ОБЗОР СПОСОБОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ

Удобоукладываемость (степень жесткости) бетонной смеси яв­ляется технической характеристикой смеси и зависит от вида и параметров механического воздействия, при помощи которого бе­тонная смесь укладывается и уплотняется.

При измерении степени жесткости бетонной смеси практически приходится иметь дело с определенным способом уплотнения и данной формой, что делает условным любой метод измерения. Такой условный метод позволяет производить относительное срав­нение степени жесткости различных бетонных смесей.

Основными требованиями к методу измерения степени жест­кости являются: достаточно высокая точность, воспроизводимость, чувствительность к небольшим изменениям удобоукладываемости бетонной смеси и максимальное соответствие условиям формова­ния и уплотнения смеси на производстве.

Методы определения степени жесткости бетонной смеси разви­вались и совершенствовались по мере развития и совершенство­вания технологии бетона и железобетона. Для характеристики подвижных смесей наибольшее распространение получил метод определения расплыва конуса, предложенный Абрамсом еще в 1918 г. Этоу метод довольно хорошо соответствовал свойствам широко распространенных в то время подвижных и литых смесей. Однако он совершенно не применим к жестким бетонным смесям, которые, как уже указывалось, отличаются нулевой осадкой ко­нуса. Помимо метода Абрамса, для оценки удобоукладываемости подвижных бетонных смесей были разработаны и другие методы (Графа, Ветке, Дэви, Скрамтаева, Смита и др.).

По мере внедрения в технологию бетона вибрирования и пе­рехода наименее подвижные (но еще далеко не жесткие) смеси создавались новые методы оценки удобоукладываемости (напри­мер, метод Пауэрса, метод Скрамтаева, видоизмененный Десовым метод Пауэрса). Однако главенствующую роль продолжало за­нимать определение осадки конуса. Лишь за последнее десятиле­тие были разработаны новые методы определения удобоуклады­ваемости бетонной смеси, которые дают возможность оценивать степемь жесткости и жестких бетонных смесей. Остановимся на наиболее характерных из них. 20

Большинство английских исследователей в области бетона связывают удобоукладываемость с работой, необходимой для уплотнения бетонной смеси. Это положение заложено в основу разработанных ими методов.

Интересные опыты по определению работы, затрачиваемой при уплотнении бетона, были проделаны Венкатрэймэном [118]. Им с помощью самопишущего ваттметра определялось измене­ние мощности, потребляемой, лабораторной электромагнитной виб­роплощадкой, во время уплотнения бетона. Полученная типичная зависимость потребляемой мощности от времени вибрирования представлена на рис. 2. После вычитания количества энергии, рас­ходуемой на преодоление гистерезисных потерь в магните, потерь вихрево­го тока, потерь на нагрев сопротивления в катушке и потерь на трение в виб­ростоле, было определено количество работы, непо­средственно затрачивае­мой на уплотнение бето­на. Полученная таким об­разом величина работы, затрачиваемой на собст­венно уплотнение смеси, оказалась чувствитель­ной к изменениям водосо­держании и зернового состава смеси. Следует отметить, что в этих опытах наименее подвижные смеси характе­ризовались осадкой конуса 0—2,5 см.

Аналогичный метод использовал в своих опытах и Плаумен [1111. Он сравнивал удобообрабатываемость различных бетонных смесей по времени, необходимому для уплотнения их вибрирова­нием постоянной частоты и ускорения. С этой целью им также был использован самопишущий ваттметр. По полученной кривой зави­симости «мощность — время», подобной приведенной на рис. 2, определялось необходимое время уплотнения (на рис. 2 это вре­мя— точка А — соответствует минимальной потребляемой мощ­ности 6 вг). В результате этих опытов были получены графики зависимости времени уплотнения от водосодержания бетонной смеси. Как видно из рис. З, в этих опытах использовались доволь­но жесткие смеси с содержанием воды до 4,5% от веса бетонной смеси, что соответствует примерно водосодержанию 100 л]м\

Большое распространение в Англии получил разработанный в 1947 г. Гланвиллем [1011 метод определения коэффициента уплотняемое™ (compactinq factor). Справедливо полагая, что практически — невозможно определить совершенно точно количест­во работы, затрачиваемой на уплотнение бетона, Гланвилль
измерял степень уплотнения бетонной смеси после "сообщения ей- определеннопо стандартного количества работы. В разработанном им приборе (рис. 4) бетонную смесь свободно засыпают в верх­ний конус 1. Затем, открыв задвижку 3, дают возможность бето­ну провалиться в нижний конус 2. Это обеспечивает стандартное

U5 "

Состояние смеси перед окончательным падением в цилиндр 4. Та­ким образом, определенное уплотнение бетона достигается за счет падения его со стандартной высоты. Бетонная смесь в цилиндре заглаживается и взвешивается. Искомый коэффициент уплотняе — мости находится как отношение полученного веса к теоретическо­му весу, который имела бы бетонная смесь в цилиндре при усло­вии ее’полного уплотнения. Теоретический вес бетона подсчиты — вается по методу абсолютных объемов на основе удельных весов составляющих. Указанные на рис. 3 размеры относятся к случаю применения бетонных смесей с максимальной крупностью запол­нителя 19 мм.

