Пропорции цемента щебня и песка для фундамента: Соотношение в бетоне цемента, песка, щебня: расчет, изготовление своими руками

Соотношение в бетоне цемента, песка, щебня: расчет, изготовление своими руками

Бетон представляет собой универсальный строительный раствор с широкой сферой применения: от заливки фундамента до тротуарной плитки. Вяжущим компонентом (самым дорогим) в нем является цемент, для увеличения прочности и объема в смесь вводятся щебень или гравий, а для равномерного заполнения пустот — мелкофракционный песок.

Оглавление:

1. Расчет соотношения ингредиентов
2. Советы специалистов

В некоторых случаях используются специальные присадки и добавки-пластификаторы: армирующие, гидроизоляционные или противоморозные, но их процентная доля в общей массе весьма незначительна. От выбранных пропорций приготовления бетона напрямую зависят его свойства и эксплуатационные характеристики: прочность, сопротивление нагрузкам и деформациям, водонепроницаемость. Также многое связано с чистотой и качеством компонентов, для получения раствора определенной марки необходимо подбирать соответствующие стройматериалы.

Пропорции бетона

При проведении расчета соотношения используемых ингредиентов, за единицу измерения принимается количество цемента. Пропорции исчисляются весом или объемом, чаще всего под одной частью подразумевается 10 кг или 1 ведро стройматериалов. На практике это означает, что если рекомендуемое нормами соотношение составляет 1:2:4, то для 10 кг цемента потребуется 20 песка и 40 щебня или гравия. Вода, как правило, не указывается, подразумевается, что ее расход стандартный (1:0,5), то есть для упомянутого примера нужно развести сухие компоненты пятью литрами. Многое зависит от марки связующего, для приготовления раствора с высокими прочностными характеристиками обычно применяется портландцемент М400 или М500. Соотношение компонентов определяется СНиП 5.01.23-83, в частности:

Рекомендуемое и чаще всего используемое соотношение в бетоне цемента, песка и щебня — 1:3:6, вода добавляется в зависимости от требуемой пластичности (но не более 1 части). Многое зависит от качества приобретенного сырья, отдельно учитываются такие факторы, как: способ замеса (ручной или с помощью бетономешалки), рыхлость и влажность песка, лещадность и прочность щебня и другие характеристики. Рекомендуется провести представительный расчет параметров заполнителя и определиться с методом отмеривания ингредиентов. Взвешивать стройматериалы неудобно, к тому же одно ведро или часть песка имеют разный вес, в зависимости от рыхлости и влажности.

Поэтому отмер проводится для просушенных компонентов, с раздробленного камня или гравия вода стекает быстро. Существует способ для определения нужного соотношения и величины порций: в одно ведро поочередно (без трамбовки) засыпаются цемент, песок и щебень. Масса или объем вводимых модифицирующих добавок обычно игнорируется: на 10 л бетона приходится не более 50 г клея ПВА или других пластификаторов. После взвешивания ведра (или любой подходящей емкости) легко перевести нормативные пропорции цемента и песка в число отмеряемых частей. Таким образом определяется рыхлость наполнителей и снижается влияние величины влажности.

Общие рекомендации

Существуют определенные требования при подготовке компонентов, в частности:

1. Песок используется мытый, без глины и посторонних примесей, желательно однородный (с разбегом фракций до 1–2 мм). Большие объемы просеивать трудно, но любые крупные органические элементы (корни или щепки) сгнивают и ухудшают прочность бетона, поэтому их следует убрать.

2. Не рекомендуется покупать в качестве наполнителя речную гальку. Оптимальную прочность раствору дает шероховатый щебень из размолотых твердых пород с квадратными фракциями.

3. Для приготовления нужен сухой и сыпучий цемент с высоким содержанием силикатов кальция (не ниже 78 %). Для долговечных конструкций из бетона следует купить портландцемент не ниже М400, причем лучше сделать это не раньше, чем за две недели до начала работ (иначе он отсыреет).

При замесе большого объема раствора требуется бетономешалка, в данном случае составляющие засыпаются в воду (а не перемешиваются между собой). Для получения бетона хорошего качества целесообразно использовать наполнитель разных фракций. Большое количество пустот увеличивает расход самого дорогого компонента — цемента, а это недопустимо.

Пропорции цемента и песка для фундамента

Изменяя пропорции компонентов смеси, можно получать товарные бетоны различных марок. Соотношение цемента и воды влияет на прочность монолитной конструкции. От качества песка зависит ресурс фундамента, щебень снижает усадку, добавляет прочность, сокращает бюджет строительства.

Соотношение компонентов товарных бетонов

Бетоны работают исключительно на сжатие, растягивающие нагрузки компенсируются арматурными каркасами и сетками. В зависимости от конструкции и сборных нагрузок от здания для фундамента выбирают разные марки/классы бетонов. При этом пропорции воды, цемента, щебня и песка выглядят следующим образом:

В легком бетоне М100 минимальное содержание вяжущего, эта смесь используется для подбетонок, стяжек. Ленточный фундамент для легкой постройки или МАФ (например, беседка) можно изготовить из М150.

Внимание: Максимальной морозостойкостью обладают смеси М400, сквозь них почти не проникает влага, что позволяет снизить бюджет строительства при гидроизоляции подземной конструкции.

Требования к материалам

При изготовлении смеси важны, не только пропорции, но и качество цемента, щебня, воды и песка. Например, наполнитель мелкой фракции, добытый карьерным способом, содержит высокий процент глины. После намокания и промерзания

Цемент

Индивидуальным застройщикам рекомендуется применять для фундамента смеси на основе портландного цемента, состоящего из молотых продуктов:

• клинкер – необходим для образования цементного камня после контакта с водой
• известняк – придает смеси прочность
• гипс – позволяет регулировать сроки схватывания/твердения

Пропорции бетона отличаются при использовании цементов марок М400 – М600. Специальные добавки необходимы лишь при бетонировании зимой, в межсезонье. Они повышают скорость схватывания, позволяют набрать необходимую прочность до окончательного замерзания бетона.

Внимание: гарантированная производителем вяжущего материала прочность сохраняется лишь в герметичной таре при соблюдении условий хранения 2 месяца. Поэтому при покупке материала следует изучить упаковку. Например, через полгода характеристики снизятся уже на 30%, а через год пропорции следует увеличивать вчетверо.

При выборе марки цемента следует учесть необходимый класс бетона:

• для В30 применяется только М500
• из М400 можно изготовить бетоны В15 – В25
• для В10 подойдет более дешевый цемент М300
• подбетонку и стяжку из тощего бетона В7,5 можно залить цементом М200

Все характеристики вяжущего указаны на упаковке вместе с реквизитами производителя. Если подобная информация отсутствует на мешках, такой цемент покупать не следует.

Щебень

Крупный наполнитель бетона позволяет снизить бюджет строительства фундамента. Дробленая горная порода обволакивается вяжущим, цементный камень приближается по прочности к доломиту, гравию или граниту, из которых обычно изготовляют щебень в карьерах или намывают в руслах рек.

Внимание: Удобнее укладывать смеси с крупной фракцией наполнителя, поскольку они обладают достаточной подвижностью. Однако большие камни плохо скрываются внутри цементного молочка, поверхность конструкций получается неровной.

Вышеприведенные пропорции щебня не зависят от фракции этого нерудного материала. Однако следует выбирать минимальную лещаднось, указывающую на процент игольчатых и пластинчатых камней по сравнению с частицами кубовидной формы, которые придают основную прочность фундаменту.

Максимальной морозостойкостью обладает гранит, однако щебень из этой породы имеет высокую цену. Поэтому чаще применяется гравийный продукт со средними характеристиками. Бюджетная доломитовая порода годится для легких построек, подстилающих слоев или обратных засыпок.

Песок

Пропорции в смеси песка зависят от его влажности. Предпочтительнее для фундамента инертный материал мелкой фракции с минимальным процентом глины:

• мытый карьерный песок – частицы имеют рваный край, обладают высокой адгезией внутри бетона
• речной песок – глина вымывается водой, однако крупицы продукта имеют округлую форму, меньшее сцепление с прочими материалами смеси

Вреден для цемента песок с содержанием глины больше 3%. Поэтому при покупке материала можно определить качество народными способами:

• если песок сжимается в кулаке в плотный комок, сохраняющий форму, от покупки стоит воздержаться
• материал должен «стекать» сквозь пальцы после разжимания ладони
• в бутылке с 2/3 песка и оставшейся частью воды не должно быть бурого цвета после взбалтывания

Внимание: Если купить нерудный материал и очищать его в пятне застройки, участок загрязняется глиной, выход чистого продукта становится гораздо меньше.

Вода

Для гидратации цемента достаточно четверти воды от его массы в составе смеси. На практике для качественного перемешивания, обеспечения подвижности бетона применяется 50 – 65% жидкости. При испарении внутри конструкции образуются поры, снижающие прочность фундамента. Количество песка на процесс формирования цементного камня практически не влияет. Гораздо важнее для индивидуального застройщика водоцементное соотношение:

• 0,6 – максимально возможное для обеспечения морозостойкости
• 0,5 – стандартный показатель, использующийся чаще всего
• 0,4 – применяется для ответственных конструкций, бетон плохо укладывается без специальных добавок

Внимание: Это соотношение влияет на водопроницаемость, обозначаемую W4 – W6. При низком водоцементном отношении В/Ц поверхности фундаментов следует укрывать пленками, предотвращая интенсивное испарение жидкости. Лишь в этом случае можно избежать усадочных трещин, деформаций.

Добавки

Для улучшения характеристик фундамента применяются химические добавки, вводимые в смесь не больше 10%. Каждый химреагент растворяется в теплой воде, которая используется при перемешивании вяжущего, наполнителя. Зимой используются ускорители твердения цемента и противоморозные реагенты. Летом необходимы пластификаторы, воздухововлекающие препараты, позволяющие экономить цемент.

Таким образом, кроме правильного соотношения песка и прочих компонентов бетона, необходимо покупать качественное сырье, согласно приведенным рекомендациям. Независимо от этого, предпочтительнее перемешивание в бетономешалках, поскольку при ручном изготовлении бетона теряется минимум 30% прочности.

пропорции, технология, советы и важные рекоментации

Любой фундамент на определенном этапе его сооружения требует заливки бетона. Бетон представляет собой плотную смесь. Составляющими бетонной смеси являются: вода, вещество с вяжущей характеристикой, наполнители и различные специальные добавки. Вяжущим веществом является, как правило, цемент. Наполнителем для бетонной смеси, может быть, отсев, песок, щебень и т. д.

В современном домостроении никаких ограничений по поводу выбора и приобретения строительных материалов не существует. Так же и бетонную смесь можно заказать и приобрести в готовом виде. То есть, вам его доставят по адресу в специальной машине — автобетоносмесителе, выдадут на арендных условиях бетононасосы и трудитесь себе, пожалуйста, дальше сами.

Данное предложение достаточно заманчиво, но за качество и количество применяемого в замесе цемента, никто ответственность не несет, а несоответствие его марки и пропорции проводимым работам, покажет только время в виде разрушений и трещин на фундаменте. Для того чтобы бетонная смесь соответствовала свойствам и составу, необходимо правильно подбирать пропорции его составляющих. А прочность бетона зависит от качества применяемых материалов: цемента, каменного наполнителя, карьерного либо речного песка и воды. Самое важное, что состав бетонной смеси формируется исходя из его предназначения.

В нашей статье рассмотрим несколько важных советов и правил, для тех, кто не поленится и приготовит сам бетон на строительной площадке.

1. Основные составляющие бетона для фундаментных работ;
2. Подбираем правильно состав бетонной смеси;
3. Рассчитываем необходимое количество бетонной смеси для работ.

Основные составляющие бетона для фундаментных работ

Для приготовления бетонной смеси нам понадобятся следующие материалы: заполнители бетона крупной фракции – щебень либо гравий; заполнители мелкой фракции – отсев либо песок; вода и, конечно же, цемент. Разберем далее составляющие бетона по характеристикам.

Например, песок для сооружения фундамента, можно заказать с доставкой на строительную площадку. Рекомендуют применять речной песок. Но местность застройки может регламентировать и доставку песка, доступного и добытого в данном регионе. Для фундаментных работ отлично подойдет и карьерный песок. Главное, чтобы песок был чистым и не содержал ила и глинистых примесей, которые значительно могут снизить качество бетонной смеси. Согласно нормам, песок может содержать в себе примесей не более пяти процентов. Песок для приготовления бетонной смеси не должен быть слишком мелким, размеры частиц материала должны быть 1,2-3,0 мм. Загрязненность песка можно проверить, насыпав его в обычную пластиковую бутылку и залив водой, взболтать. Вода должна быть практически чистой, в лучшем случае, немного мутноватой. Если же вода стала слишком мутной и при отстаивании, проявляется глиняный осадок, значит, песок с большим содержанием примеси глины и применять его для приготовления бетонного раствора не рекомендуется.

Относительно гравия, щебня также можно долго спорить, какому виду отдать предпочтение: обкатанному либо дробленному. Практически на сто процентов может быть уверенность, что вы приобретете материал, добытый в данной местности. При этом рекомендуется щебень перед применением вымыть и очистить от посторонних включений. Вымыть на строительной площадке щебень можно, например, водой из шланга, но стоит проследить за тем, чтобы в состав не попала земля. Земля в себе содержит достаточно высокое количество органики, которая влияет на бетон разрушающим действием. Гравий либо щебень лучше подойдет тот, у которого размеры частиц 1-5 см.

Считают, что очень правильным решением при приготовлении бетонного раствора, применять отсев. Особую прочность отсев придает бетону. Отсев, чаще всего, применяют в качестве дополнительного наполнителя, поскольку цена его гораздо выше песка. Например, от состава смеси бетона отнимают по одной части песка и щебня, вместо этих частей добавляют две части отсева. Иногда, отсев в растворе играет роль основного наполнителя, вместо песка.

