СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЕТОННЫХ ОБРАЗЦОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ЗЕРЕН ЗАПОЛНИТЕЛЯ В БЕТОНЕ Российский патент 1996 года по МПК G01N1/28 G01N33/38 

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к изготовлению бетонных образцов и определению прочности на сжатие зерен заполнителя.

Известен способ изготовления бетонных образцов и определения прочности зерен заполнителя в бетоне, при котором изготавливают бетонные образцы, включающие заполнитель и связующее, осуществляют отверждение образцов, испытание их на сжатие и определение показателя прочности зерен заполнителя в теле бетона.

Ц_в= (1) где Ц_в расход цемента, кг/м³,
Ц расход цемента на один замес, кг,
Р расход всех материалов в кг на один замес, включая воду;
γсвб

объемный вес свежеуложенного бетона, кг/м³.

Однако, в известном способе имеет место низкая точность при определении прочности заполнителей, так как фактическая прочность бетона зависит от расхода цемента не прямо пропорционально, а выражается сложной криволинейной зависимостью, интервал жесткости бетонной смеси 10-25 с, регламентируемый в известном способе, приводит к изменению прочности бетона на 10-15% использование заполнителей различных фракций в составе бетонной смеси не позволяет оценить прочность отдельных фракций.

Кроме того, проводимые испытания длительны и сложны, а сам способ распространяется только на пористые заполнители.

Технический результат изобретения состоит в повышении точности определения прочности заполнителей, упрощении и снижении времени проведения испытаний.

Для этого в способе изготовления бетонных образцов и определения прочности зерен заполнителя в бетоне, согласно изобретению, в качестве связующего используют полимерное связующее для образования полимербетона, при этом изготавливают образцы полимерного связующего, а перед изготовлением образцов из полимербетона осуществляют определение состава полимербетонной смеси, причем перед испытанием на сжатие образцов полимербетона осуществляют испытание на сжатие образцов полимерного связующего, при этом состав полимербетонной смеси определяют по формуле
÷
(2)
V_з + V_cв 1, (3) где V₃ объем, занимаемый зернами заполнителя, м³;
V_cв объем, занимаемый полимерным связующим, м³;
γ_о объемная насыпная масса заполнителей, т/м³;
γв.yo

объемная масса заполнителей в виброуплотненном состоянии, т/м³;
γ' плотность заполнителя, т/м³, определение показателя прочности зерен заполнителя осуществляют по формуле
R_з= 0,9 R_св,
(4)
где R₃ показатель прочности зерен заполнителя, МПа;
R_св показатель прочности полимерного связующего, МПа;
R_б показатель прочности полимербетона, МПа.

Образцы полимербетона изготавливают с однофракционной смесью заполнителей.

Способ осуществляют следующим образом.

Определяют состав полимербетонной смеси, при этом в качестве связующего используют полимерное связующее для образования полимербетона, причем из полимерного связующего изготавливают образцы. Изготавливают образцы из полимербетона, включающего заполнитель и связующее, и осуществляют отверждение образцов. Производят испытание на сжатие образцов полимерного связующего, а затем испытание на сжатие образцов полимербетона. Определяют прочность зерен заполнителя. При этом состав полимербетонной смеси и показатель прочности зерен заполнителя определяют по вышеуказанным формулам.

Образцы изготавливают с однофракционной смесью заполнителей.

Определение прочности зерен заполнителей в теле полимербетона позволяет более точно определить прочность заполнителей, проще и значительно быстрее провести испытания. Полимерное связующее обладает высокой прочностью, имеет хорошее сцепление с зернами заполнителя, но, вместе с тем, модуль упругости полимерного связующего в 10-100 раз меньше модуля упругости заполнителей. Это способствует тому, что напряжения, возникающие в зернах заполнителей при действии на бетон сжимающей нагрузки будут во столько же раз больше напряжений в полимерном связующем. Поэтому именно прочность заполнителей определяет прочность бетона на полимерном связующем (полимербетона). Отсюда по прочности бетона можно точно оценить прочность зерен заполнителей.

Дополнительная операция определения состава бетонной смеси необходима для получения контактной структуры бетона, при которой прочность заполнителей определяет прочность бетона.

