в соотношении 1:1 с В/Ц =0,4-0,42, соединяют кирпичи и выдерживают 3 суток в помещении при температуре 200С и относительной влажности воздуха 60 -80%. При испытании нагрузка на образец должна возрастать непрерывно и равномерно со скоростью, обеспечивающей его разрушение через 20-60 с после начала испытания. Предел прочности при сжатии образца, МПа вычисляют по формуле Rcж= Рразр/S, где Рразр. – разрушающая нагрузка кгс; S- площадь поперечного сечения образца, см2. При вычислении предела прочности при сжатии образцов из кирпича толщиной 88мм результаты испытаний умножают на коэффициент 1,2. Предел прочности при изгибе образца, Мпа, вычисляют по формуле Rизг.3Pl/2bh2, где l расстояние между осями составляет (l = 200мм); bширина образца; h- высота образца посредине пролета. Предел прочности при сжатии находят с погрешностью до 0,1Мпа, при изгибе – до 0,05Мпа, в обоих случаях как среднее арифметическое результатов испытания пяти образцов. При определении марки кирпича учитываются также минимальные результаты испытаний. Задача. При испытании пяти образцов полнотелого кирпича пластического формования были полу-чены следующие результаты: Предел прочности при сжатии в МПа: 16.5; 15.6; 14.3; 16.2; 12.6; Предел прочности при изгибе в МПа: 3.3; 3.0; 2.8; 3.2; 1.7. К какой марке отнести испытанный кирпич? По прочности при сжатии и изгибе испытанного кирпича Rср.=15.04 МПа; Rср.мин=12.6МПа По прочности при изгибе испытанного кирпича Rср.= 2.8МПа; Rср.мин.=1.7 МПа. В соответствии с ГОСТ 530-2007 кирпич имеет марку 150. По ГОСТу для кирпича марки 150 среднее для 5-ти образцов значения предела прочности при сжатии и изгибе полнотелогокир-пича пластического формования должны быть не ниже соответственно15и2.8МПа.Наименьшие для отдельного образца значения Rсж мин и Rиз мин должны быть не ниже соответственно 12.5 и 1.4 МПа. 3. Индивидуальные задания при выполнении лабораторной работы. 1..Определить марку кирпича, изготовленного из различных сырьевых материалов (пластического формования и полусухого прессования). Оценить влияние особенностей сырья на механические свойства керамического кирпича. 2.Определить коэффициент конструктивного качества полно- и пустотелого вается пластичностью глины? 3. Определить влияние влажности на теплопроводность керамического кирпича. 4. Определить коэффициент размягчения керамического кирпича после выдерживания в воде 48 ч. 4.Содержание отчета по лабораторной работе. В отчете по лабораторной работе необходимо записать цель работы; наименование опытов, необходимое оборудование, приборы, материалы и приспособления; результаты испытаний и выводы. 5. Контрольные вопросы. 1. Что назы вается пластичностью глины? 2. Что такое отощающие добавки и для каких целей их применяют в керамическом производстве? 3.Для чего в глину вводят выгорающие добавки и что используют в качестве таких добавок? 4.Какова общая технологическая схема производства керамических изделий? 5..Основные свойства кирпича и требования, предъявляемые к его каче 6.Какие существуют эффективные керамические изделия.? 7..Как подготовить кирпич для испытания на сжатие и изгиб? 8.Каковы пределы водопоглощения кирпича, используемого для подземного строительства? .9. Как влияет влажность на теплопроводность кирпича? 10.Каков предел Кразм., чтобы кирпич считался водостойким? Литература. 1.Попов Л.Н. Лабораторные испытания строительных материалов.М.,Стройиздат , 2002.335с. 2.Ким Б.Г., Тур Н.Н, Прохоров Р.Н. Контроль качества материала на объектах строи- тельства. Учебное пособие по дисциплине «Материаловедение», ч1. Владимир 2010,217 с. Лабораторная работа №2. Контроль качества портладцемента.4ч 1.Цель выполнения лабораторной работы. Научиться методам испытаний цементов, изготовленных на основе портладцементного клинкера. 2.Порядок выполнения работы. Физико-химические свойства – это истинная плотность цемента, равномерность изменения объема цементного теста, нормальная густота цементного теста, сроки схватывания, тонкость помола, прочность цемента (предел прочности при изгибе и сжатии). 1. Определение плотности цемента . Плотность цемента (ГОСТ10178-85) определяют с помощью объемомера – прибора Ле-Шателье. Объемомер, подготовленный для определения плотности материала помещают в стеклянный сосуд с водой так, чтобы вся его градуировочная часть была погружена в воду. Прибор заполняют обезвоженным керосином до нижней черты по нижнему мениску.Для определения плотности проводят два испытания и вычисляют среднее из полученных результатов. Расхождение между определениями не должно превышать 0,02 г/см3Плотность цемента в лаборатории определяют также с помощью пикнометра , который аналогично объемомеру выдерживают в сосуде с водой при 20 °С в течение 20 - 40 мин. Подготовка пробы аналогична подготовке пробы по первому способу.Вначале пикнометр заполняют керосином до метки и взвешивают, определяя величину m1. После этого часть керосина отливают и высыпают в пикнометр навеску цемента m2. После удаления воздуха путем нагрева на песчаной бане при температуре 50 °С и последующем охлаждении до 20 °С, добавляют керосин до метки и определяют массу пикнометра с керосином и цементом m3. Зная массу сухого пикнометра m и величину навески цемента m, можно определить плотность цемента ρц г/см3 по формуле Ρц =[m(m1-m3)]/[m(m2 + m1-Vп)], где Vп - объем пикнометра, см3. При определении плотности цемента этим методом разница двух определений не должна превышать 0,005 г/см3. 2. Определение нормальной густоты цементного теста С нормальной густотой цементного теста связана водопотребность цемента в растворах и бетонах. Для портландцемента нормальная густота – 24 -29% воды от массы цемента. Схватывание – первая стадия твердения цемента, после завершения, которой цементное тесто теряет пластичность и способность обрабатываться. Период схватывания цементного теста условно разделяют на начало и конец, нормируемые в пределах, удобных для изготовления растворов и бетонов. Начало схватывания должно наступать не ранее 45 минут, конец – не позднее 10ч с момента затворения цемента водой. Перед началом испытания проверяют, свободно ли опускается стержень прибора Вика, а также нулевое показание прибора, соприкасая пестик с пластинкой, на котором расположено кольцо. Кольцо и пластинку смазывают тонким слоем машинного масла. При определении нормальной густоты в прибор Вика вставляют пестик. При определении сроков схватывания пестик заменяют на иглу с гладкой поверхностью и без искривлений. Иглу погружают в тесто через каждые 10 минут, передвигая кольцо после каждого погружения иглы в прибор Вика. После каждого погружения иглу вытирают. При двухчасовом занятии иглу прогружают через 5 минут и в цементное тесто добавляют ускоритель твердения. 