Поширення коливанні в бетонній суміші

Поширення коливанні в бетонній суміші

Закономірності поширення коливань у пружних середовищах були розглянуті в роботі і там же були наведені формули поширення (кільцевих) плоских і сферичних хвиль, виведені на підставі гіпотези Б. Б. Голіцина. Докладні відомості про поширення коливань у пружних середовищах можна знайти в роботах. Експериментальні дані про поширення коливань у ґрунті є в роботах. Ефективність вібрації може бути оцінена правильно, якщо відомий закон поширення коливань від вібратора, незалежно від способів вібрування: внутрішнього, станкового, поверхневого і зовнішнього.

Пропонуємо купити піноблоки в Закарпатті за ціною з заводу

Для вирішення питання про поширення коливань розглянемо випадок роботи внутрішнього вібратора, зануреного в бетонну суміш. Вібратор є джерелом коливань, що передаються частинок бетонної суміші, яка прилягає безпосередньо до вібратора. Якщо повідомити часток бетонної суміші коливання певної частоти і амплітуди, то ця суміш набуває ряд властивостей, властивих рідини.

Завдання бетонування з вібраторами полягає в тому, щоб найбільш повно використовувати здатність бетонної суміші переходити в стан рідини під час вібрування.

Прийоми використання рівнянь поширення коливань

Теоретична залежність між відстанню від джерела коливання г2 і амплітудою коливання А% при відомому значенні амплітуди коливання даного вібратора Л, і відомому коефіцієнті затухання В дає можливість вирішити питання про радіусі дії вібратора

Коефіцієнт загасання коливань може з відомим наближенням характеризувати дану середовище як провідник коливань. Для користування виразом (5) при визначенні радіуса дії потрібно знати коефіцієнт загасання 3 для різних бетонних сумішей, а також значення мінімальних амплітуд коливань, при наявності яких відбувається ущільнення бетонної суміші. При цьому допускається, що амплітуда коливань передається без втрат прилеглим до вібратора часток бетонної суміші.

Безпосереднє обчислення радіусу дії за формулою ускладнене в силу трансцендентності функції; для полегшення обчислень необхідно користуватися таблицями показових функцій. Визначення радіусу дії можна виробляти кривими зміни амплітуд коливань, побудованим для початкової амплітуди вібратора Л,, рівній одиниці, даного діаметра вібратора і різних коефіцієнтів загасання .

Наведені криві для внутрішнього вібратора діаметром 150 їм і трьох значенні коефіцієнта загасання 0,04, 0,05 і 0,06. Щоб визначити радіус дії вібратора по заданій амплітуді коливання вібратора і коефіцієнтом 3, потрібно побудувати криву зміни амплітуд з відстанню від вібратора. Для цього задане значення амплітуди коливання вібратора Лх множиться на зняті з значення До і будується крива. На цьому малюнку побудовані криві для 3 = 0,08 для двох діаметрів наконечника 51 і 75 мм при трьох різних значеннях початкових амплітуд для кожного діаметра. Потім через значення граничної амплітуді для даної бетонної суміші, проводиться пряма, точка перетину якої з кривою зноситься на вісь ординат; так і визначають радіус дії.

За відомим значенням радіусу дії, при відомому значенні коефіцієнта загасання можна, користуючись рівнянням), вирішити зворотну задачу, тобто встановити мінімальне значення амплітуди Лг, при якій ще відбувається ущільнення бетону; радіус дії при цьому має бути визначений іншим способом, наприклад способом електропровідності.

Експериментальна перевірка загасання коливань на відстані від джерела

Для вивчення поширення коливань у бетонної суміші в ЦНИПС був виготовлений електродинамічний виброграф.

Коливальні рухи характеризуються трьома параметрами: амплітудою, частотою і фазою коливання, які і підлягають визначенню. Для цієї мети існують різноманітні прилади, які засновані на электродинамическом принципі. Вибрографы можуть реєструвати прискорення, швидкість чи амплітуду коливань включенням в ланцюг диференціюючою або інтегруючої ланцюга.

Перетворювач механічних коливань в електричні, званий датчиком, являє герметичну алюмінієву коробку розміром 6,2x6,2x6,2 див. Магніт підвішений на двох пружних пластинках з фосфористої бронзи. Дві котушки жорстко прикріплені до кришки коробки; вони входять у жолоба, наявні в магніті. Коробка за допомогою пружної зв'язки з'єднана зі штангою, всередині якої проходить кабель у гумовій опрессовке, що підключається до комутатора на 6 гнізд.

Електрична частина вибрографа складається з четырехкаскадно-го підсилювача низької частоти з загальним коефіцієнтом посилення чотирьох каскадів 175 000. Вихідна напруга може бути подана або на катодний, або на шлейфовый осцилограф або просто на катодний вольтметр.

Котушка датчика, що переміщається в магнітному полі, індукує е. д. с. пропорційну швидкості переміщення котушки відносно магніту.

Щоб отримати можливість фіксації досліджуваних величин у різних точках від вібратора, одночасно встановлюють 5-6 датчиків, підключених до комутатора; шляхом повороту рукоятки комутатора напругу з будь-якого датчика може бути подано на вхід підсилювача. Частотна характеристика підсилювача показала, що при робочому діапазоні частот коливань 25-125 гц спотворення, що вносяться частотою, не перевершують в загальній складності 4%.

Досліди по визначенню коефіцієнта загасання коливань були проведені в залізобетонній формі розміром в плані 2x2 м і висотою 1 м. Датчики в кількості 5 шт. були розташовані на різних відстанях від вібратора на рівні 40 см від дна форми. Форму заповнювали бетонною сумішшю складу 1:7 і рухливістю по конусу 2 див. Вібратор мав частоту 6 000 к/хв і амплітуду коливання 0,35 мм Відліки по екрану катодного осцилографа виробляли після 60, 90, 150 і 210 с. вібрування з перемиканням датчиків за допомогою комутатора. Показані експериментальні криві зміни амплітуд коливань і відповідних їм швидкостей з відстанню від вібратора. Результати індивідуальних визначень швидкостей і амплітуд вказували на малий розкид точок, що укладаються на плавну криву. Між амплітудою і швидкістю коливань при дослідженій частоті коливання було гарне відповідність.

