Цель работы : Определение подвижности растворной смеси.

Теоретические положения

Подвижность растворной смеси – это способность легко растекаться по поверхности камня тонким слоем и заполнять все неровности основания. Степень подвижности растворной смеси определяют с помощью прибора по глубине погружения в растворную смесь стального эталонного конуса.

Определение подвижности растворной смеси

Описание оборудования : 1. Прибор для определений подвижности растворной смеси.

Порядок выполнения работы:

Прибор для определения подвижности растворной смеси (рис. 28) состоит из штатива, на стойке 6которого закреплены держатели 7. На конце нижнего держателя имеется зажимной винт 3 , удерживающий скользящий стержень 5 конуса 2 . К держателям прикреплена шкала с делениями 4, по которой отсчитывают глубины погружения конуса в растворную смесь и объем погруженной части конуса. Масса конуса со стержнем 5 и балластом должна быть 300 г, высота конуса – 145 мм, диаметр основания – 75 мм. Сосуд 1 для растворной смеси изготовлен из листовой стали в виде усеченного конуса.

Для определения подвижности раствора сосуд 1 наполняют смесью примерно на 1 см ниже его краев. Уложенный раствор штыкуют 25 раз стержнем диаметром 10 ¸ 12 мм и встряхивают 5 ¸ 6 раз легким постукиванием сосуда об стол. Острие конуса приводят в соприкосновение с поверхностью раствора в сосуде и закрепляют стержень в таком положении зажимным винтом 3 , отмечая при этом положение стрелки на шкале. Затем поворачивают зажимной винт, предоставляя конусу свободно погружаться в раствор и по окончании конуса записывают второй отчет по шкале. Глубину погружения конуса в раствор в сантиметрах определяют как разность между вторым и первым отсчетами. Значение подвижности раствора в сантиметрах вычисляют как среднее арифметическое результатов двух испытаний.

Рабочую подвижность в летних и зимних условиях в зависимости от его назначения принимают следующей, см:

Обычная кладка из сплошного кирпича, а также кладка

из бетонных и природных камней легких пород 9–13

Обычная кладка из дырчатого кирпича или керамических

камней с щелевыми пустотами 7–8

Бутовая кладка 4–6

Заливка пустот при бутовой кладке 13–15

Вибрированная бутовая кладка 1–3

Для кладки из сухих и пористых каменных материалов применяют растворы с большей подвижностью, а для кладки влажных и плотных материалов – с меньшей.

Выводы:_____________________________________________

Контрольные вопросы:

1. Что называют строительным раствором? Растворной смесью?

2. Какие бывают растворы в зависимости от вида минеральных вяжущих веществ?

3. Перечислить марки строительных растворов.

4. Что называют подвижностью растворной смеси?

5. Какая подвижность растворных смесей в зависимости от ее назначения?

Лабораторная работа № 17

Определение марки раствора

Цель работы : Определение марки раствора.

Теоретические положения

Основным качественным показателем строительного раствора является его марка, которую определяют путем испытания в возрасте 28 суток трех образцов-кубов размером 70,7x70,7x70,7 мм. При испытании растворной смеси подвижностью 5 см и более образцы-кубы изготовляют в металлических формах без поддонов, установленных на кирпич, а растворных смесей с подвижностью менее 5 см – в формах с поддонами.

Определение марки раствора

Описание оборудования : 1. Формы для изготовления кубов.

2. Гидравлический пресс.

Порядок выполнения работы:

Из растворных смесей подвижностью 5 см и более образцы-кубы изготовляют следующим образом: трехгнездовую металлическую форму без поддона предварительно смазывают машинным маслом и устанавливают на кирпич, поверхность которого покрыта мокрой газетной бумагой. Керамический кирпич должен иметь влажность не более 2 % и водопоглощение 10 ¸15 % (по массе). Все три отделения формы заполняют растворной смесью за один прием с некоторым избытком, затем уплотняют ее в каждом отделении формы 25 нажимами стального стержня диаметром 10 ¸ 12 мм, избыток растворной смеси срезают смоченным водой ножом вровень с краями формы и заглаживают поверхность. Повторнoe использование кирпича в качестве отсасывающего воду основания не допускается.