Испытание бетонных образцов на сжатие указанным образом способствует более полной передаче внешней нагрузки на зерна заполнителя. Совокупность данных отличительных признаков приводит к повышению точности определения прочности зерен заполнителей и сокращению продолжительности испытаний.

Кроме того, при определении прочности заполнителей по описываемому способу отпадает необходимость изготовления бетонных образцов двух составов, а также проведения операции подбора расхода воды для получения бетонной смеси жесткости 10-25 с.

На чертеже представлены зависимости прочности бетона от расхода цемента по прототипу, построенные для примеров 7-9.

П р и м е р 1. По предлагаемому способу определяется прочность зерен заполнителей из шлаковой пемзы, при этом способ осуществляет в следующей последовательности: изготавливают образцы полимерного связующего; производят операцию определения состава полимербетонной смеси; осуществляют изготовление полимербетонных образцов с испытуемым заполнителем; производят испытание на сжатие образцов полимерного связующего; производят испытание на сжатие образцов полимербетона; производят определение прочности зерен заполнителя.

Операцию определения состава полимербетонной смеси осуществляют, исходя из соотношений (2) и (3).

0,5
V_з + V_cв 0,333 + 0,667 1 м³
Состав полимербетонной смеси приведен в табл.1.

Операции изготовления полимербетонных образцов и образцов полимерного связующего осуществляют следующим образом.

В мешалку принудительного действия заливают смолу и засыпают заполнитель в объеме, требуемом для изготовления образцов полимербетона и полимерного связующего. Производят перемешивание в течение 2 мин, затем в смесь вводят катализатор и осуществляют перемешивание в течение 1 мин. Часть полученной смеси используют для оформления образцов полимерного связующего, а в остальную согласно расчету составу полимербетонной смеси вводят заполнитель и осуществляют перемешивание в течение 1 мин. После этого пpоизводят формование образцов полимербетона. Формование образцов полимерного связующего и полимербетона осуществляют в формах размером 100 х 100 х 100 мм с последующим уплотнением на стандартной виброплощадке в течение 1 мин с пригрузом 20 г/см². Всего изготовляется по 6 образцов полимербетона и полимерного связующего.

Операция твердения образцов полимербетона и полимерного связующего осуществляется в течение 24 ч при 870^оС с последующей выдержкой перед испытанием в течение 48 ч при 18^оС и относительной влажности воздуха 60%
Испытание образцов эпоксидного полимерного связующего на сжатие производится по ГОСТ 10180 78, результаты испытаний представлены в табл.2.

Испытание образцов полимербетона на сжатие производится следующим образом.

Производят нагружение образцов со скоростью 0,1 МПа до увеличения 0,1 ·R_св10,5 МПа; производят выдержку образцов под этой нагрузкой 30 мин, производят дальнейшее нагружение образцов со скоростью 1,0 МПа/с до разрушения. Результаты испытаний приведены в табл.2.

Определение прочности зерен заполнителей производят по формуле (4)
R_з= 0,9 R_св= 0,9• 105= 31,9 МПа
т.е. прочность зерен заполнителя R_з32 МПа.

Для проведения испытаний используют следующие материалы: полиэфирная смола марки ПН-21М, плотность γ' 1,17 г/см³; нафтенат кобальта; тонкомолотый кварцевый песок с удельной поверхностью 3000 см²/г и плотностью 2,6 г/см³; шлаковая пезма фр. 5 10 мм с объемным весом в насыпанном состоянии γ_o 0,76 г/см³, в виброуплотненном состоянии γв.y.o

0,86 г/см³.

Соотношение смолы к наполнителю (молотому кварцевому песку) равнялось 0,67.

П р и м е р 2. По предлагаемому способу определяют прочность зерен заполнителей из шлаковой пемзы, который осуществляют в той же последовательности, что и в примере 1.

Операцию определения состава полимербетонной смеси производят, исходя из соотношения (2) и (3)
÷ + 0,55
V_з + V_св 0,355 + 0,645 1 м³
Состав полимербетонной смеси приведен в табл.1.

Операции изготовления, отверждения и испытания образцов осуществляют также и в той же последовательности, что и в примере 1.

Результаты испытаний приведены в табл.2.

Определение прочности зерен заполнителей производят по формуле (4)
R_з= 0,9 R_св= 0,9•105= 32,9 МПа
т.е. прочность зерен заполнителя R_з33 МПа.

