ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ЖЕСТКОСТИ ПРИ ПОМОЩИ ТЕХНИЧЕСКОГО ВИСКОЗИМЕТРА И ДРУГИМИ МЕТОДАМИ

Для оценки технологических свойств жесткой бетонной смеси наиболее желательно использовать способ, уже распространен­ный на производстве, например технический вискозиметр или метод Б. Г. Скрамтаева. Специально проведенные опыты показали, что при испытаниях по ГОСТ 6901-54 с помощью этих способов удает­ся оценивать степень жесткости бетонной смеси в ограниченной области. Так, например, при водосодержании менее 150 л/м3 бетон­ная смесь на щебне с предельной крупностью 20 мм не выравнива­лась в техническом вискозиметре даже при вибрации в течение 20 мин., образуя так называемый «порог».

Была сделана попытка определить степень жесткости подобных смесей и по способу Скрамтаева. Однако зафиксировать момент полного растекания бетонной смеси оказалось чрезвычайно трудно, так как и при продолжительной вибрации бетонная смесь не запол­няла полностью углы форм. Как вяснилось в дальнейшем, причи­ной неудачи послужила малая амплитуда колебаний виброплощад­ки, недостаточная для приведения жестких смесей в подвижное состояние[2]. В связи с этим следует отметить, что во всех приведен­ных выше работах параметрам вибрации при оценке удобоуклады­ваёмости жестких бетонных смесей уделялось незаслуженно ма-rfo внимания. Так, Плаумен проводил свои опыты, пользуясь вибро­площадкой с частотой 3 ООО кол/мин и амплитудами 0,1 и 0,2 мм. В исследованиях Паучера использовалась площадка с частотой Ь000 кол/мИн и амплитудой 0,2- мм. Определение консистенции.

«вебеметром» производится при частоте 3 ООО кол/мин и амплитуде 0,3 мм. В работах Фритча вообще не содержится каких-либо ука­заний о применявшихся частотах и амплитудах. В упомянутых предложениях Совалова, Френкеля, Горяйнова и др. или ничего не говорится о работе виброплощадки, или указываются требования, аналогичные ГОСТу для обычных смесей, т. е. амплитуда колеба­ний 0,35 мм при частоте 2 800 кол/мин.

Как показали опыты, проведенные авторами, для эффективного и качественного уплотнения жестких бетонных смесей необходимо при частоте 2800 кол/мин иметь амплитуду виброплощадки не ме­нее 0,5 мм. А. Е. Десов и И. Г. Совалов пришли к таким же выво­дам [29, 71]. Поэтому было найдено целесообразным определять степень жесткости при амплитуде 0,5 мм и частоте 2 800 кол/мин. Это приближает методику определения степени жесткости к усло­виям формования смеси на производстве.

На лабораторной виброплощадке ЦНИИСа легко достигается амплитуда 0,5 мм. При такой амплитуде удавалось с помощью технического вискозиметра характеризовать не только жесткие, но н малоподвижные смеси с осадкой конуса до 4 см.

При работе с техническим вискозиметром было также сочтено удобным внести изменения в принятую терминологию. Установлен­ный ГОСТ €901-54 термин «удобоукладываемость» бетонной смеси имеет тот недостаток, что характеризуемое им свойство бетонной смеси находится в обратной зависимости от показателя этого свой­ства. С ухудшением (понижением) удобоукладываемости бетонной смеси численный показатель удобоукладываемости (количество секунд по техническому вискозиметру) возрастает. Это обстоятель­ство обусловливает малое распространение этого термина на про­изводстве. То же самое относится и к термину «подвижность», ко­торый хорошо соответствовал показателю осадки конуса, но также находится в противоречии с показателем по техническому вискози­метру.

Было предложено заменить термин «удобоукладываемость» бе­тонной смеои термином «жесткость» (показатель жесткости). При такой замене отмеченное неудобство отпадает.