3. Определение равномерности изменения объема цемента Из цементного теста нормальной густоты готовят 4 лепешки по 75 г каждая, приготовленные в виде шариков. Их помещают на стеклянную пластинку, слегка смазанную машинным маслом, кладут на нее шарики и, постукивая о твердую поверхность, получают лепешки диаметром 7 - 8 см и толщиной в середине около 1 см. Приготовленные лепешки со стеклом переносят в ванну с гидрораствором. Через 12 ч после приготовления лепешки переносят в бачок с водой на решетку, воду доводят в бачке до кипения и поддерживают кипение в течение 3 ч, после чего лепешки в бачке охлаждают и осматривают после извлечения из воды. Если на лепешках не обнаружено радиальных, доходящих до краев трещин, считается, что цемент соответствует требованиям стандарта. Допускается в первые сутки после испытаний появление трещин, не доходящих до краев лепешек, при условии сохранения звонкого звука при постукивании лепешек одна о другую (рис.1, 2) Рис.1 Лепешки, выдержавшие испытание на равномерность изменения объема Рис. 2. Лепешки, не выдержавшие испытания на равномерность изменения объема . 4. Определение предела прочности при сжатии и изгибе Для определения консистенции цементного раствора отвешивают 1 500 г нормального песка ГОСТ 10178-85 500 г цемента и 200 г воды (В/Ц = 0,4). Компоненты в сухом виде смешивают в чаше, предварительно протертой влажной тканью. Смесь перемешивают 2 мин. в готовую смесь вливают воду в количестве 200г, дают воде впитаться 30 с и перемешивают 1 мин.Затем смесь переносят в форму-конус, установленную на встряхивающем столике на половину высоты и штыкуют металлической штыковкой 15 раз. Затем наполняют конус раствором с небольшим избытком и штыкуют 10 раз. После уплотнения верхнего слоя избыток раствора удаляют ножом, заглаживая раствор вровень с краями конуса, а затем конус снимают в вертикальном направлении. Раствор встряхивают 30 раз, после чего штангенциркулем замеряют диаметр расплыва конуса по нижнему основанию. Расплыв конуса должен быть 106-115 мм.Если расплыв конуса окажется менее 106 мм, количество воды увеличивают для получения расплыва конуса до 106 - 108 мм. Водоцементное отношение, полученное при достижении расплыва конуса 106 - 115 мм, принимают для проведения дальнейших испытаний. Для определения прочностных характеристик цемента приготовленную смесь, характеризуемую расплывом конуса 106 - 115 мм с В/Ц = 0,4, переносят в форму, предварительно смазанную маслом. Приготовленным тестом заполняют формы-балочки размером 40х40х160мм и уплотняют тесто на вибростоле в течение 3-х минут от начала вибрации. Форму снимают с виброплощадки и избыток раствора удаляют. Образцы изготавливают по три образца (одна форма) для каждого срока испытания. После изготовления образцы хранят в ванне с гидравлическим затвором 1 сутки, после чего их переносят после распалубки в ванны с питьевой водой в горизонтальном положении так,чтобы они не соприкасались друг с другом. Высота воды над образцами должна быть не менее 2 см. Воду меняют через каждые 14 суток. Температура воды - 20+2 °С. По истечении 28 суток образцы вынимают из ванны, обтирают влажной тканью и через 30 мин испытывают. Предварительно образцы должны быть вытерты насухо. Сначала образцы испытывают на изгиб. Rизг.= 3/2(Pl/bh2 ) Полученные после испытания на изгиб шесть половинок балочек подвергают испытанию на сжатие. Каждую половинку балочки помещают между двумя пластинками так, чтобы боковые грани находились между пластинами. При расчете прочности разрушающую нагрузку делят на площадь стандартной пластинки, т.е. на 25см2. Rсж=Рразр/.F кгс/см2. Окончательным результатом считают среднее арифметическое четырех наибольших результатов испытания шести образцов. Задача. Определить количество молотой минеральной добавки (опоки) к портландцементу для обычного бетона нормального твердения, если требуется снизить активность цемента Rц=430кгс/см2 и получить смешанное вяжущее с активностью Rсм=300кгс/см2. Рассчитать нормальную густоту теста из смешенного цемента, если нормальная густота теста из исходного цемента составляет 25%, на опоке 54%, а плотность их ρ соответственно 3.1 и 3.4г/см2. Решение. 1.Если бы цемент и минеральная добавка имели одинаковую водопотребность, смешанный цемент следовало бы изготавливать из 300:430=0.7 частей цемента и 1 – 0.7=0.3 частей добавки. Но т.к. водопотребность опоки значительно больше, чем цемента (54%>25%) количество вводимой добавки, вычисленное расчетом на основе прямой пропорциональности, следует уменьшить умножением на коэффициент К= Вц/ Воп, где Вц выход теста нормальной густоты из 1г цемента, см3;Воп,- то же , их 1г минеральной молотой добавки, см3.Выход теста Вт определяют опытами или по флрмуле Вт=1/ ρ +N, где ρ плотность цемента или молотой добавки; N – водотвердый фактор теста нормальной густоты для цемента или добавки.Выход теста из цемента Вц= 1/3 +0.25=0.572;Из опоки Воп=1/2.4 +о.54= 0.957.Отсюда К=0.572/0.956=0.6. Следовательно, содержание добавки опоки в смешанном цементе надо довести до 0.3х0.6=0.18. В состав разбавленного цемента активностью 300кгс/см2 должно входить 0.7 частей цемента Rц=430кгс/см2 и 0.18 частей опоки, т.е. (0.7/0.7+0.18)х100=79%цемента и(0.18/0.7+0.18)х100=20.4%. Нормальную густоту цементного теста из смешанного цемента подсчитываем по формуле: Nсм=Ц Nц+Д Nд/Ц+Д = 80х25 +20х54/80+20=30.8%, где Ц и Д - процентное содержание цемента и добавки в смешанном вяжущем;Nц и Nд – нормальная густога теста из цемента и добавки. Задача. Определить пористость затвердевшего цементного камня, изготовленного из различных цементов: портландцемента, пуццоланового портландцемента и глиноземистого. Цементное тесто содержало 40% воды по отношению к массе цемента (В/Ц=0.4). Количество химически связанной воды после затвердевания составилоо для портландцемента 15, для пуццоланового 12, а для глиноземистого 20% массы цемента, т.е В/Ц =0.15; 0.12 и 0.2. Плотность цементов соответственно: ρ=3.1; 2.85; 3г/см3. Решение. Состав цементного теста: 1 часть цемента и 0.4 части воды. Абсолютный объем. Занисаемый цементным тестом и камнем можно подсчитать по формулам V=1/ρц + В/Ц (для теста) V1=1/ρц + (В/Ц) (для камня) При использовании портландцемента V= 1/3.1 +0.4=0.723 (тесто) V1=1/3.1 + 0.15=0.473 (камень) Пористость цементного камня составит 1 - V1/ V = 1 – 0.473/0.723=0.35 или 35%. Анвалогично проводят расчет с другими цементами. 5. Варианты индивидуальных или групповых заданий. 1. Определить нормальную густоту непластифицированного и пластифицированного портладцементов. 2.Сравнить нормальную густоту цементов, не содержащих и содержащих различные активные минеральные добавки 3. Построить график схватывания цемента в координатах глубина погружения иглы, мм – время, мин. 4.Сравнить влияние на наначало схватывания добавки 1 -3% жидкого стекла. 5.Сравнить прочность образцов-балочек, хранившихся в соответствии с ГОСТом и в нестандартных условиях – в воздушной среде. 6.Содержание отчета по лабораторной работе В отчете по лабораторной работе необходимо записать цель работы; выполняемые опыты; необходимое оборудование, приборы, материалы и приспособления; результаты испытаний и выводы. 7.Контрольные вопросы 1. Какие вещества называются гидравлическими вяжущими 2.Как определить истинную и насыпную плотности цемента, ед. измер? 3.Для чего надо знать нормальную густоту цементного теста, как ее определить? 