Експериментальна крива добре збігається з теоретичної не рівнянню при коефіцієнті затухання. Обробка експериментальних даних інших авторів показало гарну відповідність теорії (гіпотеза Б. Б. Голіцина) з досвідом.

Суцільною жирною лінією показана теоретична крива зміни амплітуди коливання в міру видалення від їхнього джерела, побудована за рівнянням, а пунктирною лінією - експериментальна крива. Коефіцієнт загасання коливань для бетонної суміші рухливістю по конусу в 1 см виявився рівним р = 0,0575 а для бетонної суміші рухливістю 4 см в останньому випадку одиниця енергії поглинається в шарі бетону товщиною 19 див.

Обробка результатів інших дослідів за формулою для кільцевої плоскої хвилі дала, наприклад, коефіцієнт затухання Р = 0,096 див. Відхилення індивідуальних точок від теоретичної кривої не перевищували 25%. По рівнянню для сферичних просторових хвиль коефіцієнт загасання виявився рівним р = 0,032 см^-1 при відхиленні від теоретичної в межах 40-28%. Експериментальні точки можна з відомим наближенням укласти в рівняння сферичних, просторових хвиль, але абсолютна величина коефіцієнта загасання виходить при цьому меншою. Краща збіжність теорії з досвідом є при використанні рівняння кільцевих хвиль, відповідних плоскої задачі, яким і рекомендуємо користуватися.

Вплив різних факторів на поширення коливань

З аналізу експериментальних даних можна зробити висновок, що зі збільшенням часу вібрування коефіцієнт затухання зменшується і коливання поширюються на більш далеку відстань. Характерно, що зі збільшенням часу вібрування з 30 до 60 сек. в прикордонному до вібратора шарі амплітуда коливань збільшилася; при подальшому збільшенні часу вібрування до 210 с. амплітуда коливань у прикордонному шарі не змінювалася.

Великий вплив на коефіцієнт загасання має час вібрування; у перші моменти вібрації (поки не встановився стійкий стан) коефіцієнт загасання більше. По мірі залучення більшої частини бетонної суміші в коливання коефіцієнт затухання зменшується і після 60 сек. вібрування зазвичай стабілізується. Після 30 сек. вібрування коефіцієнт загасання був 0,145, а зтем зменшився до 0,073 см^-1 і не змінювався до 210 с. вібрації.

Безпосереднє визначення радіусу дії вібратора способом електропровідності також вказує на те, що вплив часу вібрування на радіус дії помітно лише в початковий період. Продуктивність вібратора є функцією радіуса дії і часу вібрування, причому максимум продуктивності відповідає оптимальному часу вібрування. Зі збільшенням часу вібрування радіус дії збільшується, але, починаючи з деякого моменту, продуктивність починає зменшуватися.

Коефіцієнт загасання коливань при малій початковій амплітуді коливань менше, ніж при великій. Наприклад, при амплітуді 0,04 мм коефіцієнт загасання виявився рівним 3 = 0,0472 см-1.

Бетони на в'яжучому з додаванням глини

Бетони на в'яжучому з додаванням глини або трепелу мають значно більший коефіцієнт загасання коливань, ніж бетон на портландцементі. Мала ефективність вібраторів при обробці бетону на пуцоланових портландцементах була виявлена при бетонуванні гідротехнічних споруд, а також при порівнянні радіусів дії вібратора при обробці ним бетонних сумішей на різних цементах.

Із збільшенням рухливості бетонної суміші коефіцієнт затухання зменшується. Наприклад, при рухливості бетонної суміші 1 см був отриманий коефіцієнт загасання 3 = 0,0575 см^-1 або одиниця енергії поглиналась в шарі товщиною 17 см, а при рухливості 14 см коефіцієнт загасання був 3 = 0,0465 см~* і, отже, одиниця енергії поглиналась в шарі товщиною 22 див. В бетонній суміші на гравії коливання поширюються краще, ніж в бетонній суміші на щебені. Коефіцієнт загасання для щебеню 0,041, а для гравію 0,023 см~л , тобто майже в 2 рази менше.

Збільшення радіусу наконечника вібратора з 25 до 75 мм, тобто на 50 мм, викликає збільшення радіусу дії вібратора на 120-170 мм, в залежності від величини мінімальних амплітуд. Подальше збільшення радіусу вібратора з 75 до 150 мм, тобто на 75 мм, дає збільшення радіусу дії на 140-150 мм, тобто в 2 рази більше, ніж збільшення діаметру.

Ця обставина обумовлює доцільність збільшення радіусу вібратора, якщо це збільшення не обмежується іншими виробничими міркуваннями (наприклад, від відстані між стрижнями арматури).

На радіус дії вібратора впливає форма наконечника вібратора і форма епюри амплітуди.

Епюра розподілу амплітуд по висоті робочої частини становить для більшості вібраторів трикутник. Для трикутної епюри амплітуд при 3=0,05 смгх і 3 = = 0,08 см~1і при циліндричній поверхні робочого наконечника теоретично повинні отримати зони ущільнення, обмежені кривими. Практичні криві рівного ущільнення, (изоомы) при визначенні радіуса дії способом електропровідності мають зазвичай дещо більш опуклу форму. Пояснюється це тим, що вібратор в нижній частині має циліндричну, а конусоподібну або сферичну форму, внаслідок чого передаються часткам зусилля розкладаються на нормальні та дотичні. Конусна частина обумовлює вигин кривої ущільнення опуклістю вправо, так як нормальна складова виробляє корисну роботу. Нахилом нормальної складової до горизонту пояснюється ущільнення бетонної суміші нижче вершини конуса вібратора. Друга складова спрямована догори; вона прагне підняти вібратор вгору і в той же час розпушити бетон.

Дотичні складові, розподілені по циліндричній частині, прагнуть ущільнити бетон біля поверхні вібратора і засмоктати вібратор вниз. Результуюча цих двох зусиль дає силу засмоктування вібратора або, навпаки, виштовхуючу.

Найкращим виявиться вібратор, у якого дотичні сили виявляться врівноваженими; занурення і витягування вібратора буде вимагати однакового невеликого зусилля. Для збільшення ефективності вібратора корпус по всій висоті робиться рифленим; рифи трикутної форми одночасно покращують умови роботи корпусу на знос. Продуктивність вібратора з однаковою амплітудою при тій же потужності може бути в 1/р рази більшою, ніж у існуючих внутрішніх вібраторів з трикутної епюрою.