Первоначально предполагалось использовать технический вис­козиметр для определения «порога», т. е. разницы в уровнях смеси во внутреннем и наружном цилиндрах после двухминутной вибра­ции [74]. Предварительные опыты показали, что этот метод в общем чувствителен к изменению водосодержания бетонной смеси, однако из-за большой субъективности в оценке величины порога определе­ние часто сопровождается значительными ошибками. Так, в одном из опытов при водосодержании 113 л/м3 (смеси на гравии с расхо­дом цемента 300 Кгім3) и жесткости 460 сек. отдельные испытания по определению порога дали следующие показания: 2,6; 2,8 и 2,5 см При том же составе смеси и водосодержании 118 л/м3 (жесткость 325 сек.) соответствующие определения порога дали 2,6; 2,2 и 2,5 см. Кроме того, метод определения порога имеет тот недостаток, что полученный в нем показатель — величина порога в сантиметрах — не может быть непосредственно связан с показателем жесткости более подвижных смесей, например с жесткостью 60 сек., и не дает возможность сравнивать эти смеси. Тем не менее на основании проведенных опытов может быть выведена ориентировочная за­висимость величины порога от показателя жесткости, определен­ного на техническом вискозиметре при амплитуде 0,5 мм:

Жесткость в сек. . •. . 120 180 240 360 450 700 порог в см 0 ‘ 1 1,5 2 2,5 3,5

Дальнейшими исследованиями была установлена возможность оценки степени жесткости бетонных смесей обычным способом — путем измерения времени вибрации, необходимого для выравнива­ния уровней смесей во внутреннем и наружном цилиндрах техни чсского вискозиметра. Этот способ достаточно точно характеризо­вал жесткость бетонных смесей с водосодержанием 110—115 л/м3 (на гравии) и 125—130 л/м3 (на щебне)[3], требовавших продолжи­тельной вибрации (до 10—12 мин.). Опыты показали, что техниче­ский вискозиметр не пригоден для характеристики более жестких смесей. Как будет показано ниже (глава IV), такие смеси не могут быть уплотнены без пригрузки. Поэтому, естественно, они не уплот­няются полностью и в техническом вискозиметре, что вызывает не­совпадение уровней во внутреннем и наружном цилиндрах даже при весьма продолжительной (до 30 мин.) вибрации. Таким обра­зом, с помощью технического вискозиметра оказалось возможным оценивать жесткость бетонных смесей в довольно широком диапа­зоне: от смесей с осадкой конуса 2—4 см и жесткостью 5—10 сек. до весьма жестких — с жесткостью 600—700 сек., что соответствует понижению водосодержании на 60—70 л/мъ.

Успешному применению технического вискозиметра способство­вали изменения, внесенные в методику определения. Об увеличении амплитуды колебаний виброплощадки до 0,5 мм уже говорилось выше. Важным уточнением методики явилось отвешивание порции бетонной смеси, засыпаемой в вискозиметр.

При испытании малоподвижных смесей момент совпадения уровней в цилиндрах технического вискозиметра с достаточной точностью определяется на глаз без каких-либо специальных при­способлений. Однако по мере перехода к более жестким смесям субъективность в оценке момента выравнивания уровней начинает играть большую роль, так как скорость выравнивания, особенно в конце определения, становится очень малой, а смесь в наружном цилиндре имеет неровную поверхность с выступающими частицами крупного заполнителя. В этих случаях момент выравнивания не­обходимо определять по специальной метке на штанге вискозимет­ра[4]. Эта метка соответствует положению штанги при совпадении уровней смеси во внутреннем и наружном цилиндрах вискозиметра: Положение метки можно определить расчетным путем или опыт­ным. Ясно, что всякое изменение конечного объема смеси в виско­зиметре будет давать ошибку при определении показателя жестко­сти с помощью метки. При обычном способе заполнения конуса вискозиметра штыкованием в три слоя объем уплотненной смеси в вискозиметре сильно меняется, что наглядно видно из табл. 6.

Таблица 6

Зависимость между жесткостью бетонной смеси и ее количеством в вискозиметре

Количество смеен в вискозиметре

Едини­ца из­мерения

Жесткость бетонной смеси

35

160

700

Вес……………………..

Уровень ….

Кг’ СМ

12,5 7,4

11,9 6,9

10,9 6,2

Такая разница в уровнях не может не повлиять на точность определения показателя жесткости при пользовании предваритель­но нанесенной меткой. Поэтому при подборах состава бетона и особенно в исследовательских работах, когда изучаются смеси раз­личной жесткости, метод наполнения вискозиметра смесью по объему может привести к неточностям в определении жесткости и не позволит получить хорошо сравнимые результаты. Помимо не­точностей в фиксировании момента выравнивания, засыпка смеси по объему может привести к другим ошибкам, так как показатель жесткости (время для выравнивания) находится в прямой зависи­мости от количества смеси в вискозиметре. При наполнении виско­зиметра по объему (по мере перехода к более жестким смесям) количество загружаемой смеси будет уменьшаться, что будет зна­чительно снижать чувствительность прибора.