Для проведения испытаний использовали те же материалы, что и в примере 1.

П р и м е р 3. По предлагаемому способу определяют прочность зерен заполнителей из шлаковой пемзы, который осуществляют в этой же последовательности, что и в примере 1.

Операцию определения состава полимербетонной смеси производят, исходя из соотношений (2) и (3)
0,606
V₃ + V_св 0,378 + 0,662 1 м³.

Состав полимербетонной смеси приведен в табл.1.

Операции изготовления, отверждения и испытания образцов полимербетона и эпоксидного полимерного связующего осуществляют так же и в той же последовательности, что и в примере 1. Результаты испытаний приведены в табл.2.

Определение прочности зерен заполнителей производят по формуле (4)
R_з= 0,9 R_св= 0,9•105= 31,9 МПа
т.е. прочность зерен заполнителя R_з32 МПа.

Для проведения испытаний используют те же материалы, что и в примере 1.

П р и м е р 4. По предлагаемому способу определяют прочность зерен заполнителей из гранита, который осуществляют в той же последовательности, что и в примерах 1-3.

Операцию определения состава полимербетонной смеси производят, исходя из соотношений (2) и (3)
1,01
V_з + V_св 0,562 + 0,498 1 м³
Состав бетонной смеси приведен в табл.3.

Операции изготовления, отверждения и испытания образцов полимербетона, эпоксидного полимерного связующего осуществляют так же и в той же последовательности, что и в примерах 1-3. Результаты испытаний приведены в табл.4.

Определение прочности зерен заполнителей производят по формуле (4)
R_з= 0,9 R_св= 0,9•125,0= 55,5 МПа
т.е. прочность зерен заполнителя R_з55,5 МПа.

Для проведения испытаний используют следующие материалы: эпоксидная смола марки ЭД-20, плотностью 1,18 г/см³; полиэтиленполиамин (СТУ 49-2529-62); тонкомолотый кварцевый песок с удельной поверхностью 3000 см²/г и плотностью 2,6 кг/см³; гранит фр. 5 10 мм плотностью γ' 2,67 г/см³; γ_o 1,34 г/см³, γb.y.o

1,5 г/см³. Соотношение смолы к наполнителю (молотому кварцевому песку) 0,67.

П р и м е р 5. По предлагаемому способу определяют прочность заполнителей из гранита, который осуществляют в той же последовательности, что и в примерах 1-4.

Операцию определения состава полимербетонной смеси производят, исходя из соотношений (2) и (3)
+ + 1,150
V_з + V_cв 0,535 + 0,465 1 м³.

Cостав полимербетонной смеси приведен в табл.3.

Операции изготовления, отверждения и испытания образцов полимербетона и полимерного связующего осуществляют так же и в той же последовательности, что и в примерах 1-4. Результаты испытаний приведены в табл.4.

Определение прочности зерен заполнителей производят по формуле (4)
R_з= 0,9 R_св= 0,9•125= 56,1 МПа
т.е. прочность зерен заполнителей R_з56 МПа.

Для проведения испытаний используют те же материалы, что и в примере 4.

П р и м е р 6. По предлагаемому способу определяют прочность заполнителей из гранита, который осуществляют в той же последовательности, что и в примерах 1-5.

Операцию определения состава полимербетонной смеси производят, исходя из соотношений (2) и (3)
1,28
V_з + V_св 0,561 + 0,435 1 м³
Cостав полимербетонной смеси приведен в таблице 3.

Операции изготовления, отверждения и испытания образцов полимербетона и эпоксидного полимерного связующего осуществляют так же и в той же последовательности, что и в примерах 1-5. Результаты испытаний приведены в табл.4.

Определение прочности зерен заполнителей производят по формуле (4)
R_з= 0,9•R_св= 0,9•125= 55 МПа т.е. прочность зерен заполнителей R_з55 МПа.

Для проведения испытаний используют те же материалы, что и в примерах 4 и 5.

П р и м е р 7. Определяют по прототипу прочность зерен заполнителей, изготовленных из шлаковой пемзы. Для изготовления бетонной смеси используют портландцемент марки М 400.

Испытания проводят в следующей последовательности.

Приготовляют две смеси сухих материалов для двух замесов, расход цемента и заполнителей принимается по табл.6 [2] и представлен в табл.5.