Дослідження Л. П. Петрунькииа показали, що при збереженні потужності, затрачуваної на коливання, теоретична продуктивність вібратора з однаковою амплітудою по висоті робочої частини в 2 з гаком рази більше продуктивності вібратора, у якого нульова точка співпадає з амортизатором коливань.

Міркування про те, що переваги вібратора з однаковою амплітудою практично не можуть бути використані йотой причини, що при зануренні і витаскуванні вібратора частина його, створює найбільшу амплітуду, двічі пройде товщу бетону, не підтверджується результатами випробувань вібраторів із зануренням у середу різної щільності.

Коефіцієнт загасання для в'язкої бетонної суміші

Динамічний стан, що має вібратор в повітрі, не зберігається при зануренні його в середу великої щільності, при цьому максимальна амплітуда при зануренні в середу більшої щільності може стати мінімальною і навпаки.

Коефіцієнт загасання для в'язкої бетонної суміші з осіданням конуса 4 см при показнику структурної в'язкості 5-7 сек. виявився рівним р =0,096 см~До

При двох інших дослідах з бетонною сумішшю рухливістю 2-4 см були отримані значення коефіцієнта загасання після 60 сек. вібрації відповідно 0,0695 і 0,073 см~До Середній з трьох коефіцієнтів загасання коливань у в'язкій бетонної суміші з осіданням 2-4 см і при показнику структурної в'язкості в межах 7-10 сек. складає ?3 =0,079 СМ"1.

Порівнюючи коефіцієнт загасання з результатами, отриманими при аналогічних умовах (частота 6 000 кат/хв) Л. П. Пструнькиным 3=0.0657 елг1, знаходимо відповідність. Розходження в коефіцієнтах затухання обумовлюється різною в'язкістю застосованих бетонних сумішей.

Із зменшенням частоти коливання (в досліджених межах) коефіцієнт загасання в бетонній суміші зростає, тобто коливання при низькій частоті затухають швидше. Ці дані вказують на безумовну вигідність високої частоти. Питання про межі високої частоти не вирішене. Є дані, що вказують на збільшення коефіцієнта загасання коливань після 10 000-12 000 кол/хв

Зменшення коефіцієнта загасання зі збільшенням частоти коливань встановлено дослідами Л. П. Петруиькина. Ним отримані, наприклад, коефіцієнти загасання 5-0,0656 см при 3 000 кол/хв, 0,0557 см при 4 500 к/хв і 0,0404 1 см при 6 000 к/хв. Л. П. Петрунькин показав безпосередніми дослідами, що радіус дії внутрішнього вібратора збільшується зі збільшенням частоти коливань. При випробуванні внутрішніх вібраторів було встановлено, що при високій частоті значно підвищується ефективність вібратора. Наприклад, зі збільшенням частоти з 3 000 до 6 000 кол/хв радіус дії вібратора збільшився вдвічі, а продуктивність приблизно в 4 рази. Збільшення радіусу дії при високій частоті супроводжувалося підвищенням споживаної вібратором потужності. З точки зору витрати енергії висока частота має перевагу перед низькою, так як внаслідок малого коефіцієнта загасання продуктивність вібратора підвищується більшою мірою, ніж витрата енергії.

В результаті проведених дослідів можна зробити загальний висновок про те, що коефіцієнт загасання коливань в бетонної суміші залежить від: структурної в'язкості бетонної суміші і частоти коливання ів меншою мірою від величини обурює сили або початкової амплітуди при заданій частоті.

Для попередніх розрахунків вібраторів можна прийняти такі значення коефіцієнтів загасань.

Коефіцієнти належать до плоских хвиль. Знаючи коефіцієнти загасання коливань для бетонних сумішей з різними властивостями і визначивши досвідченим шляхом амплітуду коливання самого вібратора, можна обчислити за рівнянням криву загасання коливань і, користуючись нею, вирішувати практичні завдання.

Коливання в грунті, на думку багатьох дослідників, затухають швидше у вертикальному напрямку, ніж у горизонтальному. Експериментальні дані про загасання вертикальних коливань в бетоні були отримані в роботах Вифина та ін. Для вимірювання коливань в бетонній суміші застосовували - п'єзоелектричний акселерометр діаметром 30 мм і висо тієї 20 мм. За допомогою акселерометра і підсилювача з інтегруючими пристроями записували прискорення, швидкість і амплітуду коливань. Датчики зміцнювали на вібраторі і на різній глибині в бетоні. Записи робили, коли віброрейка знаходилася над датчиком і коли вона наближалася і віддалялася від місця розташування датчиків. Були побудовані криві рівних амплітуд коливань під рухається у зазначеному напрямку вибробрусом. В кожному перерізі по висоті амплітуди коливань загасають; при цьому закономірність загасання вертикальних коливань інша, ніж горизонтальних.

Ефективність вібрації при різних частотах коливань і різної крупності заповнювачів

Зазвичай вважають, що висока частота коливань більш ефективна, ніж низька. Під ефективністю розуміється зменшення часу, потрібного на укладання або поліпшення якості укладеного бетону, його міцності, щільності і зовнішнього вигляду. Вважають, що частоту коливань треба вибирати у відповідності з крупністю вживаного заповнювача. Зокрема, для великих заповнювачів зазвичай рекомендують більш низьку частоту коливань (4 500 к/хв і нижче), ніж для дрібних заповнювачів.

Ущільнення бетонної суміші більш ефективно для тих зерен, частота власних коливань яких наближається до частоти вимушених коливань, і, отже, вібрація з великою довжиною хвилі діятиме на великі зерна, а більш часта вібрація на більш дрібні зерна. З іншої точки зору одна частота коливання не вирішує питання про ефективність вібратора, так як можна отримати надзвичайно високу частоту, але супроводжувану настільки малою амплітудою коливання, що вібратор взагалі не в змозі зробити який-небудь ефект. З експлуатаційної точки зору високочастотні вібратори гірше тому, що вони швидше зношуються. Вважають, що термін служби вібратора з частотою 10000 кол/хв у 3 рази менше, ніж для низькочастотного вібратора (3 500 кол/хв).