Для устранения этих погрешностей было предложено засы­пать смесь в вискозиметр по весу. Отвешенная бетонная смесь укладывается в конус вискозиметра обычным способом — штыко­ванием в три слоя. Не вошедшая в конус смесь остается в насадке. Поверхность смеси не заглаживают; конус снимают вместе с на­садкой.

Вес бетонной смеси, засыпаемой в вискозиметр, должен был бы определяться на основании объемного веса смеси в уплотненном состоянии- и с учетом установленного конечного объема смеси в вискозиметре, по которому нанесена тэрировочная метка на штанге. Для упрощения вес бетонной смеси, засыпаемой в виско­зиметр, может быть принят постоянным (12 кг), Как показывают расчеты, ошибка от такого упрощения при одних и тех же материа­лах незначительна и может дать изменение высоты смеси в виско­зиметре на ±1,5 мм по сравнению со средним (для используемых составов) значением объема уплотненной бетонной смеси.

Особо следует остановиться на вопросе о связи между размером щели в вискозиметре и предельной крупностью заполнителя. В на­стоящее время рекомендуется принимать размер щели таким, что­бы он не менее чем в два раза превышал предельную крупность заполнителя. Такая рекомендация представляется мало обоснован­ной. С изменением размера щели меняются условия движения бе­тонной смеси в вискозиметре. Это вызывает несоответствие полу­чаемых показателей с действительной удобоукладываемостью смеси при уплотнении в производственных условиях.

Дело в том, что при определении показателя жесткости в тех­ническом вискозиметре бетонная смесь сначала вытекает через щель между внутренним кольцом и дном прибора, а затем подни­мается вверх до совпадения уровней во внутреннем и наружном цилиндрах. Скорость истечения бетонной смеси данной жесткости (если пренебречь влиянием гидростатического напора) практиче­ски не зависит от размера щели. Поэтому время, которое требуется для достижения бетонной смесью в наружном цилиндре уровня, совпадающего с размером щели, не зависит от размера щели и количества смеси в вискозиметре, что подтверждается данными табл. 7.

Таблица 7

Влияние размера щели в мм и количества смеси в вискозиметре на показатель жесткости бетоииой смеси

Вес смеси в кг

С

2 л Я в

1 ° — S

<и ш Ч

Показатель жесткости в сек. (при щели)

Время до достижения уровня, равного раз­меру щели, в сек.

Средняя скорость вертикального дви­жения в см’,сек

О оЛ Ж

78

| 66

36

78

| 56

| 36

78

56

36

11

12

13

14

65 71

78 86

18 21

27 37

27 33 40

55

64 70

90 137

27 20

18 18

17

18

20 18 17

20

0,033

0,1 0,1

0,095 0,08

0.1 0,1 0,088 0.042

В опытах, результаты которых представлены в табл. 7, испы — тывалась бетонная смесь на гравии с предельной крупностью 20 мм, расходом цемента 280 кг/м3 и В/Ц ==0,5. Динамика течения бетонной смеси снималась в вискозиметре при различном количе­стве смеси и" разных по размеру щелях. По полученным кривым (рис. 9) было найдено время достижения уровня, совпадающего с размером щели, которое оказалось во всех случаях 18—20 сек. (это соответствует средней скорости течения в этом периоде при­мерно 0,3 см3/СМ*.сек).

После этого бетонная смесь начинает двигаться вверх со ско­ростью, убывающей по мере уменьшения гидростатического напора и Удаления от источника вибрации. Средняя серость течения бе­тонной смеси в этом периоде также почти не зависит от размера Щели и количества смеси в вискозиметре и составляет по данным • 7 около 0,1 см3/см2 • Сек. Чем меньше размер щели, тем больше требуется времени для того, чтобы совпали уровни. Это и вызыва­ет значительное увеличение показателя жесткости при уменьшении щели в вискозиметре. При уменьшении размера щели от 70 до SO Мм показатель жесткости увеличивается примерно в 1,4 раза, а при уменьшении до 30 мм — в 3—4 раза. Эти цифры верны в случае, если размер щели не менее чем в 1,7—1,8 раза превышает предельный размер зерен заполнителя. Если размер щели мало от­личается от предельной крупности зерен заполнителя, увеличение показателя жесткости происходит в гораздо большей степени, но

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ЖЕСТКОСТИ ПРИ ПОМОЩИ ТЕХНИЧЕСКОГО ВИСКОЗИМЕТРА И ДРУГИМИ МЕТОДАМИ

Время, сен.

