Разделы: Строительство
Размещена 26.12.2016. Последняя правка: 25.12.2016.
Просмотров - 4671

Испытания бетона

Аль Загаби Ахмед Мохаммед

магистр

Национальный исследовательский московский государственный строительный университет

студент-мк

Ибрагимов Александер Маорович, доктор технических наук, профессор кафедры металлических и деревянных конструкций, институт строительства и архитектуры, Национальный исследовательский московский государственный строительный университет.

УДК 691.32

Введение

Как известно, свойства бетона зависят от времени и условий внешней среды, поэтому испытания бетона следует проводить в определенных условиях. Наиболее часто затвердевший бетон испытывают на прочность при сжатии, из-за простоты этого испытания и ввиду того, что многие, хотя и не все, проектируемые характеристики бетона качественно зависят от его прочности, а главным образом значения прочности бетона при сжатии в конструкции.

Испытания на прочность можно разделить на механические испытания с разрушением бетона и неразрушающие, последние дают возможность повторять испытания на одном и том же образце, что позволяет изучать изменение свойств бетона во времени.

Разрушающие методы испытаний бетона применяются в течение многих лет, но общепринятого стандартного метода испытаний нет. В разных странах, а иногда в одной и той же стране применяют различные методы и приборы. Поскольку многие из этих методов являются лабораторными, принятыми в научных исследованиях, необходимо знать особенности методов испытаний при определении прочности бетона. 

Актуальность: В настоящий момент строительство многоэтажных зданий стало вполне обыденным явлением. Уже никого не удивляет, если высота дома достигает 20-30 этажей. Достигается это благодаря развитию современных технологий и появлению новых материалов.Возводятся такие сооружения на основе конструкций из железобетона. Понятно, что качество многоэтажных домов, прежде всего, обеспечивает прочность бетона, армирование конструкций и соответствие размеров конструктивных элементов размерам, установленным в проекте.

Целью данной статьи является создание оптимальной бетонной смеси, которая обеспечит высшие эксплуатационные характеристики возводимым объектам.

Основные задачи исследования  бетона заключаются в том,что:

1. проверка застывших монолитных образцов в лабораторных условиях по всем знаковым параметрам.

2. обеспечении контроля над качеством бетонной смеси, которая поставляется на строительные площадки с заводов-изготовителей.

Результаты испытаний бетона трудно интерпретировать однозначно, поэтому их обычно рассматривают, опираясь на опыт: [1].

Испытание прочности бетона при сжатии

- испытавемый Образец представляет собой стандартный куб (15 * 15 * 15) CM;

- кубики были испытаны после 28 дней, (выдержка в лабораторных условиях);

- предел прочностипри сжптии  был рассчитан по формуле:

предел прочности при сжатии (бс) = разрушающая нагрузка (кгс)/(15*15) = (кгс/CM²).

на следующей таблице показано результаты испытания: [2].

Испытание прочности бетона при растяжении

- испытавемый Образец представляет собой цилиндр диаметром 15 СМ и высотой 30 СМ;

- цилиндры были испытаны после 28 дней, (выдержка в лабораторных условиях);

-  предел прочности при растяжении был рассчитан по формуле:

 предел прочности при растяжении= 2 * максимальная разрушающая нагрузка (кгс) /π* высота цилиндры (см) *диаметр цилиндры (см) = (кгс) / см².

на следующей таблице показано результаты испытания: [2].

Испытание прочности бетона при изгибе

- испытавемый Образец представляет собой балки длиной 50 см и площадь сечения балок (10*10) см²;

- балки были испытаны после 28 дней; (выдержка в естественных условиях);

- предел прочности при изгибе был рассчитан по формуле:

М = Р * L/6;

I = B⁴/12 = 10⁴/12 =833.33 см⁴;

Y = D/2 = 10/2 = 5 см;

бс= М*Y/I;

на следующей таблице показано результаты испытания: [2].

Процесс застывания

После того как цемент, песок, крупный заполнитель и воду перемешали для получения раствора, между ними начинается сложное взаимодействие, в результате которого образуется совершенно новое соединение со свойственными ему характеристиками. Вода постепенно проникает в цементные зерна, минералы которых вступают с ней в химическую реакцию. Во время протекания этой реакции минералы превращаются в гидросиликаты калия. Этот процесс и называется затвердеванием бетона

Затвердевание не завершается за один день. Для того чтобы бетон обрел необходимую ему прочность и перестал быть пластичным, требуется определенный срок. Его и называют временем твердения. Застывание может длиться годами, что может значительно растянуть процесс возведения сооружений на очень долгое время. Строители не могут ждать так много, и они рассчитали контрольный срок схватывания, по истечении которого конструкция может выдержать расчетную нагрузку: [3].

Контрольный срок схватывания

Чтобы бетон достиг своей марочной прочности при сжатии, нужны благоприятные условия. К ним относят температуру окружающей среды и влажность воздуха.