4. Как определить сроки схватывания цемента, какое значение в практике имеют сроки схватывания? 5.Какое практическое значение имеет испытание равномерности изменения объема цемен 6.Каков порядок испытания цемента на равномерность изменения объема? 7.Что называется маркой цемента и какое ее практическое значение. 8. Как изготовить балочки из цементного раствора для определения предела прочности при изгибе 9. Как испытывают балочки из цементного раствора на изгиб и сжатие? 10. Что представляет собой цементный клинкер и что называется цементом? 11.Как влияют активные минеральные добавки, вводимые в цемент на коррозию камня и на его физико - механические свойства? 12. Каково влияние микрокремнезема на свойства цемента? цементного 8. Список литературы 1. Попов Л.Н. Лабораторные испытания строительных материалов.М Стройиздат 2002,335с 2.Ким Б.Г., Тур Н.Н., Прохоров Р.Н. Контроль качества материала на объектах строительства. Учебное пособие по дисциплине Материаловедение, Владимир 2010, 217с. Лабораторная работа №3 Органические вяжущие.2ч .Цель выполнения лабораторной работы. Научиться испытывать битумы и определять основные свойства материалов на их основе. .Порядок выполнения работы. Органические вяжущие вещества составляют большую группу строительных материалов, являющихся смесью высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных. К основным разновидностям этой группы материалов относятся битумы и дегти. Нефтяные битумы получают на нефтеперегонных заводах из продуктов, остающихся после извлечения из нефти горючих и смазочных веществ. Эти битумы получили наибольшее применение в строительстве в горячем или холодном состоянии или в виде битумных эмульсий, паст и растворов.Дегти изготавливают конденсацией летучих продуктов, выделяющихся при сухой, без доступа воздуха, перегонки твердых топлив и некоторых других органических веществ. В зависимости от сырья дегти делятся на: каменноугольные (коксовые или газовые), буроугольные, сланцевые, торфяные, древесные(хвойные или лиственные), нефтяные. Для строительных целей используют преимущественно каменноугольные дегти. Свойства битумов и дегтей зависят от их состава, который в свою очередь обусловлен характером использования сырья и технологическим процессом производства. При оценка качества битумов и дегтей более важно знать так называемый группововй состав. Групповые компоненты битума образуют сложную дисперсную систему, средой в которой является молекулярный раствор смол или их части в маслах, а дисперсной фазой – асфальтены. В пограничной зоне адсорбированы асфальтеногеновые кислоты. Соотношение жидкой среды и твердой фазы (асфальтены) предопределяют структуру битума, которая влияет на его механические, физические и химические свойства. Студенту необходимо изучить основные свойства битумов, особенно вязкость, пластичность, теплостойкость, а также ознакомиться с маркировкой нефтяных битумов по ГОСТам. В дегтях определяют содержание свободного углерода и вредных примесей (фенолов, нафталинов). Следует отметить, что в битумах и в дегтях содержатся в небольшом количестве поверхностно-активные вещества. Их количество невелико, но роль в повышении сцепления органических вяжущих материалов с минеральными (каменными) материалами огромна. В битумах в основном содержатся анионактивные, а в дегтях – не только анионактивные, но и катионактивные вещества в большем количестве. Поэтому деготь обладает способностью образовывать прочные соединения с поверхностью кислых горных пород, а битумы – с горными породами, обладающими основными свойствами (известняки, доломиты). Битумные материалы, деготь, а также эмульсии на их основе используют при выполнении гидроизоляционныхработ, при производстве кровельных материалов, герметиков, поэтому изучение методов испытания битумов (дегтей) во время лабораторных занятий необходимо уделить большое внимание. В тетрадях по лабораторным работам небходимо законспектировать методику выполнения следующих опытов: 1.Определение глубины погружения иглы. Этим методом определяют твердость битума на приборе пенетрометр. Перед проведением испытаний нефтяной битум необходимо обезводить, для чего чашку с пробой помещают в сушильный шкаф на песчаную баню и доводят до подвижного состояния, нагревая твердые и полутвердые битумы до температуры не выше 120 - 180°С в зависимости от их вязкости. Затем расплавленный битум процеживают через сито с отверстиями 0,6 - 0,8мм и тщательно перемешивают до полного удаления пузырьков воздуха. После остывания проба битума считается подготовленной к проведению испытаний. Вязкость (твердость) нефтяного битума (ГОСТ 11501-78) определяют с прибора в битум под нагрузкой массой 100г в течение 5с судят о вязкости битума Вязкость выражается в градусах, причем 10 соответствует прониканию иглы в битум на 0.1мм. Для проведения опыта чашку с подготовленным битумом помещают в кристаллизтор с водой, нагретой до 25 °С и оставляют на 1 час до испытания. Высота слоя воды должна быть не менее 25 мм. Температуру поддерживают, подливая горячую или холодную воду, но колебания температуры воды в ванне не должны превышать +50С: чашку с битумом в кристаллизаторе с водой устанавливают на столик прибора ; иглу прибора доводят до соприкосновения с поверхностью битума, одновременно устанавливая стрелку циферблата на нуль или фиксируя ее положение зеркалом в течение 5 с; игле дают возможность свободно входить в битум, используя опорную кнопку. Перемещают контактную рейку до соприкосновения со стержнем иглы и по перемещению стрелки определяют глубину проникновения иглы в градусах. Определение повторяют три раза в различных точках поверхности битума. После каждого испытания иглу обтирают тканью, смоченной растворителем. 2. Определение температуры размягчения Температура размягчения (ГОСТ 11506-73) является важным показателем, который необходимо учитывать при использовании битумов для мастичных покрытий верхнего слоя кровель, при изготовлении рулонных и кровельных материалов. Определение температуры размягчения проводят на приборе "кольцо и шар" (рис.1 ). Сам показатель представляет собой условную характеристику перехода битума из упруговязкопластического состояния в текучее и характеризует его теплостойкость На поверхность латунного кольца, заполненного застывшим битумом, укладывают металлический шарик диаметром 9,5 мм и массой 3,5 г. Кольцо устанавливают горизонтально в отверстие на среднем диске прибора. Термометр вставляют в среднее отверстие верхнего диска точно по оси (ГОСТ 11506-73) так, чтобы ртутный шарик был н а н и ж н е м ур о в н е к о л ь ц а . П р и б о р с кольцами и термометром ставят в термостойкийстеклянный стакан, наполненный водой, который ставвят на нагревательный прибор. Скорость н а г р е в а в о д ы н е м е н е е 5 0 / м и н . При нагревании битум размягчается, и стальной шарик вместе с битумом проходит сквозь отверстие кольца. Температуру, при которой шарик коснется нижнего диска прибора, принимают за температуру размягчения. Испытания проводят два раза и температуру размягчения вычисляют как среднее арифметическое двух определений. Ориентировочную температуру размягчения битумов можно определить упрощенным методов. Для этого кусочки битума разминают пальцами. Легкоплавкие битумы с температурой размягчения ниже 50 °С быстро разминаются в руке, размягчаются и прилипают к пальцам. Тугоплавкие битумы, у которых температура размягчения выше 50 °С, размягчаются медленно и при длительном размягчении не прилипают к пальцам, а только оставляют темные следы. Рис. 3. Определение температуры размягчения битума: а – «кольцо и шар»; б – размещение колец на средней полке; в – проход битума с шариком через кольцо. 