Количество воды в бетонной смеси должно составлять около 20% от всей массы, ровно столько, чтобы раствор имел среднюю консистенцию. Водоцементное соотношение зависит и от марки применяемого цемента, поэтому лучше ознакомиться с инструкцией и характеристиками цемента. Заметим, что морская вода категорически не подходит, лучше применять питьевую воду. Если же пропорции составляющих смеси не выдержаны, а воды в бетоне много, то заполнитель плавает в массе, а усадка фундамента будет слишком большой. Избыток воды в бетонной смеси приводит к снижению несущей способности бетона и его дальнейшее растрескивание.

Далее поговорим о самой главной составной части бетона – цементе. Цемент изготавливается из цементного клинкера, получаемого из природного сырья либо из искусственной сырьевой смеси. Сырьевая смесь содержит в себе три части известняка и одну часть глины, но вместо глины могут использоваться такие минералы как диатомит, трепел либо иные силикатные породы, близкие по химическому составу к глине. Сырье поддается обжигу до спекания, где в процессе после обжига, получается спекшаяся твердая масса, что и является цементным клинкером. Данная масса состоит из зерен размером с грецкий орех темного серого цвета, которые далее измельчают в шаровой мельнице до мелкого порошка.

Часто, для улучшения качества цемента, при помоле в порошок вводят гидравлические добавки: около 3% гипса, до 15% трепела либо диатомита. Цемент считается высокого качества и имеет высокую склеивающую способность, если клинкер максимально измельчен до сверхтонкого помола, поскольку химические реакции при таком помоле ускоряются, и воссоединение материала с водой происходит по всей поверхности.

Цемент подразделяется, в своем роде производства, еще на марки, которые обозначаются в числах: от 100 до 600. Числа обозначают прочность призм образцов в сжатии в диапазоне 10-60 МПа. Это значит, что марку цемента определяют пределом прочности. Происходит это таким образом, методом прессования образцы призмы сжимают друг с другом, а изготавливаются они из раствора: одна часть цемента смешивается с тремя частями песка с размером фракции 40х40х160 мм. Цемент с маркой 600 не применяется в частном домостроении, по причине слишком высокой стоимости. Данная марка цемента применяется в сооружении военных объектов, например, ракетные шахты, бункера и др. , и называют его «Военным».

Для частного строительства и сооружения фундаментов, применяют цемент, чаще всего, марки 500, реже – М-400. Конечно, подбирая марку цемента, выбор останавливается согласно конкретно разработанного архитекторского проекта, но стоимость между марками не на много различна, а экономить на собственном комфорте и безопасности не стоит.

Цемент подразделяется и на виды: шлакопортландцемент, портландцемент и пуццолановый цемент, а также их варианты быстротвердеющего цемента. Все виды имеют одну природу, но некоторые особенности. Например, шлакопортландцемент обладает повышенной влагостойкостью, но пониженной морозостойкостью, что влияет на скорость набора прочности. Портландцемент является наиболее распространенным в применении материалом, который используют в строительстве любого вида сооружения, в том числе и заливке монолитных фундаментов. Портландцемент, в отличие от шлакопортландцемента, обладает меньшей влагостойкостью, но большей морозостойкостью. Для сооружения подземных и подводных конструкций рекомендуют применять пуццолановый портландцемент, поскольку при использовании его на открытом воздухе, теряются его качества прочности и получаем большую усадку.

Для ускорения фундаментных работ, можно применять быстротвердеющие цементы, но стоит знать, что работать с ними также необходимо очень быстро, что крайне не практично при строительстве. Поэтому, опытные специалисты при сооружении монолитного фундамента, рекомендуют применять портландцемент.

Заметим, что цемент рекомендуют приобретать перед началом непосредственных работ с ним. Поясняется рекомендация тем, что цемент, хранящийся на складе около месяца, теряет около 10% своей прочности; три месяца на складах – 20%; после года хранения теряется около 40%, а пара лет отнимает у цемента больше 50% прочности. Если при вскрытии мешка с цементом вы обнаружили внутри комки, а может и совсем затвердевший цемент, не стоит расстраиваться, поскольку если комки разрушаются под сжатием пальцев, то цемент смело можно использовать. Вскрытые мешки цемента не стоит оставлять открытыми на ночь. Совет, не рекомендуют увеличивать пропорцию цемента в смеси бетона, это не добавит прочности бетону, а наоборот, снизит ее. Рекомендуемый оптимальный состав бетона для фундаментных работ можно увидеть в таблице расположенной выше.

Подбираем правильно состав бетонной смеси

Пропорции материалов бетона для заливки фундамента могут быть следующие: например, если будем брать с расчета по десять килограммов, то на 10 кг цемента, возьмем 30 кг песка, 40 кг гравия, либо 50 кг щебня. Для цемента, например М400, нужно домешивать воды вполовину меньше веса всех остальных компонентов. Например, если вес сухой смеси из цемента, песка, гравия либо щебня, составляет около 90 кг, то воды необходимо взять около 45 литров. Раствор должен получаться достаточно плотным, но не слишком, но и не быстро стекать с лопаты. Если смесь получается слишком плотной, то можно добавить воды.

Стоит помнить, что сырой песок также содержит в себе влагу, поэтому его необходимо либо высушить, либо применять на несколько литров меньше воды. Заметим, что песка в составе бетона должно быть в два раза меньше, чем гравия. Замес бетона можно производить в железной ванной, на деревянном настиле либо железном листе, в деревянном корыте, или в бетономешалке. Главное, проследить за тем, чтобы в смесь не попали никакие посторонние примеси, а смесь была тщательно перемешана до однородности. Для этого, вначале мы засыплем сухие составные ингредиенты, тщательно перемешаем их лопатой и понемногу станем доливать воды. Бетонная смесь должна быть равномерно перемешана и полностью увлажнена, а использовать ее, после приготовления, нужно в течение пары часов.

Заливку фундамента, желательно, производить в теплое время года. Часто, фундаментные работы происходят в холодное время года, поэтому рекомендуем использовать для бетона подогретую воду. Это ускорит затвердевание бетонной смеси после заливки, а при замесе не даст затвердеть раньше. При жаркой погоде, заливку бетона стоит производить с добавлением холодной воды в смесь, чтобы схватывание не происходило очень быстро. После заливки фундамента, чтобы убрать лишний воздух в слое смеси и уплотнить бетон, воспользуемся специальным глубинным вибратором, либо обычным куском арматурины, которым прошпигуем слой бетонной заливки в нескольких местах, а опалубку простучим снаружи молотком.

Рассчитываем необходимое количество бетонной смеси для работ

Грамотное и экономически целесообразное строительство фундамента, заключается в правильном расчете требуемого объема бетона. Излишек приобретенного материала будет чревато выброшенными средствами на ветер, а недостаток бетонной смеси на строительной площадке, приведет к лишней беготне и потраченному драгоценному времени. В связи с этим, нужно достаточно ответственно отнестись к точному расчету необходимого количества бетона.

Марку бетона мы можем с легкостью определить. Цемент нужно подбирать по марке очень тщательно, поскольку, например, цемент М-200, уже может не соответствовать своей маркировки из-за длительного хранения, и отвечать характеристикам М-180. Соответственно, после замеса, заливки и прочих работ, марку бетона мы получим, в лучшем случае, около 100. Бетон мы получим маркой в полтора либо два раза, ниже, чем марка цемента. В таблице приведены значения водоцементной смеси.

Бетон, марка которого соответствует, например, 100, выдержит нагрузку около 100 кг\см², поэтому столбчатый фундамент, изготовленный из такой марки бетона, с сечением столбов 20х20 см, с площадью поперечного сечения 400 см², может выдержать нагрузку весом около 40 тонн. Соответственно, четыре таких столба могут нести на себе дом массой в 160 тонн. При применении цемента М-400, сохранив пропорции замеса, получим, в итоге, бетон М-200. Конечно, ленточный фундамент, будет распределять вес всего дома по большей площади, поэтому даже при отклонении от технологии замеса и заливки фундамента, он будет оставаться достаточно прочным и не разрушится.

Каждая марка бетона дает разную усадку, поэтому необходимо выяснить точно значение каждого параметра, поскольку, чем больше коэффициент усадки, тем больше смеси бетона нам понадобится для заливки. Например, фундамент формы параллелепипеда потребует объем раствора бетона, который возможно узнать по следующей формуле: ширину фундамента умножаем на длину и на высоту (V=abh). Полученный показатель умножим на коэффициент усадки нашей марки бетона. Значение, которое мы получим в итоге, делим на 1,05. Значение 1,05 определяет примерный объем дополнительных элементов, таких как, например, арматура. Если же форма проектируемого фундамента не формы параллелепипеда, а, например, параллелограмм, в основании трапеция и прочее, значит, ищем знания в школьной геометрии, где формулы расчетов объемов различных фигур точно имеются.

Сколько цемента надо на 1 куб бетона, пропорции песка и щебня, расход воды

В строительстве небольших объектов при наличии специального оборудования выгоднее всего замешивать состав своими силами. Это позволит снизить сметные расходы, ускорить процесс изготовления и добавить модификаторы. При этом нужно точно знать, сколько надо цемента, песка, щебня, чтобы получить куб бетона, и правильно рассчитать смету затрат.

Как соотношение компонент влияет на качество раствора?

Состав с неправильными пропорциями гарантированно создаст массу проблем с заливкой, так как не будет иметь оптимальную консистенцию и пластичность, и на протяжении всей эксплуатации по причине несоответствия техническим характеристикам. Даже при разнице в несколько процентов от нормы на один куб изменения станут заметными.

Для приготовления потребуются такие ингредиенты в определенном соотношении: цемент, песок, щебень или гравий, вода и модифицирующие добавки. Количество каждого из них может изменить свойства пластичности, стойкости к морозам, влаге и другим негативным факторам. Поэтому пропорции на кубометр следует выбирать индивидуально с учетом особенностей бетонирования и требований к конструкции. О том, как сделать геополимерный бетон, читайте в данном руководстве.

Компоненты выполняют такие роли:

• портландцемент – связывает вещества, определяет плотность материала и марку;
• гравий или щебень – выступает в качестве наполнителя, регулирует объемную массу, подвижность, текучесть смеси;
• песок – позволяет устранить пустотелость, отвечает за пластичность, содержание влаги, изменяет прочностные характеристики, снижает расход цемента на куб;
• модификаторы – добавляют новые свойства раствору и изменяют существующие, можно применять несколько сразу, сделав оптимальные пропорции.

Чтобы понять, сколько цемента необходимо для одного куба бетона, нужно учесть следующие факторы:

1. увеличение его количества будет снижать подвижность, что при заливке фундамента создаст некоторые проблемы с использованием насосов для перекачки и устранением завоздушенности;
2. расход зависит от марки бетона, что напрямую влияет на стоимость готовой смеси;
3. разница в количестве цемента на куб от нормы не должна быть более 1 кг;
4. наличие модификаторов требует внесения корректив в пропорции других компонент;
5. при увеличении количества воды на кубометр надо понимать, что после высыхания конструкции, например, фундамента, будет наблюдаться усадка.

Пропорции и нюансы приготовления

Расход цемента на 1 кубометр определяется на основе марки. Опытные строители пользуются следующим правилом: класс сухой смеси должен быть выше, чем у приготовленного состава и готовой конструкции. Например, для бетона М300 нужно использовать ПЦ М400.

В Таблице 1 приведены пропорции для приготовления раствора на основе портландцемента М400.

В Таблице 2 показано, сколько надо использовать цемента М500 для приготовления бетона нужной марки.

Из таблиц видно, что расход на куб цемента повышается вместе с маркой, а получаемый объем снижается. При проведении работ нужно учитывать этот факт с целью подбора подходящего оборудования для замешивания. В некоторых случаях допускается в соотношение вносить коррективы. При отсутствии М400 возможна замена на М300, но с увеличением количества до 30 %. Расход подбирается в каждом случае индивидуально.

Щебень надо применять с размером фракций от 5 до 20 мм. Это позволит получить оптимальную вязкость, хорошую подвижность и высокие прочностные характеристики за счет уплотнения готовой конструкции. Наиболее ценен очищенный щебень из горных пород и речного гравия, особенно если замешивается бетон для фундамента. Расход на кубометр вырастет вместе со стоимостью работ, зато монолит будет соответствовать расчетным характеристикам. Этот факт надо обязательно учитывать при составлении сметы затрат.

Для повышения подвижности при бетонировании важно использовать очищенный речной песок без глины. После заливки фундамента и застывания раствора в монолите могут появляться трещины, пустоты, механические напряжения, которые негативно скажутся на его свойствах. Грязный песок потребует увеличения соотношения цемента на куб в среднем до 20%.

В Таблице 3 показаны изменения в пропорциях воды и наполнителя (гравия и щебня) на куб в зависимости от требований к пластичности готовой смеси.

Оптимальный вариант подбора компонентов на куб раствора следующий: 0,5 м3 песка, 0,8 м3 щебня и выбранная пропорция наполнителя, которая будет зависеть от условий бетонирования и требований к прочности.

Расчет пропорции бетонной смеси на основе плотности упаковки частиц и тестовых исследований прочности на сжатие и модуля упругости бетона

Материалы (Базель). 2021 февраль; 14(3): 623.

Поступила в редакцию 26 декабря 2020 г.; Принято 21 января 2021 г.

