Лабораторная работа по строительным материалам

Стандартом предусмотрено  девять типоразмеров бетоносмесителий периодического действия со свободным  перемешиванием с объёмом готового замеса 65, 165, 330, 500, 800, 1000, 1600, 2000 и 300 л. Они  выполняются с опрокидным барабаном  грушевидной формы, с наклоняющимся  двухконусным барабаном и с цилиндрическим неопрокидным барабаном. Бетоносмесители  с объемом готового замеса 64…330 л  выпускаются передвижными, а свыше  – стационарными. 
Передвижные гравитационные бетоносмесители используют для приготовления бетонной смеси с крупностью заполнителя до 70 мм при выполнении небольших объемов работ.

Однородность бетонной смеси  – одно из важнейших требований при изготовлении бетона: если смесь  будет неоднородной, бетон буден  неодинаково прочным в различных  участках конструкции, легко может  разрушиться при нагрузке.

Как же узнать, однородна  полученная смесь или нет? Для  этого из разных мест берут несколько  проб объемом, превышающим размеры  самого крупного зерна заполнителя.

Если все пробы имеют  один и тот же постоянный состав, т. е. одинаковое количество щебня или  гравия, песка цемента и воды, то бетонную смесь можно признать однородной.

2-2) укладка и уплотнение бетонной смеси

Укладка бетонной смеси. Качество бетонных и железобетонных конструкций в значительной мере зависит от способа укладки и уплотнения бетонных смесей.

В заранее подготовленную опалубку (форму) с установленной  в ней арматурой бетонную смесь  обычно укладывают горизонтальными  слоями. При этом смесь должна плотно заполнять весь объем опалубки или  формы, включая углы и суженные места. Для механизации этой довольно трудоемкой операции используют специальные механизмы: бетонораздатчики и бетоноукладчики. Бетонную смесь, как правило, уплотняют вибрированием. Сущность этого метода состоит в том, что бетонной смеси передаются от специальных механизмов — вибраторов колебания высокой частоты, благодаря чему вязкость смеси значительно уменьшается. Такая как бы разжиженная бетонная смесь под действием силы тяжести равномерно распределяется в форме, заполняет все промежутки между арматурой и хорошо уплотняется. В самой бетонной смеси при вибрировании зерна крупного заполнителя укладываются компактно, промежутки между ними заполняются цементным раствором, а пузырьки воздуха вытесняются наружу. При прекращении вибрирования уложенная в опалубку или форму бетонная смесь мгновенно загустевает.

Для уплотнения бетонной смеси применяют вибраторы различных типов. По типу двигателя их разделяют на электромеханические, электромагнитные и пневматические. Наиболее широко используют электромеханические вибраторы. По конструкции различают вибраторы поверхностные, глубинные и площадочные. Выбирают вибратор в зависимости от вида, формы и размеров бетонируемой конструкции. Конструкции с большими открытыми поверхностями (полы, плиты ит. п.) бетонируют поверхностными вибраторами, которые обеспечивают распространение колебаний в толщу бетона на глубину 20—25 см. Перемещать поверхностный вибратор с одной позиции на другую рекомендуется так, чтобы он своей площадкой перекрывал на 10—20 см границу уже провибрированного участка.

При бетонировании массивных  конструкций (фундаменты, колонны и  др.) используют глубинные вибраторы— вибробулавы и вибраторы с  гибким валом. Уплотняют бетонную смесь  внутренними вибраторами по слоям, толщина которых не должна превышать 1,25 длины рабочей части вибратора, а шаг перестановки не должен быть выше полуторного радиуса их действия. 
Продолжительность вибрирования на каждой позиции должна обеспечивать достаточное уплотнение бетонной смеси, основными признаками которого являются прекращение оседания бетонной смеси, появление цементного молока на ее поверхности и прекращение выделения воздушных пузырьков. В зависимости от степени подвижности бетонной смеси продолжительность вибрирования на одной позиции 20—60 с.

На заводах сборного железобетона бетонную смесь уплотняют в формах на стационарных виброплощадках. Применяют, кроме того, и другие способы уплотнения бетонных смесей, например центрифугирование, вибропрессование, виброштампование, вибровакуумироваиие, вибропрокат.

2-3) твердение бетона в различных условиях

Твердение бетона и уход за ним. Бетон, уложенный в опалубку или формы, постепенно и в течение  довольно длительного времени набирает прочность. Рост прочности бетона возможен только при определенных температурных  и влажностных условиях. В нормальных условиях твердения (температура окружающей среды 15—20 °С и влажность 90—100 %) бетон  в течение 28 суток набирает марочную прочность. Твердение бетона значительно ускоряется при повышении температуры среды до 60— 85 °С с обязательным сохранением в бетоне влаги.