При изготовлении образцов-кубов из растворных смесей подвижностью менее 5 см в летних условиях собранную и смазанную металлическую форму заполняют растворной смесью в два слоя высотой примерно по 4 см. Избыток растворной смеси срезают смоченным водой ножом вровень с краями формы и заглаживают поверхность.

Через 24 ± 2 часа после укладки растворной смеси образцы освобождают из форм и хранят при температуре (20 ± 3) °С до момента их испытания (28 суток).

При испытании необходимо следить, чтобы плоскости пресса, соприкасающиеся с испытуемым образцом, были очищены. Испытуемый образец устанавливают на нижнюю опорную плиту пресса центрально относительно его оси так, чтобы основанием служили грани, соприкасающиеся со стенками формы при изготовлении образцов.

Предел прочности на сжатие R p для каждого образца вычисляют как частное от деления разрушающей нагрузки Р (в КН) на рабочую площадь образца S (в см 2):

За конечный результат принимают среднее арифметическое результатов испытаний трех образцов-кубов. Определение предела прочности раствора можно выполнять испытанием на изгиб и на сжатие образцов-балочек размером 40x40x160 мм по рекомендациям ГОСТ 5802-86.

Обработка результатов измерений

Вид раствора:

Среднее из 3-х значений ________________

Дата испытания: _________________________

Выводы: ____________________________________________

___________________________________________________________

Контрольные вопросы:

1. По какой формуле определяют предел прочности раствора при сжатии?
2. С какой целью смазывают металлическую форму?
3. Каковы сроки и режим твердения образцов из растворов на гидравлических вяжущих?
4. Почему при определении прочности раствора при сжатии для изготовления образцов в одних случаях используют формы без дна, а в других – обычные формы?
5. Применения строительных растворов.

Приложение 1

Образец оформления титульного листа отчета

Министерство образования и науки РФ

Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет)

Кафедра строительного производства

Отчет

по лабораторным работам

Применение бетонных растворов в промышленном и индивидуальном строительстве происходит в разных условиях, поэтому и параметры состава отличны для каждого случая. Технические и эксплуатационные качества растворов на основе бетона, такие, как текучесть и подвижность, оказывают прямое влияние на прочностные и временны́е характеристики конструкций.

Определение подвижности

На рисунке выше поясняется, как можно определить текучесть по состоянию раствора с применением конуса:

1. а – вид конуса;
2. б – жесткий раствор;
3. в – малоподвижный;
4. г – подвижная смесь;
5. д – очень подвижный раствор;
6. е – литой.

Такое исследование визуально способно показать, как бетон будет распределяться в опалубке при выбранной технологии трамбовки с параллельным формированием однородной и плотной структуры. Такие параметры называют удобоукладываемостью бетонного раствора, которая оценивается значениями вязкости, пластичности и жёсткости, и определяют ее согласно методикам, регламентированным ГОСТ 10181-2000. Из рисунка понятно, что текучесть бетона выглядит как осадка конуса и означает способность растекания раствора под собственным весом и силами тяжести. Растекание является основным свойством, которое влияет на допуск материала к строительству того или иного объекта.

На рисунке показано общее устройство оборудования для исследований текучести:

Рисунок «а» – определение усадки по подвижности смеси при помощи конуса:

1. 1 – металлическая воронка;
2. 2 – металлический конус;
3. 3 – подставка;
4. 4 – измерительная линейка.