При высокой температуре и влажности воздуха твердение идет быстрее, а при низких оно замедляется. Воздействие нулевых и отрицательных температур воздуха может остановить процесс схватывания. Оптимальная температура для твердения составляет 20-30 градусов выше ноля, влажность воздуха не должна быть ниже 90%. В лабораторных условиях было установлено, что наиболее активно при описанных условиях твердение с тем происходит в первую неделю после заливки. За этот срок бетон может набрать до 70% своей прочности. 100- процентной марочной прочности достигает через 28 дней после заливки

В реальных условиях температура воздуха не может быть постоянной: днем она выше, а ночью снижается, влажность тоже меняется в разное время суток. Поэтому специалисты рекомендуют подождать с возведением постройки на основание еще несколько дней. Таким образом, можно продолжать строительные работы не ранее чем через месяц после заливки: [4].

Ускорение процесса

28 дней – это контрольное время застывания бетона. Но в некоторых случаях нужно, чтобы процесс схватывания протекал быстрее. Это касается работ, проводимых в зимнее время, или необходимой распалубки объектов в ранние сроки. Для таких случаев можно ускорить процесс застывания в десятки раз. Поскольку бетон созревает быстрее при высокой температуре и влажности, наиболее распространенным методом заводского ускорения является автоклавная обработка или запарка бетонного щебня

В результате этого всего за 15 часов бетон достигает прочности годичного созревания.

его помещают в автоклав-«парилку», где во влажной среде щебень пропаривается под большим давлением. В результате такого пропаривания за 15 часов бетон достигает прочности своего аналога годичного созревания в естественных условиях.

Для ускорения схватывания применяют специальные вещества, которые добавляют в смеси. Необходимый состав и количество добавок устанавливают экспериментальным путем в строительных лабораториях. Ускорители в процентном соотношении к общей массе цемента не должны превышать установленные лабораториями цифры. Так, разрешается добавлять не больше 4% солей азотной кислоты, 2% сульфата натрия и 3% хлорида кальция.

Сульфат натрия можно использовать даже в железобетонных конструкциях, которые предназначены для функционирования в зонах воздействия блуждающего тока. Остальные ускорители крайне нежелательно добавлять в глиноземный цемент или в раствор конструкций, армированных предварительно упроченной при высокой температуре сталью. Если ускорители использовать наряду с автоклавной обработкой, это еще больше сократит время, затрачиваемое на твердение бетона. Ускорить процесс затвердевания могут обыкновенные портландцементы, если к ним добавить мокрый или сухой вибродомол (цемент тонкого помола). В настоящее время выпускают и специальные быстротвердеющие бетонные смеси: [5].

Влияние отношения высоты к диаметру на прочность бетона

Стандартные цилиндры имеют высоту h в два раза больше диаметра d, но иногда применяют и образцы с другими пропорциями. В частности, это относится к случаям, когда берут керны из бетона конструкции: диаметр зависит от размеров прибора для высверливания образца, а высота керна варьирует в зависимости от толщины плиты или элемента конструкции. Если образец слишком длинный, то его можно довести до отношения hfd=2 до начала испытания: при слишком коротком образце необходимо привести прочность бетона к ее значению, как если бы она определялась на образце с отношением hid—2.

Стандарты ASTM 42—57 и BS 1881: 1952 дают поправочный коэффициент, однако Мэрдок и Кеслер показали, что поправка зависит также от уровня прочности бетона. На высокопрочный бетон меньше влияют соотношение размеров образца и его форма; эти два фактора следует связывать между собой, так как существует сравнительно небольшая разница между прочностью куба и прочностью цилиндра при одинаковом отношении h/d.

Влияние прочности на коэффициент пересчета имеет практическое1 значение в случаях низкопрочного бетона, если испытуемый образец имеет отношение hid менее 2. Применяя поправочные коэффициенты ASTM 42—57 или BS 1881 : 1952, можно пересчитать прочность, которая была бы получена при h/d=2.

Общий вид влияния отношения h/dua прочность  Для величин hid меньше 1,5 измеряемая прочность быстро возрастает вследствие ограничения расширения плитами испытательной машины. Если отношение hid варьирует в пределах 1,5—4, то влияние его на прочность невелико, а для значений отношения hid между 1,5 и 2,5 прочность образца находится в пределах 5% от прочности стандартного образца (hld=2), Для величин hid выше 5 прочность падает быстрее и влияние отношения hfd становится очевидным.

Таким образом, ясно, что отношение высоты к диаметру равное 2 является наиболее подходящим, так как незначительные отклонения от этого отношения не оказывают большого влияния на измеряемую величину прочности.

Влияние отношения высоты образца    к наименьшему поперечному размеру на прочность относится также к призмам.

Влияние этого отношения на прочность легкого теплоизоляционного бетона, по-видимому, значительно меньше, чем в обычном бетоне возможно, вследствие открытой текстуры и наличия больших пустот: [6].

Сравнение прочности бетонных кубов и цилиндров

Уже отмечалось, что стягивающее действие плит испытательной машины распространяется по всей высоте куба, но оставляет незатронутым часть испытываемого цилиндра. Следовательно, можно ожидать, что прочности кубов и цилиндров, сделанных из одного и того же бетона, различаются между собой.