3.Определение растяжимости (ГОСТ 11505-75) Растяжимость - способность битумов под влиянием растягивающей силы удлиняться без нарушения сплошности, т.е. без образования трещин и разрывов. Показатель растяжимости абсолютное удлинение нити образца в сантиметрах. Растяжимость битума определяют на приборе дуктилометр. Рис.4Дуктилометр:1- сосуд; 2электродвигатель; 4-вяжущее линейка; 6-нить вяжущего вещество; 5разрыва. Для обеспечения постоянных Условий проведения опыта в Дуктилометр наливают воду с температурой 250С. Т.к. битум относится к термопластичныммматериалам. Заранее приготовленные образцы-восьмерки устанавливают в прибор. При включении электродвигателя винт начинает вращаться и образец растягивается. На линейке, установленной на приборе, измеряют удлинение образца в момент разрыва. За растяжимость битума принимают среднее арифметическое значение трех определений. 4.Определение плотности битума (дегтя) Плотность в условиях стройплощадки можно определить следующим образом:в стакан наливают воду, предварительно прокипяченную с целью удаления воздуха, затем из битума делают шарик диаметром около 1 см и погружают его в воду. При плотности больше единицы шарик тонет в воде. Погружение тем быстрее, чем выше плотность испытуемого материала. Добавляя поваренную соль к воде, можно увеличить плотность воды до тех пор, пока шарик не будет плавать в ней в любом уровне. Это произойдет тогда, когда плотность раствора в сосуде будет равна плотности шарика. При погружении шарика в воду к нему могут прилипать воздушные пузырьки, которые необходимо удалить стеклянной палочкой, чтобы не исказить истинную плотность битума. Плотность раствора поваренной соли можно определить ареометром. Чтобы определить марку битума, необходимо провести четыре различных испытания: определить твердость, растяжимость,температуру размягчения и температуру вспышки. Физико-механические свойства нефтяных битумов приведены в табл.3 Таблица 3. Марка битума Температура Растяжимость Глубина про- размягчения, °С, при 25°С, см, никновения не ниже не менее иглы при 25°С, 0,1 мм Строительные битумы (ГОСТ 6617) БН-50/50 БН-70/30 50 70 40 3 41-60 20-40 БН-90/10 90 1 5-20 Кровельные битумы (ГОСТ 9548) БНК-45/180 40-50 Не нормируется 140 - 220 БНК-45/90 40-50 Не нормируется 160-220 БНК-90/40 85-95 Не нормируется 35-45 БНК-90/30 85-95 Не нормируется 25-35 Дорожные битумы (ГОСТ 22245) БНД-200/300 35 Не нормируется 201 - 300 БНД-130/200 39 65 131-200 БНД-90/130 43 60 91-130 БНД-60/90 47 50 61-90 БНД-40/60 51 40 40-60 Для оценки качества поступившего на строительство нефтяного битума, упакованного в таре, вскрывают 2 % всего числа ящиков, бочек или мешков и отбирают от каждого упакованного места один кусок массой около 1 кг. Затем каждый кусок разбивают на куски размером не более25 мм, тщательно перемешивают, разравнивают и последовательным квартованием доводят массу средней пробы до 2 - 3 кг и направляют в строительную лабораторию для испытаний. В лаборатории пробу делят на две части: одну используют для проведения испытаний, вторую хранят в течение двух месяцев на случай повторного испытания. Перед проведением испытаний нефтяной битум необходимо обезводить, для чего чашку с пробой помещают в сушильный шкаф на песчаную баню и доводят до подвижного состояния, нагревая твердые и полутвердые битумы до температуры не выше 120 - 180 °С в зависимости от их вязкости. Затем расплавленный битум процеживают через сито с отверстиями 0,6 - 0,8 мм и тщательно перемешивают до полного удаления пузырьков воздуха. После остывания проба битума считается подготовленной к проведению испытаний. 5 Определение температуры вспышки Температура вспышки – это температура, при которой газообразные продукты, выделяющиеся из битума при нагревании. Образуют с воздухом смесь. вспыхивающую на короткое время при поднесении к ней пламени. Для определения температуры вспышки согласно ГОСТ 433874используют прибор (рис.3), состоящий из наполненного песком большого стального тигля, подогретого нагревателем 6 и внутреннего стального тигля диаметром 64мм и высотой 47мм, толщиной стенок 1мм в который наливают расплавленный битум. Большой тигель вместе с малым тиглем устанавливают в кольцо 1; под него подводят чтобы повышение нагреватель, сверху . Наружный тигель греют так, темпертуры были в пределах 100С/мин. За 400С до ожидаемой вс нагрев уменьшантся до 40С/мин. За 100С до ожидаемой вспышки поджигают зажигательное устроство и медленно проводят по краю тигля на расстоянии 10 – 14мм от поверхности битума. Появление синего пламени над поверхностью битума принимается за момент его вспышки, а температура, отмеченная в этот момент, - за температуру вспышки. Проводят два определения и берут среднее значение. 6..Варианты индивидуальных или групповых заданий 1.Определить вид и марку нефтяного битума. 2.Определить влияние на теплостойкость температуры размягчения битумного вяжущего. 3. Определить адгезию битума с известковым камнем, доломитовым, гранитным, образцом дерева, с керамическим кирпичем и силикатным. 4. Определить влияние полимерных добавок и резинового порошка на свойства битумов и дегтей. 7.Содержание отчета по лабораторной работе В отчете по лабораторной работе необходимо записать цель работы; опыты, оборудование материалы и приспособления; для каждого опыта необходимо схематично зарисовать приборы и коротко законспектировать подготовку образцов и записать полученные результаты,которые затем сравнить с соответствующими гостами. результаты испытаний и выводы. 8.Контрольные вопросы. 1. Какой материал называют битумом и каковы его основные свойства? 2..Какими показателями характеризуется качество битума (маркировка битума)? 3.Области применения битумов разных марок? 4.Какие разжижители имеются для битумов? 5. Что называют дегтями и пеками и как их получают? 6.Как приготавливают битумные эмульсии и пасты? 7.Для чего добавляют тонкомолотые минеральные порошки в асфальтовые бетоны? 8.Какой группововй состав битума? 9.Какой групповой состав дегтя? 10.Чем отличается асфальтобетон от дегтебетона и где их применяют? 11. Каково влияние полимерных добавок в асфальтобетоны? 9. Список литературы 1.Попов Л.Н. Лабораторные испытания строительных материалов. М.,Стройиздат , 2002.3 2.Ким Б.Г., Тур Н.Н, Прохоров Р.