Рисунок «б» – как определить пластичность бетона по жесткости при помощи технического вискозиметра:

1. I – исследовательское оборудование;
2. II – бетон до уплотнения вибрацией;
3. III – после уплотнения вибрацией;
4. 1 – стальное кольцо;
5. 2 – образцовый конус;
6. 3 – лейка;
7. 4 – держатель;
8. 5 – металлическая пластина с отверстиями;
9. 6 – штатив;
10. 7 – площадка виброуплотнителя.

Технологически при использовании бетонной смеси разной вязкости подвижные бетоны классифицируются согласно ГОСТ по уровням текучести. Текучая смесь быстрее и плотнее заполняет армированную форму опалубки со сложной геометрией. Также бетон в жидком состоянии подразделяется на высокоподвижный и малоподвижный. Малоподвижный раствор – это стандартная смесь без добавления пластификаторов, которая укладывается без уплотнения. Подвижный же состоит из некоторого количества пластификаторов или готовится с добавлением нескольких синтетических компонентов, обеспечивающих высокую текучесть смеси.
График прочности

Удобоукладываемость бетона отражается в следующей классификации (таблица удобоукладываемости):

Марка	Удобоукладываемость по параметрам:
	Жесткость	Подвижность
		осадка конуса	Расплывание конуса
Сверхжесткий раствор
СЖ-3	≥ 100	–	–
СЖ-2	51-100	–	–
СЖ-1	≤ 50	–	–
Жесткий раствор
Ж-4	31-60	–	–
Ж-3	21-30	–	–
Ж-2	11-20	–	–
Ж-1	5-10	–	–
Подвижный раствор
П-1	≤ 4	1-4	–
П-2	–	5-9	–
П-3	–	10-15	–
П-4	–	16-20	26-30
П-5	–	≥ 21	≥ 31

Расслаиваемость тяжелого и легкого бетона указана в таблице ниже:

Марка смеси	Коэффициент расслаиваемости в %, ≤
	Влагоотделение	Бетоноотделение
		Тяжелый бетон	Легкий бетон
СЖ-3 – СЖ-1	≤ 0,1	2,0	3,0
Ж-4 – Ж-1	≤ 0,2	3,0	4,0
П-1 – П-2	≤ 0,4	3,0	4,0
П-3 – П-5	≤ 0,8	4,0	6,0

Подвижность бетонной смеси не только отличается заполняемостью формы, но и зависит от пропорций связующих веществ, качества и количества компонентов, марки портландцемента, плотности состава, объема воды и пластификаторов, зернистости наполнителей (щебня, гравия, песка, извести). В последнюю очередь на текучесть влияет технология заливки раствора в форму опалубки.

При заливке смеси в опалубку с плотным наполнением арматурой нужно готовить раствор с повышенной текучестью, так как утрамбовать такой бетон вибраторами, даже глубинными, будет невозможно. Если текучесть будет ниже рекомендуемой, то в конструкции обязательно образуются поры и раковины, что уменьшит прочность объекта.

Обозначения бетонных смесей

Характеристика подвижности обозначается буквой «П» с цифровым продолжением, указывающим на ее степень. Более высокая марка означает лучшую текучесть смеси. Например, малоподвижный бетон п3 или п4 имеют более высокую текучесть.

Бетон П1 имеет наименьшую текучесть, поэтому в промышленном и индивидуальном строительстве используется нечасто. Марки П2 и П3 имеют стандартные характеристики и используются практически повсеместно. Бетонная смесь П4 используется при плотном армировании конструкций и не требует дополнительного виброуплотнения. Марка П5 готовится для использования в герметичных формах из-за самой высокой текучести.
Физико-механические характеристики

Определение подвижности

Для исследования и определения подвижности используют разные способы – и простые, и сложные, отличающиеся точностью конечных результатов. Метод осадки конуса считается самым быстрым и заключается в усадке смеси под собственным весом за определенный промежуток времени в конкретных условиях. При осадке конуса применяют конусообразную форму с размерами, варьирующимися в зависимости от фракции заполнителя.