З іншого боку, перевага високочастотних вібраторів полягає в тому, що зі збільшенням частоти коливань при збереженні тієї ж потужності зменшуються вага механізму і його габарити. Для рухливих бетонних сумішей зазвичай рекомендують застосовувати низьку частоту, а для жорстких бетонних сумішей високу частоту близько 4 000-6 000 к/хв. При високочастотної вібрації з малою амплітудою поверхню бетону виходить кращою, ніж при низькочастотної вібрації з великою амплітудою. Велике значення частоти коливань при ущільненні бетонної суміші спонукало до постановки дослідів з перевірки ефективності ущільнення бетонної суміші при різних частотах.

Значення міцності бетону при різних частотах практично однакові, якщо мати на увазі міцність, отриману при граничною амплітудою або швидкості коливання. Висока частота коливань сама по собі не є чинником, що підвищує міцність бетону. Частота коливань не відображається на міцності бетону, якщо швидкість руху не нижче граничної, але впливає на продуктивність вібратора. Для ілюстрації при водимо графік зміни тривалості вібрації, отриманий для бетонної суміші з крупністю зерен до 40 мм при складі 1 : 2,65 : 5,1 і при В/Ц = 0,5, з якого видно, що тривалість вібрування при одній і тій же швидкості коливань менше частоти 2 000 кол/хв, ніж для 3 500.

Максимальна міцність бетону

Максимальна міцність, досягнута при частоті коливань у межах від 1 500 до 7 500 кол/хв, мало відрізнялася одна від одної. Застосування вібраторів з високою частотою коливань не може служити засобом збільшення міцності бетону. Частота 7 500 кол/хв виявилася ефективною в сенсі збільшення міцності бетону з дрібним заповнювачем крупністю 5-20 мм. Збільшення міцності досягається при порівняно великих швидкостях і становить 20-35%.

Відомості про підвищення міцності литого бетону з застосуванням високої частоти до 30%, мабуть, що носять рекламний характер, і до них слід ставитися з обережністю, так як немає підстав припускати збільшення міцності для литих бетонних сумішей; що стосується жорстких бетонних сумішей, то у разі їх застосування можна очікувати деякого збільшення міцності (до 35%), якщо режим вібрування вибрано в відповідності з крупністю застосованого заповнювача. Для дрібних заповнювачів більш ефективна висока частота колебаний1.

Високочастотні вібратори володіють тим перевагою, що при підвищенні частоти можна підвищити потужність без збільшення габаритів і ваги механізму. Потужність двигуна пропорційна крутному моменту і числа обертів. Підвищення потужності шляхом збільшення крутного моменту викликає зростання габаритів і ваги механізму за рахунок більшого перерізу деталей.

Застосування високої частоти коливань дозволяє зменшити час вібрування виробу за рахунок:

а) кращого поширення коливань при високих частотах внаслідок меншого коефіцієнта загасання коливань;

б) зменшення структурної в'язкості вибрируемой бетонної суміші при високих частотах.

Низька частота коливань ефективна лише при укладанні пластичних бетонних сумішей, застосування яких викликає перевитрата цементу і подовження строків теплової обробки бетону.

Застосування вібраційних майданчиків з високою частотою коливань дає можливість укладати жорсткі бетонні суміші, що особливо важливо при заводському виробництві і дозволяє повністю використовувати переваги вибрированпого бетону, а саме: а) зменшити витрату цементу, б) зменшити терміни пропарювання з відповідним збільшенням продуктивності заводу, в) скоротити "час формування виробів та збільшити к. п. д. віброплощадки і г) поліпшити зовнішній вигляд виробів.

Перевага переходу на високу частоту коливань полягає в можливості значного зменшення термінів пропарювання. Це обумовлюється більш інтенсивним ростом міцності бетону при низькому водоцементном відношенні як при нормальному зберіганні, так і при пропарюванні.

Термін пропарювання бетону

Наведено дані щодо міцності вибрированного бетону з нульовою осадкою конуса при В/Ц=0,6 при різних строках пропарювання (на підйом температури і охолодження давали по 2 години).

Можна зменшити термін пропарювання до 4 год. і отримати міцність, достатню для розпалублення при активності (300) і нормальних витратах цементу.

Перевірка можливості зменшення термінів пропарювання із застосуванням високої частоти коливань була проведена на одному з заводів залізобетонних изделий1; при цьому була встановлена реальна можливість зменшення терміну пропарювання плит до 5 год. (чистого пропарювання) за умови укладання бетонної суміші високочастотним вібратором.

Результати дослідів по ущільненню розчину коливань ультразвукової частоти, проведені Л. П. Петрунькиным і Ю. П. Петрунькиным в 1932-1934 рр.., показали, що для ущільнення бетонної суміші звукові частоти, а тим більше ультразвукові частоти не є ефективними. Найвигідніші частоти знаходяться в області від 100 до 500 к/сек.

Застосування вібрації високої частоти може дати ряд переваг:

а) збільшення продуктивності вібраторів при збереженні їх потужності;

б) скорочення строків пропарювання при виготовленні залізобетонних виробів;

в) зменшення витрати цементу з переходом на укладання жорстких бетонних сумішей;

г) збільшення міцності бетону на дрібних заповнювачах до 35%;

д) зменшення ваги вібратора і полегшення роботи з ним;

е) поліпшення якості і зовнішнього вигляду виробів за рахунок кращого заповнення форми бетонною сумішшю і кращого обволікання арматури, а також за рахунок зменшення кількості повітряних бульбашок на поверхні.

До недоліків високої частоти слід віднести більш швидкий знос механізмів і необхідність у спеціальних перетворювачах частоти ― периодумформерах.

Щільність і міцність бетону вибрированного

Основним фактором, що впливає на щільність і міцність бетону, є вода замішування, яка береться в кількості, що значно перевищує необхідну для хімічної взаємодії цементу з водою. В кінці XIX століття було відомо, що міцність бетону залежить від вмісту води і цементу, а при різного ступеня ущільнення-і від кількості пустот або пор в бетоні. Цей фактор, що визначає щільність і міцність бетону, був встановлений професором Петербурзької інженерної академії II. А. Житксвичем в його книзі «Бетон і бетонні роботи», виданої в 1897 р.. Міцність бетону, як встановив проф. Н.А. Житкевич, залежить від витрати цементу і води на 1 м³ бетону, що може бути виражено водоцементным ставленням. Ця залежність базується на більш ранній роботі російського зодчого В. Малюги, який у 1895 р. опублікував роботу «Склади і способи приготування цементного розчину (бетону) для отримання найбільшої фортеці».