Подбирается расход воды для получения бетонной смеси жесткостью 10 с, который для 1-го замеса 0,888 л, для 2-го замеса 0,611 л.

Производят изготовление бетонных образцов: перемешивание составляющих осуществляют в мешалке принудительного действия в течение 5 мин, бетонную смесь укладывают в формы размером 100 х 100 х 100 мм и уплотняют вибрирование на стандартной виброплощадке в течение 1 мин с пригрузом 20 г/см².

Производят определение объемного веса свежеуложенного бетона путем деления веса бетонных образцов в форме с вычетом веса формы на объем этих образцов, результаты представлены в табл.6.

Производят отверждение бетонных образцов в течение 28 сут в нормальных условиях.

Производят испытания бетонных образцов на сжатие по ГОСТ 10180-78, результаты представлены в табл.6.

Вычисляют расход цемента в кг на 1 м³ бетонной смеси для каждого из двух замесов по формуле (1)
1-й замес:
Ц_В1= 380 кг/м³
2-й замес:
Ц_В2= 310 кг/м³
Производят построение графика зависимости прочности бетона от расхода цемента (см. чертеж, линия 1); по абсциссе откладывают расходы цемента в кг/м³, а по ординате пределы прочности на сжатие в кг/см³. Соединяя две экспериментальные точки прямой линией, находят пределы прочности бетона на сжатие, соответствующие расходу цемента 250 кг/м³.

Определяют показатель прочности заполнителей в бетоне, как отношение бетона при расходе цемента 250 кг/м³ к активности цемента.

Результаты определений представлены в табл.6.

П р и м е р 8. Определяют по прототипу прочность зерен заполнителей изготовленных из шлаковой пемзы. Для изготовления бетонной смеси используют портландцемент марки 400.

Испытания проводят в следующей последовательности.

Приготовляют две смеси сухих материалов для двух замесов, расход цемента и заполнителей принимается такой же как и в примере 7.

Подбирается расход воды для получения бетонной смеси жесткостью 17 с, который для 1-го замеса 0,941 л, для 2-го замеса 0,7 л.

Производят изготовление бетонных образцов, перемешивание составляющих осуществляют в мешалке принудительного действия в течение 5 мин, бетонную смесь укладывают в формы размером 100 х 100 х 100 мм и уплотняют вибрированием на стандартной виброплощадке в течение 1 мин с пригрузом 20 г/см².

Производят определение объемного веса свежеуложенного бетона путем деления веса бетонных образцов в форме с вычетом веса формы на объем этих образцов.

Производят отверждение бетонных образцов в течение 28 сут в нормальных условиях.

Производят испытания бетонных образцов на сжатие по ГОСТ 10180-78.

Вычисляют расход цемента по формуле (1) в кг на 1 м³, для каждого из двух замесов
1-й замес:
Ц_В1= 376 кг/м³
2-й замес:
_=304кг/м3
Производят построение графика зависимости прочности бетона от расхода цемента (см. чертеж, линия 2) так же, как и в примере 7.

Определяют показатель прочности заполнителей в бетоне, как отношение прочности бетона при расходе цемента 250 кг/м³ к активности цемента.

Результаты все определений и вычислений представлены в табл.7.

П р и м е р 9. Определяют по прототипу прочность зерен заполнителей, изготовленных из шлаковой пемзы. Для изготовления бетонной смеси используют портландцемент марки 400.

Испытания проводят в следующей последовательности.

Приготовляют две смеси сухих материалов для двух замесов, расход цемента и заполнителей принимается такой же, как и в примерах 7 и 8.

Подбирается расход воды для получения бетонной смеси жесткостью 26 с, который для 1-го замеса 0,98 л, для 2-го замеса 0,74 л.

Производят изготовление бетонных образцов, перемешивание осуществляют в мешалке принудительного действия в течение 5 мин, бетонную смесь укладывают в формы размером 100 х 100 х 100 мм и уплотняют вибрированием на стандартной виброплощадке в течение 1 мин с пригрузом 20 г/см².

Производят определение объемного веса свежеуложенного бетона путем давления веса бетонных образцов в форме с вычетом веса формы на объем этих образцов.

Производят отверждение бетонных образцов в течение 28 сут в нормальных условиях.