Рис. 9. Динамика течения бетонной смеси в виско­зиметре.

1 — вес 13 кг; 2 -,вес 12 кг

Оно вызывается в первую очередь расслоением бетонной смеси в вискозиметре.

Для установления предельной величины щели в зависимости от крупности’заполнителя были проведены опыты по определению рас­слаиваемое™ бетонной смеси при вибрировании в вискозиметре. После определения показателя жесткости бетонная смесь извлека­лась из внутреннего и из внешнего цилиндров вискозиметра, взве­шивалась и подвергалась мокрому рассеву через сито 5 м]н. Опыты, проведенные со смесями на гравии наибольшей крупности 40 и 20 мм и с применением различных по величине щелей, показали, что при отношении размера щели к предельной крупности гравия менее 1,7—1,8 во внешнем кольце содержится меньше гравия наи­более крупной фракции, чем во внутреннем. При большем отноше­нии расслаивания смеси не наблюдается. Полученные данные опровергают существующее мнение, что при вибрировании в виско­зиметре расслаивается смесь. При надлежащем зерновом составе и правильном соотношении между предельней крупностью запол­нителя и величиной щели расслоение ‘бетонной смеси в вискозимет­ре не наблюдается. В то же время технический вискозиметр позво­ляет обнаружить расслоение смеси и сигнализировать об отклоне­ниях в составе бетонной смеси.

На основании вышеизложенного становится очевидным, что из­мерение жесткости бетонной смеси необходимо производить при одном постоянном размере щели, который целесообразно принять равным 50 мм. При крупности заполнителя 10 и 20 мм жесткость следует определять при щели 50 мм. При заполнителе с предель­ной крупностью 40 мм размер щели должен быть увеличен до 70 мм. При этом получаемый показатель следует приводить к стан­дартному размеру щели путем умножения на коэффициент 1,4. В дальнейшем, по-видимому, необходимо изменить размеры при­бора или объем загружаемой смеси с тем, чтобы определение же­сткости можно было производить при одном размере щели.

Проведенные опыты показали, что максимальное отклонение от среднего значения составляет при неоднократных измерениях же­сткости бетонной смеси в среднем ±10%. В этих опытах, проведен­ных со смесями жесткостью 30—500 сек., каждое последующее определение жесткости производилось из нового замеса. Жесткость бетонкой смеси должна назначаться с учетом точности ее опреде­ления (например, 20—25 сек., 50—60 сек., 120—150 сек., 400— 500 сек. и т. д.).

Многочисленные опыты по определению зависимости жесткости бетонной смеси от ее водосодержания показали вполне достаточ­ную чувствительность этого прибора. Проведенные производствен­ные опыты подтвердили наличие связи между показаниями техни­ческого вискозиметра и уплотнением смеси на производственных агрегатах. Проведенные исследования позволили рекомендовать технический вискозиметр как прибор для количественной оценки степени жесткости жестких бетонных смесей [83].

Метод определения жесткости бетонной смеси при помощи технического вискозиметра не всегда удовлетворяет основному требованию, предъявляемому к методу оценки удобоукладываёмо­сти бетонной смеси, — учитывать ее способность уплотняться и заполнять форму. Зачастую уплотнение бетонной смеси в произ­водственных условиях значительно отличается от лабораторных. Поэтому необходимо и в дальнейшем разрабатывать методы оценки жесткости бетонной смеси, при которых условия определения по­казателя жесткости еще более соответствовали бы условиям уплот­нения бетонной смеси на производстве.

Одним из недостатков технического вискозиметра является большая длительность определения для особо жестких смесей. Авторами был предложен и разработан способ определения по­казателя жесткости бетонной смеси в вискозиметре с пригрузкой. Для работы с пригрузкой на штанге вискозиметра была нанесена нарезка, и грузы крепились с помощью гайки и шайбы. Величина пригрузки изменялась от 1.0 до 80 г! см2. Пригрузка рассчитывалась по площади внутреннего цилиндра, равной 364 см2. Вес пригрузоч — ных дисков, изменялся (без учета веса штанги вискозиметра с диском) от 3 до 28 кг. Таким образом, выравнивание смесей в ци­линдрах вискозиметра происходило не только за счет вибрации, но и за счет выдавливания и одновременного уплотнения бетонной сме­ои во внутреннем цилиндре. Конечное выравнивание носило иногда условный характер, так как смесь в наружном цилиндре распола­галась неравномерно, но во всех случаях достигалось совпадение метки на штанге с верхней плоскостью головки штатива.