Максимальне значення міцності вибрированного бетону виходить при менших значеннях В/Ц, так як вібруванням вдається ущільнити більш жорсткі бетонні суміші.

Для практичних цілей зручно користуватися емпіричної формули залежності міцності бетону від активності цементу і цементно-водного, а не водоцементного відносини, яка має вигляд

Коефіцієнт К, за даними проф. Б. Р. Скрамтаева, для щебеню дорівнює 0,55, а для гравію активність цементу за ГОСТ 310.4-81.

За дослідженнями канд. техн. наук Р. В. Горчакова, проведеним в НИИЦементс, у зв'язку з введенням нового стандарту на випробування цементів у пластичних розчинах, найкращий збіг досвідчених даних з обчисленими за формулою (6) виходить при коефіцієнтах: для щебеню До = 0,4 замість 0,55 і З = 0,58 замість 0,5. При цих коефіцієнтах середнє квадратичне відхилення дослідів становила 22%. У пізнішій роботі були прийняті коефіцієнти К = 0,47 і С = 0,6.

За даними Гипроцемента, хороші результати для щебеню виходять при коефіцієнтах До = 0,6 і З = 0,72.

Побудовані криві рекомендованими значеннями коефіцієнтів. Крива Гипроцемента укладена між кривий НИИЦемента та нормативної кривої. При малих В/Ц криві Гипроцемента збігаються з нормативної кривої, а при великих В/Ц ― з кривою НИИЦемента.

Відмінність у запропонованих коефіцієнтах пояснюється головним чином тим, що при постановці дослідів були нерівні умови. Важливим чинником, що змінює міцність вибрированного бетону на міцних заповнювачах, є склад бетонної суміші. Склади з великою кількістю цементу при тих же значеннях В1Ц володіють меншою міцністю і, навпаки, склади, більш худі, але досить ущільнені вібруванням дають бетони підвищеної міцності.

Склади бетонів на гранітному щебені

Склади бетонів на гранітному щебені та наведено результати випробувань на стиск у віці 7 та 28 дієн. Склади 1 : 7 і 1 :8 показали більшу міцність, ніж склади 1:5 і 1:6. Це розходження позначається при великих значеннях В/Ц, тобто при малій міцності цементного каменю.

При малих витратах цементу товщина плівки цементного каменю найбільш слабкою частини бетону менше, ніж у бетонів з підвищеною витратою цементу; міцність гранітної щебінки - 2 000 кг/см2, а міцність цементного каменю при малих В/Ц - близько 400 кг/см2.

Насичення бетонної суміші міцним крупним заповнювачем призводить до підвищення межі міцності при стисненні. Якщо взяти міцність бетону при складі 1 :5 за 100%, то збільшення міцності для складу 1 :7 складе-33%.

Результати цих дослідів пояснюють розбіжність коефіцієнтів у формулах міцності Гипроцемента і ПИИЦемента. Нанесені результати дослідів з бетонами різного складу 1 : 6 і 1:9, виготовленими на дуже міцних заповнювачах без надлишку піску. Склад 1 :6 дав менші значення міцності і крива близька до кривої НИИЦемента, а склад 1 :9 показав більш високі міцності, і точки лягли нижче нормативної кривої з коефіцієнтами К = 0,55 і З = 0,5.

Результати випробувань бетонів віброваних

Результати випробувань віброваних бетонів на стиск незмінно вказували, що міцність вибрированного бетону на міцних заповнювачах залежить не тільки від Ц/В, але і від складу. У складах бетону з меншою витратою цементу, добре ущільнених вібруванням, зусилля при стисненні передаються через скелет з заповнювачів, а не через прошарку більш слабкого цементного каменю. При цьому підвищення міцності може доходити в окремих випадках до 80%.

Зміна складу бетонної суміші впливає на міцність вибрированного бетону при міцних заповнювачах і може викликати збільшення міцності при щільній укладці вібраторами у середньому близько 35%.

Нормативна крива з коефіцієнтами К = 0,55 і З = 0,5 є більш економічною по витраті цементу. Таке проектування складу бетону дає економію цементу не менше 50 кг на 1 м3. Для досягнення цих значень міцності потрібне ретельне проектування складу бетонної суміші з мінімальною витратою цементу при можливо меншій кількості піску.

Велике значення на міцність бетону надає водопоглинання заповнювачів; при поглинанні великої кількості води змінюється дійсне/Ц, а отже, і міцність бетону.

Крива залежності відносини від В/Ц для цементів різної активності, для щебеню і для гравію. По відношенню знаходимо водоцементне відношення, а зміщуючи шкалу абсцис, можна користуватися однієї кривої для гравію і для щебеню.

Рекомендується користуватися кривою, перевіреної на місцевих матеріалах шляхом виготовлення пробних замісів, розрахованих для трьох значень Ц/В за формулою.

Аналогічні криві залежності рекомендують В. М. Москвін, проф. Б. Р. Скрамтаев, канд. техн. наук В. М. Френкель.

Міцність вибрированного бетону не відрізняється від міцності бетону ручної укладки, якщо досягнута однакова ступінь ущільнення. Відмінність у міцності бетонів можна отримати в тих випадках, коли укладають жорстку бетонну суміш і не досягається належна щільність бетону при ручній кладці.

При низьких значеннях В/Ц можна отримати високу міцність бетону у разі укладання його вібраторами. При ручному укладанні міцність бетону зменшується, як тільки водоцементним фактор стає менше певної величини. Бетон з меншим водоцементным фактором погано піддається укладанню вручну, і міцність його знижується. Водоцементне відношення, починаючи з якого знижується міцність із зменшенням В/Ц для вибрированного бетону менше, ніж для бетону ручної укладки. Це обставина і дозволяє отримати при вибрировании більшу міцність бетону, ніж при ручному укладанні. Зі збільшенням витрати цементу граничне значення В/Ц зменшується; для вибрированного бетону граничні значення В/Ц.

Користування маркою бетону

Щоб відшукати за відомою активності цементу і заданої міцності бетону необхідне водоцементне відношення, можна користуватися формулою

Користування маркою бетону у віці 28 днів іноді створює незручності при виробництві робіт. Крім того, цементи високої активності (марка 400) досить швидко набирають міцність у часі, і остання часто стабілізується вже до віку 7 днів. Тому потрібно вміти визначити міцність бетону в більш ранньому віці, ніж 28 днів.