Abstract

В соответствии с основным принципом плотной упаковки частиц и с учетом взаимодействия между частицами была предложена модель плотной упаковки сыпучих материалов в бетоне.При создании этой модели были проведены испытания бинарной упаковки частиц щебня и песка. Подгоночный анализ результатов испытаний определяет взаимосвязь между соотношением размеров частиц и остаточной объемной долей набивки частиц, а затем получают фактическую долю пустот набивки частиц, на основании которой соотношение вода-вяжущее комбинируют для определения количество различных материалов в бетоне. Предложенный метод расчета бетонной смеси был использован для приготовления бетона, а также экспериментально проверены его прочность на сжатие и модуль упругости.Результаты испытаний показывают, что объемная доля заполнителя в приготовленном бетоне увеличилась, а удобоукладываемость бетонной смеси с соответствующим количеством понизителя воды соответствует проектным требованиям. При водовяжущем отношении 0,42, 0,47 или 0,52 прочность бетона на сжатие увеличивалась по сравнению с контрольным бетоном, а степень улучшения прочности на сжатие увеличивалась с уменьшением водовяжущего; при водовяжущем отношении 0,42, 0.47, или 0,52, статический модуль упругости бетона увеличился по сравнению с контрольным бетоном, и степень улучшения модуля упругости также увеличилась с уменьшением водовяжущего отношения. Модуль упругости и прочность на сжатие приготовленного бетона имеют положительную корреляцию. Результаты показывают, что метод расчета бетонной смеси, предложенный в этом исследовании, является осуществимым и в некотором смысле продвинутым.

Ключевые слова: бетон , пористость, расчет бетонной смеси, прочность на сжатие, модуль упругости

1.Введение

Соотношение бетонной смеси представляет собой пропорциональное соотношение между количеством каждого компонента в бетоне, а характеристики бетона тесно связаны с его соотношением смешивания. В разных странах существуют разные методы расчета соотношения смесей. Американский метод ACI прост и удобен, а соотношение бетонной смеси можно определить, просмотрев соответствующие формы [1]. Британский метод BRE аналогичен методу ACI в выборе параметров, но при расчете соотношения компонентов смеси учитывается больше факторов [2].французский метод Дре более точно учитывает параметры расчета соотношения компонентов смеси. Французский метод де Ларрада основан на физических и математических моделях, поэтому он лучше в теории [3]. китайский метод JG55 [4] имеет полуэмпирический дизайн и для большей части Китая является универсальным и работоспособным методом расчета бетонной смеси.

Среди составных материалов бетона, крупных заполнителей, мелких заполнителей и вяжущих материалов все гранулированные материалы, и можно сказать, что бетон представляет собой плотное твердое тело, образованное путем заполнения этих гранулированных материалов друг другом [5].В соответствии с принципами упаковки частиц и материаловедения способ упаковки гранулированных материалов в бетон оказывает большое влияние на их макромеханические свойства; то есть чем плотнее упаковка частиц, тем меньше пустот и больше точек контакта между частицами, что теоретически приводит к более высокой прочности бетона [6]. Плотная упаковка означает, что когда частицы упакованы, промежутки между крупными частицами заполняются более мелкими частицами, а промежутки между более мелкими частицами затем заполняются более мелкими частицами [7] для достижения максимальной компактности. Поэтому разработка бетонной смеси на основе плотно упакованных частиц привлекла внимание исследователей. Хуан Чжао-лун [8,9,10] предложил «Метод расчета пропорции смеси с плотной встречной засыпкой», который сначала засыпает летучую золу в песок, а затем заполняет наилучшую смесь летучей золы и песка в щебень, таким образом, определяя максимальный удельный вес каждого твердого материала в бетоне с помощью испытаний на уплотнение, а затем получая минимальный коэффициент пустот. Вдохновленный «Методом расчета пропорции смеси плотной встречной начинки», Ван Лин-лин [11] предложил «Метод расчета пропорции смеси плотной положительной насыпки», который отличается от «Метода расчета пропорции смеси плотной встречной начинки» тем, что материал заполняется в другом порядке; то есть в щебень сначала засыпается песок, а затем в оптимальную смесь песка и щебня засыпается зола-уноса.Ван Ли-цзю [12] предложил «Конструкцию бетонной смеси с коэффициентом заполнения», в которой коэффициент заполнения отражает пропорциональное соотношение между наполнителем и заполнителем бетона; в бетоне, спроектированном этим методом, снижается расход цемента на кубометр бетона, улучшаются текучесть и прочность бетона. Фу Пэй-син [13] на основе характеристик гетерогенных композитов на основе цемента указал, что бетон состоит из четырех объемов: цементного теста, воздуха, песка и камня; они предложили, чтобы расчет соотношения бетонной смеси основывался на этих четырех объемных соотношениях, в которых количество песка и гравия определяется по принципу плотной упаковки.Nan Su [14] предложил метод расчета смеси для текучего бетона средней прочности с низким содержанием цемента; этот метод сначала определяет коэффициент упаковки (содержание заполнителя), а затем пустоты между заполнителями заполняют вяжущей пастой для получения бетона с желаемой удобоукладываемостью и прочностью. В методе, предложенном Г. Ф. Кампосом [15], пропорции между мелкими материалами и заполнителями основаны на методах упаковки частиц; его метод был использован для производства своего рода высокопрочного бетона, который был испытан и показал высокую прочность на сжатие и высокий модуль упругости.В дополнение к приведенному выше обзору существует множество других связанных исследований [16,17,18,19].

В этом исследовании предлагается новый метод расчета соотношения бетонной смеси. Метод основан на испытании бинарной упаковки частиц щебня и песка, а связь между соотношением размеров частиц и остаточной объемной долей упаковки частиц определяется путем анализа результатов испытаний. Кроме того, определяется фактическая пористость упаковки частиц, а затем соотношение вода-вяжущее комбинируется для определения количества различных материалов в бетоне.Затем предложенный метод расчета бетонной смеси используется для приготовления бетона, и проверяются его прочность на сжатие и модуль упругости, два самых основных параметра при расчете бетонных конструкций.

2. Модель упаковки частиц в бетоне

2.1. Базовая модель упаковки частиц

Крупные заполнители, мелкие заполнители и вяжущие материалы представляют собой гранулированные материалы в бетоне. Учитывая взаимное заполнение частиц разного размера, частицы упаковываются с целью достижения максимальной компактности или минимального коэффициента пустотности после смешивания частиц. Базовое модельное выражение для упаковки частиц выглядит следующим образом:

Объемная доля крупного заполнителя:

Объемная доля мелкого заполнителя:

Объемная доля вяжущего материала:

y3=φ1⋅φ2⋅(1−φ3)

(3 )

Суммарная объемная доля упаковки частиц:

y3=φ1⋅φ2⋅(1−φ3)

(4)

где φ1, φ2 и φ3 — пористость крупного заполнителя, мелкого заполнителя и вяжущего материала соответственно (%). Кроме того,

где ρ0i и ρ0i′ — кажущаяся плотность и естественная объемная плотность каждого материала, соответственно, в кг/м ³ .

Данная модель упаковки предлагается на основе теоретической плотной упаковки между частицами разного размера; то есть мелкие заполнители заполняют промежутки между крупными заполнителями, а цементные материалы заполняют промежутки между крупными и мелкими заполнителями.

2.2. Взаимодействие между частицами в системе набивки

При смешивании частиц разного размера они оказывают пространственное влияние друг на друга, описываемое эффектом расклинивания [20]. Когда преобладают крупные частицы, практически все мелкие частицы заполняют пустоты между крупными частицами.Однако некоторые отдельные мелкие частицы могут задерживаться в узких промежутках между крупными частицами, а не заполнять пустоты между крупными частицами. В результате крупные частицы расклиниваются, в результате чего в зазорах между крупными частицами образуются пустоты. Когда преобладают мелкие частицы, крупные частицы рассеиваются в море мелких частиц, так что между соседними крупными частицами всегда остается зазор. Однако ширина зазора может быть распределена неравномерно, а некоторые зазоры могут быть относительно небольшими.Там, где зазор слишком мал, чтобы вместить хотя бы один слой мелких частиц, слой их внутри зазора не может быть полным, и в зазоре может находиться только одна или две изолированные мелкие частицы, что приводит к образованию относительно больших пустоты.

Эффект расклинивания делает фактическую пористость пакета частиц больше, чем теоретическая пустотность пакета частиц, и это взаимодействие между частицами связано с соотношением размеров частиц между частицами [20].

2.3. Модификация базовой модели упаковки частиц

2.3.1. Испытание бинарной упаковки частиц

Были отобраны частицы с размерами 22,75, 17,5, 12,75, 7,125, 3,555, 1,77, 0,89, 0,45 и 0,225 мм, и каждый размер был средним арифметическим соседних размеров стандартных сит для бетона. песок и гравий, указанные в Стандарте на технические требования и методы испытаний песка и щебня (или гравия) для обычного бетона (Национальный стандарт Китайской Народной Республики, JGJ52-2006).

Отобранные частицы были объединены в пары и распределены в 20 групп в соответствии с соотношением размеров частиц от мелких к крупным, а затем 20 групп частиц были подвергнуты испытаниям на упаковку частиц. Согласно базовой модели упаковки частиц (уравнения (1) и (2)), определяется количество крупных и мелких заполнителей, и за счет эффекта расклинивания в реальном процессе упаковки будет остаточное количество частиц. Остаточное количество можно измерить при испытании на упаковку, а объемную долю остаточных частиц рассчитать как

f2(xi)=mdi+1′ρi+1⋅Vc

(7)

где, f1(xi) – остаточная объемная доля частиц размером di, %; f2(xi) – остаточная объемная доля частиц размером di+1, %; mdi′ – остаточная масса частиц размером di, кг; mdi+1′ – остаточная масса частиц размером di+1, кг; ρi – кажущаяся плотность частиц размером di, кг/м ³ ; ρi+1 – кажущаяся плотность частиц размером di+1, кг/м ³ ; Vк – объем контейнера, м ³ .

Испытание бинарной упаковки частиц и его результаты показаны на .

Таблица 1

Испытание бинарной упаковки частиц.

№	кси	Размер частиц Состав di и di+1 (di+di+1)	мди'(кг)	мди+1′(кг)	f1(xi)	f2(xi)
1	1,3	22,75 + 17,5	4,434	2,146	9 9,+1626	+0,0787
2	1,784	22,75 + 12,75	4,341	1,778	0,1592	0,0652
3	2	0,45 + 0,225	4,403	1,502	0. 1689	0.0576
4	2956	17.56	17.5 + 7.125	4.066	1.325	0,1491	0.0496
5	3.193	22,75 + 7,125	4,123	1,055	0,1512	0,0387
6	4,01	7,125 + 1,777	3,979	0,983	0,1459	0,0377
7	4. 923	17.5 + 3.555	3.859	0.508	0,1415	0.0195
8
8	6.4	22.75 + 3.555	3.611	0,527	0,1324	0,0202
9	8,006	7,125 + 0,89	3,420	0,498	0,1254	0,0191
10	9,848	17,5 + 1,777	2. 850	0.485	0.1045	0.0186
11	12.8	22.75 + 1.777	2.702	0.0946	0.0991	0.0171
12	14,326	12,75 + 0,89	2,315	0,399	0,0849	0,0153
13	19,663	17,5 + 0,89	2,195	0,302	0,0805	0. 0116
14	25.56	25.56	22,75 + 0,89		1.876	0.255	0.0688	0.0688	0.0098
15	31.667	7.125 + 0,225	1,669	0,138	0,0612	0,0053
16	38,889	17,5 + 0,45	1,775	0,125	0,0651	0,0048
17	50. 556	22.75 + 0.45	1.489	0.130	0,0546	0.0546	0.0050
18	56.667	12.75 + 0.225	1.456	0,133	0,0534	0,0051
19	77,778	17,5 + 0,225	1,385	0,120	0,0508	0,0046
20	101,111	22,75 + 0,225	1,323	0,109	0,0485	0,0042

Из него видно, что соотношение размеров частиц х _и оказывало аналогичное влияние на остаточные объемные доли частиц f1(xi) и f2(xi); то есть по мере увеличения x _i значения f1(xi) и f2(xi) демонстрировали тенденцию к снижению. Однако имелась разница в степени влияния между частицами разного размера, т. е. при х _i превышало 5 влияние частиц диаметром di+1 на частицы диаметром di было значительно больше. чем у частиц диаметром di на частицах диаметром di+1.

Кривая зависимости между соотношением размеров частиц и остаточной объемной долей частиц.

2.3.2. Корректировка базовой модели

Для упрощения модели были сделаны следующие допущения: (1) система уплотнения бетона состояла из различных материалов, и каждый материал принимал свой средний объемный размер частиц в качестве своего характерного размера частиц; (2) существовала большая разница в размерах частиц между материалами бетонной композиции, такими как крупный заполнитель, мелкий заполнитель и вяжущий материал.Мы игнорировали влияние между частицами несмежного размера; то есть мы учитывали только эффекты между крупным заполнителем и мелким заполнителем и эффекты между мелким заполнителем и вяжущим материалом, в то время как эффекты между крупным заполнителем и вяжущим материалом игнорировались.

На основании результатов теста на упаковку частиц и приведенных выше предположений базовая модель (уравнения (1)–(4)) была модифицирована, и выражение модифицированной модели выглядит следующим образом:

Фактическая объемная доля крупного заполнитель:

Фактическая объемная доля мелкого заполнителя:

y2′=φ1′⋅(1−φ2″)

(9)

Фактическая объемная доля вяжущего материала:

y3′=φ1′⋅φ2″⋅ (1−φ3′)

(10)

Фактическая общая объемная доля для упаковки частиц:

y′=1−φ1′+φ1′⋅(1−φ2″)+φ1′⋅φ2″⋅(1− φ3′)

(11)

где φ1′, φ2″ и φ3′ — фактическая пористость крупного заполнителя, мелкого заполнителя и вяжущих материалов.

Подставив объемные доли остаточных частиц в уравнения (8)–(10), получим следующее:

Фактическая объемная доля крупного заполнителя:

−f1(x1))

(12)

Фактическая объемная доля мелкого заполнителя:

y2′=φ1′⋅(1−φ2″)=φ1⋅(1−φ2)⋅1−f2(x1)× (1−f1(x2))

(13)

Фактическая объемная доля вяжущего материала:

y3′=φ1′⋅φ2″⋅(1−φ3′)=φ1⋅φ2⋅(1−φ3)⋅ (1−f2(x2))

(14)

где, f1(x2) и f2(x2) – остаточные объемные доли частиц размером d1 и d2 при соотношении размеров x1; f1(x2) и f2(x2) — остаточные объемные доли частиц размером d2 и d3 при соотношении размеров x2.