Н. Контроль качества материала на объектах строительства. Учебное пособие по дисциплине «Материаловедение», ч 1. Владимир 2010,217с. Лабораторная работа №4. Заполнители бетона.4ч Цель работы. Научиться определять качество песка и щебня как заполнителей бетона. Порядок выполнения работы. В качестве мелкого заполнителя бетонов служит песок – природная или искусственная смесь зерен размером от 5 до 0,15мм. Качество песка определяется его химикоминералогическим составом, формой и характером поверхности зерен, содержанием пылевидных и глинистых частиц, крупностью и зерновым составом. К вредным примесям в песке относятся сернистые и сернокислые органические примеси, оксиды и гидрооксиды железа, минералы, содержащие аморфные разновидности кремнезема, слюда. Крупным заполнителем для бетонов служит гравий или щебень. Гравий – рыхлая горная порода, образовавшаяся в результате естественного разрушения плотных горных пород и состоящая из кусков окатанной формы. Щебень – продукт дробления горных пород. Щебень получают также дроблением гравия. Валунов, доменных, сталепплавильных и других шлаков. Качество крупного заполнителя, так же как и песка, определяется крупностью, зерновым составом, формой, поверхностью зерен и содержанием примесей. Существенное значение имеют петрографические особенности, прочность исходной горной породы, водостойкость и морозостойкость. При испытании щебня и гравия определяют, кроме того, среднюю и истинную плотность, насыпную плотность, пористость и пустотность, влажность и водооглощение, истираемость и другие свойства. Требования к песку нормируются в зависимости от назначения бетона. Необходимо выполнить по песку следующие опыты:1. Определение содержания пылевидных и глинистых частиц; 2.Определение зернового состава и модуля крупности;3. Истинная и насыпная плотности, а также пустотность. По модуцлю крупности пески делят на пять групп: повышенной крупности (3.5≥Мк>3); крупные (3.≥Мк>2.5);средние (2.5≥Мк>2); мелкие (2≥Мк>1.5); очень мелкие (1.5≥ Опыты по щебню: 1.Определение зернового состава щебня; 2.Определение дробимости щебня при сжатии в цилиндре; 3. Определение лещадных и игольчатых частиц; 4.Определение истинной, средней, насыпной плотности и пористости щебня. Варианты индивидуальных или групповых заданий. 1.Определить возможность применения испытываемого песка для гидротехнического бетона зоны переменного уровня воды. Допустимое содержание пылевидных, глинистых и илистых примесей не более 2%. 2. Определить соответствие песка по зерновому составу для бетона железобетонных конструкций класса В22,5-30. 3. Рассчитать по формуле А.С.Ладинского удельную поверхность песка на основании экспериментально полученных данных о его зерновом составе по формул S=6/35k/1000{0,5a+b+2в+4г+8д+16e+36ж ,гдe k – поправочный коэффициент, зависящи й от вида песка; для горного песка k=2, для речных и морских песков средней крупности k=1.65; для мелких и речных песков k=1.3; а,б,в,г,д,е – частные остатки на ситах с размерами отверстий от 5 до 0,14мм; ж – проход через сито 0,14мм и дать заключение о его применении в строительстве. 4.Определить соответствие щебня по зерновому составу для железобетонных конструкций класса В22,5-30. 5. Определить по показателю дробимости марку щебня по прочности 6. Установить для бетона, какой марки по прочности пригоден щебень, если известно, что для бетона М250 и ниже можно использовать щебень Др≤ 16. М300 и М350 - Др≤12, М400 и более Др Содержание отчета по лабораторной работе В отчете по лабораторной работе необходимо записать цель работы; опыты, оборудование материалы и приспособления; результаты испытаний и выводы. Контрольные вопросы 1.Какое воздействие сильно снижает вязкость цементного теста. 2.Выберте целесообразное поверхностно-активное вещество (ПАВ) для пластификации бетонной смеси жирного состава: мылонафт, асидол, сульфитно-дрожжевую барду (СДБ), смолу нейтрализованную воздухововлеченную (СНВ). 3.Какое поверхностно-активное вещество (ПАВ) целесообразно вводить в бетонную смесь тощего состава с целью пластификации: ССБ, СДБ, СНВ? 4. Назовите оптимальную величину добавки мылонафта (% от расхода цемента) для тяжелого бетона: 0.05; 0,1; 0,2; 0.№. 5. Какая из добавок ускорителей твердения обеспечивает большую сохранность арматурной стали в бетоне: CaCl2; NaCl; HHK; Na2SO4. 6. Какой газообразователь используют для получения газобетона и газосиликата?иды технологий, применяемые для получения ячеистого бетона. 8.Пенобетон и пеносиликат – способы получения и добавки,вводимые в их составы. 9. Какое вяжущее используют при получении арболита и какова его структура. 10.Отличительные особенности монолитного бетонирования и виды опалубок, применяемые при бетонировании. 6. Список литературы 1.Попов Л.Н. Лабораторные испытания строительных материалов. М.,Стройиздат , 2002.3 2.Ким Б.Г., Тур Н.Н, Прохоров Р.Н. Контроль качества материала на объектах строительства. Учебное пособие по дисциплине «Материаловедение», ч 1. Владимир 2010,217с. Лабораторная работа №5. Приготовление бетона без добавок и с добавками.4ч Цель работы: ознакомиться с методикой подбора состава бетона, приготовления бетонной смеси и изучение ее свойств. Порядок выполнения работы: знакомство с методикой приготовления бетонной смеси и определение свойст согласно заданию. Бетоны согласно ГОСТ 25192-82 классифицируются по следующим критериям основному назначению, виду вяжущего, виду заполнителя, по структуре. В зависимости от основного назначения бетоны подразделяются на конструкционные и специальные (жаростойкие, теплоизоляционные, декоративные и др.) По виду вяжущего бетоны могут быть на основе цементных, известковых, шлаковых, гипсовых и специальных вяжущих. По виду заполнителей бетоны могут быть на плотных пористых, специальных заполнителях. По структуре бетоны могут быть плотной, поризованной ячеистой и крупнопористой структуры. В зависимости от плотности бетоны условно делят на тяжелые облегченные ρср = 1500… 2000 кг./м3; легкие со ρср.= 2…2500 кг/м3; ρср. < 1500 кг/м3. Прочность бетона зависит от многих факторов, таких как марка цемента, качество заполнителей, качество сцепления вяжущего с заполнителем, водоцементное соотношение,технология приготовления бетонного раствора, режим твердения и условия хранения (эксплуатации) бетонных конструкций.Получение бетонов с заданными свойствами достигается расчетом состава бетона.