Во влажной среде бетон  приобретает значительно большую  прочность, чем на воздухе.

В сухих условиях он быстро теряет влагу, и его дальнейшее твердение  прекращается.

Для того, чтобы уложенный  и уплотненный бетон получил  требуемую прочность в назначенный  срок, за ним необходим правильный уход. Особенно важен уход за бетоном  в первые дни после укладки, иначе  можно настолько снизить качество бетона, что его нельзя будет исправить  даже при последующем тщательном уходе.

Свежеуложенный бетон  выдерживают во влажном состоянии  и предохраняют от сотрясений, ударов, каких-либо повреждений, а также  резких изменений температуры. В  летнее время открытые поверхности  свежеуло-женного бетона следует  укрывать мешковиной, рогожей, песком, опилками или другими материалами  и периодически увлажнять. Поливать бетон начинают не позднее чем через 10—12 ч после бетонирования, а в жаркую ветреную погоду через 2—3 ч. Летом бетон обычно поливают в течение первых 3 сут не реже чем через каждые 4 ч днем и не менее 1 раза ночью, а в последующее время — не менее 3 раз в сутки. Бетон, приготовленный на портландцементе, следует поливать не менее 7 сут, на прочих цементах, в том числе на цементах с пластифицирующими добавками, — не менее 14 сут. Особенно обильно надо поливать ночью. Вместо полива водой поверхности бетона можно покрывать битумной эмульсией, лаком этинрль, латексом и другими жидкими материалами, которые образуют непроницаемую пленку, надежно защищающую бетон от испарения влаги.

Распалубливать бетонные и железобетонные конструкции следует  только после достижения бетоном  определенной прочности, устанавливаемой  путем испытания контрольных  образцов-кубов.

Твердение бетона при температурах ниже 5—10°С значительно замедляется, а при температурах ниже нуля практически  прекращается. Находящаяся в бетоне свободная вода, замерзая, увеличивается  в объеме, что приводит к нарушению  структуры еще не затвердевшего  цементного камня, а это, в свою очередь, снижает конечную прочность бетона. Наиболее опасно замерзание бетона в  период схватывания цемента. Поэтому  основным условием ведения бетонных работ в зимнее время является обеспечение в уложенном бетоне определенной положительной температуры, исключающей замерзание бетона в  раннем возрасте до достижения им к  моменту замерзания 50 % марочной прочности.

Одним из эффективных методов  ухода за свежеуложенным бетоном, например в дорожном строительстве, является покрытие его поверхности пленкообразующими веществами, в качестве которых применяют битумные или латексные эмульсии, синтетический каучук и т. д. на рисунке 1

Рис. 1.  Зависимость прочности бетона при сжатии R_сж в возрасте 28 суток от времени t, ч, между бетонированием и нанесением покрытия на его поверхность

Наряду с этим горизонтальные поверхности после схватывания  бетона покрывают песком или опилками и периодически их увлажняют. Длительность сроков увлажнения зависит от атмосферных  условий: в жаркие дни – до двух недель, а в прохладную погоду –  несколько дней. В холодные дни  бетон следует предохранять от охлаждения, чтобы не замедлилось твердение, и тем более от замерзания.

Чтобы ускорить твердение  и получить так называемую «отпускную»  прочность бетона, составляющую не менее 70% от проектной, применяют различные  методы ускорения твердения бетона. При всех методах ускорения твердения  повышают температуру бетона при  сохранении его влажности. В этих условиях увеличивается скорость реакций  взаимодействия цемента с водой  и значительно повышается начальная прочность бетона. На заводах бетонных и железобетонных изделий наиболее широко применяют пропаривание бетона в камерах периодического или непрерывного действия.При производстве бетонных работ зимой необходимо обеспечить условия для взаимодействия цемента с водой, т. е. предупредить замерзание бетона. Для этой цели используют следующие способы.

Подогрев материалов осуществляют при низких положительных температурах и при морозе до —5° С. Теплотехническим расчетом определяют требуемую при  укладке температуру бетонной смеси, не превышающую 40° С, с тем чтобы  ее остывание 

Способ термоса применяют  для массизных, медленно охлаж-дающихся конструкций. При этом утепляют все  поверхности бетона с тем, чтобы  он остыл до 0° С не раньше, чем  приобретет нужную прочность. Способ термоса  эффективен для конструкций, у которых  модуль поверхности (отношение поверхности  к объему бетона) не превышает 6.

иринаривание — метод, при котором бетон нагревают  паром через двойную или «капиллярную»  опалубку (рис. 55). Пар дает возможность  повысить температуру бетона до 80—90°  С без снижения его влажности, что способствует быстрому твердению  бетона (см. рис. 54).