Щоб врахувати вплив віку бетону, вважають, що міцність бетону знаходиться в лінійній залежності від логарифма часу.

Формули і графіки для розрахунків міцності бетону рекомендується перевірити на місцевих матеріалах.

Значення менше двох, що наближаються до 1, більш економічні; вони можуть бути застосовані при ефективній механізованому укладанні жорстких бетонних сумішей з малою витратою цементу.

Міцність бетону зазвичай розраховується, виходячи з припущення, що бетонна суміш ущільнилася до межі і бетон досяг найбільшої щільності.

Оптимальний вміст піску у бетонній суміші

В ній Ц, П і Щ ― вага цементу, піску і щебеню в 1 м³ покладеного бетону, ― питомі ваги цементу, піску і щебеню. Коефіцієнт До враховує воду, пов'язану цемснтом в процесі гідратації. Ця величина залежить від віку бетону, виду цементу і водоцементного відносини.

Для підрахунку пористості бетону зазвичай приймають дещо перебільшене значення До = 0,2.

Питання про оптимальний вміст піску в суміші заповнювачів і про гранулометрическом складі заповнювачів бетону стосовно ручному укладанні добре вивчений (мається близько 100 робіт). Тому тут наведено загальні настанови щодо розрахунку вмісту піску в суміші заповнювачів для вибрированного бетону.

Міцність цементного каменю, що визначається водоцементным ставленням, зумовлює в основному міцність бетону; гранулометричний склад заповнювачів позначається головним чином не на міцності, а на рухливості бетонної суміші і економічності бетону. Деякий вплив гранулометричного складу на міцність є; міцність вибрированного бетону з надмірним вмістом піску менше, ніж міцність бетону з оптимальним вмістом піску. Зменшення міцності може досягати 14%. Це має місце у випадку застосування міцних заповнювачів. Вплив вмісту піску для складу 1 :6 при В/Ц = 0,6.

Вартість бетонів з різним вмістом піску і крупного заповнювача в кожному окремому випадку можна визначити, враховуючи місцеві умови. При цьому слід мати на увазі ще й те, що дрібний заповнювач вимагає більше цементу для досягнення однакової легкоукладальності.

Оптимальний вміст піску в суміші заповнювачів визначається умовою удобообрабатываемости бетонної суміші. Оптимальне за умовою удобообрабатываемости вміст піску дає бетон з найменшою витратою цементу і з найбільшою міцністю.

При одній і тій же витраті цементу, застосовуючи вібрування, можна отримати збільшення міцності за рахунок зменшення рухливості суміші, не змінюючи змісту піску. Якщо зменшити вміст піску до оптимального, то можна одержати при тій же витраті цементу збільшення міцності вибрированного бетону. Наприклад, у бетоні міцністю 140 кг/см2 за рахунок зменшення вмісту піску можна отримати збільшення міцності на 40-60 кг/см2. У наведеному прикладі мало місце як непрямий, так і безпосереднє

Основною ж причиною збільшення міцності було зменшення кількості води (при тій же витраті цементу) або зменшення водоцементного відносини.

Для наповнювачів різної крупності будуть свої оптимальні значення вмісту піску. Наприклад, для заповнювача з найбільшою крупністю до 50 мм рекомендують для вибрированного бетону застосовувати відношення ваги піску до ваги всіх заповнювачів - 0,31 проти 0,35 для бетону ручної укладки і при найбільшій крупності в 12 мм ― відповідно 0,34 і 0,38.

При правильному виборі вмісту піску у бетонній суміші потрібно враховувати витрату цементу, найбільшу крупність заповнювача, гранулометричний склад і пустотність крупного заповнювача.

Всі порожнечі крупного заповнювача повинні бути заповнені піском з невеликим надлишком, забезпечує легкоукладальність бетонної суміші.

Як змінюється показник структурної в'язкості для складу на щебені з витратою води 140 л/м³ та цементу 200 кг/м3 в залежності від вмісту піску в суміші заповнювачів від 0,3 до 0,4. Найбільш удобоукладываемой бетонна суміш виявилася при р = 0,36; зі зменшенням або збільшенням вмісту піску показник структурної в'язкості збільшувався, і суміш ставала менш удобоукладываемой.

Для визначення оптимального вмісту піску для різних складів бетонної суміші побудовані оптимальні криві структурної в'язкості. На осі абсцис відкладено кількість води в літрах на 1 м3 бетону, а на вертикальній осі ― показник структурної в'язкості.

Зі збільшенням витрати цементу оптимальні криві в'язкості переметаются вгору; наприклад, витрати цементу 300 кг/м3 крива розташовується вище, ніж витрати цементу 200 кг/м3. При витраті цементу в 600 кг/м3 крива в'язкості піднімається ще вище. Прийнято вважати, що незалежно від витрати цементу кількість води на 1 м3 бетону приблизно однаково. У цьому випадку витрата води служить характеристикою заповнювача; це правило потребує серйозного коригування. Воно справедливо при невеликій зміні витрати цементу в межах від 250 - 300 кг/м3.

Вміст піску в суміші заповнювачів для вибрированного бетону потрібно вибирати згідно з пустотністю великого заповнювача в ущільненому стані. Стандартне ущільнення відповідає ущільнення великого заповнювача в 20-літровому посудині на лабораторній вібромайданчику із заданим режимом (частота 3 000 кол/хв, амплітуда 0,35 мм) до припинення опади матеріалу у формі під час вібрування. Вміст піску в суміші заповнювачів без урахування розсунення зерен крупного заповнювача визначається виразом: де b ― абсолютний обсяг крупного заповнювача; а ― абсолютний обсяг дрібного заповнювача; T ― питома вага дрібного заповнювача; питома вага крупного заповнювача.

Підраховані за цією формулою значення г при близьких питомих вагах великого і дрібного заповнювачів виходять заниженими приблизно на 0,1.

Метод розрахунку складу бетону вибрированного

При розрахунках потрібно відняти значення абсолютного обсягу крупного заповнювача з "одиниці і визначити пустотність великого заповнювача в ущільненому стані. Вміст піску в суміші заповнювачів по вазі умовно приймається рівним відсотку пустот в ущільненому вібруванням великому заповнювачі, зменшену на 0,02. Обчислене вміст піску коригується пробними замесами з визначенням надлишку або нестачі піску в технічному віскозиметрі.