Показатель основных характеристик качества бетона называют классом (маркой) бетона, которые дают информацию о прочности бетона, способности воспринимать без разрушения определенные сжимающие нагрузки, действующие на конструкцию в процессе эксплуатации. Марку бетона определяют по пределу прочности при сжатии образцов - кубов размерами 15×15×15 см, при другой длине ребер куба 7,07; 10; 20; 30 см предел прочностипересчитывают в соответствии с коэффициентами 0,85; 0,95; 1,05; 1,1. Ориентировочно марку бетона можно определить в любом возрасте (но не менее 3 суток твердения). Стандартными условиями твердения бетона считаются температура 20+5 °С и влажность воздуха выше 90 %. Прочность бетона в возрасте 28 суток (R28) вычисляют по формуле R28=Rnx(lg28/lgn) где Rn - прочность бетона в возрасте n суток, МПа; R28 - то же в возрасте 28 суток, МПа; n - число суток твердения. При проектировании железобетонных конструкций вместо марки бетона R28 вводят показатель класса бетона В. Для перехода от марки бетона к классу применяют формулу В=0,778 R28, где В - класс бетона по прочности. По результатам испытаний (табл.4 ) определяют марку, класс, вид бетона и делают вывод о рациональной области его использования. Таблица4 Предел прочности на Класс бетона Класс бетона сжатие не менее, МПа по прочности, кг/см2 по прочности, МПа 10 100 7,5 15 150 10 20 200 15 25 250 20 30 300 25 35 350 30 40 400 35 45 450 40 50 500 45 60 600 50 70 700 65 1. Определение подвижности (жесткости) бетонной смеси Удобоукладываемость бетонной смеси оценивают по двум показателям подвижности и жесткости. Подвижность является статической характеристикой бетонной смеси, так как оседание отформованного из бетонной смеси конуса происходит за счет собственной массы,жесткость - динамическая характеристика пластичности бетонной смеси, так как ее определение проводят с использованием механического вибрационного воздействия. Рис.3. Определение подвижности бетонной смеси. Подвижность бетонной смеси оценивают по осадке изготовления конуса (ОК) в сантиметрах. Для этого увлажненную внутри форму в виде металлического конуса высотой 300 мм устанавливают на влажную горизонтальную поверхность. Затем форму через воронку заполняют бетоннойсмесью приблизительно равными частями в три слоя. Каждый слой 25 раз равномерно проштыковывают по всей площади на всю его толщину донижележащего слоя металлической штыковкой. По окончании штыкования верхнего слоя поверхность бетонной смеси срезают и затем выравнивают кельмой вровень с краями формы. После этого металлическую форму-конус поднимают вертикально вверх и освобождают от нее бетонную смесь.Жесткость бетонной смеси определяют для малоподвижных смесей по времени вибрации в секундах, необходимому для уплотнения и выравнивания предварительно отформованного конуса из бетонной смеси (метод Б.Г.Скрамтаева). Для этого на виброплощадку со средней частотой колебаний 2900 ±100 в минутуиамплитудой 0.5+0.001мм устанавливают металлическую форму в виде куба размером 200х200х200мм. На дно помещают усеченный конус. Внутреннюю поверхность которого предварительно увлажняют. Заполнение увлажненного конуса бетонной смесью проводят также как и при определении подвижности бетонной смеси. После снятия полого конуса включают вибратор и секундомер, и уплотнение производят до тех пор пока наповерхности формы образуется горизонтальная поверхность. Полученные данные сравнивают с табличными данным. В зависимости от степени готовности бетонной смеси их подразделяют на готовые к употреблению и сухие. Сухие компоненты смешивают с водой уже непосредственно на стройплощадке перед укладкой в опалубку Бетонные cмесиобозначают следующим образом: БСГТ В25 П1 F200 W4 (ГОСТ 7473-85), где БС - бетонная смесь; Г - готовая к употреблению; Т - тяжелая; В25 - класс бетона; по удобоукладываемости; F200 - морозостойкость; W4 - водонепроницаемость, или БСГЛВ12,5 F200W2ПЛ1600, где Л - легкая бетонная смесь, ПЛ1600 -средняя плотность, или БССТВ25П2F200W4, где. С - сухая бетонная смесь. В условиях строительной площадкиориентировочно качество бетонной смеси может быть определено пробой "на лопату". Ударяют лопатой плашмя по бетону и по оставленному следу от лопаты судят о качестве смеси: если при ударе пустоты между крупными частицами не заполняютсяраствором, то его в бетоне недостаточно и при уплотнении в таком бетоне образуются раковины;если приударе лопатой она оставляет глубокий след, бетон содержит избыток раствора, что приводит к увеличенному количеству мелких пор (табл.5). Таблица5. Норма укладываемости Марка по удо- по показателю Жесткость, с Подвижность, см боукладываемости Особо жесткая Повышенно жесткая Жесткая 31 и более 30-21 20-11 — — — Ж4 Ж3 Ж2 Умеренно жесткая 10-5 — Ж1 Малоподвижная Подвижная 4-1 — 4 и менее 5-9 Ш П2 Весьма пластичная Литая — — 10-15 16 и более П3 П4 Бетонная смесь . Качество бетона в полевых условиях определяется по внешнему виду. Правильподобранная бетонная смесь после перемешивания не должна содержать зерен щебня (гравия), не покрытых раствором, наличие непокрытых раствором зерен крупного заполнителя говорит о недостаточности песка в бетоне.Жесткая бетонная смесь должна напоминать влажную землю, она плохо уплотняется штыкованием. 2. Определение средней плотности бетонной смеси (Для определения средней плотности бетонной смеси мерный цилиндр объемом 5 или 15 л (в зависимости от максимальной крупности заполнителя (40 и 70 мм соответственно) заполняют, вибрируют и, добавляя бетонную смесь до появления на поверхности цементного молока, заглаживают поверхность и взвешивают. По средней плотности бетонная смесь классифицируется на легкую (менее 2000 кг/м 3) и тяжелую (более 2000 кг 3. Определение прочности бетона Пробы бетона для изготовления контрольных образцов с целью определения прочности бетона должны отбираться вовремя и в необходимом количестве. В соответствии с требованиями ГОСТ 10180-90 прочность бетона при осевом сжатии, на изгиб, при растяжении и раскалывании определяют путем испытания до разрушения специально изготовленных контрольных образцов. При испытании бетона на сжатие применяют гидравлические прессы. При выборе пресса учитывают, что разрушающая нагрузка должна составлять не менее 0,2 и не более 0,8 от максимальной Pmax для пресса.Пробы бетонной смеси для изготовления контрольных бетонных образцов должны быть по объему в 1,5-2 раза больше, чем требуется для изготовления образцов. Формы и размеры контрольных образцов определяют в зависимости от вида испытания по табл.6. Таблица 6. Вид испытания Форма об- Геометрические размеры образца, мм Определение прочности на разца Куб Длина ребра 70, 100, 150, 200, 300 сжатие и на растяжение при раскалывании Цилиндр Диаметр 70, 100, 150, 200, 300 Высота равна одному или двум диаметрам Определение прочности на Восьмерка Размер рабочего сечения средней части осевое растяжение Призма 100×100; 150×150; 200×200 100×100×400; Определение прочности на квадратного 150×150×600; 200×200×800 растяжение и изгиб сечения Стандартным эталонным образцом для испытания прочности на сжатие считаются кубы размерами 150×150×150 мм. Для изготовления контрольных образцов применяют металлические разъемные формы. Одновременно изготавливают серию образцов с минимальным количеством из 3 штук. Перед бетонированием внутренние поверхности форм смазывают минеральным маслом для предохранения стенок форм от прилипания бетона и от коррозии. Вместе с кубами изготавливают призмы для испытания на изгиб. Образцы, изготовленные из бетонной смеси, испытывают через 28 суток после изготовления. Очень подвижные бетонные смеси (осадка конуса более 12 см) укладывают в один-два слоя штыкованием, уплотняя с помощью гладкого стального стержня 10-20 раз от краев к середине. Более жесткие бетонные смеси уплотняют на лабораторной площадке. Во всехслучаях смесь уплотняют до появления на ее поверхности цементного молока. По окончании уплотнения поверхность выравнивают кельмой, срезая избыток смеси. Затем формы, накрыв влажной тканью, хранят 24 ч в помещении с температурой (20+2) °С. Образцы-призмы накрывают крышкой и хранят в горизонтальном положении. Перед испытанием образцы осматривают, проверяя ровность поверхностей и отсутствие трещин и раковин.