2.3.3. Решение фактической пустотности упаковки частиц

Решается уравнениями (12)–(14):

Фактическая пустотность крупного заполнителя:

φ1′=φ1+f1(x1)−φ1⋅f1(x1)

(15)

Фактическая пустотность мелкого заполнителя:

φ2″=1−φ1⋅[1+φ1⋅f2(x1)−φ1−f2(x1)]⋅[1−f2(x1)]φ1+f1(x1)−φ1 ⋅f1(x1)

(16)

Фактическая пористость вяжущего материала:

φ3′=1−(1−φ3)⋅[1−f2(x2)]1−f2(x1)

(17)

где f1(xi)=0,212xi−0.327;f2(xi)=0,0894xi−0,715.

3. Расчет бетонной смеси

3.1. Материалы

(1) Цемент: портландцемент обычный марки прочности 42,5; основные компоненты показаны в , а основные технические характеристики показаны в .

Таблица 2

Основные компоненты цемента (массовая доля).

Главный минеральный состав (%)
C 2 S	C 3 S	C 3 A	C 4 AF	SIO 2	AL 2 O 3	Fe 2 O 3	CAO	CAO	MGO	SO 3	LOI
21. 8	51	51	11	13	20.18	498	4.98	3.28	60.92	459	1,78	3.48

Таблица 3

Основные технические свойства цемента.

Прочность	Установка времени (мин)		Прочность на сжатие (MPA)		Souncyness	Voidate (% )
	Исходный	Конечный	3d	28d
42. 5	176	176	403	3.158	22.6	22.6	49.8	49.8	квалифицированные	20,8	52,5%

(2) Прекрасный совокупность: речной песок в зоне II; основные технические характеристики показаны в .

Таблица 4

Основные технические свойства песка.

6

Очевидная плотность (кг / м 3 )	Массовая плотность (кг / м 3 )	Vointage (%)	объем среднего размера частиц (мм)	Модуль тонкости
2607	1473	43. 5	0,99137	2,51

(3) Крупный заполнитель: щебень, фракция 5–25 мм непрерывная; основные технические характеристики показаны в .

Таблица 5

Основные технические свойства щебня.

Оченная плотность (кг / м 3 )	объемная плотность (кг / м 3 )	Vointage (%)	объемный объем среднего размера частиц (мм)	индекс дробления (%)
2727	1466	46. 2	15.862	9

(4) Понизитель воды: высокоэффективный понизитель воды поликарбоновая кислота, жидкость светло-желтого цвета плотностью 1,1 г/см ³ и рН 7,0–8,0.

(5) Вода: питьевая вода.

3.2. Фактическая пористость частиц

На основе основных технических параметров материалов, входящих в состав бетона, фактическая пористость гранулированного материала в бетоне была рассчитана по уравнениям (15)–(17), как показано на рис.

Таблица 6

Фактическая пористость гранулированных материалов в бетоне.

4

6

	Средний объемный размер частиц (мм)	кси	f1(xi)	f2(xi)	φi (%)	Фактическая пустота (%)
15. 862	16	0.0856	0,0123	0,0123	46.2	50.8
Отличный совокупность	0.99137	47,662	0,06	0,00565	43,5	49,0
Цемент	0,0208	1,359	0,192	0,0817	52,5	55,6

Как видно из этого при учете взаимодействия между частицами в системе насадки фактическая доля пустот между частицами увеличилась; то есть пористость крупного заполнителя увеличилась с 46,2% до 50%. 8 %, пористость мелкого заполнителя увеличилась с 43,5 % до 49,0 %, а пористость цемента увеличилась с 52,5 до 55,6 %.

3.3. Состав бетона Материалы на м

Было выбрано три водовяжущих отношения 0,42, 0,47 и 0,52, расчетная осадка бетонной смеси составила 70–90 мм.

Процесс расчета количества щебня, песка, цемента и воды в 1 м ³ бетона выглядит следующим образом: V⋅y2′⋅ξ⋅ρ02

(19)

m3=V⋅y3′⋅ξ⋅ρ03

(20)

где m1, m2 и mw – масса щебня, песка, цемента и воды, кг; ρ01, ρ02, ρw – кажущаяся плотность щебня, песка, цемента и воды, кг/м ³ ; V — объем бетона, принятый за 1 м ³ ; ξ — коэффициент объемной усадки выражается следующим образом:

ξ=1y1′+y2′+y3′+yw

(22)

где y _w объемная доля воды, выраженная следующим образом:

yw=WB⋅ρ03⋅y3′ρw

(23)

где W / B – водовяжущее отношение.

Подставьте уравнения (8)–(10), (22) и (23) и различные параметры материала в уравнения (18)–(21), и вы получите количество щебня, песка, цемента и воды в 1 м ³ бетон, см. С-1, С-2 и С-3 в .

Таблица 7

8

№	Б/Б	цемент (кгм 3 )	песок (кгм 3 )	измельченный камень (кгм 3 )	Вода (кгм 3 )	водонепроницаемая массовая фракция (процентная доля цементной массы) ( %)
C0-1	0. 42	511.9	511.0	511.4	1137.4	0
0.47	457.5	558.7	1134.1	215,0	0
C0-3	0. 52	413.59	413.5	605.1	1123.7	215.0	0
C-1	0,42	369.2	626,1	1330,0	155.1	0,6
0,47	0,47	615. 1	1306.7	1306.7	1705	0.4
C-3	0.52	356,1	603.9	1282.9	185.2	0.2

In , C0-1, C0-2 и C0-3 являются контрольным бетоном, а расчет соотношений компонентов смеси основан на Спецификации расчета пропорций смеси для обычного бетона (Национальный стандарт Китайская Народная Республика, JGJ55-2011). Количество вводимого понизителя воды определяли испытанием бетонной смеси на удобоукладываемость. Все бетонные смеси соответствовали расчетной осадке 70–90 мм, расслоения и расслоения не было.

4. Испытание бетона на прочность при сжатии

Испытание проводилось в соответствии с методом испытания прочности бетона на сжатие, указанным в Стандарте для метода испытания механических свойств обычного бетона (Национальный стандарт Китайской Народной Республики, Великобритания/ Т50081-2002).В этом методе в каждой группе имеется три образца для испытаний размером 100 мм × 100 мм × 100 мм, а результат испытаний представляет собой среднее значение значений испытания на прочность на сжатие трех образцов для испытаний. Результаты испытаний показаны на , где данные рядом со столбцом представляют собой среднее значение и стандартное отклонение (в скобках) прочности на сжатие, а экспериментальные данные менее дискретны.

Прочность бетона на сжатие.

Это видно из этого при соотношении вода-вяжущее, равном 0. 42, 0,47 и 0,52, закон развития прочности бетона на сжатие в группе С с возрастом в основном соответствовал закону развития с возрастом прочности бетона на сжатие контрольного бетона (С0), причем прочности бетона на сжатие в обеих группах увеличивается с увеличением возраста. В этом же возрасте закон изменения прочности бетона на сжатие в группе С с водо-вяжущим отношением был таким же, как закон изменения прочности на сжатие бетона в группе С0 с водоцементным отношением.Прочность бетона на сжатие в обеих группах снижалась с увеличением водоцементного отношения; однако, когда отношение вода-вяжущее составляло 0,42, 0,47 или 0,52, прочность на сжатие бетона в группе С была выше, чем у контрольного бетона с таким же соотношением вода-вяжущее. Скорость роста прочности бетона на сжатие показана на . Из этого видно, что бетон с водовяжущим отношением 0,42 имел самую высокую скорость роста прочности на сжатие в каждом возрасте, за ним следует бетон с водовяжущим отношением 0.47, а затем 0,52. За исключением одного момента, можно сказать, что чем меньше водовяжущее отношение, тем выше скорость роста прочности на сжатие в каждом возрасте.

Таблица 8

Скорость роста прочности бетона на сжатие (%).

No	Возраст (D)
	3	7	28	28
C-1	22. 09	23.02	23.18	29.54
C-2	24.13	24.13	20.94	17.80	18.80
C-3	16.87	20.44	16.94	16. 94	11.47

5. Эластичный модуль Бетон при статическом сжатии

Испытание проводилось в соответствии с методом испытаний модуля упругости бетона при статическом сжатии, указанным в Стандарте для метода испытаний механических свойств обычного бетона (Национальный стандарт Китайской Народной Республики, Великобритания/ Т50081-2002).В методе в каждой группе было по шесть образцов размером 150 мм × 150 мм × 300 мм, которые перед испытаниями выдерживали в течение 28 сут. Среди них три образца использовались для испытания прочности бетона на осевое сжатие, а остальные три образца использовались для испытания модуля упругости бетона. Результаты испытаний принимают как среднее значение испытанного модуля упругости трех образцов, как показано на , где данные рядом со столбцом представляют собой среднее значение и стандартное отклонение (в скобках) модуля упругости, а экспериментальные данные менее дискретны.

Модуль упругости бетона.

Как видно из , при водовяжущем отношении 0,42, 0,47 и 0,52 закон изменения модуля упругости бетона в группе С с водовяжущим отношением в основном соответствовал закону изменения упругости модуль контрольного бетона с водовяжущим отношением. При водовяжущем отношении 0,42, 0,47 или 0,52 модуль упругости бетона в группе С был выше, чем в группе С0 с таким же водоцементным отношением.В частности, при соотношении вода-вяжущее 0,42 модуль упругости бетона увеличился на 20,44%; при водовяжущем отношении 0,47 модуль упругости бетона увеличился на 17,55 %; при водовяжущем отношении 0,52 модуль упругости бетона увеличился на 15,95 %. Чем меньше водовяжущее отношение, тем больше степень увеличения модуля упругости бетона.

Зависимость между напряжением и деформацией перед предельным напряжением бетона при осевом сжатии показана на .Из этого видно, что при одном и том же водоцементном отношении восходящий участок кривых напряжение-деформация группы С был более крутым, чем у группы С0, а предел прочности возрастал.

Взаимосвязь между напряжением и деформацией бетона.

6. Анализ и обсуждение

Метод расчета бетонной смеси, предложенный в данном исследовании, основан на плотной упаковке частиц. Поскольку заполнитель представлял собой гранулированный материал с наибольшей долей в бетоне, объемная доля заполнителя в бетоне, приготовленном этим методом, увеличивалась в разной степени.Объемная доля заполнителя показана в . Как видно из графика, при водовяжущем отношении 0,42, 0,47 и 0,52 объемная доля заполнителя увеличилась на 18,72, 13,49 и 8,97 % соответственно.

Таблица 9

Объемная доля заполнителя в бетоне.

	C0-1	C0-1	C0-2	C0-3	C-1	C-1	C-2	C-3	C-3
Совокупная объемная фракция (%)	61. 31	63.02	63.42	64.42	72.79	71.52	71.52	70.52
Увеличение скорости совокупных объемов доли (%)	—	—	18.72	13.49	8,97

Срезы образца бетона были взяты случайным образом. Информация о грубом агрегате была извлечена на разрезе с использованием программного обеспечения для обработки изображений IPP, и была выполнена обработка в градациях серого, как показано на рис.Из , можно интуитивно увидеть распределение крупного заполнителя в бетоне, среди которых крупный заполнитель в группе С0 был взвешен в матрице цементного раствора, а крупный заполнитель в группе С был тесно расположен и даже перекрывался друг с другом, образуя относительно плотный бетонный каркас.

Распределение крупного заполнителя в бетонных секциях.

Бетон представляет собой многофазный композитный материал, состоящий из строительного раствора, крупного заполнителя и переходной зоны между ними.Поскольку заполнитель имеет большую объемную долю в бетоне, особенно крупный заполнитель, он оказывает большое влияние на механические параметры, такие как прочность на сжатие и модуль упругости в условиях определенного вяжущего материала и водоцементного отношения [21].

В бетоне группы С более высокая объемная доля заполнителя обеспечивает более плотное распределение заполнителя в бетоне (как видно из ), так что заполнитель действует как более крупный скелет в бетоне. Кроме того, это видно из того, что при водовяжущем отношении было 0.42, 0,47 и 0,52, степень повышения прочности на сжатие бетона группы С увеличивалась с уменьшением водовяжущего отношения. Это в основном связано с тем, что скорость увеличения объемной доли заполнителя в бетоне группы С увеличивалась по мере снижения соотношения вода-вяжущее (см. ), что также доказывает с другой точки зрения, что увеличение объемной доли заполнителя способствует улучшению прочность бетона на сжатие. В этом исследовании прочность бетона на сжатие увеличивалась с увеличением объемной доли заполнителя, что согласуется с результатами исследования в ссылке [22].

показывает микроморфологию SEM переходной зоны бетонной поверхности. Видно, что при водовяжущем отношении 0,42, 0,47 и 0,52 в переходной зоне контрольного бетона имелись явные микротрещины и дефекты; при этом микротрещины в межфазной переходной зоне бетона группы С были не такими явными, как в контрольном бетоне с таким же водовяжущим, и дефектов также было относительно немного. Микротрещины в переходной зоне раздела фаз в основном связаны с ранней усадкой бетона, а увеличение объемной доли заполнителя повысит степень сдерживания заполнителя усадкой раствора, тем самым улучшив микротрещины в переходная зона интерфейса [23].Разрушение при сжатии обычного бетона в основном происходит в переходной зоне интерфейса и части цементного камня, поэтому улучшение переходной зоны интерфейса напрямую приведет к увеличению прочности бетона на сжатие.

Микроморфология межфазной переходной зоны в бетоне (×2000).