Точность этого способа составляет в среднем также ±10%, однако чувствительность по мере снижения жесткости бетонной

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ЖЕСТКОСТИ ПРИ ПОМОЩИ ТЕХНИЧЕСКОГО ВИСКОЗИМЕТРА И ДРУГИМИ МЕТОДАМИ

Жесткость без Пригрузни, сеч.

Рис. 10. Связь между показателем жесткости бетонной смеси с при­грузкой и жесткостью смеси 1 — пригрузка 10 г! см’; 2 — пригрузка 30 е\Ы’\ 3 — пригрузка 80 г/см1

Смеси резко падает. При использовании вискозиметра с пригрузкой большое значение имеет равномерное распределение амплитуды по виброплощадке.

На рис. 10 виден полученный опытным путем график, показы­вающий Ъвязь между показателем жесткости бетонной смеси, опре­деленным на вискозиметре с пригрузкой, и жесткостью этой же смеси. Пригрузка значительно уменьшает время определения. Разница между действием пригрузки 30 и 80 г/см2 почти отсутству­ет. Поэтому было решено использовать в вискозиметре пригрузку 30 г/см2 (вес груза 10 кг), которая является оптимальной с точки зрения уплотнения нормально жестких и особо жестких бетонных смесей.

Помимо опытов с техническим вискозиметром, была проведена проверка и других способов определения степени жесткости бетон­ной смеси.

Выступление цементного клея на поверхности вибрируемой бе­тонной смеси (метод, используемый в приборах Совалова и Френ­келя) в общем соответствует моменту окончания уплотнения. Многочисленные опыты по уплотнению бетонной смеси в цилиндри­ческом сосуде при различных амплитудах вибрирования и при — грузках, а также без пригрузки показали, что момент обильного выделения цементного клея соответствует (в среднем) коэффициен­ту уплотнения 0,99. Отклонения от этой величины составляют (так­же в среднем) ±1%.

Обычно это явление используется на практике для установления окончания вибрирования смеси. Но для точного определения степе­ни жесткости бетонной смеси этот метод мало пригоден. Клей, как правило, не выступает по всей поверхности, а специальные отвер­стия в пригрузочной пластинке или стенке формы не облегчают оп­ределения, так как клей показывается не во всех отверстиях сразу.

Значительные трудности и ошибки сопутствуют также и методу определения времени уплотнения бетонной смеси, предложенному НИИ по строительству. В этом случае необходимо знать объемный вес бетонной смеси, что исключает использование этого опыта для контроля за жесткостью бетонной смеси на производстве, где не­неизвестен точный состав смеси, а следовательно, и невозможно теоретически подсчитать объемный вес. Да и сам подсчет теорети­ческого объемного веса неточен, учитывая неоднородность мине­рального состава заполнителя в условиях производства. Применен ние значительной пригрузки (80 г/см2) практически исключает воз­можность использования этого, метода для оценки степени жестко^ сти нормально жестких смесей (30—200 сек.), для которых время- уплотнения при наличии пригрузки будет мало изменяться при из-: менециях жесткости. Использование разборной формы также вносит1 известную неточность в определение, так как при этом нельзя га-; рантировать постоянство объема формы./Наконец, следует учесть и то обстоятельство, что определение времени уплотнения не дает1 оценки расслаиваемости бетонной смеси и ее способности расте­каться в форме. Экспериментальные данные [20] свидетельствуют о неточности этого метода, так как при/одном и том же водосодер­жании бетонной смеси и близких (или/ равных) расходах цемента удобоукладываемость в отдельных огйлтах различалась зачастую почти в 4 раза. /

Значительно более точен метод снятия кривой уплотнения, использованный в настоящей работе (см. главу IV). Этот мет^д позволяет уменьшить влияние ошибок, связанных с неточностьІ6 подсчета теоретического объемного веса бетонной смеси и опреде­ления уровня уплотненной смеси в сосуде, а также с непостоянст­вом размеров формы. Однако этот способ сложен даже при исполь­зовании самопишущего прибора для снятия показаний и вряд ли может быть использован в массовых испытаниях. Точность опреде­ления в этом случае не превышает точности технического вискози­метра, чувствительность же намного ниже.

Таким образом, эти способы не имеют каких-либо преимуществ перед техническим вискозиметром, обладают меньшей точностью и чувствительностью и в то же время требуют создания специаль­ных приспособлений. Поэтому технический вискозиметр и был предложен для определения жесткости бетонной смеси.

3* 35

Добавить комментарий

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