Образцы обмеряют с погрешностью не более + 1 мм и взвешивают с погрешностью не более 1 г. Для одной серии испытаний средняя плотность образцов должна отличаться от среднего значения по серии не более чем на 3 номера.Перед установкой образца в пресс его плиты очищают и протирают, образец устанавливают так, чтобы направление нагрузки было параллельно слоям укладки бетонной смеси, установка производится строго по центрированной точке. Включая пресс, образец нагружают непрерывно и равномерно со скоростью (0,6+0,2) МПа в секунду до разрушения образца.редел прочности при сжатии R вычисляют по формуле R=Рр/Р, где Pp - разрушающая сила, кгс; F — площадь, см2. Для перевода Rсж в мегапаскали необходимоRсж = 0,102Pp/F. Для определения класса бетона "В" по прочности на сжатие учитывается нормативный коэффициент вариации V= 13,5 %В =Rсж(1- 1,64V); В=Rсж0,778. При малом числе образцов для вычисления класса бетона можно воспользоваться табл.7 Таблица 7 Класс Средняя Ближайшая Класс Средняя Ближайшая бетона прочность, марка бето- бетона прочность, марка бето- В3,5 В5 В7,5 кгс/см 46 65 98 на М50 М75 М100 В30 В35 В40 кгс/см 393 458 524 на М400 М450 М550 В10 131 М150 В45 589 М600 В15 В20 196 262 М200 М250 В50 В55 655 720 М600 М700 В25 327 М350 В60 786 М800 2 4. Прочность бетона на изгиб Прочность бетона на изгиб определяют на образцах-призмах квадратного сечения размерами 100×100, 150×150 или 200×200 длиной в четыре раза большей размера сечения, т.е. соответственно 450, 600 и 800 мм.Образец-призму устанавливают в горизонтальном положении на две симметрично расположенные шарнирные опоры, укрепленные на нижней плите пресса. Одна из опор подвижная, другая неподвижная. Расстояние l между опорами (испытательный пролет) равно трехкратному размеру сечения призмы, т.е. 1 = 3а. На призму сверху устанавливают две шарнирные опоры (каток 1 и шарнир 2), также симметричные относительно середины и расположенные одна от другой на расстоянии, равном размеру сечения: а=l/3. На опоры укладывают стальную траверсу в центре верхней грани которой укреплен шаровой шарнир. Через шарнир нагрузка Р от верхней плиты пресса передается на траверсу, а от нее через опор - на испытываемую призму в виде двух сосредоточенных сил, каждая из которых равна Р/2 и приложена на расстоянии l/3 одна от другой и от опор призмы.При этом нужно следить, чтобы призма на опоры и опоры на призму опирались плотно по всей ширине, все опоры были перпендикулярны оси призмы, а оси призмы и траверсы находились в одной вертикальной плоскости. Призмы должны быть установлены так, чтобы плоскость изгиба была параллельна слоям укладки бетонной смеси. При испытании нагрузка должна возрастать равномерно со скоростью, соответствующей изменению напряжений (0,05+0,02) МПа в секунду до разрушения образца. Напряжение для принятой схемы испытаний вычисляют по формуле а = Pl/a3, где P - нагрузка, создаваемая прессом, Н; l - испытательный пролет, см; а - размер сечения призмы, см. При вычислении скорости нагружения эта формула позволяет найти требуемое изменение нагрузки ∆Р в секунду при заданной скорости изменения напряжения σ: ∆Р = σа3/l. Например, при изменении напряжения а = 0,05 МПа = 5 Н/см2 в секунду, для образца размерами 15×15×60 см а = 15 см и l = 3а = 45 см, тогда ∆Р = аа /I = (5·153 ): 45 = 375 Н, т.е. скорость нагружения должна быть 375 Н в секунду. При аналогичной формуле определяют и предел прочности Rр.и по данным испытаний Rр.и = Ppl/a3, где Pp - разрушающая нагрузка с учетом тарировочного коэффициента, Н. В обозначении Rр.и индекс "р.и" означает растяжение при изгибе, так как фактически изгибаемая призма всегда разрушается от небольших растягивающих напряжений (на нижней грани). Величина Rр.и практически пропорциональна прочности при осевом растяжении Rр, между ними существует следующая зависимость: Rр = 0,58 Rр.иПри испытаниях на изгиб прочность бетона вычисляют как среднее арифметическое из значений Rр.и для всех образцов данной серии, прочность которых отличается не более чем на 15 %, а разрешение произошло в средней трети испытательного пролета. При испытаниях призмы размерами 200×200×800 м "эталонную" прочность (т.е. прочность 150×150×600 мм) вычисляют умножением полученных значений на коэффициент 1,05, а для призм размерами 100×100×400 мм - 0,95. 5. Механические методы неразрушающего контроля прочности бетона Механические методы неразрушающего контроля прочности основаны на том, что прочность бетона при сжатии связана с другими механическими свойствами: твердостью, сопротивлением отрыву, усилием при скалывании небольшого куска бетона.В зависимости от вида оцениваемого механического свойства используют следующие методы неразрушающих испытаний: пластической деформации; упругого отскока; отрыва (или отрыва со скалыванием); скалывания ребра. Кроме того, в отдельных случаях применяют метод взрыва, забивки и выдергивания стальных деталей, измельчения.Выбор того или иного метода испытаний бетона зависит от цели испытания (контроль качества изделий на заводе, выборочный или сплошной контроль прочности, испытание конструкций из бетона с неизвестными свойствами), формы и размеров изделий (балки, плиты, колонны, массивные элементы с наклонными поверхностями), вида бетона (тяжелый, ячеистый, на легком заполнителе), а также от требований к точности получаемых результатов и удобству проведения испытаний. Метод пластической деформации - наиболее распространенный и основан навдавливании в поверхность бетона стального шарика или другого штампа путем удара или статического давления. По показателю твердости бетона, определенного путем измерения размеров отпечатка (лунки), который остался в бетоне после удара, прочность оценивают, пользуясь тарировочной кривой, полученной по данным параллельных испытаний образцов на прочность и твердость. Метод упругого отскока заключается в том, что специальным ударником легко ударяют по плоскому штампу, прижатому к бетону. Величина обратного отскока ударника от штампа характеризует твердость бетона, по которой с помощью тарировочной кривой вычисляют его прочность. Метод упругого отскока как метод пластической деформации основан на измерении поверхностной твердости бетона. Отличие состоит в способе ее измерения, а также в том, что в бетоне не возникают пластические деформации. Для испытания методом упругого отскока применяют пружинные или маятниковые приборы (молотки). Метод упругого отскока заимствован из практики определения твердости металла. Для испытания бетона применяют приборы, называемые склерометрами, представляющие собой пружинные молотки со сферическими штампами. Молоток устроен так, что система пружин допускает свободный отскок ударника после удара по бетону или по стальной пластине, прижатой к бетону. Прибор снабжен шкалой со стрелкой, фиксирующей путь ударника при его обратном отскоке. Энергия удара прибором должна быть не менее 0,76 Н·м; радиус сферической части на конце ударника - не менее 5 мм. Проверку (тарировку) приборов проводят после каждых 500 ударов. При проведении испытаний после каждого удара берут отсчет по шкале прибора (с точностью до одного деления) и записывают в журнал. Требования к подготовке участков для испытаний, к расположению и количеству мест удара, а также к экспериментам для построения тарировочных кривых такие же, как в методе пластической деформации. . 