Крім витрат цементу і порожнистості крупного заповнювача, оптимальний вміст піску залежить від характеру поверхні заповнювачів і плинності цементного тесту, тобто від водоцементного відносини. Вплив обох факторів при укладанні жорсткою чи малорухомої бетонної суміші невелика, тому вплив цих факторів зручніше враховувати в процесі пробних затворений.

При підборі складу бетону необхідно задовольняти: а) міцності бетону; б) удобоукладывасмости або рухливості бетонної суміші, що відповідає прийнятому способу виробництва робіт; в) щільності бетону; г) економічності. Міцність бетону (межа міцності при стисненні) при цьому цементі і стандартних заповнювачах залежить головним чином від відношення ваги води до ваги цементу в бетоні і меншою мірою від зернового складу заповнювачів та інших факторів.

Ступінь рухливості бетонної суміші

Ступінь рухливості бетонної суміші для даного виду заповнювачів і вибраному водоцементном відношенні залежить від кількості цементу в бетоні. Роботами ряду дослідників показано, що для одних і тих же матеріалів ― цементу і заповнювачів ― бетонна суміш однієї і тієї ж рухливості при витратах цементу в межах 250-300 кг/м3 вимагає одного і того ж витрати води на 1 м3 бетону. Це дозволяє спростити підбір складу бетону заданої рухливості.

Щільність бетону при певній мірі ущільнення залежить від зернового складу заповнювачів і менше від витрати цементу при дотриманні мінімальної дозування цементу. Надмірне збільшення витрати цементу може призвести до утворення в бетоні мікротріщин усадочного характеру, що знижують щільність бетону в конструкції. Для визначення зв'язаної води, яку необхідно враховувати при підрахунку щільності бетону.

Економічність заданої міцності бетону залежить від вартості матеріалів, витрачених на приготування бетону і, вартості укладання бетонної суміші. При оцінці вартості матеріалів для бетону в першу чергу слід приділяти увагу цементу, як продукту заводського приготування. Тому економічність бетону при однаковому способі укладання оцінюють по витраті цементу на 1 м3 бетону.

Розрахунок складу бетону

Розрахунок складу бетону полягає в тому, щоб вказати вагове відношення між цементом (прийнятим за одиницю), піском і крупним заповнювачем, а також водоцементне відношення (по вазі). При цьому бетонна суміш повинна бути однорідною, не расслаивающаяся і мати задану рухливість, а також володіти необхідною міцністю в певному віці.

Розрахунок складу бетону проводиться на основі проектного завдання, що вказує необхідну марку бетону, термін її отримання, характеристику цементу (вид, активність), найбільшу крупність щебеню або гравію, необхідну рухливість бетонної суміші, а в особливих випадках щільність бетону або спеціальні властивості (сульфатостойкость та ін).

Призначення складу вибрированного бетону.

Призначення складу бетону зводиться до пробним затворенням, обґрунтованим попередніми розрахунками. Визначення водоцементного відносини для бетону, що укладається вібраторами, провадиться за графіками і формулами.

Для підбору складу вибрированного бетону допускається застосовувати будь-який спосіб попереднього розрахунку за умови, що бетон обраного складу буде задовольняти заданим характеристикам (марці бетону і удобоукладывасмости). Розрахунок складу вибрированного бетону рекомендується проводити у відповідності з інструкцією по вібрації бетону.

При призначенні складу вибрированного бетону виходять з таких положень: а) міцність бетону залежить від цементно-водного відношення; б) стійкість бетону проти атмосферних впливів буде вище при мінімальній кількості води; в) вміст води в бетонній суміші заданої рухливості практично не залежить від складу бетону (при витратах цементу 250-300 кг/м3); г) обсяг укладеного бетону дорівнює сумі абсолютних обсягів цементу, води, заповнювачів і обсягу захопленого повітря; д) співвідношення між дрібним та крупним заповнювачем має бути обрано так, щоб в бетонній суміші не було ні надлишку, ні нестачі піску.

Визначення цементно-водного відношення

Вибір цементно-водного відношення, що забезпечує задану міцність бетону на портландцементі і щільних і міцних заповнювачах у віці 28 днів, проводиться за формулою. Розрахунок міцності бетону для цементу з добавками і при інших заповнювачах здійснюється за спеціальними інструкціями. Для розрахунку В/Ц можна користуватися графіком залежності для портландцементу.

Щоб забезпечити стійкість бетону проти атмосферних впливів, потрібно застосовувати мінімальну кількість води. Для орієнтовних призначень складів бетону можна користуватися мінімальними значеннями В/Ц по інструкції В. М. Москвіна.

Необхідна рухливість бетонної суміші

Необхідна рухливість бетонної суміші при укладанні її в конструкції встановлюється з умови, що бетонна суміш після перемішування повинна мати задану рухливість або удобоукладывасмость в залежності від виду бетонируемой конструкції і способу ущільнення. Вибір легкоукладальності і рухливості бетонної суміші в залежності від виду конструкції можна.

Показники удобоукладывасмости відносяться до складів на портландцементі при визначенні їх в технічному віскозиметрі на вібромайданчику з частотою 3 000 кол/хв і амплітудою 0,35 мм

Для бетонної суміші на щебені витрата води збільшується на 15 л на 1 л³ бетону. При іншій крупності витрата води.

Встановивши витрата води, за В/Ц визначають витрата цементу на 1 м³ бетону. Знаючи вагу води і цементу на 1 м³ бетону, по заданому об'ємній вазі бетонної суміші 76 визначають вагу заповнювачів Я + Щ = Тб ― (В + Ц).

При виборі співвідношення між піском і заповнювачем визначають об'ємний вагу великого заповнювача в ущільненому (вібруванням) стані і питома вага.

Отримане значення г добре відповідає складу вакуумованого бетону; для вибрированного бетону отримане значення зменшують на 0,02, а для бетону, що укладається ручним способом, отримане значення збільшують на 0,02. Знаючи р та сумарна вага заповнювачів, знаходять вагові частки кожного з них. Отримуємо складу бетону, виражений у вагових частинах: Ц, У, П і Щ (цемент, вода, пісок, щебінь або гравій). Після цього готують пробний заміс бетону і визначають показник легкоукладальності, рухливість і об'ємна вага бетону при даній ступеня ущільнення.