Из этого видно, что при водовяжущем отношении 0,42, 0,47 или 0,52 модуль упругости бетона группы С был выше, чем у контрольного бетона с таким же водовяжущим, а степень повышения модуль упругости также увеличивался по мере уменьшения соотношения вода-вяжущее.Заполнитель является компонентом с наибольшим модулем упругости в бетоне, поэтому увеличение объемной доли заполнителя может в определенной степени увеличить модуль упругости бетона. Как видно из , при водовяжущем отношении 0,42, 0,47 или 0,52 предел прочности бетона группы С был больше, чем у контрольного бетона с таким же водовяжущим отношением при осевом сжатии, что свидетельствует о том, что модуль упругости бетона имеет положительную корреляцию с прочностью на сжатие, что согласуется с результатами исследований в литературе [22].

Кроме того, из этого видно, что при водовяжущем отношении 0,42, 0,47 или 0,52 количество цемента в группе С было меньше, чем в группе С0 с таким же водовяжущим. Производство портландцемента требует больших затрат энергии, выделяя значительное количество CO ₂ [16], а большое потребление энергии и выбросы CO ₂ окажут большое влияние на среду обитания человека. Следовательно, уменьшение количества цемента в бетоне имеет большее значение для защиты окружающей среды и устойчивого развития.

7. Выводы

В данном исследовании предложен метод расчета бетонной смеси, основанный на принципе плотной упаковки частиц, и этот метод использован для приготовления бетона. Экспериментально исследованы прочность на сжатие и модуль упругости бетона. Наблюдали распределение крупного заполнителя и переходную зону раздела в бетоне, и были сделаны следующие выводы: метод дозирования бетонной смеси по принципу плотной упаковки частиц.

Вклад авторов

Концептуализация, Y.-H.C. и Б.-Л.З.; расследование, Б.-Л.З., С.-Х.Ю. и Б.-К.Т.; курирование данных, Б.-Л.З.; написание — первоначальная черновая подготовка, Ю.-Х.К.; написание — обзор и редактирование, Ю.-Х.К.; надзор, Ю.-Х.К.; приобретение финансирования, Y.-H.C. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование

Это исследование было поддержано Национальным фондом естественных наук Китая (грант № 51874076).

Заявление о доступности данных

Данные, представленные в этом исследовании, находятся в открытом доступе.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Сноски

Примечание издателя: MDPI остается нейтральным в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

Ссылки

Щебень — обзор

1.2 Влияние температурно-влажностных условий созревания на деформационные свойства и прочность бетонных элементов

Прочностные и деформационные свойства бетона очень чувствительны к температурно-влажностному режиму созревание.

Известно, что при созревании в благоприятных условиях процесс повышения прочности бетона за счет химической гидратации цемента может продолжаться длительное время. Об этом свидетельствуют результаты исследований, приведенные ниже.

Микашвили [76] исследовали изменение прочности и деформируемости элементов из гидротехнического бетона при хранении от 5 до 40 лет во влажной (водной) среде. В результате измерений он обнаружил непрерывный рост прочности элементов в течение заданных интервалов времени, который в случае сжатия пропорционален логарифму времени.При осевом растяжении прирост прочности оказался незначительным по сравнению с приростом прочности на сжатие. Данные, приведенные в [76], свидетельствуют о том, что высокое значение модуля упругости является характерной особенностью многолетних бетонов, хранящихся в водной среде.

Гнутов и Осипов [77] провели исследование прочности бетона, хранящегося в благоприятных условиях для набора прочности в течение 32 лет. В качестве опытных образцов использовались керны диаметром 11,0 см, взятые из водопровода канальной насосной станции.Образцы керна были выбурены из горизонтально направленных скважин в стенках акведуков. Часть скважин, из которых были выбурены керны, в течение всей эксплуатации сооружения находилась под водой.

В результате испытаний, проведенных авторами [77], установлено, что прочность бетона, находящегося > 30 лет во влажных условиях, в 3,5 раза превышает его прочность, зафиксированную в возрасте 28 сут.

Результаты исследований прочностных и деформационных свойств бетонных элементов, созревших в различных влажностных условиях, отражены в рассматриваемых ниже работах.

В 1956 г. Гудавердян опубликовал статью, посвященную изучению влияния влажной среды на прочность при сжатии трех составов бетона [78]. Использовались тяжелые бетоны из кварцевого речного песка и базальтового камня, бетоны из заполнителей из литоидной пемзы и туфобетоны из туфа Ереванского месторождения. Марка цемента составляла 32,5 МПа. Часть испытуемых образцов в виде усеченных конусов размерами d = 15 см, D = 20 см, H = 15 см и кубов с размером ребра 10 см после расформовки хранили в лаборатории при нормальных условиях твердения, а другие образцы вне лаборатории хранились под навесом.Исследования проводились летом.

По данным, приведенным в [78], тяжелый бетон, выдержанный в течение месяца в среде с пониженной влажностью, набирает лишь около 50 % прочности, которую он мог бы набрать при нормальных условиях твердения. Указанная разница для литоидно-пемзобетона и для туфобетона составила 30 % и 10 % соответственно.

Худавердян объяснил выявленную низкую чувствительность созревания литоидно-пемзобетонов и особенно туфобетонов к условиям пониженной влажности способностью пористых заполнителей аккумулировать значительное количество воды при изготовлении бетона, что сохраняет бетон во влажном состоянии в течение определенный промежуток времени, тем самым способствуя интенсификации процесса гидратации цемента.

Аналогичные исследования были проведены в 1970 г. Ботвиной [79].

На этот раз объектами исследования были газосиликат из природного суглинка и негашеной извести, из негидратированного лёсса и негашеной извести, из кварцевого песка и извести, а также виброформованный силикатный бетон на известково-лёссовом вяжущем как на обезвоженном, так и на природном лёссе. Часть образцов в виде кубов размерами 10х10х10 см и брусков размерами 4×4×16 см в течение 5 лет подвергали воздействию среды с условиями сухого жаркого климата.Другая часть испытуемых образцов (контрольные испытуемые образцы) хранилась в обычных лабораторных условиях в течение указанного периода времени. В период исследований температура воздуха в летний период достигала 50–65°С, а относительная влажность – 5–8%.

В результате проведенных замеров установлено, что прочность на сжатие и прочность на изгиб силикатно-бетонных опытных образцов, оставленных после расформовки в течение 5 лет вне лаборатории, примерно на 23–30 % меньше прочности контрольных тестовые образцы [79].

Качественно подобное явление для прочности и модуля упругости бетона было обнаружено в идентичных исследованиях, проведенных Plowman [80], а также Ashrabov et al. [81]. В первом случае в качестве образцов использовались цилиндры с соотношением диаметров и высот 1:3, изготовленные из цементно-песчаного материала, а во втором – призмы размерами 10×10×40 см, изготовленные из тяжелого бетона.

Исследования Хасэгавы Тосио, Сугиямы Масаси и др. [82] также аналогичны рассмотренным выше.

В данных исследованиях моделировали сушку бетона в конструкциях с различными значениями удельной открытой поверхности и времени извлечения из формы в течение 2 лет на опытных образцах-призмах размерами 10×10×20 см и 20×40×40 см. Влажность среды также была различной.

В результате измерений, проведенных авторами [82], установлено, что в ряде случаев повышение прочности бетона сменяется ее снижением через несколько месяцев. Также установлено, что при снижении относительной влажности среды с 85 % до 60 % наблюдаемое снижение прочности бетона достигает до 11. 2 МПа, а модуль упругости достигает 50%.

Ниже рассмотрены результаты исследований изменения прочностных и деформационных свойств образцов из цементно-песчаных растворов и бетонов, выдержанных после расформовки сначала во влажных условиях, а затем в среде с пониженной влажностью.

Хак и Кук исследовали влияние снижения исходной высокой степени влажности среды на динамический модуль упругости образцов, изготовленных из тяжелого бетона, цементно-песчаного раствора и портландцементного теста [83].В этих исследованиях составы исследуемых материалов варьировались: водоцементное отношение варьировалось от 0,3 до 0,5, а конусообразная осадка смесей варьировалась от 10 до 60 мм. Экспериментальные призматические образцы имели размеры 10,2×10,2×50,8 см.

В результате проведенных исследований установлено, что вне зависимости от вышеперечисленных факторов, для всех рассмотренных случаев потеря влаги приводит к значительному снижению динамического модуля упругости этих материалов, созревших до начала этот процесс во влажных условиях. При этом наибольшее снижение данного показателя зафиксировано у образцов из цементно-песчаного раствора и портландцементного теста.

Обнаруженное авторами [83] явление объясняется тем, что усадка, происходящая в результате сушки, приводит к необратимым изменениям в структуре указанных материалов, что является причиной снижения их динамических модуль упругости.

Экспериментально установленные закономерности изменения прочностных и деформационных свойств образцов из разных видов бетона, выдержанных вначале во влажных условиях, а затем в среде с пониженной влажностью в течение 10–20 лет, приведены в работе Карапетяна [84] .

Исследования проводились на двух составах легкого бетона – из песка и из литоидно-пемзового щебня, на одном составе смешанного бетона на основе песка из литоидной пемзы и базальтового щебня и на одном составе тяжелого бетона на основе кварцевого песка и базальтовый щебень. В качестве вяжущего использовали портландцемент марки 40 МПа. Экспериментальные образцы-кубики с ребрами 20 см и цилиндры диаметром 14 см и высотой 60 см извлекали из форм на третьи сутки после изготовления. Далее они хранились при следующих двух влажностных режимах:

I.

Первые 3 года во влажной камере при температуре T = 17 ± 9°С и относительной влажности W = 92 ± 4%, затем 18 лет в лабораторной комнате при T = 20 ± 8°C и W = 55 ± 11%;

II.

28 сут во влагокамере, а затем до достижения возраста 10 лет в лабораторных условиях при T  = 21 ± 7°С и W = 50 ± 10%.

На основании проведенных исследований Карапетян установил, что закономерности изменения во времени прочности как кубических, так и цилиндрических образцов из легких бетонов на основе литоидной пемзы, созревающих по I режиму, качественно носят одинаковый характер.А именно, при трехлетнем влажном хранении прочность образцов увеличивается с уменьшением скорости. После этого при дальнейшем их хранении в течение 18 лет в обычных лабораторных условиях наблюдается длительный процесс снижения прочности этих образцов, но в результате значения прочности как кубических, так и цилиндрических образцов несколько превышают значения, определенные в возрасте 1 мес.

Все сказанное практически применимо к образцам из оставшихся двух составов бетона со сроком выдержки 21 год по режиму I.Разница лишь в том, что в последнем случае снижение прочности образцов бетона в результате их хранения в течение 18 лет в среде с пониженной влажностью наблюдается в более зрелом возрасте.

Изучение изменения во времени механических свойств образцов литоидно-пемзового бетона, выдержанных в течение 10 лет в условиях влажной среды по указанному режиму II, показало, что снижение влажности среды после хранения влаги в течение месяца вначале приводит к замедлению интенсивности роста прочности образца, а затем к длительному процессу его деградации.В результате в возрасте 10 лет конечное значение силы было ниже ее значения к 1-месячному возрасту.

Карапетян также установил, что изменения тангенциального модуля деформаций образцов бетона, выдержанных как по режиму I, так и по режиму II, имеют одинаковые качественные характеристики, аналогичные наблюдаемым в случае прочности.

Так, по экспериментально подтвержденным данным, конечная прочность бетонных элементов, созревших в течение длительного времени в условиях нормального твердения, а затем в среде с пониженной влажностью, в ряде случаев может быть ниже их прочности, зафиксированной в возрасте 28 дней.

Это явление требует внимания, так как возводимый или уже возведенный бетон, предназначенный для эксплуатации в регионах с низкой влажностью (w↕75%, [1]), не может набрать предусмотренной проектом прочности, но и со временем значительная часть уже набранной силы может быть утрачена. Этот факт становится очень важным для прогнозирования долговечности и срока службы проектируемых и уже построенных бетонных и железобетонных конструкций, эксплуатируемых в регионах с указанными климатическими условиями.

Ниже обсуждаются результаты экспериментальных исследований, проведенных автором монографии [85] по изучению изменения прочности легкого бетона, созревшего в течение десятков лет в среде с пониженной влажностью.

Опыты проводились на кубических образцах из трех легких бетонов на основе природных пористых заполнителей. Составы этих бетонов:

1.

Литоидно-пемзобетон — состав по массе 1:1.54:2,40, В/Ц = 0,95.

2.

Шлакобетон — состав по массе 1:2,51:2,65, В/Ц = 1,18.

3.

Туфобетон — состав по массе 1:1,80:2,74, В/Ц = 1,43.

После расформовки образцы хранились в лаборатории при средней температуре 22°С и относительной влажности 65% в течение 10–23 лет.

Кратковременные испытания кубиков проводились периодически в определенном возрасте. Для каждого случая тестировали 3–5 образцов-близнецов.При этом максимальный разброс значений прочности отдельных образцов по сравнению с их средними арифметическими значениями не превышал + 6% и — 5%.

Отметим, что в опытах на бетонном составе № 1 кубики с ребрами 20 см испытывали до возраста 15 месяцев, а во всех остальных случаях кубики имели ребра 10 см. Результаты опытов над составами бетона № 1, 2 и 3 до возраста 10 лет опубликованы в [38, 61, 86].

Проведенные исследования показали, что характер изменения прочности бетона исследуемых составов во времени одинаков: вначале до определенного возраста наблюдается увеличение показателя прочности бетона, а дальнейшее увеличение возраста бетона приводит к снижению значения прочности (рис.1.4). В результате в возрасте 10 лет прочность бетона состава № 1 (кривая 1 рис. 1.4) была примерно на 20 % меньше, чем его прочность в возрасте 28 сут. Снижение прочности бетона составов № 2 (кривая 2, рис. 1.4) и № 3 (кривая 3, рис. 1.4) в возрасте 22 и 23 лет соответственно по сравнению с их значениями в возрасте 28 дней такое же и составляет около 17%.