Проведенные опыты подтвердили, что этот метод вполне удов­летворительно отражает изменения жёсткости бетонной смеси с

Изменением ее вод осо держания и зернового состава, а также вида и крупности заполнителя. Способ определения коэффициента уплот — няемости регламентирован Английским стандартом БС 1882-52 как метод для оценки удобообрабатываемости бетонной смеси.

Опытами Венкатрэймэна [118] было доказано наличие зависи­мости между коэффициентом уплотняемости и работой, необходи­мой для полного уплотнения бетона. Вместе с тем опыты показали, что при данном коэффициенте уплотняемости смеси с различными зерновыми составами требуют различного количества работы для полного уплотнения. Количество необходимой работы возрастает по мере снижения средней крупности заполнителя.

Эрнтрой и Шэклок 1981 использовали метод измерения коэф­фициента уплотняемости для оценки удобообрабатываемости жест­ких бетонных смесей. Ими приводится следующая таблица, связы­вающая коэффициент уплотняемости с осадкой стандартного конуса[1].

Таблица 4

Коэффициент уплотняемости и осадки коиуса

Способ укладки

Степень удобооб­рабатываемости

Коэффициент уплотня­емости при предельной крупности заполните­ля в мм

Осадка конуса в см

19

0,5

Максимально интенсив, ная вибрация с прессова­нием……….

Чрезвычайно низкая

0,68

0,65

0

Интенсивная вибрация.

Очень низкая

0,78

0,75

0—2,5

Обычная вибрация. . .

Низкая

0,85

0,83

0,5-5

Без вибрации или вибра­ция при сильно армирован­ных изделиях…….

Средняя

0,92

0,9

2,5-10

Паучер [112] при исследовании уплотнения и течения бетонной смеси применил прибор (рис. 5), который позволил ему последо­вательно определить время, необходимое для уплотнения бетон­ной смеси, и время, необходимое для растекания бетонной смеси через щель (удобоукладываемость). Определение производилось следующим образом. В цилиндр А укладывалась навеска бетон­ной смеси, достаточная для его наполнения до высоты 44 мм (пос­ле уплотнения). Затем внутрь цилиндра А на поверхность уплот­ненной бетонной смеси устанавливался цилиндр Б. Внутренний цилиндр Б наполнялся такой же (по весу) порцией бетонной смеси, что и смесь, уплотненная в цилиндре А, затем измерялось
время вибрации, необходимое для того, чтобы уровни бетона в обоих цилиндрах совпали. Это время вибрации принималось за степень удобоукладываемости бетонной омеси.

К Опыты продемонстрировали, что оба

Показателя довольно чувствительны к из­менениям водосодержания и зернового состава бетонной смеси, а также к виду и крупности заполнителя. Однако опти­мальные зерновые составы заполнителя оказались различными с точки зрения не­обходимого времени уплотнения и с точ­ки зрения удобоукладываемости смеси. Судя по приведенным составам, смеси имели нулевую осадку конуса.

Для сравнения удобоукладываемости бетонных смесей и выявления оптималь­ного зернового состава заполнителя с целью получения минимального расхода цемента Фритч [100] использовал при­бор (рис. 6), позволяющий определять уплотнение бетонной смеси в цилиндрическом сосуде при вибрации с пригрузкой. Получаемые при испытании на этом приборе кривые скорости уплотнения сравниваются с так называемой «идеальной кривой» (очевидно, отвечающей принято­му способу уплотнения смеси в конструкции) и с помощью ин­терполяции определяется расход цемента для получения необходи­мой удобоукладываемости.

Большое распространение в Швеции получил прибор—«вебе — метр» (Vebe) [1191, с помощью ко­торого производится оценка удо­боукладываемости бетонных сме­сей различной степени жесткости (рис. 7). После определения стан­дартным способом осадки конуса на вершину последнего помещают стеклянный диск 1, укрепленный на конце вертикального стержня 2, который может скользить по направляющей 3. Определяют время вибрации, необходимое для того, чтобы бетонная смесь в ци — 4

Линдре 4 стала горизонтальной., у,,,,,,,,,,,,,,Л ^ Стеклянный диск облегчает опре — деление этого момента, а неболь­шое давление, оказываемое им на Рис- 6- пРибоР фРитча

7 — виброплощадка: 12 — цшшндр; 3—пой-

ОБЗОР СПОСОБОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ

Бетонную смесь, ускоряет осадку. груэочный диск; 4-Sa писывающед устройств

При этом способе консистенцию бетона (К) определяют по формуле

Где

Ve — объем уплотненной смеси; T — время вибра­ции в сек.

Амплитуда колеба­ния виброплощадки — 0,3 мм\ частота — з’сЮО кол/мин.

С помощью «вебе — метра» различают сле­дующие градации сте­пени жесткости бетон­ной смеси (табл. 5).