С расширенной стороны конуса за три приема закладывается бетонный раствор, каждый слой уплотняется вручную протыканием (штыкованием) железным прутом Ø 3-5 мм. После уплотнения конус переворачивают для того, чтобы раствор выпал (вытек) на поддон. Через некоторое время, необходимое для усадки смеси, проверяют значение текучести методом расчета уменьшения высоты бетонной пирамиды по отношения к верхнему торцу конуса. Такое исследование проводится несколько раз, полученные данные отображаются как среднее арифметическое всех попыток.
Лабораторное определение текучести

Если между результатами нет разницы, это означает, что смесь имеет максимально возможную жесткость. Если разница составляет ≤ 150 мм, то смесь считается малоподвижной. При разнице в высоте конусов ≥ 150 мм раствор определяется как максимально подвижный.

Следующий распространенный способ – исследования при помощи вискозиметра, которые проводятся на смесях с заполнителем средней зернистости (фракции 4-5 мм). Конус заполняется раствором и устанавливается на виброплиту. В смесь вставляется держатель с линейными делениями, на него крепится металлический диск с отверстиями. Одновременно с виброплитой включается хронометр и засекается отрезок времени, в течение которого бетонный раствор от вибрирования основания опустится по штативу до фиксируемой отметки. Время нужно умножить на коэффициент 0,45 – это и будет значением подвижности.

Еще один способ – исследования в специальных формах. Для таких испытаний берется стальной куб, открытый с одной стороны, в который загружают раствор бетона и устанавливают на вибрационное основание. Также засекается время заполнения раствором всех углов куба, а результат умножается на коэффициент 0,7. Итог – подвижность бетонного состава.
Исследования текучести на вискозиметре

Так как подобных исследований проводится масса, их результаты приведены в определенную систему и отражены в соответствующих таблицах и сводных документах. Например, следуя данным таблицы ниже, усадка ≤ 50 мм означает, что бетон марки П-1 жесткий. При усадке конуса в пределах 50-150 мм бетон относят к малоподвижным составам, которые рекомендуется использовать для строительства фундаментов промышленных и частных строений. Более высокие марки подвижности (до П-5) обладают усадкой конуса ≥ 150 мм и используются в герметичных опалубках специализированных объектов.

Состав и подвижность раствора

Показатели подвижности обеспечивает такое вещество, как песок, а также портландцемент, вода и заполнители – щебень, известь, гравий и т.д. Но подвижность определяют пропорции добавленных компонентов и их качество, а их нарушение может привести к снижению усадки, уменьшению или увеличению деформационных характеристик и несущей способности.
Таблица подвижности

Водоцементное соотношение считается главной характеристикой в определении текучести бетона, и ее нарушение в ту или иную сторону может снизить прочность конструкции в несколько раз. Оптимальным по ГОСТ считается отношение воды к цементу 0,4.

Чрезмерное добавление воды только визуально повышает текучесть раствора, который через определенный промежуток времени начинает расслаиваться, что означает нарушение структуры смеси и снижение прочности конструкции. Пропорции составляющих определяют способность бетона к удержанию жидкости, а подвижность раствора регулируется именно добавленным объемом воды. В малоподвижных растворах, которые имеют более низкую стоимость, воды добавляют меньше, поэтому их необходимо дополнительно трамбовать.

Строительная индустрия востребовала строительные материалы с различными характеристиками. К ним относятся бетоны, имеющие широкое разнообразие свойств и показателей качества. Соответственно, при проведении работ необходимо оперативно получить точную оценку свойств данного материала, к примеру, текучести бетона, которая напрямую влияет на его эксплуатационные характеристики наряду с прочностью.

Что такое подвижность затворенного бетона?

То, как материал заполняет опалубку при определенном способе трамбования с формированием им уплотненной однородной массы, характеризует удобоукладываемость бетонной смеси. Для ее оценки используются показатели связности, подвижности, жесткости раствора. Подвижность бетона (осадка конуса) - способность смеси растекаться только за счет веса материала. Данное свойство ключевое при оценке допуска раствора к использованию на конкретном объекте.