Рис. 1.4. Прочность кубических образцов легкого бетона изменяется во времени.

Отметим, что качественно аналогичное изменение величины прочности бетонных элементов (кубов, призм) во времени в случае тяжелого бетона изучалось в работах [87, 88].

По результатам прямых измерений указанного выше явления можно высказать некоторые соображения, касающиеся проектирования бетонных и железобетонных конструкций, предназначенных для эксплуатации в средах с пониженной влажностью.

В практике проектирования бетонных и железобетонных конструкций наблюдается тенденция к экономии цемента за счет учета нарастания запаса прочности бетона во времени.В частности, это отражено в вышеупомянутых нормативах строительных проектов [1], действующих в странах СНГ, в том числе в Республике Армения. Такой подход, по всей видимости, оправдан тем, что бетон в конструкции набирает прочность, предусмотренную проектом, как правило, раньше, чем конструкция воспринимает расчетные нагрузки [87, 89–92] и др.

Такой подход не всегда может быть оправдан, так как в указанных исследованиях через 1 год зафиксирован значительный прирост прочности бетона по сравнению с его прочностью в возрасте 28 суток (класс прочности на сжатие R ₂₈ , [1]).

Из данных, приведенных на рис. 1.4, следует, что действительно наблюдается значительное увеличение прочности бетона на указанном выше интервале времени. Однако, согласно тому же рисунку, прочность бетона, созревшего в условиях пониженной влажности за 10–23 года, значительно ниже R ₂₈ .

В строительных нормах [93], действовавших в бывшем СССР, указывалось, что при проведении расчетов конструкций расчетное сопротивление бетона по предельным состояниям первой группы в соответствующих случаях следует умножать на коэффициенты конкретные условия труда.Среди последних указывался также коэффициент условий работы бетона (m _δ1 ), учитывающий продолжительность и особенности действия эксплуатационных и атмосферных воздействий на строительные конструкции. В частности, в этих нормах предусматривалось, что при расчете постоянных, длительных и кратковременных нагрузок, кроме нагрузок с малой суммарной продолжительностью действия, а также при расчете специальных нагрузок, вызванных деформациями оседания, вспучивания, вечная мерзлота и другие подобные грунты:

•

Для тяжелых бетонов и бетонов на пористых заполнителях естественного твердения или подвергнутых термической обработке, если конструкция эксплуатируется в условиях, благоприятных для повышения прочности бетона (твердение под водой, во влажном грунте или при влажности окружающей среды выше 75 %), значение m _δ1 следует принимать равным 1. 00.

•

Во всех остальных случаях значение указанного коэффициента следует принимать равным 0,85.

Для стандартов стран СНГ [1] как для легкого, так и для тяжелого бетона во втором случае эксплуатации, указанном выше, значение коэффициента условий труда (в этих стандартах этот коэффициент присваивается γ _δ2 ) составляет установить равным 0,90 вместо 0,85, как это было принято стандартами [93]. По-видимому, такая поправка к строительным нормам была внесена на основании упомянутых выше исследований [87, 89–92].

Однако, как следует из результатов исследований, приведенных в [84, 87, 88] и на рис. 1.4, в условиях пониженной влажности окружающей среды значение прочности бетона через некоторое время может быть значительно ниже чем его значение, полученное к возрасту 28 дней. В частности, через 10–23 года прочность легких бетонов на природных пористых заполнителях снижается до 0,8 R ₂₈ (рис. 1.4).

Это обстоятельство может служить рекомендательным аргументом для снижения значения коэффициента условий труда γ _δ2 не ниже 0. 85 при перепланировке строительных норм [1], что и было предусмотрено вышеназванными строительными нормами [93].

(PDF) Определение прочности раствора с использованием каменной пыли в качестве частично заменяемого материала для цемента и песка

Определение прочности раствора с использованием каменной пыли в качестве частично заменяемого материала для

Благодарности

Авторы выражают благодарность доктору Г. М. Садикулу. Ислам Читтагонгского инженерного университета и

технологии и проф.Доктор Чанг-Су Шим и профессор доктор Вон-Пио Хонг из Университета Чунг-Анг

за их вдохновение на протяжении всего исследования. Техническая поддержка со стороны Университета Читтагонга

Engineering & Technology и Университета Чун-Анг, а также поддержка материалов

от инженера A.T.M. Назир высоко ценится.

Ссылки

Ахмед, А.Е. и Э1-Курд А.А. (1989), «Свойства бетона, содержащего природный щебень и очень мелкий песок

», ACI Mater. J., 86 (4), 417-424

Азиз, Массачусетс (1995), Инженерные материалы. Z and Z Computer and Printers, Дакка, Бангладеш.

Бонаветти В.Л. и Ирассар, Э.Ф. (1994), «Влияние содержания каменной пыли в песке», Cement Concrete Res.,

24(3), 580-590.

Фергюсон, П.М., Брин, Дж.Э. и Джирас, Дж.О. (1988), Основы железобетона, 5-е изд., John Wiley

& Sons, стр. 1.

Грей, Дж. Э. и Белл, Дж. Э. (1964), «Каменный песок», англ.Бюллетень, № 13, 71 стр., Национальный щебень

Assoc, Вашингтон.

Кальчев И.В. (1977), Портландцементный бетон с каменным песком, Специальный инженерный отчет, 20 стр.,

Национальная ассоциация щебня, Вашингтон.

Лохани Т.К., Падхи М., Даш К.П. и Йена С. (2012 г.), «Оптимальное использование карьерной пыли в качестве частичной замены песка в бетоне», J. Appl. науч. англ. Рез., 1(2), 391-404.

Махзуз Х.М.А. и Таймуннахар, Х.Б.М. (2010), «Оценка текущей экологической ситуации и разработка стратегии

для будущей добычи природных ресурсов Джафлонга», Материалы конференции

по инженерным исследованиям, инновациям и образованию CERIE, Силхет, Бангладеш, 11-13 января.

Масрур Ахмед, А.А.; Махзуз, Х.М.А. и Юсуф, Массачусетс (2010 г.), «Сведение к минимуму образования каменной пыли устойчивым способом

: тематическое исследование камнеобрабатывающей промышленности Силхета», Материалы Международной конференции

по экологическим аспектам Бангладеш (ICEAB10), Япония, сентябрь .2010

Малхотра В.М. и Каретт, Г.Г. (1985), ACI J., 82(3), 363-371.

Мендоса, С.Дж., Мена Феррер, М. и Ревиста. (1987), IMCYC, 25 (192), 9-20.

Мобашер Б. (1999), «Заполнители: модуль крупности», доступно по адресу:

http://www4.eas.asu.edu/concrete/aggregates/sld013.htm.

Попович С. (1979), Материалы для производства бетона, с. 208-210, паб Hemisphere. Corp., Washington

Шармин Р., Ахмед М., Мохиуддин А. и Форхат А.Л. (2006), «Сравнение прочностных характеристик бетона

с недробленым или дробленым крупным заполнителем». ARPN Дж. Инж. заявл. наук, 1(2), 1-4.

Вира Редди, М. (2010 г.), «Исследования каменной пыли и керамики в качестве замены заполнителя в бетоне»,

Int. J. Гражданская структура. англ., 1 (3), 661-666.

CC

Сколько песка нужно для 25-килограммового мешка цемента

Сколько песка мне нужно для 25-килограммового мешка цемента | сколько нужно песка на 1 кг цемента | сколько песка требуется на 25 кг цемента при приготовлении раствора | сколько песка требуется на 25 кг цемента при приготовлении бетона.

Во время приготовления бетонной смеси требуется хорошая смесь цемента, песчано-гравийной смеси или камня и воды для достижения заданной прочности на сжатие любой конструкции, такой как фундамент, основание, плита. , для проезда, проезжей части и тротуара, улицы. И смесь цементного песка и воды, используемая для приготовления цементного раствора, используемого для кладки кирпича / блоков и штукатурки.

Сколько песка мне нужно для 25-килограммового мешка цемента? , в зависимости от типа смеси, использовать либо для приготовления цементного раствора, либо для бетона, если цемент используется для раствора для кирпичных/блочных работ и штукатурки, как правило, 1 часть цементной смеси с 3-6 частями песка в соотношении смеси 1 :3 используется для ремонта и гидроизоляции, 1:4 используется для штукатурки потолка и бетонных стен, 1:5 и 1:6 используется для штукатурки кирпичных стен и кладочных работ.

Если цемент используется для приготовления бетона для террас, плит, фундаментов, тротуаров и т. д., то, как правило, 1 часть цемента смешивают с 2 частями песка и 3 частями заполнителя или камня для получения бетона с прочностью 30 МПа. Это хорошая смесь бетона. На строительной площадке ингредиенты цементного раствора, такие как цемент, песок, гравий и вода, измеряются по объему, а не по весу, обычно его измеряют с помощью тачки, лопат или ведер, обычно строительная тачка доступна в 6 кубических футах.

Обычно плотность портландцемента составляет около 1440 кг/м3, поэтому из одного 25-килограммового мешка цемента получается 0,0174 кубических метра, что примерно равно 0,60 кубических футов. Объемная плотность заполнителя или щебня составляет около 1520 кг/м3, поэтому 1 кубический фут камня весит около 43 кг. Насыпная плотность песка составляет около 1600 кг/м3, поэтому 1 кубический фут песка весит около 45 кг. Требуемое количество воды основано на водоцементном отношении, которое обычно составляет около 0.50 при слабом воздействии.

Для приготовления стандартной растворной смеси обычно 1 часть смеси портландцемента с 5 частями песка, это означает один мешок 25 кг цемента объемом 0,60 кубических футов, смешанный с 3 кубическими футами песка (0,60×5 = 3), или 25 кг цементной смеси с 135 кг (45 × 5 = 135 кг) песка и добавьте 13 литров воды (в/ц составляет около 0,50, поэтому 25 × 0,5 = 13 литров).

Относительно этого, «сколько песка мне нужно для 25-килограммового мешка цемента?» , по общему правилу, один мешок 25 кг портландцемента необходимо смешать со 135 кг (3 кубических фута) песка и 13 литрами воды для получения цементного раствора стандартной смеси, используемого для кладки кирпича/блоков и штукатурки, для этого 1: Принимается смесь 5, в которой одна часть цемента смешивается с 5 частями песка, а соотношение В/Ц составляет около 0.50.

Касательно этого, «сколько песка мне нужно на 1 кг цемента?» , по общему правилу, один кг портландцемента необходимо смешать с 5,4 кг (135÷25=5,4) песка и немногим более 0,5 литра воды (13÷25=0,52) для получения стандартного цементного раствора, используемого для укладка кирпича/блока и штукатурка, для этого используется смесь 1:5, в которой одна часть цемента смешивается с 5 частями песка и соотношение воды и цемента составляет около 0,50.

◆Вы можете подписаться на меня в Facebook и

Подпишитесь на наш канал Youtube

Для приготовления стандартной бетонной смеси обычно 1 часть смеси портландцемента с 2 частями песка и 3 частями заполнителя или камня, это означает один мешок 25 кг цемента 0.60 кубических футов, смешанных с 1,2 кубическими футами песка (0,60 × = 1,2) и 1,8 кубическими футами заполнителя или камня или 25 кг цементной смеси с 54 кг (45 × 1,2 = 54 кг) песка и 78 кг камня и добавить 13 литров воды (в/ц составляет около 0,50, поэтому 25 × 0,5 = 13 литров).

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ :-

Как рассчитать количество песка в 1 м3 бетона

Набухание песка, его причины, график & процедура испытаний

Сколько песка нужно для 25-килограммового мешка цемента

Сколько песка и гравия в ярде бетона

Сколько песка смешивать с цементом

Таким образом, один 25-килограммовый мешок портландцемента необходимо смешать с 54 кг песка, 78 кг гравия, заполнителя или камня и примерно 13 литрами воды или 1 кг цемента с 2. 16 кг песка, 3,12 кг гравия и немногим более 0,5 л воды для производства стандартной бетонной смеси с давлением 3000 фунтов на квадратный дюйм или 30 МПа.

Составляющие материалы бетона — InterNACHI®

Ник Громико, CMI® и Кентон Шепард

Бетон представляет собой композитный материал, состоящий из вяжущего вещества, которое обычно представляет собой цемент, грубые и мелкие заполнители, которые обычно представляют собой камень и песок, и воду. К ним относятся составляющие материалы бетона. Но из-за множества переменных свойств сырья, способов его обработки и комбинирования существует множество возможностей для возникновения проблем с бетоном.Фундаментальное понимание различных материалов и производственных процессов может помочь тем, кто проверяет бетон, узнать, какие проблемы следует искать, где их искать и как их распознать.

Проще говоря:

• цемент + вода = цементное тесто;
• цементная паста + песок = раствор; и
• раствор + камень = бетон.

Добавки могут быть включены в смесь для контроля свойств схватывания.

Химические реакции, происходящие при комбинировании различных составляющих материалов, могут различаться в зависимости от свойств отдельных материалов.Материалы могут различаться по своему химическому составу и эксплуатационным характеристикам в зависимости от того, где они были добыты или добыты, а также в зависимости от используемых методов производства и условий на заводе-изготовителе.

Связующие

Связующие представляют собой мелкие гранулированные материалы, образующие пасту при добавлении к ним воды. Эта паста затвердевает и герметизирует заполнители и арматурную сталь. Сразу после добавления воды цементное тесто начинает затвердевать в результате химического процесса, называемого гидратацией.Гидратация происходит с разной скоростью в зависимости от свойств используемых вяжущих и добавок, водоцементного отношения и условий окружающей среды, в которых находится бетон. Способы воздействия вяжущих на бетон, строительный раствор и аналогичные продукты могут варьироваться в зависимости от химических и физических свойств исходных материалов, составляющих материалов, состава смеси и, в меньшей степени, от изменений в процессе производства цемента.