6. Упрощенный метод определения прочности бетон Марка бетона может быть ориентировочно определена по величине и характеру следа, оставляемого на поверхности бетона от удара молотком или по зубилу, установленному перпендикулярно к поверхности бетона.Удар средней силы должен производиться не менее 10 раз. При попадании молотка на щебенку результат не принимается во внимание. Приблизительно марка по этому методу определяется по табл. 8. Таблица8. Результаты удара ребром Результаты молотка по поверхности бетона зубилу, удара молотком установленному по Марка бетона пер- по прочности пендикулярно к поверхности бетона Остается глубокий след Зубило легко забивается в бетон М50 и ниже Бетон крошится и осыпается. Зубило погружается в бетон на Около М100 При ударе по ребру конструкции глубину около 5 мм. Бетон крошится откалываются большие куски Остается заметный поверхности, могут след вокруг на От поверхности бетона отделяются М100-М200 которого острые лещадки откалываться тонкие лещадки Остается слабо заметный след на Неглубокий поверхности бетона след, лещадки не М200-М400 отделяются При очень сильном ударе по При очень сильном ударе остается М400-М600 ребру конструкции на ее след от зубила глубиной 1-2 мм, при небольшом участке происходит ударе скол бетона около ребра поверхность скалывается 9. Морозостойкость бетона Морозостойкость бетона - способность бетона сохранять физико-механические свойства при многократном замораживании и оттаивании. Морозостойкость бетона характеризуется маркой по морозостойкости. Марка бетона по морозостойкости F – установленное нормами максимальное число циклов замораживания и оттаивания образцов бетона, проводимых по базовымметодам, при котором сохраняются первоначальные физико-механические свойства в утвержденных стандартом пределах. Стандартом установлены следующие марки бетонов по морозостойкости : F25, F35, F50, F75, F100, …, F1000. Методика проведения испытаний на морозостойкость регламентирована комплексом стандартов ГОСТ 1006(0-4)-95.Стандартомустановлены два базовых и два ускоренных метода определения морозостойкости. Виды бетонов и режимы испытаний по этим методам приведены в табл.38. Кроме этого стандарт предусматривает еще два дополнительных ускоренных метода определения морозостой кости: дилатометрический (ГОСТ 10060.3-95) и структурно-механический (ГОСТ 10060.495).(табл.9 Таблица 9 Но- Условия испытаний мер Среда насыще- Среда и темпера- ме- ния и оттаива- тура (°С) замора- тода ния живания Вид бетона Базовые методы 1 2 Вода 5 %-ный водный раствор №С1 Воздушная, Все виды, кроме дорож- минус (18+2)° Тоже ных и аэродромных Бетоны дорожных и аэродромных покрытий Ускоренные методы 2 5 %-ный водный Воздушная, Все виды, кроме дорож- 3 раствор №С1 минус (18+2)° ных, аэродромных и легких 4 Тоже 5%-ный водныйраствор сpm< 1500 кг/м3 Морозостойкость бетона определяют в проектном возрасте при достижении им прочности на сжатие, соответствующей его классу (марке). Образцы изготавливаются в стандартных формах-кубах. Образцы делят на контрольные, предназначенные для определения прочности бетона на сжатие перед началом испытаний, и основные, предназначенные для испытания. Количество и размер образцов бетона в зависимости от метода определения морозостойкости принимают по табл.10. Таблица 10. Метод опре- деления Размер образца, мм Количество образцов, шт. моосновных розостойкости Первый Второй 100×100×100 или Третий или 12 12 6 150×150×150 контрольных 100×100×100 или 70×70×70 Размер образцов-кубов, выбираемых для испытаний, зависит от крупности заполнителя: Наибольший 100×100×100 150×150×150 6 6 6 размер зерен заполнителя, мм Наименьший размер образца, мм 100×100×100 150×150×150 200×200×200. 10.Порядок испытаний Образцы должны быть без внешних дефектов. Средняя плотность образцов бетона в серии не должна различаться более, чем на 50 кг/м3. Массу образцов определяют с погрешностью не более 0,1 %. Все образцы, в том числе и контрольные, перед испытанием насыщают водой (по первому методу) или 5 %-ным водным раствором хлорида натрия (по второму и третьему методам) при температуре (18+2)°С. Для этого образцы сначала погружают в воду (или солевой раствор) на 1/3 их высоты и выдерживают 24 ч; затем уровень жидкости доводят до 2/3 высоты образцов и также выдерживают 24 ч. После этого образцы полностью погружают в жидкость таким образом, чтобы она окружала их со всех сторон слоем не менее 20 мм, и в таком состоянии выдерживают еще 48 ч. Контрольные образцы испытывают на сжатие через 2 4 ч после извлечения из ванны, где проводилось их насыщение. Задача. Бетон М300 с ОК=9 -12см на цементе М400 после тепловлажностной обработки изделий должен иметь предел прочности при сжатии 70% марочного. Достижение для необходимой прочности бетона после тепловой обработки потребовало завышения марки бетона до М400. Для экономиии цемента было принято решение ввести комплексную химическую добавку, содержащую пластификатор и ускоритель твердения. Какая может быть достигнута экономия цемента, если пластифицирующая добавка позволяет на 8% уменьшить расход воды для достижения требуемой подвижности бетонной смеси без снижения прочности бетона, а ускоритель твердения позволяет обеспечить 70-ю прочность бетона М350 после тепловлажностной обработки. Наибольшая крупность щебня 40мм. Решение. Сначала найдем экономию цемента за счет ускорения твердения при переходе бетона из М400 в М350.Из формулы Rб=А Rц(Ц/В – 0.5) следует Ц/В = Rб+0.5 Rц/ А Rц. Расход цемента Ц= (Ц/В) = 195кг. Для бетона М400 расчетное значение Ц/В и Ц соответственно составляют: Ц/В=40+0.5х0.6х40/0.6х40=2.1; Ц =2.1х195=410кг. При изменении марочной прочности бетона В= Rб/ А Rц, где ^Ц - разность цементно-вод-ных отношений необходимых для соответствующих марок бетона; ^ Rб – разность пределов прочности бетона при сжатии для сравнимых марок. При переходе бетона от М400 к М350 ^Ц/В= 40 – 35/0.6х40=0.21. Экономия цемента при введении ускорителя твердения ^Ц1=(^Ц/В)В=0.21х195=41кг, что составляет 10% расхода цемента, необходимого для получения бетона М400Дополнительную экономию цемента за счет введения пластифицирующей добавки можно найти по формуле ^Ц2=(Ц/В) ^В, где ^В,- снижение водосодержания бетонной смеси. Для бетона М350 Ц/В, вычисленное по приведенной выше формуле, составляет 1.96; ^В=195х0.08=13.65кг; ^Ц2=1.96х13.6-27кг. Общая экономия цемента за счет введения комплексной добавки пластификатора и ускорителя твердения ^Ц=^Ц1+^Ц2=41+27=68кг. Она составляет примерно 17% от расхода цемента до введения добавки в бетонную смесь .