Виды подвижности

Технологическое удобство пользования бетонной смесью - подвижность бетона имеет установленную классификацию степеней текучести. Чем более текучий бетон, тем лучше он заполняет объемную и густую арматуру в опалубках сложных конфигураций. Растворы разделяются на малоподвижные и высокоподвижные. Первые не применяются без вибропрессования и добавления . Малоподвижными считаются композиции, в составе которых меньше упомянутых компонентов.

От чего зависит?

Подвижность бетона зависит от компонентов, их качества и количества.

Подвижность бетонной смеси определяется , плотностью цементного теста, водно-цементным содержанием, фракцией и формой зерна наполнителей (песка и щебня), чистотой наполнителей (воды, песка и щебня), соотношением компонентов (песка, цемента, воды, извести, щебня), качеством и количеством добавок. Также она зависит от условий заливки в опалубку на объекте.

Плотный и объемный арматурный каркас потребует повышенной текучести бетонных смесей, так как вибротрамбование в таких условиях затруднено. Когда в подобных условиях используется малоподвижный состав, плотность после уплотнения может не соответствовать установленным нормам (поры, раковины). Поэтому при подборе бетонного состава по степени подвижности (жесткости и связности) следует знать требования к несущей конструкции сооружения (особенно важно для фундамента) и конкретные условия его заливки (сложность формы опалубки и плотность арматурного каркаса).

Как обозначается?

Подвижность бетонной смеси обозначается символом «П», который в зависимости от градаций подвижности имеет соответствующий цифровой показатель (марку). Чем выше значение марки, тем более текучий состав. Так, малоподвижные композиции - от П1 до П3, а П4 и П5 обладают высокой подвижностью.

Марка П1 для наиболее густых составов (к примеру, монолитных лестниц), которые используются не часто, но обязательно с механическим уплотнением. Классификации подвижности П2 и П3 предназначены для стандартных построек. П4 применяется для работ с плотным армированием (колонны, высокий фундамент), такие растворы можно не уплотнять. Растворы с обозначением П5 заливаются только в практически герметичные опалубки.

Как определить подвижность?

Применяются различные методы, определяющие подвижность бетонной смеси, которые различаются сложностью получения результатов. Осадка конуса - самый быстрый метод. В соответствии с ним определяется, насколько естественным образом (под своим весом) усаживается бетонный раствор, предварительно сформированный в конус. Используется конусообразная металлическая форма, размеры которой зависят от величины фракций щебня. К примеру, конструкция высотой 300 мм, малым диаметром 100 мм и большим - 300 мм, внутренним объемом 7 л.

В нее с широкой стороны тремя порциями укладывают бетонную композицию, каждый слой которой уплотняют путем штыкования (8 – 9 движений на один слой) гладкой арматурой. Лишний раствор убирают. Затем конус переворачивают, как детскую паску, и освобождают раствор, уложенный конусом. Далее дают время, чтобы смесь осела, и осуществляют проверки величины подвижности вычислением снижения высоты раствора относительно верхнего среза формы (высота 300 мм), в которой он находился. Проверка проводится несколько раз для получения усредненного (более точного) результата.

Отсутствие разницы сообщает о максимальной жесткости состава. Когда смесью набрана разница высот до 150 мм - это малоподвижная композиция. Снижение конусом высоты до 150 мм и больше характеризует раствор как максимально текучий (подвижный).

Еще один метод - испытания вискозиметром (используется, когда в смесях щебень имеет размеры 0,5 – 4 см). Конусообразная форма раствора (формируется аналогично описанному выше) ставится на вибростол. В нее втыкается штатив с делениями, на который сверху надевается металлический диск. Включается виброплита и секундомер. Засекается время, когда груз под действием вибрации опустится вдоль штатива до определенной отметки. Полученная величина времени умножается на постоянный коэффициент 0,45. В результате определяется подвижность состава.