Портландцемент

Портландцемент

Существуют различные типы цемента, но наиболее широко используется портландцемент.Хотя портландцемент назван в честь области в Англии, где его начали использовать, сегодня он производится во всем мире.

ASTM International определяет портландцемент как «гидравлический цемент (цемент, который образует водостойкий продукт), полученный путем измельчения клинкеров, состоящих в основном из гидравлических силикатов кальция, обычно содержащих одну или несколько форм сульфата кальция в качестве межмолотой добавки. ”

Портландцемент получают путем сплавления материалов, содержащих кальций, с материалами, содержащими алюминий. Кальций может поступать из известняка, ракушек, мела или мергеля, который представляет собой мягкий камень, или из твердого ила, иногда называемого аргиллитом, который богат известью.

Процесс производства цемента

Основные операции цементных заводов примерно одинаковы, но могут различаться в зависимости от местоположения. Нижеследующий производственный процесс описывает то, что происходит в карьере и на цементном заводе в Колорадо.

Карьерные работы

Слой известняка толщиной около 18 футов отрывается от поверхности и уходит под землю.Карьерные операции следуют за ним до уровня около 200 футов, прежде чем продолжать его становится невыгодно.

Горная порода темного цвета, изображенная выше, содержит известняк и два вида сланца, каждый из которых используется для производства цемента. Светлый материал называется вскрышной породой, которая не используется в производстве, а откладывается для замены позже во время рекультивации после того, как карьер достиг конца своего разрешенного периода и был закрыт.

Плоский участок в стене карьера, называемый подъемником или уступом, представляет собой глубину, на которую бурятся скважины перед установкой зарядов для взрывных работ.Здесь она составляет около 80 футов. Из-за требований национальной безопасности большинство карьеров заключают контракты на проведение взрывных работ.

После взрывных работ каменная крошка доставляется в конец карьера, где началась добыча. Это будет первый материал, который будет засыпан обратно в рамках процесса рекультивации. Пригодный для использования камень перевозится грузовиком и либо сбрасывается в первичную дробилку, либо складывается рядом.

Дороги и сваи необходимо увлажнять для снижения содержания пыли в воздухе.

Грузовики возвращаются в это здание, чтобы сбросить грузы в первичную дробилку.

Первичная дробилка

После того, как камень сбрасывается в загрузочный желоб сверху, сила тяжести перемещает его вниз через дробилку, что уменьшает его диаметр примерно до 3 дюймов. Рукавный фильтр помогает снизить содержание пыли в воздухе.

Из дробилки камень поступает на конвейерную ленту, которая доставляет его на производственный завод, расположенный примерно в 2 милях.

Длинные конвейерные ленты должны иметь правильное натяжение. Это делается с помощью стальных тросов для подвешивания бетонных грузов внутри башен.

В каждой точке, где конвейер меняет высоту или направление, другой рукавный фильтр помогает удалять пыль из щебня и из воздуха.

Наконец, известняк и сланец складируются в дальнем конце производственной линии.

Камень загружается фронтальным погрузчиком по одному ковшу за раз на конвейер, который подает его в буферный бункер (вверху слева).Из буферного бункера камень можно подавать в систему с одинаковой скоростью. Из буферного бункера камень транспортируется в сушилку, которая удаляет большую часть влаги, а затем возвращается во вторичную дробилку (центральный бункер), где его диаметр уменьшается примерно до 3/8 дюйма. С этого момента камень транспортируется высокоскоростным воздухом, а не роликовыми ремнями.

Высушенный щебень затем перемещается в шаровую мельницу, в которой стальные шары измельчают его до порошкообразного состояния.Шаровая мельница представляет собой вращающийся цилиндр с расходуемой футеровкой, удерживаемой на месте сотнями болтов, головки которых можно увидеть на фотографии выше.

Различные материалы смешиваются в шаровой мельнице, поэтому здесь также происходит начальное смешивание. Обычными материалами являются известняк, сланец, песчаник и железо.

Из шаровой мельницы материал перемещается в градирню предварительного нагрева (слева), где он нагревается примерно до 1800°F перед подачей в горизонтальную цилиндрическую вращающуюся печь.

Печь (темно-серая) слегка наклонена, так что материал проходит через нее при вращении. Более круто наклоненная труба над печью (светло-серая) подает воздух для горения, как и U-образный канал в верхней части колонны предварительного нагрева. Внутри печи материал нагревается примерно до 3300°F. Этот процесс называется спеканием. Происходят химические изменения, в результате которых образуется вещество размером с мрамор, называемое клинкером. Создание клинкера означает использование тепла для удаления всего углекислого газа из материала.Углекислый газ является основным парниковым газом.

На фотографии выше показаны открытые двери в нижней части печи, которая закрыта для осмотра и обслуживания. Гибкая труба диаметром 6 дюймов, наклоненная влево, служит источником газа для горелки, воспламеняющей пылеугольное топливо. Конец 8-дюймовой трубы подачи угля виден справа от ног рабочего.

Запасы пылевидного угля, используемого в качестве топлива для печи

Клинкер перемещается в складское помещение особой формы для контроля его влажности.

Клинкер тонко измельчается для получения конечного цементного продукта. На фотографии выше показан как клинкер размером с мрамор до измельчения, так и конечный продукт: цемент.

Вся операция контролируется и контролируется с центральной консоли управления, которая содержит множество мониторов с цифровыми показаниями в реальном времени.

Вариации

Хотя существуют стандарты ASTM, которым может соответствовать портландцемент, существует ряд факторов, которые могут привести к изменению его эксплуатационных характеристик.

Размер частиц 

Размер частиц важен, потому что частицы более тонкого помола имеют большую площадь поверхности, на которой происходят химические реакции, и это сильно влияет на свойства цемента. Цемент с мелкими частицами будет более реактивным и быстрее наберет прочность после начала процесса гидратации. Суммарная площадь поверхности частиц в данном объеме материала называется его удельной поверхностью.

Портландцементы имеют удельную поверхность от 1 500 до 2 000 квадратных футов на фунт материала (ft ² /фунт), что составляет примерно от 300 до 400 квадратных метров на килограмм (m ² /кг), в зависимости от типа.

Гипс и сульфаты

Гипс, также в виде молотых частиц, смешивается с молотым клинкером для замедления процесса гидратации настолько, чтобы было время для укладки бетона, его стяжки и финишной отделки перед этим наборы. Если гипсовые или сульфатные материалы добавляются к клинкерному материалу и измельчаются вместе с ним, они могут уменьшаться в размере быстрее, чем клинкер. Это предпочтительное измельчение может привести к более мелким частицам, что увеличивает их коэффициент реакционной способности по сравнению с клинкерным материалом.

Для любого конкретного цемента существует оптимальное содержание как гипса, так и сульфата. Детали того, как именно сульфаты влияют на развитие прочности бетона, изучены недостаточно.

Оптимальное содержание как гипса, так и сульфатов зависит не только от типа цементной смеси, но и от:

• химических свойств исходных материалов кальция и алюминия, используемых для клинкера;
• физические свойства алюминатов, такие как размер кристаллов;
• разная растворимость различных источников сульфатов;
• размер частиц;
• температура измельчения; и
• использование добавок.

Как будто это не было достаточно сложно, оптимальное содержание сульфата для одного свойства цемента, такого как прочность, может отличаться от оптимального содержания для другого свойства, такого как усадка при высыхании. Бетон и раствор могут иметь различное оптимальное содержание, поэтому изготавливаются разные виды цемента.

Материалы тестируются четыре раза в процессе производства, чтобы предотвратить такие проблемы. Сырье тестируется перед поступлением в производственный процесс, перед поступлением в печь, после выхода из печи и перед окончательным хранением в основных хранилищах.

Цементные пластины, используемые в порции процесса тестирования

Оборудование, используемое для тестирования прочности компрессора

Типы цемента

ASTM Спецификация C-150 обеспечивает стандарты для восьми различных видов портландцемента :

1. Тип I — это цемент общего назначения, используемый в самых разных проектах, включая здания, мосты, полы, тротуары и сборные железобетонные конструкции.
2. Тип IA аналогичен типу I, но используется для проектов, требующих воздухововлечения.
3. Тип II выделяет меньше тепла, выделяет тепло медленнее и имеет умеренную устойчивость к сульфатному воздействию.
4. Тип IIA идентичен типу II, но используется для проектов, требующих воздухововлечения.
5. Тип III – это цемент с высокой начальной прочностью, благодаря которому бетон быстро схватывается и набирает прочность. Цемент типа III химически и физически подобен цементу типа I, за исключением того, что частицы более мелкого помола.
6. Тип IIIA – цемент с высокой начальной прочностью, используемый в проектах, требующих воздухововлечения.
7. Тип IV набирает прочность медленнее, чем другие типы цемента, и выделяет меньше тепла во время гидратации. Он используется для крупногабаритных бетонных конструкций, из которых мало шансов на утечку тепла, таких как плотины.
8. Тип V используется только в бетонных конструкциях, которые будут подвергаться сильному воздействию сульфатов, как правило, в местах, где бетон подвергается воздействию почвы и грунтовых вод с высоким содержанием сульфатов.

ASTM C-1157 включает следующее:

1. Гидравлический цемент типа GU используется для общего строительства.
2. Тип HE – цемент с высокой начальной прочностью.
3. Тип MS умеренно устойчив к воздействию сульфатов.
4. Тип HS обладает высокой устойчивостью к воздействию сульфатов.
5. Тип MH выделяет умеренное количество тепла во время гидратации.
6. Тип LH выделяет небольшое количество тепла во время гидратации. Этот тип цемента также может быть рассчитан на низкую реакционную способность (вариант R) с заполнителями, реагирующими со щелочами.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЦЕМЕНТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Пуццоланы

Другие материалы могут быть смешаны с портландцементом для удовлетворения особых требований и экологических соображений.Некоторые из этих материалов, называемые пуццоланом, не обладают цементирующими свойствами, пока не будут смешаны с портландцементом. При смешивании бетона для улучшения его удобоукладываемости и текучести добавляется больше воды, чем необходимо для гидратации. Эта избыточная вода затем присутствует в крошечных капиллярных каналах в гидратированном (затвердевшем) бетоне. Когда пуццолан заменяет часть цемента, после гидратации происходит вторичная химическая реакция. Химические вещества, высвобождаемые из цементного теста во время гидратации, реагируют с химическими веществами в материале пуццолана с образованием материала, который частично или полностью заполняет эти капиллярные каналы.Это делает бетон более плотным и повышает его устойчивость к химическим веществам (например, тем, которые используются для противообледенительных операций), которые могут проникать в пористый бетон и вызывать коррозию арматурной стали и вызывать повреждение поверхности или отслаивание.

Отслаивание поверхности, вызванное противообледенительными химикатами

Когда часть цемента заменена пуццоланом, при гидратации выделяется меньше тепла. Эта вторичная реакция производит некоторое количество тепла, но пиковые температуры ниже и распространяются на более длительный период времени. Поскольку бетон сжимается (усаживается) при охлаждении, меньшее количество тепла означает меньшую общую усадку. Поскольку усадка создает напряжения, которые снимаются растрескиванием, меньшая усадка означает меньшее количество трещин. Это особенно важно для конструкций большой массы, которые не могут легко выделять тепло, таких как плотины.

Зола-уноса

Зола-унос под микроскопом

Зола-уноса является промышленным побочным продуктом, который иногда используется в качестве частичной замены портландцемента.Летучая зола состоит из негорючих частиц, которые удаляются из дымовых газов угольных электростанций. Он может составлять до 65% массы вяжущих материалов, в зависимости от требований к характеристикам бетона и типа сжигаемого угля.

Утилизация летучей золы для промышленного использования является экологически безопасной практикой, поскольку летучая зола удаляется из дымовых газов для улучшения качества воздуха, а ее использование в цементе означает, что то, что когда-то было отходами, теперь перерабатывается в качестве полезного материала. По состоянию на 2005 год угольные электростанции США произвели 71 миллион тонн летучей золы, 29 миллионов тонн из которых использовались в различных целях. Остальные 42 миллиона тонн могут покрыть акр земли на глубину 27 500 футов. Эта неиспользованная летучая зола занимает место на свалках и содержит токсины, которые могут загрязнять водоносные горизонты. В декабре 2008 года насыпь хранилища летучей золы Управления долины Теннесси в Кингстоне, штат Теннесси, обрушилась, и 5,4 миллиона кубических ярдов летучей золы попали в реку Эмори.Затраты на очистку приближаются к 1,2 миллиарда долларов.

Выход из строя установки для хранения летучей золы в Кингстоне, штат Теннесси

Ниже приведены некоторые важные факты о летучей золе, используемой в бетоне:

• Летучая зола бывает типов F и C. Летучая зола типа F производится сжигание старого, более твердого угля. Это пуццолан, который при смешивании с водой не образует цементных соединений, если в смесь не входит портландцемент. Тип C производится путем сжигания более молодого и мягкого угля и содержит некоторые цементирующие соединения при смешивании с водой.
• Очень мелкие частицы летучей золы улучшают характеристики текучести бетона, снижают затраты за счет замены цемента, требуют меньше воды в смеси и делают бетон более плотным. Крупные частицы не дают таких же преимуществ, а крупные и мелкие частицы не всегда могут быть эффективно разделены.
• Может увеличить время настройки.
• Летучая зола не впитывает пигменты или кислотные пятна, а также цемент, поэтому подбор существующего бетона, изготовленного без золы-уноса, может быть проблемой.
• Эксплуатационные характеристики летучей золы зависят от размера частиц, а также от химического состава угля, степени измельчения угля перед сжиганием, условий сжигания в печи и методов сбора и обращения с летучей золой. Поскольку эти факторы никогда не бывают одинаковыми на разных электростанциях и могут даже меняться в пределах одной электростанции с течением времени, свойства летучей золы могут сильно различаться, и это может стать препятствием для получения неизменно хороших результатов.
• Летучая зола имеет удельную поверхность от 1400 до 3400 футов ² /фунт (от 280 до 700 м ² /кг), в зависимости от типа.