Электропрогрев бетона осуществляется при пропускании пе-ременного  тока через бетонную смесь. Для электропрогрева  ис-пользуют пластинчатые или стержневые электроды или термо-активную опалубку (см. рис. 55,6), в которой влажные  опилки прогревают током, что создает  вокруг бетона теплую рубашку. Электропрогрев требует довольно сложных устройств, большого расхода энергии и тщательного  надзора за работами во избежание  несчастных случаев. При этом способе  возможно пересушивание бетона и  значительное ухудшение его качества.

Пропаривание и электропрогрев дают возможность вести бетонирование  круглый год.

Электроподогрев бетонной смеси  — метод, при котором готовую  смесь в бункере, до ее укладки  в формы или опалубку, в течение 10—15 мин нагревают электрическим  током. Нагретую смесь укладывают и  уплотняют, а затем применяют  пропаривание, электропрогрев или способ термоса.

Введение в бетонную смесь  химических ускорителей твердения (хлористый кальций, нитрит натрия, поташ и др.)—метод, при котором  бетон может твердеть при отрицательных  температура 

2-4) химические добавки и ускорители твердения

В строительстве применяется  достаточное количество добавок  в бетон, для изменения характеристик  раствора.

Если внимательно пересмотреть, например, ускоритель твердения бетон, можно заметить следующее. В основном, это соли соляной кислоты, такие, как хлористый алюминий, хлористый барий или хлористое железо. Популярными и привычными являются сода и растворимое (жидкое) стекло.

В последние годы достигнут  значительный прогресс в области  разработки различных химических добавок к бетону. Они используются для снижения расхода цемента, увеличения скорости его схватывания, сокращения продолжительности тепловлажностной обработки изделий, придания бетону способности твердеть в зимнее время, повышения его прочности и морозостойкости. Из добавок ускорителей твердения наиболее распространен хлористый кальций СаСl. Количество добавок хлористого кальция составляет 1...3% от массы цемента. Эти добавки повышают прочность бетона в возрасте 3 суток в 2...4 раза, а через 28 суток прочность оказывается такой же, как и у бетона без добавок.

Хлористый кальций применяется  как в сухом виде, так и в  растворе. В сухом виде он добавляется  в заполнитель, в растворе вносится в предназначенную для приготовления  смеси воду с сохранением суммарного количества воды в смеси. Добавление СаСl несколько увеличивает стоимость  исходных материалов, однако за счет более  быстрого набора прочности обеспечивает изготовителю строительных изделий  экономию энергии на обогрев помещения  для их вылеживания перед отгрузкой  заказчику, значительно превышающую  расходы на хлористый кальций, а  также уменьшает количество боя  изделий при транспортировке. 
Большой положительный эффект в производстве бетонных изделий дает использование воздухововлекающих добавок: древесной опыленной смолы СДО нейтрализованной воздухововлекающей смолой СНВ, теплового пекового клея (КТП), сульфитно-дрожжевой бражки (СДБ). Воздухововлекающие добавки улучшают подвижность смеси при заполнении матрицы вибропресса, повышая этим качество поверхности изделий и уменьшая количество боя. Главным достоинством воздухововлекающих добавок является увеличение морозостойкости бетона. Эффект повышения морозостойкости объясняется насыщением пузырьками воздуха пор бетона, что уменьшает проникновение в них воды и препятствует возникновению разрушающих напряжений в бетоне при замерзании капиллярной воды за счет демпфирующего сжатия пузырьков воздуха.

Воздухововлечение несколько  снижает прочность бетона, поэтому  не следует вводить в него большое  количество воздухововлекающей добавки. Например, количество СДБ, вводимой в  бетонную смесь, составляет 0,15...0,25% от массы цемента в пересчете на сухое вещество бражки. Оптимальное количество других добавок не превышает 1% от массы цемента и уточняется экспериментально.

Также, как в СССР, применим в качестве ускорителя твердения бетона, хлористый кальций. Хлорсодержащие ускорители схватывания бетона остаются на рынке самыми надежными, дешевыми и эффективными. Процесс схватывания один из основных качественных показателей, наравне с прочностью бетона. Требования к ускорителям остаются одни и те же. Это возможность приготовления бетонной смеси и ее укладки до начала процесса схватывания.

Современное индустриальное строительство требует ускоренного  лабора прочности при твердении  бетона, особенно при производстве сборного железобетона в заводских  условиях. «Сокращение времени набора отпускной прочности железобетонных изделий необходимо для большей  оборачиваемости форм, более эффективного использования оборудования .и повышения  производительности предприятий.