Производят испытание бетонных образцов на сжатие по ГОСТ 10180-78.

Вычисляют расход цемента по формуле (1) в кг на 1 м³, для каждого из двух замесов:
1-й замес
Ц_В1= 373 кг/м³
2-й замес:
Ц_В2= 302,5 кг/м³
Производят построение графика зависимости прочности бетона от расхода цемента (см. чертеж, линия 3), так же, как и в примерах 7 и 8.

Определяют показатель прочности заполнителей в бетоне, как отношение прочности бетона при расходе цемента 250 кг/м³ к активности цемента.

Результаты всех определений и вычислений представлены в табл.8.

Анализируя данные определений прочности зерен заполнителей по предлагаемому способу, видно, что колебания в изменении показателей прочности шлаковой пемзы в примерах 1-3 и гранита в примерах 4-6 составляют от среднего значения прочности этих заполнителей всего 1-3% в то время как колебания показателей прочности шлаковой пемзы в примерах 7-9 определенной по прототипу составляют 10-12% что говорит о более высокой точности определений прочности зерен заполнителей по предлагаемому способу. Кроме этого, продолжительность испытаний по предлагаемому способу 4 сут, по прототипу 29 сут, т.е. в 7 раз меньше.

Применение предлагаемого способа позволит прогнозировать прочностные свойства композиционных строительных материалов и расчетным путем определять их механические характеристики.

Использование: для изготовления бетонных образцов и определения прочности зерен заполнителя в бетоне на сжатие. Сущность изобретения: в способе изготовления бетонных образцов и определения прочности зерен заполнителя в бетоне в качестве связующего используют полимерное связующее для образования полимербетона. При этом изготавливают образцы полимерного связующего. Перед изготовлением образцов из полимербетона осуществляют определение состава полимербетонной смеси. Перед испытанием на сжатие образцов полимербетона осуществляют испытание на сжатие образцов полимерного связующего. Состав полимербетонной смеси определяют по формуле
V_з/V_св= γ_o/γ′-γ_o÷ γв.уo

-γ′-γв.уo;
V_з + V_с в = 1, где V_з - объем, занимаемый зернами заполнителя, м³; V_с в - объем, занимаемый полимерным связующим, м³; γ_o - объемная насыпная масса заполнителей, т/м³; γв.уo - объемная масса заполнителей в виброуплотненном состоянии, т/м³; γ′ плотность заполнителя, т/м³; а определение показателя прочности зерен заполнителя осуществляют по формуле
R_з= 0,9R_св(R_б/R_св)^1,83,
где R_з - показатель прочности зерен заполнителя, МПа; R_с в - показатель прочности полимерного связующего, МПа, R_б - показатель прочности полимербетона, МПа. Образцы полимербетона изготавливают с однофракционной смесью заполнителей. 1 з. п. ф-лы, 1 ил., 8 табл.

1. Способ изготовления бетонных образцов и определения прочности зерен заполнителя в бетоне, при котором изготавливают бетонные образцы, включающие заполнитель и связующее, осуществляют отверждение образцов, испытание их на сжатие и определение показателя прочности зерен заполнителя в теле бетона, отличающийся тем, что в качестве связующего используют полимерное связующее для образования полимербетона, при этом изготавливают образцы полимерного связующего, а перед изготовлением образцов из полимербетона осуществляют определение состава полимербетонной смеси, причем перед испытанием на сжатие образцов полимербетона осуществляют испытание на сжатие образцов полимерного связующего, при этом состав полимербетонной смеси определяют по формуле

V₃ + V_с в 1,
где V₃ объем, занимаемый зернами заполнителя, м³;
V_с в объем, занимаемый полимерным связующим, м³;
γ_o объемная насыпная масса заполнителей, т/м³,
γв.уо

объемная масса заполнителей в виброуплотненном состоянии, т/м³
γ′ плотность заполнителя, т/м³,
а определение показателя прочности зерен заполнителя осуществляют по формуле
R_з 0,9R_с в(R_в / R_с в)^1,83,
где R₃ показатель прочности зерен заполнителя, МПа;
R_с в показатель прочности полимерного связующего, МПа;
R_б показатель прочности полимербетона, МПа. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что образцы полимербетона изготавливают с однофракционной смесью заполнителей.