Молотый гранулированный доменный шлак Портландцемент. GGBFS представляет собой стекловидный гранулированный материал, производимый в доменных печах как побочный продукт процесса производства чугуна и стали.Это еще один пример того, как материал, который раньше считался отходами, нашел хорошее применение.

По сравнению с бетоном, изготовленным только из портландцемента, бетон, содержащий ГГБФС:

• твердеет медленнее;
• выделяет меньше тепла при гидратации;
• продолжает набирать силу в течение более длительного периода времени; и
• производят более прочный бетон.

Более низкие температуры, создаваемые GGBFS во время гидратации, позволяют размещать контрольные соединения дальше друг от друга.ГГБФС заменяется портландцементом 1 к 1 и может составлять до 70% массы вяжущих материалов. GGBFS имеет удельную поверхность от 1700 до 2900 футов ² /фунт (от 350 до 600 м ² /кг).

Кремнеземная пыль

Кремнеземная пыль, увеличенная в 10 000 раз

Кремнеземная пыль иногда используется для улучшения определенных свойств бетона. Это очень мелкий стекловидный порошок, собираемый из дымовых газов электродуговых печей в процессе производства кремниевых металлов.До введения в действие более жестких законов об охране окружающей среды в середине 1970-х годов микрокремнезем не собирался. В настоящее время он стал одной из самых ценных и универсальных добавок в бетон в мире. В отличие от песка — его химически похожего аналога — частицы микрокремнезема растворимы в воде, а это означает, что они могут вступать в химические реакции в рамках процесса гидратации.

Когда количества двух гранулированных материалов равны, материалы с более мелкими частицами обнажают большую площадь поверхности, на которой могут происходить реакции. Микрокремнезем примерно в 100 раз меньше, чем частицы портландцемента, и поэтому его небольшой размер, наряду с относительно высоким содержанием кремнезема, делает его очень реакционноспособным пуццоланом. Их небольшой размер частиц также позволяет микрокремнезему заполнять промежутки между зернами цемента, что называется упаковкой частиц, делая бетон более плотным и менее пористым или проницаемым для влаги. Он также улучшает прочность на сжатие, прочность сцепления между твердыми частицами, заполнителями и закладной сталью, а также повышает устойчивость к истиранию.

Микрокремнезем может составлять до 12% массы вяжущих материалов. Дым кремнезема имеет удельную поверхность от 63 000 до 150 000 футов ² / фунт (от 13 000 до 30 000 м ² / кг).

Однородность микрокремнезема может варьироваться в зависимости от химических характеристик производимых металлических сплавов. Дым кремнезема из четырех разных печей иногда смешивают вместе, чтобы получить более однородный продукт. Влияние на бетон вариаций химических свойств паров кремнезема из разных печей изучено недостаточно.Свойства бетона на основе микрокремнезема также различаются в зависимости от различных свойств и количества различных водоредуцирующих агентов (пластификаторов), которые обычно используются при добавлении микрокремнезема в бетон. Поскольку огромная площадь поверхности микрокремнезема требует больше воды и снижает удобоукладываемость, добавляются пластификаторы и суперпластификаторы, чтобы сделать бетон более жидким, чтобы его можно было легче укладывать и обрабатывать.

Бетон обычно смешивают на местных бетонных заводах, прежде чем доставить его на место работы.Периодические заводы обычно имеют силосы, содержащие летучую золу, и часто имеют под рукой GGBFS. Постоянные хранилища кремнеземной пыли встречаются реже.

Бетонный завод с двумя бункерами летучей золы

ЗАПОЛНИТЕЛИ

Заполнители представляют собой гранулированные материалы, которые включают песок, гравий, щебень, речной камень и легкие промышленные заполнители, и могут занимать до 75 от общего объема бетона. Поскольку заполнители дешевле цементного теста, их добавляют в бетон, чтобы снизить затраты.Свойства заполнителей могут оказывать существенное влияние на удобоукладываемость бетона в его пластическом состоянии, а также на долговечность, прочность, плотность и термические свойства затвердевшего бетона.

Откуда берутся агрегаты?

Заполнители тяжелые. Добыча их в центральном регионе и транспортировка их на большие расстояния непомерно дороги, поэтому заполнители обычно добываются на месте. Это означает, что минеральные, химические и физические свойства, вероятно, будут различаться в разных районах в зависимости от местной геологии.Минералы с разными свойствами могут по-разному реагировать на химические процессы или условия в бетоне, поэтому заполнители являются еще одним составляющим материалом бетона, свойства которого могут различаться.

Добыча заполнителя

Добыча заполнителя в карьере аналогична добыче камня для производства цемента. Карьер, изображенный ниже, также расположенный в Колорадо, производит в основном гранитный заполнитель для асфальтобетонного покрытия и производства бетона.

На фото выше показан работающий относительно новый карьер.Показана буровая установка, бурящая шурфы, в которые будут устанавливаться заряды взрывчатого вещества, в то время как грузовик загружается камнем, разрыхленным предыдущими взрывными работами. Грузовик доставит камень к дробилке №1.

Старые карьеры разрабатывались дольше, поэтому они глубже. Эта операция включает взрывы в скважинах, пробуренных глубиной 35 футов, в отличие от 80 футов в известняковом карьере. Здесь также взрывные работы выполняет субподрядчик. Эта операция включает в себя несколько карьеров в дополнение к области обработки, поэтому это большая операция.

Вверху грузовик загружает дробилку №1, первую из серии дробилок, через которые проходит камень. Этот карьер производит 18 различных заполнителей, которые различаются по размеру от валунов до песка.

Глядя прямо в дробилку №1, можно увидеть размер камня до того, как он попадет в дробилку. Камень движется слева направо.

Операции по дроблению и сортировке контролируются с центральной диспетчерской вышки, откуда открывается вид на операционную зону.Ближайший к камере конвейер перемещает камень после обработки Дробилкой №1.

На фотографии выше показан вид с видом на рабочую зону, органы управления и мониторы.

На этом обзорном фото показаны две дополнительные дробилки рядом с центром. Несмотря на то, что огромное количество камня дробилось, транспортировалось, толкалось и сбрасывалось на склады, переносимая по воздуху пыль была минимальной.

Размер заполнителя

Заполнители для бетона обычно делятся на две категории: мелкие и крупные.Мелкие заполнители, как правило, представляют собой природный песок или щебень, при этом большинство частиц проходят через сито 3/8 дюйма (9,5 мм). Крупные заполнители обычно имеют диаметр от 3/8 до 1-1/2 дюймов (от 9,5 до 37,5 мм). Наиболее крупным заполнителем, используемым в бетоне, является щебень, хотя также используется гладкая речная порода.

Недостаточное количество мелкого заполнителя может вызвать чрезмерное просачивание, трудности с заливкой бетона и трудности с получением гладких поверхностей, обработанных шпателем. Прочность сцепления мелких заполнителей не сильно зависит от формы или текстуры заполнителя, поскольку более мелкие частицы имеют большую площадь поверхности, на которой может происходить сцепление с цементным тестом.Поверхностные свойства мелкого заполнителя могут влиять на количество воды, необходимой для поддержания работоспособности бетона. Имейте в виду, что чрезмерное количество воды может ослабить бетон за счет увеличения процента оставшейся капиллярной структуры, поскольку избыточная вода попадает на поверхность в виде просачивающейся воды, а затем испаряется. На фотографиях ниже показаны заполнители, обычно хранящиеся на бетонных заводах.

1 ½ дюйма гравия

¾ дюйма гравия

Ракель

Легкий

Обычный песок

Дважды промывают песок

Максимальный размер заполнителя должен составлять менее одной пятой самого узкого размера между сторонами опалубки, одной трети глубины плит или трех четвертей минимального расстояния в свету между арматурными стержнями.

Иногда рекомендуется использовать максимально возможный размер заполнителя, чтобы свести к минимуму количество требуемого цемента, а также свести к минимуму усадку бетона при высыхании. Недостаток использования крупного крупного заполнителя заключается в том, что он увеличивает вероятность нарушения связи между поверхностью заполнителя и окружающим цементным тестом, поскольку напряжения на границе раздела двух материалов выше, чем при использовании более мелкого заполнителя. Это также уменьшает общую доступную площадь поверхностного склеивания.

Характеристики жесткости/деформации заполнителя также важны. Крайние различия в свойствах заполнителя и цементного теста приводят к высоким напряжениям, которые создают микротрещины, которые могут ослабить бетон.

Сортировочный заполнитель

Хорошо отсортированный заполнитель является результатом использования в смеси заполнителя разных размеров. Это помогает уменьшить количество цементного теста, необходимого для заполнения промежутков или пустот между отдельными частями заполнителя. Уменьшение процентного содержания цементного теста в смеси помогает уменьшить усадку и снизить теплоту гидратации, которые могут привести к растрескиванию бетона.Это также повышает его износостойкость. Количество заполнителя, используемого в смеси, называется плотностью ее упаковки. Хорошо отсортированный заполнитель имеет лучшую плотность упаковки, чем заполнитель с зазорами. Щелевой заполнитель не имеет кусков промежуточных размеров, что затрудняет укладку бетона и увеличивает его стоимость, а оба эти фактора могут повлиять на конечный продукт.

Содержание влаги

Различные типы заполнителя имеют разный уровень пористости; то есть они могут поглощать разное количество воды.Высокопористый камень влияет на бетон по-разному, в зависимости от того, был ли он водонасыщенным или сухим перед добавлением в смесь. Сухой камень будет поглощать больше воды из смеси, и это может сделать бетон более жестким и трудным для обработки, что может проявиться в виде видимых проблем в готовом бетоне. Вода в насыщенном камне должна учитываться при расчете количества воды, добавляемой в смесь, иначе соотношение воды может быть слишком высоким, что приведет к ослаблению бетона.

Существует четыре уровня влажности:

1. Сухой (OD) означает, что вся влага удалена.
2. Воздушно-сухой (AD) означает, что поверхностная влага была удалена, а внутренние поры частично заполнены.
3. Насыщенная сухая поверхность (SSD) означает, что поверхностная влага была удалена, а все внутренние поры заполнены.
4. Влажный означает, что поры заполнены и имеется поверхностная пленка.

Из этих четырех состояний насыщенное сухое на поверхности считается наилучшим состоянием влажности. При SSD заполнитель находится в состоянии равновесия, поэтому заполнитель не будет поглощать или отдавать воду цементному тесту.Однако такое состояние влажности может быть трудно получить.

Легкие заполнители

Предприятие по производству легких заполнителей

Легкие заполнители обычно изготавливаются искусственным путем и имеют высокую пористость. Глина, сланец и сланец будут расширяться при нагревании, как попкорн. Поскольку большинство из них пористые, они также поглощают влагу, что может повлиять на количество воды, используемой в смеси. У некоторых типов в процессе плавления образуется покрытие, которое снижает их поглощающие свойства; однако, если это покрытие будет повреждено во время обращения, заполнитель в целом частично восстановит свою способность поглощать воду.В зависимости от процента заполнителя с поврежденным покрытием это условие может повлиять на качество бетона, если такое изменение не допускается при расчете смеси.

Тяжелые заполнители

Тяжелые заполнители обычно используются в зданиях, требующих радиационной защиты, и не представляют интереса для большинства инспекторов.

Отходы как совокупность

Было рассмотрено множество идей по переработке отходов, а некоторые были опробованы.Инспекторы могут столкнуться с проблемами бетона, вызванными неправильной заменой заполнителя материалами.

Некоторые из этих отходов включают:

• строительный мусор;
• промышленные отходы; и
• хвостохранилища.

Реакция щелочного заполнителя (AAR)

Бетон, поврежденный ASR

Некоторые типы заполнителей плохо реагируют со щелочами из источников в бетоне или из других источников, таких как противогололедные соли. подземные или морские воды.Если агрегаты содержат большой процент кремнезема, реакция называется щелочно-кремнеземной реакцией (ASR). Если агрегат состоит из доломитизированных карбонатных пород, то его называют щелочно-карбонатной реакцией (СКР).

Во время ASR, который является более распространенным из двух проблем, растворимый кремнезем в совокупности реагирует с растворимой щелочью с образованием щелочно-кремнеземного геля. Когда этот гель поглощает влагу, он расширяется, вызывая растрескивание бетона. Может пройти некоторое время после укладки бетона, прежде чем появится ASR.Трещины в контрольных швах, усадочные трещины или микротрещины на поверхности, увеличенные при замерзании, могут позволить влаге проникнуть в бетон и абсорбироваться гелем. Некоторые агрегаты нереакционноспособны, а другие в той или иной степени реакционноспособны.

Не существует экономически эффективного метода смягчения последствий повреждения бетона в результате AAR. Исправление требует снятия и замены.

Другие проблемы, связанные с заполнителями

• Некоторые типы камня, используемые для заполнителей, могут вызывать проблемы, расширяясь и сжимаясь во время циклов замораживания-оттаивания из-за содержания влаги.
• Заполнители могут различаться по своей износостойкости.
• Примеси заполнителя, состоящие из мелких твердых частиц, могут мешать поверхностному соединению между цементом и крупным заполнителем.
• Растворимые примеси-заполнители могут химически влиять на щелочные цементные пасты и влиять на время схватывания.
• Заполнитель из карьеров в прибрежных районах следует очищать, чтобы избежать загрязнения солями, которые могут химически воздействовать на бетон или разрушать закладную сталь.

Инспекторы не всегда смогут отнести проблемы, которые они видят, к конкретным составляющим материалам. Если вы потратите время на изучение типов сырья, используемого в их районе, и типичных проблем, возникающих в связи с этими материалами, это может помочь инспекторам лучше понять серьезность различных обнаруженных ими дефектов, чтобы они могли дать соответствующие рекомендации.

*************************

Эта статья является частью серии статей, призванных помочь инспекторам InterNACHI понять характеристики и провести визуальный осмотр конкретный.