Следующий метод - испытания в формах. Используется открытый с одной стороны металлический куб (к примеру, 200 х 200 х 200 мм) для композиций с фракциями щебня до 7 см. В нем размещается конусообразная масса бетона.

Далее куб устанавливается на виброплиту. Одновременно с плитой включается секундомер. Измеряется интервал времени, за которое испытуемые бетонные смеси заполнят углы формы, а поверхность раствора становится ровной. Полученное время умножается на коэффициент 0,7. Результат - оценка подвижности состава.

Таблица подвижности бетонной смеси

Для практического использования показатели подвижности, демонстрируемые бетонными смесями, систематизированы, что удобно для использования. Аналогичным образом структурируются и другие свойства удобоукладываемости. Согласно таблице, размещенной ниже, до 5 см - жесткие бетонные растворы (П1). Если показатель снижения высоты составляет от 50 до 150 мм - это малоподвижные (используются для заливки фундаментов) составы. Марки подвижности более высокие, вплоть до П5, получают усадку в диапазоне от 150 мм и больше.

Подвижность и состав смеси

Состоит из песка, цемента, воды, щебенки и специальных добавок. Их наличие, качество и процентное соотношение определяют подвижность бетона. Нужную величину показателя обеспечивают оптимальные пропорции цемента и воды, а вот щебенка и песок снижают вероятные деформации искусственного камня при наборе прочности, уменьшая его усадку. Данные компоненты поднимают упругость материала, уменьшая нагрузочные деформации.

Водно–цементное соотношение - основной показатель (оптимальное соотношение 0,4 в массовой пропорции), нарушение которого приводит к недобору прочности материалом на несколько классов, тем более к последнему ведет добавление воды в уже готовую композицию. Подобная операция только внешне увеличивает подвижность замеса, но через короткое время заметным становится его расслоение. Соотношение компонентов создает определенную способность удержания воды в смеси. Ее подвижность изначально можно регулировать количеством воды. В малоподвижным смесях, считающихся наиболее выгодными, ее объем незначительный, что требует применения машинного трамбования для заполнения пустот в опалубке (при литье лестниц, фундаментов).

Увеличение массы цемента (к примеру, портландцемента) повышает подвижность раствора без уменьшения прочности. Данное явление имеет место, так как цемент обволакивает зерна наполнителей (щебня, песка) и раздвигает их собой, не давая соприкасаться. Трение снижается, подвижность растет.

Пластификаторы используют как добавку для повышения текучести.

Форма и фракции наполнителей также участвуют в формировании текучести. Так, их укрупнение сокращает общую площадь поверхности зерен в растворе, что неминуемо поднимает подвижность бетона. К примеру, гладкая поверхность речного гравия снижает силу трения заполнителей, что поднимает подвижность, но в результате конструкция не доберет марочную прочность и жесткость. Влияние песка в этом смысле незначительно.

А вот наличие примесей в песке и щебенке (например, глины, пыли) уменьшают текучесть затворенного состава, но после твердения создает дефекты в изделиях. На замешивание раствора или его доставку требуется время. Он сохраняет технологическую текучесть порядка 2-х часов. Однако если время доставки нельзя сократить, да еще имеет место низкая температура воздуха, то применяют пластификаторы. Данные добавки повышают текучесть, адгезию, позволяют сократить внесение воды.

Их добавка не снижает набираемую изделием прочность (пластификатор с химическими компонентами С3, к примеру, даже поднимет ее еще до 25%), позволяет отказаться от вибротрамбования. Это могут быть промышленные пластификаторы (в состав входят фосфаты, эфиры фталевой кислоты, парафины и пр.), позволяющие сохранить текучесть в течение 6-ти часов после заливки, что особенно важно, к примеру, зимой. Схожее действие имеют мыло, средства для мытья посуды и пр.