Показник легкоукладальності бетонної суміші

Пробним затвердінням переконуються в тому, що показник легкоукладальності відповідає заданому. Якщо відхилення показника легкоукладальності не більше 2 сек., то склад бетону обраний правильно, і після випробування контрольних зразків він передається у виробництво. При невідповідності показника легкоукладальності визначають характер расплыва конуса в приладі. Якщо на поверхні і по периметру форми виступає цементний розчин, це означає, що в бетоні є надлишок піску.

Якщо цементне молоко виступає по периметру циліндра, а в середній частині його бетонна суміш залишається незв'язаної, це означає, що має місце нестача піску або надлишок води, або цемент має крупний помел. Водоутримуюча здатність бетонної суміші залежить від тонкості помелу цементу і водо-цементного відношення. Змінюється вихід цементного каменю зі зміною водоцементного відносини і тонкості помелу цементу. При замішуванні цементу великою кількістю води частина її витісняється на поверхню цементного тіста. Пунктиром показана крива, побудована за рівнянням при значенні Тц=3,1. Жирної, суцільний ― середня крива виходу цементного каменю. Починаючи з В/Ц = 0,35, вода витісняється на поверхню цементного тіста. Це не означає, що при В/Ц = 0,35 буде мати місце розшарування бетонної суміші, так як звільнилася із цементного тіста вода йде на змочування зерен піску і крупного заповнювача.

Водоутримуюча здатність бетону

При великих значеннях В/Ц і малому вмісті піску або при піску з мало розвиненою поверхнею розшарування неминуче, якщо не застосувати добавки, що зв'язують зайву воду. Вивчаючи питання про водоудерживающей здібності цементу, проф. Б. Р. Скрамтаев прийшов до висновку, що водоутримуюча здатність розчину 1:2 на портландцементі відповідає В/Ц = 0,7, а того ж розчину на пуццолановом портландцементі В/Ц = 0,96.

Водоутримуюча здатність бетону і розчину мало відрізняється один від одного, так як гравій або щебінь порівняно з цементом і піском володіє цією здатністю в малій мірі.

Якщо показник легкоукладальності великий, треба призначити новий склад бетону з великою витратою цементу, повторити розрахунок та провести пробне зачиннення знову.

Для призначення складу бетону на будівництві з малим об'ємом бетонних робіт можна користуватися готовими таблицями. Наведено склади бетону, рекомендовані при малих обсягах бетонних робіт до 200 м³. Точність дозування при приготуванні бетону повинна бути не менше ± 1 % для цементу та води та ±2% для заповнювачів. Мінімальний витрата цементу прийнятий в 200 кг/м³. Таблиці складені з урахуванням деякого погіршення якості бетону в процесі виробництва робіт, обумовленого виробничими причинами.

Витрата цементу в бетоні і економія при його укладанні вібраторами

При укладанні жорстких бетонних сумішей вібраторами у зв'язку з зменшенням рухливості бетонної суміші, що досягається при тому ж значенні водоцементного відносини за рахунок зменшення кількості цементного тіста, отримуємо економію в цементі, не знижуючи міцності бетону.

При зменшенні вмісту піску в суміші заповнювачів і зменшенні кількості цементного тесту, при одночасному збереженні заданої рухливості бетонної суміші отримуємо економію цементу. Наскільки можна зменшити рухливість бетонної суміші при укладанні її вібраторами порівняно з ручним укладанням.

Межа зменшення витрати цементу при укладанні бетону вібраторами залежить від різних чинників» В гідротехнічних спорудах, призначених для суворих умов роботи, витрата цементу на 1 м3 бетону становить не менше 215 - 250 кг/ж3.

При виборі мінімального витрати цементу потрібно керуватися умовами роботи даної споруди і найбільшою крупністю вживаного заповнювача. Для заповнювачів з найбільшою крупністю до 40-60 мм рекомендуються наступні мінімальні витрати цементу при укладанні бетонної суміші вібраторами.

Наведені витрати цементу відносяться до бетонів, не схильним до дії агресивного середовища. При наявності агресивного середовища *потрібно користуватися даними інструкції з захисту бетону, який перебуває в агресивному середовищі, від корозії. Якщо не враховувати економію цементу в разі необхідності отримати бетон високої міцності, то при ущільненні вібраторами можна зменшити вміст води в бетоні на 40 - 45 кг/м3, що призведе до збільшення міцності бетону приблизно на 100 кг/см2.

Для оцінки ступеня використання цементу в бетоні зручно користуватися коефіцієнтом використання цементу, виражає міцність при стисненні (кг/см2), отриману з 1 кг цементу. Для цементів різної активності ці коефіцієнти будуть різні. Коефіцієнт використання цементу мало змінюється при постійному гранулометрическом складі заповнювачів, не залежить від щільності бетону і зменшується зі зменшенням крупності заповнювача.

Граничні значення міцності при ефективній укладанні бетону можна встановити, взявши середній коефіцієнт використання для трьох витрат. Високі значення коефіцієнтів використання цементу відносяться до витрат 300-500 кг цементу на 1 м3 бетону при жорсткої бетонної суміші. Для марки бетону 300 при вибрировании витрата цементу активністю 275 кг/см2 складе 300:0,9 = 335 кг/м3, а для цементу активності 420 кг/см? 300: 1,35 = 220 кг/м3.

Коефіцієнт використання цементу

Коефіцієнт використання цементу може служить критерієм економного витрати цементу на будівельному майданчику.

Для встановлення еквівалента при фондуванні, розподіл і постачання цементу різних марок важливо також знати коефіцієнти витрати цементів різних марок для отримання бетону однакової міцності. В якості середньої марки цементу, по відношенню до якої встановлюються перевідні коефіцієнти, прийнята марка 300. При обчисленні середніх перевідних коефіцієнтів використана формула (6).

Статті pp-budpostach.com.ua Все про лазні

Статті по пїноблоку,пінобетону,пінобетонним блокам

Статті pp-budpostach.com.ua Статті по бетону

Статті Все про парканах

Статті pp-budpostach.com.ua Все про дахах ( види, матеріал, як краще вибрати)

Статті Все про Фундаменті

Статті по газобетону ( газоблокам ), газобетонних блоків, блоків газосиликатнных

Новини, статті, чутки, факти, різне і по чу-чуть

Статті по цеглині ( рядовому, особового,облицювальної,клинкерному, шамотною, силікатній,)