В соответствии с BS 1881: 1952 прочность цилиндра равна 0,9 прочности куба, но опытным путем было доказано, что не имеется единой взаимосвязи между прочностью образцов этих двух видов. Отношение прочности цилиндра к прочности куба зависит прежде всего от прочности бетона, и оно тем выше, чем выше прочность бетона, как показано по данным Эванса.

Трудно сказать, какой из этих типов лучше, но имеется тенденция, во всяком случае в научных исследованиях, применять чаще цилиндры, чем кубы, что рекомендовано и РИЛЕМ — Международной организацией испытательных лабораторий. Считают, что цилиндры дают более однородные результаты для номинально одинаковых образцов, так как их разрушение меньше зависит от напряжения на концах образца; их   прочность  также меньше зависит от свойств применяемого в смеси крупного заполнителя; распределение деформирующего напряжения по горизонтальным плоскостям цилиндра более однородно, чем в образцах с квадратным поперечным сечением.

Можно упомянуть и тот факт, что цилиндры изготавливают и испытывают в одном положении, тогда как в кубах линия действия нагрузки находится под прямым углом к оси куба. При сжатии элементов конструкций имеются подобные условия, как и в испытываемом цилиндре, поэтому было предложено считать испытания цилиндра более всего соответствующими реальным условиям. Однако было показано, что направление приложения нагрузки при испытании перпендикулярно или вдоль направления укладки куба не оказывает значительного влияния на прочность, если куб сделан из нерасслаивающегося и однородного бетона.

Более того, распределение деформирующего напряжения при испытании на сжатие таково, что данное испытание является только сравнительным и не дает количественной информации о прочности элемента конструкции: [7].

Истираемость бетона

Сопротивление бетона истиранию можно определять различными методами, каждый из которых основан на воспроизведении истирания бетона в практических условиях. При всех испытаниях показателем истирания является уменьшение веса образца.

При испытаниях на истирание стальным шаром нагрузка прилагается к вращающейся головке, которая отделена от образца стальными шарами.

Испытание с помощью шлифовального круга производят с применением бурового пресса, через который нагрузку передают на 32 вращающихся шлифовальных круга, соприкасающихся с образцом. Головка за время испытаний делает 5000 оборотов со скоростью 190 об/мин, абразивным материалом служит карбид кремния.

Испытания с помощью шлифовальных  кругов    и стальных шаров позволяют определять сопротивление бетона истиранию колесами машин или обувью пешеходов. Склонность к эрозии твердыми частицами в проточной воде измеряют с помощью обработки поверхности бетона зарядом дроби. При этом 2000 кусочков стальных дробинок выбрасывают под давлением воздуха, равным 6,3 кгс/см2, из наконечника диаметром 0,6 см на расстоянии  10 см от образца.

Имитировать практические условия истирания бетона нелегко, и главная трудность испытаний на истираемость состоит в том, чтобы с уверенностью можно было считать результаты испытания соответствующими истинному сопротивлению бетона. показаны результаты трех испытаний на различных бетонах. Ввиду произвольных условий испытаний полученные значения нельзя сравнивать количественно, однако во всех случаях сопротивление истиранию оказалось пропорциональным прочности при сжатии бетона. Испытание со стальными шарами дает лучшее совпадение результатов, чем остальные два метода. BS 1881: 1956 рекомендует испытывать бетонные плиты с помощью свободно падающих стальных шаров во вращающемся контейнере: [8].

Выводы:

1. Прочность бетона образцов - кубиков опорной колонны в осях Л-Н/1-5 И-Н/1-3 - 40.3 МПа, что соответствует 95% проектной прочности.» Следует сказать, что выше представлен только один из многочисленных вариантов но, в целом, протокол лабораторных испытаний бетона подразумевает именно такой вывод.

2. Сами работы должны выполняться не в произвольном порядке, а строго в соответствии с установленными требованиями. Они прописываются в специализированных государственных стандартах: ГОСТ 10180-90, ГОСТ 6133-99, и ГОСТ 12730.1-78. Протокол лабораторных испытаний бетона может включать в себя некоторую другую информацию, что зависит от конкретного случая.

1. Дворкин Л., Дворкин О., Гоц В. Испытания бетонов и растворов. Проектирование их составов. М.: Просвещение, 2014.433 c.
2. Аль мохандисин. URL: http://almohandsen.77forum.com/t10-topic (дата обращения: 18.10.2016).
3. Черкасов Г. Введение в технологию бетона. M.: Наука, 1974.312 c.
4. Рамачандран В. Добавки в бетон. M.: 1988. 572 c.
5. Суздальцева А. Бетон в современной архитектуре. М.: 1981.208 c.
6. Невилль А. Свойства бетона. M.: 1972.344 c.
7. Баженов Ю. Технология бетона. M.: Изд-во АСВ, 2002.500 c.
8. Лермит Р. Проблемы технологии бетона. М.: 1959.297 c.

Комментарии пользователей:

Оставить комментарий