Значительный инте­рес представляет пред­ложенный и разрабо­танный Рихнером [116] зонд для определения степени жесткости бе­тонных смесей. С помо­щью этого зонда, как указывает автор, мож­но не только сравни­вать удобоукладывае — мость различных бетон­ных смесей, но и опре­делять степень уплот­нения смеси в процессе формования изделий. Посредством трамбо­вания в уплотненную бетонную смесь погру­жают зонд (вес 1 кг и диаметр 20 мм), конец которого выполнен в ви­де полусферы. Трамбо­вание осуществляется падением груза весом

0,5 кг с высоты 20 см. За степень удобоукладываёмости принимает­ся число ударов (или работа), необходимое для погружения зонда на глубину 10 см. Проведенные опыты показали, что с помощью зонда возможно оценивать степень жесткости бетонных смесей в довольно широком диапазоне с достаточной чувствительностью (рис. 8).

\/0 — объем смеси до уплотнения (объем конуса);

ОБЗОР СПОСОБОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ

Рис. 7. „Вебеметр"

1 — стеклянный диск; 2 — вертикальный стержень; 3 — на­правляющая втулка; 4 — цилиндрическая форма; 5 —ворон­ка для заполнения конуса; 6 — конус; 7 — вибронлощадка

Таблица 5

Степень жесткости бетонной смеси по «вебеметру»

Консистенция бетонной смеси

Степень жесткости

Осадка ко­нуса в см

Вибрируемая смесь

Землисто-влажная….

20—40

Очень жесткая…………………….

10—20

5-10

Подвижная смесь

Пластичная…………………………

3-5

3—6

Слабо растекающаяся. . .

2—3

6—10

Сильно растекающаяся. .

10—15

В Советском Союзе согласно’ ГОСТ 6901-54 для определения удобоукладываёмости бетонных смесей применяется технический
вискозиметр, разработанный в 1932 г. Пауэрсом и предложенный в сочетании с виброплощадкой Десовым [22]. Существо пользова­ния этим прибором заключается в определении времени вибрации, необходимого для совпадения уровней бетонной смеси во внутрен­нем и наружном цилиндрах прибора.

Наряду с вискозиметром ГОСТ 6901-54 для определения удобо­укладываёмости бетонной смеси допускается использование упрощенного метода Б. Г. Скрамтаева. По этому методу изме­ряется время вибрации, необходимое для расплыва стандартного конуса в форме 20X20X20 см, до получения горизонтальной по­верхности. Для подвижных бетон­ных смесей определяется осадка стандартного конуса.

В последние годы в связи с распространением жестких бетон­ных смесей некоторые исследова­тели предложили различные спо­собы оценки удобоукладываёмо­сти и степени жесткости смесей. И. Г. Соваловым [72] был разра­ботан и предложен метод опреде­ления удобоукладываёмости бе­тонной смеси по времени ее уп­лотнения в разборном цилиндри­ческом сосуде без пригрузки. Им же предложен упрощенный спо­соб оценки удобоукладываёмости по времени до появления цемент­ного клея в отверстиях стенок стандартной формы для изготов­ления образцов.

Аналогичный способ предложен И. М. Френкелем [87]. При испытании бетонной смеси этим способом за показатель удобоукла­дываёмости принимается время, прошедшее с момента включения виброплощадки до появления клея в отверстиях пластинки, кото­рая с помощью рычага передает заданное давление на бетонную смесь. Последняя помещается в форме размером 15X15X15 см.

ОБЗОР СПОСОБОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ

Рис. 8. Зависимость осадки конуса и числа трамбований зонда Рихнера от В/Ц

Метод определения удобоукладываёмости бетонной смеси при вибрации с пригрузкой 40—80 г/см2 был предложен НИИ по строи­тельству Министерства строительства РСФСР [20, 56]. Он заклю­чается в определении времени уплотнения определенного количе­ства бетонной смеси в кубической форме с ребром 10, 15 или 20 см (в зависимости от крупности заполнителя и вида изделия) при ви­брации с пуансоном, оказывающем давление, соответствующее пригрузке. Количество бетонной смеси, загружаемой в прибор, долж­но быть равно весу 1 л бетона, вычисленного по методу абсолют­ных объемов, при условии отсутствия воздушных пустот в бетон­ной смеои.

Были предложены и другие методы определения жесткости бе­тонной смеси, не нашедшие однако практического применения [86, 88, 33].

* * *

Почти все упомянутые методы определения степени жесткости бетонной смеси основываются на измерении времени или степени уплотнения. Они различаются лишь способами оценки уплотнения, а также конфигурацией и размерами форм.’ Вместе с тем исследо­вания формовочных свойств бетонной смеси показывают, что они не могут быть определены каким-либо единственным способом. Поэтому вопрос о создании прибора для оценки степени жесткости бетонной смеси в настоящее время еще не может быть полностью разрешен. Авторы настоящей работы не ставили своей целью соз­дание идеального прибора. В их задачу входил лишь выбор (и до­работка в случае необходимости) наиболее простого и в то же вре­мя надежного способа оценки степени жесткости бетонной смеси, который мог бы быть немедленно использован на производстве.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *