ДОРОЖНО СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫbek.sibadi.org/fulltext/esd17.pdf ·...

Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)»

Кафедра строительных материалов и специальных технологий

ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Сборник задач

Составители: В.Д. Галдина, Е.В. Гурова, Г.И. Надыкто

Омск • 2015

УДК 691.16 ББК 38.311

Рецензенты: канд. техн. наук, доц. В.Г. Степанец (ФГБОУ ВПО «СибАДИ»); ст. преподаватель Э.Н. Мартемьянова (ФГБОУ ВПО «СибАДИ»)

Работа одобрена научно-методическим советом направления «Строительство» Инженерно-строительного института ФГБОУ ВПО «СибАДИ» в качестве сборника задач.

Дорожно-строительные материалы [Электронный ресурс] : сборник задач / сост. : В.Д. Галдина, Е.В. Гурова, Г.И. Надыкто. – Омск : СибАДИ, 2015. – Режим доступа: http://bek.sibadi.org/fulltext/esd17.pdf , свободный после авторизации. −Загл. с экрана.

ISBN 978-5-93204-773-6

Приведены общие сведения об основных дорожных и строительных материалах, применяемых при строительстве и ремонте инженерных сооружений. Даны примеры решения типовых задач и приведены условия задач для самостоятельного решения. Изло-жены методы расчета составов тяжелых цементных бетонов, строительных растворов и асфальтобетонов. Представлены необходи-мые справочные данные. При составлении сборника задач использованы действующие нормативно-технические документы.

Имеет интерактивное оглавление в виде закладок. Предназначен для студентов всех форм обучения направления «Строитель-ство» факультета «Автомобильные дороги и мосты» и Инженерно-строительного института.

Текстовое (символьное) издание (1,1 Мб) Системные требования : Intel, 3,4 GHz ; 150 Мб ; Windows XP/Vista/7 ; DVD-ROM ;

1 Гб свободного места на жестком диске ; программа для чтения pdf-файлов Adobe Acrobat Reader

Редактор Н.И. Косенкова Техническая подготовка − Т.И. Кукина

Издание первое. Дата подписания к использованию 16.03.2015 Дата размещения на сайте 06.06.2015

Издательско-полиграфический центр СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 РИО ИПЦ СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1

© ФГБОУ ВПО «СибАДИ», 2015

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………………………………… 3

1. Природные каменные материалы…………………………………………………………. 4

1.1. Общие сведения……………………………………………………………………………. 4

1.2. Примеры решения задач………………………………………………………………. 5

1.3. Задачи …………………………………………………………………………………………… 10

2. Керамические материалы и изделия…………………………………………………….. 14

2.1. Общие сведения……………………………………………………………………………. 14


2.3. Задачи …………………………………………………………………………………………… 18

3. Неорганические вяжущие материалы…………………………………………………… 20

3.1. Общие сведения……………………………………………………………………………. 20


3.3. Задачи …………………………………………………………………………………………… 25

4. Цементные бетоны…………………………………………………………………………………. 28

4.1. Общие сведения……………………………………………………………………………. 28

4.2. Дополнительные требования к дорожным бетонам………………….. 31

4.3. Дополнительные требования к бетонам для конструкций

мостов……………………….……………………………………………………………………………… 33


4.5. Задачи……………………………………………………………………………………………. 44

5. Строительные растворы…………………………………………………………………………. 48

5.1. Общие сведения……………………………………………………………………………. 48


5.3. Задачи……………………………………………………………………………………………. 53

6. Органические вяжущие материалы………………………………………………………. 54

6.1. Общие сведения……………………………………………………………………………. 54


6.3. Задачи …………………………………………………………………………………………… 60

7. Асфальтобетонные смеси и асфальтобетоны……………………………………….. 62

7.1. Общие сведения……………………………………………………………………………. 62


7.3. Задачи …………………………………………………………………………………………… 70

8. Древесина……………………………………………………………………………….………………. 73

8.1. Общие сведения……………………………………………………………………………. 73


8.3. Задачи ……………………………………………………………………………………………. 76

Библиографический список………………………………………………………………………………. 78

Приложения………………………………………………………………………………………………………. 79

Приложение 1. Принятые условные обозначения………………………………………….. 79

Приложение 2. Международная система единиц физических величин (СИ)… 80

Приложение 3. Молекулярные массы химических элементов, входящих в

состав строительных материалов…………………………………………………………………….. 80

Приложение 4. Пределы прочности керамических изделий при сжатии и

изгибе (ГОСТ 530-2012)……………………………………………………………………………………… 81

Приложение 5. Технические требования ГОСТ 9179-77* к извести воздушной 82

Приложение 6. Технические требования ГОСТ 125-79* к гипсовым вяжущим. 83

Приложение 7. Технические требования к цементу……………………………………….. 84

Приложение 8. Технические требования к заполнителям для бетона,

бетонным смесям и бетонам……………………………………………………………………………. 86

Приложение 9. Технические требования к дорожным битумам……………………. 92

Приложение 10. Технические требования ГОСТ 9128-2009 к

асфальтобетонным смесям и асфальтобетонам……………………………………………… 94

ВВЕДЕНИЕ

Строительство – одна из главных и наиболее материалоемких отраслей экономики. Для строительства, ремонта и содержания зда-ний, автомобильных дорог и искусственных сооружений (мосты, пу-тепроводы, тоннели, эстакады и др.) требуется большое количество различных строительных материалов. Их стоимость в среднем со-ставляет 60 % от общей стоимости строительно-монтажных работ.

Долговечность инженерных сооружений непосредственно зави-сит от качества строительных материалов. Правильный выбор мате-риалов, хорошо организованный текущий контроль позволяют обес-печить рациональное использование материалов и высокое качество сооружений. Инженер-строитель должен уметь: организовать надеж-ную систему контроля качества материалов и изделий, рассчитать со-ставы бетонов, асфальтобетонов и других смесей; проверить парамет-ры технологического процесса производства или использования строительных материалов; определить основные показатели качества готовых изделий и конструкций.

Сборник задач содержит 8 разделов: природные каменные мате-риалы, керамические материалы и изделия, неорганические вяжущие материалы, цементные бетоны, строительные растворы, органические вяжущие материалы, асфальтобетонные смеси и асфальтобетоны, строительные материалы из древесины. Каждый раздел включает краткие теоретические сведения, примеры решения типовых задач и задачи для самопроверки. Работа с данным сборником задач будет способствовать лучшему усвоению и закреплению материалов учеб-ных дисциплин.

Сборник задач составлен в соответствии с учебными програм-мами дисциплин: «Современные методы проектирования и техноло-гии производства высокопрочного бетона и железобетона», «Местные строительные материалы», «Основы материаловедения», «Строитель-ные материалы», «Дорожно-строительное материаловедение», «Ма-териаловедение и технология конструкционных материалов», «Строи-тельное материаловедение и технологии дорожно-строительных ма-териалов», «Архитектурное материаловедение» и рекомендуется ма-гистрантам и студентам строительных специальностей всех форм обучения.

3

1. ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

1.1. Общие сведения

Природные каменные материалы и изделия получают путем ме-ханической обработки горных пород (дроблением, раскалыванием, распиливанием).

По виду и степени обработки различают: грубообработанные материалы (бутовый камень, щебень, гравий, песок) и штучные изде-лия (стеновые камни, камни и плиты для облицовки зданий и инже-нерных сооружений, цокольные плиты, плиты для полов и ступеней, изделия для дорожного строительства).

По средней плотности природные камни делят на легкие и тя-желые. Легкие камни плотностью не более 1800 кг/м3 имеют пористое строение (вулканический туф, пемза, известняк-ракушечник и т.п.) и поэтому применяются преимущественно в виде штучного камня и блоков для стен зданий и щебня для легких бетонов. Тяжелые камни плотностью более 1800 кг/м3 (гранит, сиенит, диорит и т.п.) служат облицовкой и используются в виде плит для пола, материалов и изде-лий для гидротехнического и дорожного строительства.

По пределу прочности при сжатии образцов в воздушно-сухом состоянии природные каменные материалы делят на марки, МПа: 0,4; 0,7; 1,5; 2,5; 3,5; 7,5; 10; 12,5; 15; 20; 30; 40; 50; 60; 80 и 100. Марки 0,4 – 20 свойственны легким камням различной пористости, а тяже-лым – от 10 и выше. По морозостойкости природные каменные мате-риалы разделяют на марки: F10; F15; F35; F50; F100; F150; F200; F300 и F500. Высокую морозостойкость имеют плотные камни с равномер-но-зернистой структурой. По водостойкости природные камни делят на группы с коэффициентом размягчения не ниже 0,6 (для наружных стен зданий); не ниже 0,8 (для гидротехнических сооружений и фун-даментов). В зависимости от назначения и условий применения при-родные каменные материалы оценивают также по твердости, исти-раемости и износу, огнестойкости, стойкости к химическому воздей-ствию внешней среды. Высоко ценятся эстетические характеристики природного камня.

Бутовый камень – крупные куски камня (не более 50 см по наи-большему измерению) неправильной формы, получаемые взрывным методом (рваный бут), или плиты неправильной формы (постелистый бут или плитняк), получаемые выламыванием из слоистых пород. Из

4

бута возводят плотины и другие гидротехнические сооружения, при-меняют для подпорных стенок, кладки фундаментов. Большое коли-чество бутового камня перерабатывается в щебень.

Щебень – куски камня неправильной формы размером 5 – 70 мм (для гидротехнического строительства до 150 мм), получаемые дроб-лением горных пород с последующим рассевом. Щебень в зависимо-сти от наименьшего и наибольшего размера зерен (мм) подразделяют на фракции: 5 – 10 мм, 10 – 20 мм, 20 – 40 мм, 40 – 70 мм.

Гравий – рыхлые окатанные (округлые) зерна размером от 5 до 70 мм, получаемые просеиванием рыхлых осадочных пород.

Технические требования к качеству щебня (гравия) для строи-тельных работ нормируются ГОСТ 8267-93*. Качество щебня (гра-вия) характеризуют следующие показатели: зерновой состав, форма зерен, прочность, содержание зерен слабых пород, содержание пыле-видных и глинистых частиц, морозостойкость, петрографическая ха-рактеристика, плотность истинная (без пор), средняя (включая поры), насыпная (включая поры и межзерновые пустоты), пустотность, во-допоглощение. По прочности щебень подразделяют на марки 200, 300, 400, 500, 800, 1000, 1200, 1400; гравий – на марки 400, 600, 800, 1000. Щебень и гравий применяются в строительстве как заполнители для бетонов и для устройства конструктивных слоев дорожной одежды.

Песок – минеральные зерна размером от 0,16 до 5 мм, получае-мые при просеивании мелких рыхлых пород или дроблением и рассе-вом отходов камнеобработки. Технические требования к качеству песка для строительных работ нормируются ГОСТ 8736-93*. Качест-во песка характеризуют следующие показатели: зерновой состав, со-держание пылевидных и глинистых частиц, содержание органических примесей, минералого-петрографический состав, плотность истинная и насыпная, пустотность, влажность. Применяется в строительстве в качестве заполнителя для бетонов и строительных растворов.

1.2. Примеры решения задач

1. При строительстве автомобильной дороги длиной 1 км, ши-риной проезжей части 7,5 м толщина щебеночного основания состав-ляет 20 см. Коэффициент уплотнения щебня 1,2, коэффициент воз-можных потерь 1,04. Щебень гранитный со средней плотностью 2670 кг/м3 и насыпной плотностью 1550 кг/м3. Сколько потребуется щебня

5

и железнодорожных вагонов для его перевозки? Какова пустотность в щебне, отгружаемом в вагоны?

Решение. Объем щебеночного основания в уплотненном со-стоянии

150020,05,71000уп

=⋅⋅=V м3.

Объем щебня в рыхлонасыпанном состоянии 18002,11500

рыхл=⋅=V м3.

Расход щебня по объему Що = 1800 ∙ 1.04 = 1872 м3.

Расход щебня по массе Щм = 1872 ∙ 1550 2 901 600 кг = 2902 т.

Необходимое количество 60-тонных железнодорожных вагонов 3,4860/2902 ==n , т.е. 49 шт.

Пустотность щебня в вагоне

)100ρρ(1 н

пустm

V −= = (1 – 26701550 )100 = 42 %,

где н

ρ – насыпная плотность материала, кг/м3; m

ρ – средняя плотность материала, кг/м3.

2. Ширина проезжей части автомобильной дороги составляет 7,5

м, толщина щебеночного основания – 0,20 м. Коэффициент уплотне-ния щебня 1,2, коэффициент возможных потерь 1,04. Имеется сто 60-тонных вагонов щебня, межзерновая пустотность которого 45 %, а средняя плотность зерен 2670 кг/м3. Сколько погонных метров осно-вания можно построить?

Решение. В формулу для определения пустотности

)100ρρ(1 н

пустm

V −=

подставляем известные значения величин:

)1002670

ρ(145 н−= , тогда н

ρ = 1470 кг/м3.

Объем щебня в вагоне Vщ = 60 000 / 1470 = 40,8 ≈ 41 м3.

Объем поставляемого щебня 410041100

щ=⋅=V м3.

Объем устраиваемого щебеночного основания

6

3285)04,12,1/(4100осн

=⋅=V м3. Количество погонных метров щебеночного основания

2190)2,05,7/(3285 =⋅=L м. 3. Масса образца горной породы в сухом состоянии 210 г. После

выдерживания в воде в течение 48 ч масса увеличилась до 225 г. По-сле высушивания и насыщения водой под давлением масса была рав-на 232 г. Истинная плотность горной породы составляет 2780 кг/м3, а средняя плотность – 2000 кг/м3. Определить пористость, водопогло-щение и водонасыщение по массе и объему.

Решение. Водопоглощение по массе

7,1100210

210225100c

свм =

−=

−=

mmmW %,

где в

m – масса насыщенного водой материала, г; с

m – масса сухого ма-териала, г.

Водопоглощение по объему

14,2100020007,1

ρρ

вмо === mWW %,

где в

ρ – плотность воды, кг/м3. Водонасыщение по массе

10,5100210

210232нм =

−=W %.

Водонасыщение по объему

211000200010,5но ==W %.

Пористость породы

28,1)10027802000(1)100

ρρ(1П =−=−= m %,

где ρ – истинная плотность материала, кг/м3.

4. Масса образца горной породы в сухом состоянии на воздухе равна 60 г. После парафинирования его поверхности масса в воде со-ставила 37 г. Расход парафина 0,6 г, а его истинная плотность 0,9 г/см3. Вычислить среднюю плотность горной породы.

Решение. Объем парафина на образце

7

п

пп ρ

mV = = 0,6 / 0,9 = 0,67 см3,

где п

m – масса парафина, г; п

ρ – плотность парафина, г/см3. Объем парафинированного образца при гидростатическом взве-

шивании

231

3760ρв

21 =−

=−

=mmV cм3,

где 1

m – масса образца, взвешенного на воздухе, г; 2

m – масса образца, взвешенного в воде, г.

Объем образца горной породы равен разности объемов парафи-нированного образца и парафина на образце

Vо = V – Vп = 23 – 0,67 = 22,33 cм3. Средняя плотность горной породы

==о

ρVm

m 60 / 22,33 = 2,69 г/см3.

5. После рассева пробы песка получены следующие результаты:

Сито с размером ячейки, мм 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 Менее

0,16 Частный остаток, % 5 15 28 27 10 15

Какова группа песка по крупности? Решение. Определяем полный остаток на каждом сите в про-

центах по формуле ii

aaaA +++= ...25,15,2

,

где i

aaa ,...,,25,15,2

– частные остатки на соответствующих ситах, %. Для указанных сит (слева направо) полные остатки составили 5,

20, 48, 75, 85 и 100 %. Модуль крупности песка

2,33.100

857548205100

М 0,160,3150,631,252,5кр =

++++=

++++=

ААААА

Группа песка согласно ГОСТ 8736-93* – средний (табл. П.8.1).

6. Масса гравия фракции 10 – 20 мм до испытания – 3 кг. После испытания на сите 5 мм полный остаток равен 2,60 кг, на сите 2,5 мм – 2,68 кг; 1,25 мм – 2,75 кг. Найти марку гравия по дробимости в ци-линдре.

8

Решение. Дробимость гравия указанной фракции устанавливаем по показателю потери массы в процентах. За потерю массы принима-ем суммарную массу частиц мельче 2,5 мм. Тогда

10,61003,00

2,683,00100Др 1 =−

=−

=m

mm %,

где m – масса пробы гравия, кг; 1

m – масса остатка на контрольном сите после просеивания раздробленной в цилиндре пробы гравия, кг.

Согласно ГОСТ 8267-93* марка гравия по дробимости – «800». 7. В пробе гранитного щебня было 30 % фракции 20 – 40 мм,

60 % фракции 10 – 20 мм и 10 % фракции 5 – 10 мм. При испытании сжатием в цилиндре для первой из этих фракций получен показатель дробимости 18 %, для второй – 26 %, для третьей – 32 %. Определить марку щебня по дробимости.

Решение. Средневзвешенный показатель дробимости

i2

2211

......Др

aaaaxaxax ii

++++++

=1

,

где 1

х , 2

х ,…, i

х – показатели дробимости данной фракции, %; 1

a , 2

a ,…,

ia – содержание данной фракции, %.

2,24106030

103260263018Др =++

⋅+⋅+⋅= %.

Щебень из изверженных горных пород по ГОСТ 8267-93 при показателе дробимости от 20 до 25 % относится к марке «800».

8. При испытании на сжатие образца-кубика осадочной горной

породы со стороной а = 5 см максимальное давление по манометру гидравлического пресса р = 2 МПа. Диаметр поршня пресса d = 38 см. На преодоление вредных сопротивлений ненагруженного поршня данного пресса затрачивается сила Р1 = 4100 Н, а в процессе нагруже-ния поршня расходуется Р2 = 0,002р. Определить разрушающее уси-лие разрP , предел прочности при сжатии образца горной породы и ее марку.

Решение. Разрушающее усилие

Pразр = p·π·d2 / 4 – P1 – P2 = p∙3,14∙0,382 / 4 – 4100 – 0,22 p = = 0,1133 p – 4100 – 0,22 p = 0,1113 p – 4100 = 0,1113∙2∙106 – 4100 = = 218 500 Н = 218,5 кН.

9

Предел прочности при сжатии Rсж = Рразр / S = 218 500 / 0,052 = 87∙106 Па = 87 МПа,

где S – площадь образца, м2. Следовательно, марка горной породы по прочности – «80». 9. Образец известняка неправильной формы при испытании на

раскол между двумя взаимно направленными стержнями разделился на две части при разрушающем усилии 48,8 кН. Поверхность разру-шения в виде трапеции имеет такие размеры: а = 8,5 см; b = 12,0 см; h = 6,0 см. Найти прочность при расколе.

Решение. Rраск = P / S = 48 800 [0,5∙(0,085 + 0,12)∙0,06] = 7,94∙106 Па = 7,94 МПа.

10. Испытанию на истираемость подвергли образец-куб из гра-

нита размерами 7,07×7,07×7,07 см. Какой оказалась величина исти-раемости, если масса образца до испытания 954,5 г, после испытания 952 г?

Решение.

05,007,707,79525,954И 21 =

⋅−=

−= S

mm г/см2.

1.3. Задачи

1. Масса образца горной породы в сухом состоянии 220 г. После

выдерживания в воде в течение 48 ч масса увеличилась до 238 г. Ис-тинная плотность горной породы равна 2750 кг/м3, средняя плотность 2000 кг/м3. Определить пористость, водопоглощение по массе и по объему.

2. Масса образца камня в сухом состоянии равна 175 г. После насыщения водой масса стала 194 г. Истинная плотность горной по-роды составляет 2700 кг/м3. Определить среднюю плотность камня, его пористость, если водонасыщение этой породы по объему состав-ляет 12,5 %.

3. Высушенный образец горной породы в виде цилиндра высо-той 5 см и диаметром 5 см имеет массу 260 г. После выдерживания образца в воде под давлением его масса стала 267 г. Определить среднюю плотность камня, водонасыщение по массе и по объему.

4. Масса образца горной породы в сухом состоянии на воздухе равна 90 г. После парафинирования его поверхности масса в воде со-

10

ставила 52 г. Расход парафина 0,9 г, а его истинная плотность 0,9 г/см3. Вычислить среднюю плотность породы.

5. Определить среднюю плотность и пористость зернистого ма-териала, если его истинная плотность равна 2650 кг/м3, насыпная плотность – 1400 кг/м3, межзерновая пустотность равна 47 %.

6. Определить истинную плотность породы и межзерновую пус-тотность зернистого материала, если его насыпная плотность равна 1350 кг/м3, средняя плотность – 2590 кг/м3, пористость – 4,5 %.

7. Масса образца камня неправильной формы в сухом состоянии на воздухе равна 218 г, масса образца, взвешенного в воде, составила 138 г. Определить истинную и среднюю плотность камня, если его пористость равна 5,2 %.

8. Масса образца камня в сухом состоянии равна 50 г. Опреде-лить массу образца после насыщения его водой, если известно, что водонасыщение по объему равно 18 %, а средняя плотность камня – 1800 кг/м3.

9. Во сколько раз пористость камня А отличается от пористости камня В, если известно, что истинные плотности камней одинаковы и составляют 2720 кг/м3, но средняя плотность камня А на 20 % больше, чем у камня В, у которого водопоглощение по объему в 1,8 раза больше водопоглощения по массе?

10. Масса каменного образца в сухом состоянии равна 100 г. Определить массу образца после насыщения его водой и истинную плотность камня, если известно, что водонасыщение по объему равно 18 %, пористость камня – 25 % и средняя плотность – 1800 кг/м3.

11. Масса образца камня в сухом состоянии равна 60 г. При насыщении водой масса стала 70 г. Определить среднюю плотность, водопоглощение по массе и пористость камня, если водопоглоще-ние по объему составляет 21 %, а истинная плотность – 2,4 г/см3.

12. Масса сухого образца камня (неправильной формы) на воз-духе равна 80 г. После нанесения на поверхность камня слоя парафи-на масса образца в воде стала 37 г. Определить среднюю плотность камня, если на парафинирование образца израсходовано 0,75 г пара-фина с плотностью 0,9 г/см3 (плотность воды принять 1 г/см3).

13. Масса сухого образца из известняка-ракушечника равна 300 г. После насыщения водой масса образца увеличилась до 390 г. Найти пористость, объемное и массовое водопоглощение известняка-ракушечника, если истинная плотность камня 2400 кг/м3, а объем об-разца составляет 250 см3.

11

14. Определить пористость образца камня, если известно, что его водопоглощение по объему в 1,7 раза больше водопоглощения по массе, а истинная плотность равна 2,6 г/см3.

15. При рассеве песка получены такие результаты: Сито с размером ячейки, мм 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 Менее

0,16 Частный остаток, % 0 6 12 26 32 24

Определить группу песка по крупности. 16. При просеивании 1 кг сухого песка через стандартный набор

сит получены следующие частные остатки на ситах: Сито с размером ячейки, мм 5,0 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 Менее

0,16 Частный остаток, г 0 148 242 198 226 106 80

К какой группе крупности относится этот песок согласно ГОСТ 8736-93?

17. Автомобильная дорога имеет ширину проезжей части 7,5 м и толщину щебеночного основания 0,2 м. Коэффициент уплотнения щебня 1,2, коэффициент возможных потерь 1,04. Щебень фракции 20 – 40 мм с насыпной плотностью 1500 кг/м3 составляет 70 % от массы всего щебня. У щебня фракции 10 – 20 мм насыпная плотность 1550 кг/м3. Средняя плотность зерен гранитного щебня 2670 кг/м3. Сколько потребуется щебня каждой фракции по массе и по объему для строи-тельства 1000 м основания?

18. Ширина проезжей части автомобильной дороги 7,5 м, тол-щина щебеночного основания 0,18 м. Коэффициент уплотнения щеб-ня 1,2, коэффициент возможных потерь 1,04. Поставлено 60 вагонов щебня, причем его объем в каждом вагоне 50 м3, пустотность 45 %, средняя плотность зерен 2670 кг/м3. Сколько километров основания можно построить?

19. Сколько щебня с пустотностью 45 % по массе и по объему можно получить при дроблении глыбы горной породы объемом 10 м3 со средней плотностью 2650 кг/м3? Учесть, что потери при дроблении (в виде песка) составляют 10 % по массе.

20. При испытании образца-цилиндра из гранита диаметром 5 см максимальное давление по манометру гидравлического пресса р = 6 МПа. Диаметр поршня пресса d = 300 мм. На преодоление вред-ных сопротивлений ненагруженного поршня данного пресса затрачи-вается сила Р1 = 3200 Н, а в процессе нагружения поршня расходуется Р2 = 18 Р1. Определить предел прочности образца горной породы при сжатии и ее марку.

12

21. Образец-цилиндр с d = h = 10 см из известняка при испыта-нии на сжатие по боковой поверхности (на раскол) разделился на две части при разрушающем усилии 85 кН. Установить марку известняка.

22. Рассчитать предел прочности при сжатии цилиндрического образца из природного камня. Размеры образца: высота и диаметр равны 100 мм. Разрушающее усилие 780 кН.

23. Образец-куб из природного камня с размером ребра 7,07 мм и массой 720 г после 1000 оборотов круга при испытании на истирае-мость имеет массу 660 г. Вычислить истираемость природного камня.

24. Истираемость природного камня 0,8 г/см2, площадь истира-ния 25 см2, масса образца до истирания 253 г. Вычислить массу мате-риала после истирания.

25. Испытанию на истираемость подвергли образец из известня-ка площадью 502 см2. Масса образца после испытания 596 г, истирае-мость 1,2 г/см2. Определить массу образца до испытания.

26. Вычислить среднюю плотность каменного образца непра-вильной формы, если его масса на воздухе в сухом состоянии 100 г, в воде – 55 г. До определения массы в воде образец парафинировали. Масса парафинированного образца на воздухе 101,1 г. Плотность па-рафина 0,92 кг/м3, плотность воды 1000 кг/м3.

27. Водопоглощение камня по объему 1 %, пористость 25 %, ис-тинная плотность (плотность вещества) 3000 кг/м3. Вычислить сред-нюю плотность материала и водопоглощение по массе.

28. Вычислить необходимый объем бункера для щебня, полу-ченного после дробления 400 м3 рваного камня. Плотность каменного материала 2600 кг/м3, пустотность рваного камня 30 %, пустотность щебня 40 %. Потери при дроблении – 2 % от массы рваного камня.

29. Вычислить истинную плотность смеси каменных материалов следующего состава: песчаник SiO2 с истинной плотностью 2600 кг/м3 – 60 %, известняк CaCO3 с истинной плотностью 2800 кг/м3 – 40 %.

30. Вычислить водопоглощение по массе камня (в процентах), которое в 2,7 раза меньше водопоглощения по объему, если известно, что коэффициент водонасыщения камня равен 0,65, а его истинная плотность – 3100 кг/м3.

31. Каменный материал с влажностью 2 % имеет среднюю плот-ность 1400 кг/м3. При насыщении материала водой под давлением его средняя плотность увеличилась до 1600 кг/м3. Вычислить объем от-крытых пор (открытую пористость материала).

13

32. Масса сухого образца известняка 80 г, после водопоглоще-ния его масса стала 85 г. Истинная плотность известняка 2800 кг/м3. Вычислить водопоглощение по объему, а также пористость, если из-вестно, что водопоглощение известняка по массе меньше, чем водо-поглощение по объему, в два раза.

33. Определить коэффициент размягчения плотного известняка, если прочность его образца-куба в сухом состоянии 112 МПа, а в на-сыщенном водой состоянии – 96 МПа. Сделать вывод о водостойко-сти данного материала.

2. КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ


Керамическими называют искусственные каменные материалы и

изделия, полученные из минерального сырья путем формования, суш-ки и обжига при высоких температурах. Основным сырьем для произ-водства керамических изделий являются глины, применяемыe в чис-том виде, а чаще в смеси с добавками.

В зависимости от назначения керамические строительные мате-риалы и изделия делят на виды: стеновые (кирпич рядовой полноте-лый, пустотелый, пустотелые камни и панели из них); для облицовки фасадов (лицевой кирпич и камень, фасадные плитки, в том числе ма-логабаритные, наборные панно, архитектурно-художественные дета-ли); для внутренней облицовки стен (глазурованные плитки и фасон-ные детали к ним); для отделки полов (плитки для пола); кровельные (черепица); санитарно-технические (ванны, умывальники, унитазы); для подземных коммуникаций (канализационные и дренажные тру-бы); специальные (дорожные, кислотоупорные, теплоизоляционные, огнеупорные изделия); заполнители для легких бетонов (керамзит, аг-лопорит).

В зависимости от структуры керамические строительные мате-риалы и изделия разделяют на две группы: пористые (с водопоглоще-нием по массе более 5 %) и плотные (с водопоглощением по массе менее 5 %). К пористым относят стеновые, кровельные, облицовоч-ные и теплоизоляционные изделия, а также дренажные трубы. Плот-ную структуру имеют плитки для пола, клинкерный кирпич, кислото-упорные изделия, канализационные трубы и др.

14

В зависимости от способа формования керамические изделия де-лят на следующие группы: изготовленные способом пластического формования (стеновые изделия, черепица, керамические трубы); изго-товленные способом полусухого прессования (стеновые изделия, фа-садные плитки и др.); изготовленные способом литья (облицовочные плитки, санитарно-технические изделия).

Среди стеновых изделий наиболее распространены кирпич и ка-мень. Камень и кирпич керамические применяют для кладки и обли-цовки несущих, самонесущих и ненесущих стен и других элементов зданий и сооружений.

Технические требования к кирпичу и камням керамическим нор-мируются ГОСТ 530-2012. К изделиям предъявляются требования по следующим показателям: внешний вид, размеры, правильность фор-мы, наличие известковых включений, пустотность, скорость началь-ной абсорбции воды, наличие высолов (для лицевого кирпича), пре-дел прочности при изгибе и при сжатии, средняя плотность, водопо-глощение, морозостойкость, коэффициент теплопроводности кладки в сухом состоянии, удельная эффективная активность естественных ра-дионуклидов.

По прочности кирпич подразделяют на марки М100, М125, М150, М175, М200, М250, М300; камни – М25, М35, М50, М75, М100, М125, М150, М175, М200, М250, М300; кирпич и камень с горизон-тальными пустотами – М25, М35, М50, М75, М100. По морозостойко-сти изделия подразделяют на марки F25, F35, F50. По средней плот-ности изделия подразделяют на классы 0,7; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 2,0. По теплотехническим характеристикам делят на группы: высокой эффек-тивности, повышенной эффективности, эффективные, условно-эффективные, малоэффективные (обыкновенные). Водопоглощение изделий должно быть не менее 6 %.


1. При испытании полнотелого кирпича пластического формо-

вания получены следующие результаты: среднее значение предела прочности при сжатии 16 МПа; наименьший предел прочности при сжатии отдельных образцов 12,5 МПа; предел прочности при изгибе 2,9 МПа; наименьший предел прочности при изгибе отдельных об-разцов 1,6 МПа. Определить марку кирпича по прочности.

15

Решение. Кирпич по пределу прочности при сжатии и изгибе согласно ГОСТ 530-2012 относится к марке «150» (прил. 4).

2. Сколько потребуется глины по массе и объему для изготовле-

ния 1000 шт. кирпича стандартных размеров со средней плотностью 1800 кг/м3, если средняя плотность глины 1700 кг/м3, ее влажность 18 % мас., потери при прокаливании составляют 10 % от массы сухой глины? Во время изготовления, выгрузки и погрузки кирпича допус-кается 2 % брака.

Решение. С учетом брака нужно изготовить кирпича 102002,11000

кирп=⋅=n шт.

Объем кирпича 989,1065,012,025,01020

кирп=⋅⋅⋅=V м3.

Масса кирпича 35801800989,1ρ

кирпкирп=⋅=⋅= mVm кг,

где mρ – средняя плотность кирпича, кг/м3. Масса глины с учетом влажности и потерь при прокаливании

464710,118,13580гл

=⋅⋅=m кг. Объем глины

2,7317004647

ρгл

глгл ===

mV м3,

где гл

ρ – средняя плотность глины, кг/м3. 3. Массы двух образцов кирпича до испытания на водопоглоще-

ние составляли по 3 кг, а после испытания – 3,15 и 3,27 кг. Опреде-лить показатель водопоглощения. Соответствует ли кирпич требова-ниям ГОСТ 530-2012?

Решение. Водопоглощение по массе, %, определяем по формуле

100c

свм m

mmW −= ,

где в

m – масса насыщенного водой материала, г; с

m – масса сухого ма-териала, г.

51003,0

3,03,15м1 =

−=W %,

16

91003,0

3,03,27м2 =

−=W %.

Образец № 2 соответствует требованиям ГОСТ 530-2012. 4. Влажность глины 10 % мас., потери при прокаливании со-

ставляют 8 % от массы сухой глины. Средняя плотность керамическо-го кирпича, изготовленного из нее, 1700 кг/м3. Какое количество кир-пича размером 250×120×65 мм можно получить из 20 т глины?

Решение. Влажность материала, %, находим по формуле

100с

св

mmmW −

= ,

где mв и mc – массы влажного и сухого материала соответственно, кг. Следовательно, масса сухой глины

1001

вc W

mm+

= = 20 000 / 1,10 = 18 181,82 кг.

Масса глины после обжига

mобж = 1,08

cm =18 181,82 / 1.08 = 16 835 кг.

Объем кирпича 31095,1065,012,025,0

кирп−⋅=⋅⋅=V м3.

Масса кирпича 315,317001095,1ρ 3

кирпкирп=⋅⋅=⋅= −

mVm кг,

где m

ρ – средняя плотность кирпича, кг/м3. Количество кирпича

кирп

обжкирп m

mn = = 16 835 / 3,315 = 5078 шт.

5. Расшифровать условное обозначение следующего керамиче-

ского изделия: КР-р-по 250×120×65/1НФ/200/2,0/50/ГОСТ 530-2012. Решение. Кирпич рядовой, полнотелый, размерами 250×120×65

мм, формата 1НФ, марки по прочности М200, класса средней плотно-сти 2,0, марки по морозостойкости F50.

17

6. Рассчитать количество железнодорожных вагонов вместимо-стью 100 м3 для перевозки 144 т керамзитового гравия. Средняя плот-ность зерен керамзита 650 кг/м3, пустотность гравия 45 %.

Решение. Насыпную плотность гравия определяют из соотно-шения

)100ρρ(1 н

пустm

V −= .

Тогда

)100650ρ(145 н−= , откуда

нρ = 358 кг/м3.

Объем щебня Vщ = 144 000 / 358 = 402 м3.

Количество вагонов n = 402/100 ≈ 4.

2.3. Задачи

1. При испытании полнотелого кирпича полусухого формования

получены следующие результаты: средний предел прочности при сжатии 8,5 МПа; наименьший предел прочности при сжатии отдель-ных образцов 6,2 МПа; предел прочности при изгибе 1,5 МПа; наи-меньший предел прочности при изгибе отдельных образцов 0,75 МПа. Указать марку кирпича по прочности согласно ГОСТ 530-2012.

2. Влажность глины 12 %, потери при прокаливании 10 % от массы сухой глины. Средняя плотность керамического кирпича, изго-товленного из нее, 1700 кг/м3. Какое количество кирпича размером 250×120×65 мм можно получить из 10 т глины?

3. Сколько штук кирпича стандартных размеров получится из 60 т глины с влажностью 8 %, если потери при обжиге сырца состав-ляют 6 % от массы сухой глины, а средняя плотность кирпича равна 1750 кг/м3?

4. Определить расход глины по массе и по объему для изготов-ления 1000 шт. кирпича стандартных размеров при следующих дан-ных: средняя плотность кирпича 1750 кг/м3, насыпная плотность сы-рой глины 1650 кг/м3, влажность глины 13 %. При обжиге сырца в пе-чи потери составляют 8,5 % от массы сухой глины.

5. Сколько потребуется глины для изготовления 2000 шт. плиток для полов размером 150×150×13 мм, если известно, что пористость

18

плиток 4 %, плотность спекшейся массы равна 2520 кг/м3, а потери при сушке и обжиге глины составляют 18 % от массы глины?

6. Сколько глины по массе и по объему потребуется для изго-товления 10 тыс. шт. керамических камней размером 250×250×140 мм с пустотностью 56 %. Средняя плотность керамических камней 1460 кг/м3, средняя плотность глины 1700 кг/м3, влажность глины 22 %. Потери при прокаливании составляют 8 % от массы сухой глины, брак камней – 2 %.

7. Необходимо изготовить 1000 шт. пустотелых керамических камней со средней плотностью 1460 кг/м3. Средняя плотность глины 1700 кг/м3, ее влажность 18 % масс., потери при прокаливании со-ставляют 10 % от массы сухой глины. Во время изготовления, вы-грузки и погрузки камней допускается 2 % брака. Сколько потребует-ся глины по массе и объему?

8. Расшифровать следующие условные обозначения: КР-р-пу 250×120×65/1НФ/150/1,0/35/ГОСТ 530-2012; КРГ-л 250×120×88/1,4НФ/75/1,4/50/ГОСТ 530-2012; КМ-р 250×120×140/2,1НФ/200/1,4/50/ГОСТ 530-2012.

9. Вычислить коэффициент насыщения пор кирпича размерами 250×120×65 мм с плотностью вещества (истинной плотностью) 2600 кг/м3 и массой в сухом состоянии 3,5 кг, если после выдерживания в воде его масса стала 4 кг.

10. Водопоглощение керамического кирпича по массе составля-ет 16 %, средняя плотность материала – 1,74 г/см3, общая пористость – 35%. Вычислить коэффициент насыщения.

11. Рассчитать предел прочности при изгибе одинарного (обык-новенного) керамического кирпича, если известно, что при разруше-нии кирпича разрушающее усилие составило 300 кгс.

12. Вычислить предел прочности при изгибе керамического кирпича размерами 1,4 НФ. Разрушающее усилие 1730 Н.

13. Рассчитать предел прочности при сжатии керамического камня размерами 250×250×140 мм при разрушающем усилии 195 кН. Установить марку камня по прочности.

14. Какое количество утолщенного керамического кирпича можно приготовить из 5,0 т глины с влажностью 8 % от массы сухой глины и потерями при прокаливании 10 % от массы сухой глины? Средняя плотность полученного из этой глины утолщенного кирпича равна 1600 кг/м3.

19

15. Вычислить расход глины (по массе и объему), необходимый для изготовления 1000 шт. кирпича 1 НФ, если средняя плотность по-лученного кирпича 1600 кг/м3, средняя плотность сырой глины в карьере 1500 кг/м3, ее влажность 12 %, потери при прокаливании при обжиге сырца (сырой глины) в печи 6 % от массы сухой глины.

3. НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ


Неорганическими (минеральными) вяжущими веществами на-

зываются порошкообразные вещества, которые при затворении водой образуют пластичное тесто, способное в результате физико-химических процессов с течением времени затвердевать и переходить в камневидное состояние.

Неорганические вяжущие вещества подразделяются на воздуш-ные, которые обладают способностью твердеть и длительно сохра-нять прочность только на воздухе, и гидравлические, которые твер-деют и длительно сохраняют прочность не только на воздухе, но и в воде.

К воздушным вяжущим веществам относятся: известь воздуш-ная, гипсовые вяжущие, магнезиальные вяжущие, жидкое стекло.

К гидравлическим вяжущим веществам относятся: портландце-мент и его разновидности, глиноземистый цемент.

Воздушная известь – вяжущее вещество, получаемое путем об-жига до возможно более полного разложения чистых и доломитизи-рованных известняков или мела, содержащих не более 6 % глины. При содержании в извести до 5 % оксида магния ее называют каль-циевой, от 5 до 20 % – магнезиальной, от 20 до 40 % –высокомагнезиальной или доломитовой.

Технические требования к извести нормируются требованиями ГОСТ 9179-77* (прил. 5). Качество извести характеризуют следую-щие показатели: содержание активных оксидов CaO и MgO; содержа-ние активного MgO; количество непогасившихся зерен; скорость га-шения; потери при прокаливании. По содержанию активных оксидов CaO и MgO воздушная известь делится на три сорта.

Гипсовые вяжущие, получаемые путем термической обработки природного двуводного гипса и ангидрита, подразделяются на низко-

20

обжиговые (быстротвердеющие) и высокообжиговые (медленнотвер-деющие).

К низкообжиговым вяжущим относят строительный и высоко-прочный гипс. К высокообжиговым вяжущим относят ангидритовый цемент и высокообжиговый гипс (эстрихгипс).

Технические требования к гипсу строительному нормируются ГОСТ 125-79* (прил. 6). Качество строительного гипса характеризу-ют следующие показатели: тонкость помола; нормальная густота гип-сового теста, сроки схватывания; предел прочности гипсового камня при изгибе и сжатии. По пределу прочности гипсового камня при сжатии и изгибе строительный гипс подразделяется на марки: Г-2; Г-3; Г-4; Г-5; Г-6; Г-7; Г-10; Г-13; Г-16; Г-19; Г-22; Г-25.

Цемент – собирательное название группы гидравлических вя-жущих, главной составной частью которых являются силикаты и алюминаты кальция, образующиеся при обжиге сырьевой смеси до спекания или до плавления. Из числа цементов разных видов наибо-лее важное значение имеет портландцемент.

Портландцементом называется гидравлическое вяжущее веще-ство, в составе которого преобладают силикаты кальция (70 – 80 %). Портландцемент получают тонким помолом цементного клинкера и природного гипса (3 – 5 %).

Портландцемент с минеральными добавками содержит до 10 % активных минеральных добавок осадочного происхождения или до 20 % гранулированного доменного шлака. Регулируя минералогиче-ский состав цементного клинкера, вид и количество добавок, получа-ют следующие разновидности портландцемента: сульфатостойкий, быстротвердеющий, пуццолановый, пластифицированный, гидрофоб-ный, шлакопортландцемент, декоративные и другие специальные це-менты.

Технические требования к портландцементу нормируются ГОСТ 10178-85 и ГОСТ 31108-2003. Качество портландцемента ха-рактеризуют следующие показатели: тонкость помола; нормальная густота цементного теста и сроки его схватывания; равномерность изменения объема цемента; предел прочности при изгибе и сжатии образцов-балочек, изготовленных из цементно-песчаного раствора.

По пределу прочности при сжатии и изгибе портландцемент подразделяют по ГОСТ 10178-85 на марки 300; 400; 500; 550; 600 (табл. П.7.1). В соответствии с ГОСТ 31108-2003 по прочности на сжатие в возрасте 28 суток цементы подразделяются на классы: 22,5;

21

32,5; 42,5; 52,5. По прочности на сжатие в возрасте 2 (7) суток (скоро-сти твердения) каждый класс цементов, кроме класса 22,5, подразде-ляют на два подкласса: Н (нормальнотвердеющий) и Б (быстротвер-деющий). Требования к физико-химическим свойствам цементов при-ведены в табл. П.7.2.


1. Сколько комовой извести можно получить при обжиге 100 т

известняка, имеющего влажность 5 %, содержание глинистых и пес-чаных примесей по 10 %?

Решение. Масса сухого известняка после испарения воды И = 100 / (1 – 0,05) = 95 т.

Из глинистых примесей Al2O3·2SiO2·2H2O, молекулярная масса которых 102+120+36 (прил. 3), происходит удаление химически свя-занной воды. Ее содержание

36 / (102+120+36) = 0,14. Содержание в известняке глинистых примесей после испарения

воды Г = 0,1·95·(1 – 0,14) = 8,17 т.

Содержание песчаных примесей в известняке П = 0,1·95 = 9,5 т.

Масса чистого известняка Ич = 95 – (8,17+9,5) = 77,33 т.

Реакция разложения известняка CaCO3 = CaO+CO2.

Молекулярные массы веществ (см. прил. 3) следующие: 100 = 56+44.

Масса извести, изготовленной из 1 т CaCO3, И1 = 1·56 / 100 = 0,56 т.

Масса чистой комовой извести из 77,33 т известняка Ички = 0,56·77,33 = 43,304 т.

Выход комовой извести с учетом примесей Ики = 43,304+8,17+9,5 = 60,974 т.

2. Какой объем известкового теста будет получен при гашении

10 т негашеной извести, если активность извести (содержание СаО) 80 %, содержание воды в тесте 50 %, средняя плотность известкового теста 1400 кг/м3?

22

Решение. Образование гашеной извести происходит по реакции СаО+Н2О = Са(ОН)2

Молекулярные массы веществ (см. прил. 3) таковы: 56+18 = 74. При указанной активности извести в химическую реакцию с во-

дой вступит 80 % извести И = 10 000∙0,8 = 8000 кг.

Примеси составят П = 10 000 – 8000 = 2000 кг.

Тогда масса гидратной извести Са(ОН)2 с учетом массы приме-сей будет равна

Иг = (8000∙74 / 56)+2000 = 10 571+2000 = 12 571 кг. В известковом тесте известь и вода составляют по 50 % массы. Тогда масса теста Ит = 12 571∙2 = 25 142 кг. Объем известкового теста

Vт = 25 142 / 1400 = 17,96 м3.

3. Сколько содержится в 1 м3 известкового теста гидроксидакальция и воды, если средняя плотность известкового теста равна 1400 кг/м3? Истинная плотность гидроксида кальция равна 2050 кг/м3.

Решение. Содержание воды в 1 м3 известкового теста В = 1400 – x,

где х – содержание гидроксида кальция. Сумма объемов извести и воды равна 1 м3 (1000 л), тогда

х / 2,05 + (1400 – х) /1 = 1000, откуда

х = 780 кг, или 781 ∙ 100/1400 = 55 %. Содержание воды

В = 1400 – 781 = 619 л, или 100 – 55 = 45 %.

4. Сколько полуводного (строительного) гипса можно получитьпосле термической обработки 50 т гипсового камня?

Решение. Определяют соединения, входящие в сырье и продук-ты его термической обработки:

О1,5НО0,5НСаSОО2НСаSO 22424 +⋅=⋅ Молекулярные массы этих соединений (см. прил. 3)

172,13 = 145,13+27. Масса полуводного гипса: 50 000∙145,13 / 172,13 = 42 155 кг.

23

5. Привести условное обозначение гипсового вяжущего, имею-щего следующие показатели. Сроки схватывания: начало – 8 мин, ко-нец – 25 мин. Остаток на сите с размером ячеек в свету 0,2 мм – 2 %. Предел прочности образцов-балочек размером 40 х 40 х 160 мм в воз-расте 2 ч составляет на изгиб 4,6 МПа, на сжатие 12 МПа (прил. 6).

Решение. Г-10 Б III.

6. Определить пористость цементного камня при водоцемент-ном отношении В/Ц = 0,35, если химически связанная вода составляет 18 % от массы цемента, плотность которого 3100 кг/м3.

Решение. Состав цементного теста (по массе) Ц:В = 1:0,35. Примем, что для приготовления цементного теста взято 1000 кг це-мента (Ц). Тогда количество воды (В) будет 350 кг, а количество хи-мически связанной воды (Вхим) – 180 кг.

Абсолютный объем, занимаемый цементным тестом,

1000350

31001000ВЦ

вццт +=+= ρρV = 0,67 м3.

Абсолютный объем, занимаемый цементным камнем, 0,501000

18031001000ВЦ

в

хим

ццк =+=+= ρρV м3.

Относительная плотность цементного камня .0,7460,50/0,67/ цтцк ==VV

Пористость цементного камня

100)1(Пцт

цк ⋅−=VV

= (1 – 0,746)∙100 = 25,4 %.

7. При испытании образцов-балочек размером 40 х 40 х 160 мм ввозрасте 7 суток показатели предела прочности при изгибе были: 3,6; 3,4; 3,0 МПа. Среднеарифметическое значение предела прочности при сжатии составило 29,8 МПа. Определить марку и класс портландцемента.

Решение. Среднеарифметическое значение предела прочности при изгибе

изг7R = (3,4 + 3,6) / 2 = 3,5 МПа.

Зависимость между пределом прочности образцов в возрасте 28 суток и пределом прочности образцов в возрасте 7 суток имеет лога-рифмический характер

R28 = Rn∙lg28 / lgn, где n – время твердения, сут.

24

Подставляя известные показатели, получаем прочности при из-гибе и сжатии в возрасте 28 суток:

изг28R = изг

7R ∙lg28 / lg7 = 3,5 1,447 / 0,846 = 6,0 МПа; сж28R = сж

7R ∙lg28 / lg7 = 29,8 1,447 / 0,846 = 51 МПа. По ГОСТ 10187-85 ожидаемая марка портландцемента ПЦ 500

(табл. П.7.1). В соответствии с табл. П.7.3 среднее соотношение активностей

цемента (10178

31108

RR

) по ГОСТ 31108-2003 и ГОСТ 10178-85 в интервале

расчетных прочностей от 49,0 до 53,8 МПа составляет 92,6 %. Следо-вательно, ориентировочная активность цемента при испытании по ГОСТ 30744-2001 равна

1006,9222,51 × = 47,43 МПа.

Цемент предположительно относится к классу 42,5 по ГОСТ 31108-2003.

3.3. Задачи

1. Сколько получится негашеной и гидратной извести из 30 т из-вестняка с содержанием активной СаО 85 % и естественной влажно-стью 8 %?

2. Производится обжиг 100 т известняка, имеющего влажность9 %, содержание глинистых примесей 6 % и песчаных примесей 4 %. Каковы масса и сорт получаемой комовой извести?

3. Сколько получится известкового теста, содержащего 50 % во-ды, из 2 т негашеной извести, имеющей активность 80 %?

4. Определить по массе и по объему количество известковоготеста, содержащего 60 % воды и полученного из 3 кг негашеной из-вести, активность которой 90 %. Плотность теста 1420 кг/ м3.

5. Определить выход сухой негашеной извести из 20 т известня-ка, имеющего влажность 6 % и содержащего 5 % глинистых приме-сей.

6. Сколько будет получено гидратной извести (пушонки) из 5 ткальциевой негашеной извести, содержащей 88 % активной СаО, если влажность гидратной извести равна 3,5 %?

7. Сколько полуводного гипса получится после термической об-работки 20 т гипсового камня с влажностью 5 %?

25

8. Назвать условное обозначение гипсового вяжущего с пере-численными далее показателями. Сроки схватывания: начало – 20 мин, конец – 120 мин. Остаток на сите № 002 – 12 %. Прочность об-разцов-балочек размером 40 х 40 х 160 мм в возрасте 2 ч: на изгиб 6,7 МПа, на сжатие 19,8 МПа.

9. Нормальная густота гипсового теста равна 59 %. Сколько не-обходимо взять гипса и воды для получения 10 кг гипсового теста нормальной густоты?

10. Цемент не содержит добавок (кроме гипса) и характеризует-ся следующим расчетным минералогическим составом клинкера: С3S = = 48 %, C2S = 34 %, С3A = 4 %, C4AF = 11 %. Можно ли этот цемент отнести к категории сульфатостойких портландцементов?

11. Определить пористость цементного камня, изготовленного при В/Ц = 0,60, если химически связанная вода составляет 21 % от массы цемента. Истинная плотность цемента 3100 кг/м3.

12. Предел прочности при изгибе и сжатии образцов-балочек, изготовленных из цементно-песчаных растворов стандартных соста-вов, на портландцементе в 3-суточном возрасте составляет 3,8 и 21,8 МПа, а на шлакопортландцементе соответственно 2,8 и 13,2 МПа. Можно ли эти цементы отнести к быстротвердеющим?

13. Приготовлены согласно ГОСТ 310.6-85 несколько цемент-ных растворов состава цемент:песок = 1:3 на стандартном песке с различным количеством воды. После 30 встряхиваний на столике рас-творы имели следующие расплывы конуса:

Номер состава

Взято на 1 замес Расплыв конуса, мм цемента, г песка, г воды, мл

1 2 3 4

500 500 500 500

1500 1500 1500 1500

200 210 215 220

101 103 106 114

Указать, при каком В/Ц получается раствор нормальной конси-

стенции. 14. Рассчитать, сколько свободной извести Са(ОН)2 выделится

при гидратации 10 кг портландцемента (без активных минеральных добавок), содержащего 54 % С3S, если гидролиз алита прошел на 65 %. Определить процентное отношение свободной извести к исход-ной массе цемента.

26

15. Определить активность пуццоланового портландцемента,который изготовлен из 65 % портландцемента марки 400 и 35 % кремнеземистой добавки.

16. Определить плотность цементного теста, содержащего 70 %цемента с истинной плотностью 3100 кг/м3.

17. Используя приблизительный логарифмический закон изме-нения прочности по времени, построить график для цемента, твер-деющего в нормальных условиях через 3, 14, 90, 180, 360 суток, если цемент через 28 суток имел прочность 30,5 МПа.

18. Определить пористость в затвердевшем цементном камне,изготовленном на портландцементе, где количество связанной воды от массы цемента 15 %, и пуццолановом портландцементе, где свя-занной воды 17 %. Цементное тесто содержит воды 50 % от массы цемента, истинная плотность портландцемента 3100, а пуццоланового – 2650 кг/м3.

19. Какой пористостью будет обладать цементный камень, еслипри затворении цементного теста В/Ц составило 0,45, а за время твер-дения химически связалось 18 % воды? Истинная плотность цемента равна 3100 кг/м3.

20. Тесто из портландцемента, затворенного водой в количестве36 %, твердело в нормальных условиях. Такое же тесто из цемента, затворенного 40 % воды, твердело на воздухе после 3 суток выдержи-вания во влажной среде. Содержание химически связанной воды при твердении в нормальных условиях составляет 20 %, при твердении на воздухе оно уменьшается на 25 %. Определить и сравнить пористость цементного камня для обоих случаев, если для приготовления це-ментного теста было взято по 1 кг портландцемента.

21. Для цемента класса 42,5 с активностью в возрасте 28 сут 45,3МПа необходимо определить ориентировочную марку цемента по ГОСТ 10178-85.

27

4. ЦЕМЕНТНЫЕ БЕТОНЫ


4.1.1. Цементный бетон представляет собой искусственный ка-менный материал, получаемый в результате формования и твердения рационально рассчитанной бетонной смеси, состоящей из цемента, воды, щебня (гравия), песка и специальных добавок.

Тяжелый цементный бетон является основным конструкцион-ным материалом. Технические требования к тяжелым и мелкозерни-стым цементным бетонам (далее – бетонам), применяемым во всех отраслях строительства, правилам их приемки, методам испытаний, а также технические требования к заполнителям, цементам, воде и до-бавкам изложены в ГОСТ 26633-2012.

4.1.2. Прочность бетона характеризуют классами. Класс бетона по прочности В – это гарантированная прочность бетона с учетом его неоднородности, принимаемая с обеспеченностью 0,95. Обеспечен-ность 0,95 означает, что установленная классом прочность будет дос-тигаться в 95 % случаях из 100 % и только в 5 % случаях можно ожи-дать ее невыполнение. Однородность бетона оценивают коэффициен-том вариации.

По ГОСТ 26633-2012 тяжелый бетон подразделяется на сле-дующие классы прочности:

– классы прочности на сжатие (МПа): В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60; В70; В80; В90; В100;

– классы прочности на осевое растяжение (МПа): Вt0,8; Вt1,2; Вt1,6; Вt2,0; Вt2,4; Вt2,8; Вt3,2; Вt3,6; Вt4,0;

– классы прочности на растяжение при изгибе (МПа): Вtb0,4; Вtb0,8; Вtb1,2; Вtb1,6; Вtb2,0; Вtb2,4; Вtb2,8; Вtb3,2; Вtb3,6; Вtb4,0; Вtb4,4; Вtb4,8; Вtb5,2; Вtb5,6; Вtb6,0; Вtb6,4; Вtb6,8; Вtb7,2; Вtb8,0.

4.1.3. Контроль и оценку прочности бетона проводят по ГОСТ 18105-2010 статистическими методами с учетом характеристик одно-родности бетона по прочности в течение анализируемого периода. За анализируемый период определяют: фактическую прочность бетона Rm и текущий коэффициент вариации прочности бетона Vm в каждой партии; рассчитывают средний коэффициент вариации прочности бе-тона mV ; определяют требуемую прочность бетона RТ для следующего контролируемого периода.

28

Требуемую прочность бетона каждого вида рассчитывают по формуле

RТ = КТ · Внорм, (4.1)

где RТ – требуемая прочность бетона, МПа; КТ – коэффициент требуе-мой прочности, принимаемый для тяжелых бетонов (кроме ячеистого и массивного гидротехнического) по табл. П.8.3 в зависимости от среднего коэффициента вариации mV за анализируемый период; Внорм = В – нормируемая прочность бетона, МПа.

При изготовлении отдельных конструкций или в начальный пе-риод производства, когда недостаточно данных для определения ха-рактеристик однородности бетона по прочности, требуемую проч-ность рассчитывают по формуле (4.1). Коэффициент требуемой проч-ности КТ для всех видов бетонов (кроме плотного силикатного и ячеи-стого) принимают равным 1,28.

4.1.4. Тяжелый бетон по средней плотности делится на марки D2000 – D2500, мелкозернистый бетон – на марки D1800 – D2300.

По морозостойкости бетоны подразделяются на марки: F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500, F600, F800, F1000; по водонепро-ницаемости – на марки: W2, W4, W6, W8, W10, W12, W14, W16, W18, W20; по истираемости – на марки: G1, G2, G3 (при испытании на кру-ге истирания).

4.1.5. В качестве вяжущих материалов для бетонов следует при-менять цементы по ГОСТ 10178-85, ГОСТ 31108-2003, ГОСТ 22266-94, ГОСТ Р 55224-2012. Вид и класс (марку) цемента следует выби-рать в соответствии с назначением конструкций и изделий, условиями их эксплуатации, требуемых классов бетона по прочности, марок по морозостойкости, водонепроницаемости, истираемости, декоратив-ных свойств. Рациональные марки цементов для бетонов различных классов выбирают по табл. П.8.4.

4.1.6. В качестве крупных заполнителей для бетонов применяют щебень и гравий из плотных горных пород по ГОСТ 8267-93, а также щебень из шлаков черной, цветной металлургии и шлаков ТЭЦ. Крупные заполнители должны иметь среднюю плотность зерен от 2000 до 3000 кг/м3.

Крупный заполнитель следует применять в виде раздельно до-зируемых фракций при приготовлении бетонной смеси.

Содержание пылевидных и глинистых частиц в щебне из извер-женных и метаморфических пород, щебне из гравия и в гравии не

29

должно превышать 1 % мас., в щебне из осадочных пород – 3 % мас. Содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы в крупном заполнителе не должно превышать 35 % мас.

4.1.7. В качестве мелких заполнителей для бетонов применяют природный песок или песок из отсевов дробления горных пород с ис-тинной плотностью от 2000 до 2800 кг/м3, а также их смеси, соответ-ствующие требованиям ГОСТ 8736-93. Допускается применять песок из шлаков черной и цветной металлургии, золошлаковые смеси и зо-лы-уноса.

4.1.8. Химические добавки, применяемые в бетоне, должны со-ответствовать требованиям ГОСТ 24211-2008. Общее количество хи-мических добавок должно быть не более 5 % от массы цемента. До-бавки (кроме воздухововлекающих), используемые в количестве ме-нее 0,2 % мас. цемента, вводят в бетонную смесь с водой затворения. Вода для затворения бетонной смеси и приготовления растворов хи-мических добавок должна соответствовать требованиям ГОСТ 23732-2011.

4.1.9. Требования к качеству бетонной смеси нормируются ГОСТ 7473-2010. Основной показатель качества – удобоукладывае-мость. В зависимости от показателя удобоукладываемости бетонные смеси подразделяют на группы: жесткие (Ж), подвижные (П) и расте-кающиеся (Р). Группы подразделяются на марки по удобоукладывае-мости (табл. П.8.2).

Жесткость бетонной смеси Ж характеризуется временем (в се-кундах) вибрирования, необходимым для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса бетонной смеси. Подвиж-ность бетонной смеси определяют по осадке стандартного конуса ОК (в сантиметрах), отформованного из бетонной смеси. Растекаемость бетонной смеси Р (в сантиметрах) оценивают по нижнему диаметру лепешки конуса, который образовался в результате расплыва бетон-ной смеси при определении подвижности по осадке стандартного ко-нуса.

4.1.10. Свойства бетона зависят от качества компонентов, соста-ва и технологии производства. Состав бетона – оптимальное соотно-шение между компонентами, обеспечивающее требуемые свойства бетонной смеси и бетона при минимальном расходе цемента, обу-словливает характер структуры бетона. Состав бетона выражается в виде расходов компонентов на 1 м3 бетона или в виде отношения масс составляющих к единице массы цемента.

30

Исходные данные для расчета – класс прочности бетона на сжа-тие В, коэффициент вариации прочности mV , а также соответствую-щая ему требуемая прочность RТ; подвижность (ОК) или жесткость (Ж) бетонной смеси.

Состав тяжелого бетона рассчитывают по методу абсолютных объемов (разработан проф. Б.Г Скрамтаевым), который сводится к решению четырех уравнений с четырьмя неизвестными – расхода во-ды В (л), цемента Ц, (кг), щебня Щ (кг) и песка П (кг). Сумму абсо-лютных объемов всех составляющих принимают равной 1000 л гото-вого уплотненного бетона, пренебрегая появлением небольшого объ-ема вовлеченного воздуха.

Удобоукладываемость бетонной смеси назначают с учетом вида конструкции (табл. П.8.5). При подборе состава бетона пользуются справочными таблицами (табл. П.8.6, П.8.7, П.8.8).

Физические свойства бетона – пористость, водопоглощение, мо-розостойкость, водонепроницаемость – определяют долговечность бетона. Пористость зависит от водоцементного отношения, степени уплотнения бетонной смеси и условий твердения. Пористость нахо-дится в пределах 7 – 15 % об.

Механические свойства бетона выражают показателями преде-лов прочности на сжатие, на растяжение при изгибе, на осевое растя-жение, на растяжение при раскалывании (ГОСТ 10180-2012).

Предел прочности при сжатии определяют при испытании стан-дартных образцов размером 15х15х15 см в возрасте 28 суток после твердения в нормальных условиях (при температуре (20 ±2) °С и от-носительной влажности воздуха (95 ± 5) %. При определении прочно-сти бетона на кубах с другими размерами вводят масштабные коэф-фициенты (табл. П.8.10), на которые умножают полученную в опытах прочность бетона.

4.2. Дополнительные требования к дорожным бетонам

4.2.1. Дорожный бетон предназначен для покрытий и оснований

автомобильных дорог и аэродромов. Покрытие работает на изгиб как плита на упругом основании, поэтому основной прочностной харак-теристикой бетона является класс прочности на растяжение при изги-бе. Классы бетона по прочности принимают по табл. П.8.9.

По морозостойкости бетон для однослойных покрытий и верх-него слоя двухслойных разделяют на такие марки: F100 – для районов

31

со среднемесячной температурой воздуха наиболее холодного месяца от 0 до –5 °С; F150 – для районов со среднемесячной температурой воздуха наиболее холодного месяца от –5 до –15 °С; F200 – для рай-онов со среднемесячной температурой воздуха наиболее холодного месяца ниже –15 °С.

4.2.2. Марка щебня по дробимости для бетона однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий должна быть не ниже 1200 при использовании изверженных и метаморфических горных пород и 800 при использовании осадочных.

Содержание зерен пластинчатой (лещадной) формы допускается не более 25 % мас. Марка по морозостойкости варьируется от F15 до F150 в зависимости от конструктивного слоя и климатических усло-вий района строительства.

Содержание пылевидных и глинистых частиц в щебне из оса-дочных пород не должно превышать: для однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий – 2 % мас.; для нижнего слоя двухслой-ных покрытий и оснований – 3 % мас.

Зерновой состав песка в бетоне для покрытий и оснований ав-томобильных дорог и аэродромов должен соответствовать требовани-ям ГОСТ 26633-2012.

4.2.3. Для бетонов дорожных и аэродромных покрытий и осно-ваний применяют цементы, изготовленные на основе клинкера нор-мированного состава с содержанием трехкальциевого алюмината (С3A) не более 7 % мас., удовлетворяющие требованиям ГОСТ Р 55224-2012 (табл. П.7.4).

Удельная поверхность цементов должна быть не менее 270 и не более 350 м2/кг при измерении методом воздухопроницаемости. На-чало схватывания цемента должно наступать не ранее 2 ч от начала затворения.

4.2.4. Для улучшения технологических свойств бетонных сме-сей, повышения морозостойкости и экономичности бетона в бетон-ные смеси рекомендуется вводить химические добавки: суперпла-стифицирующие (С-3, 10-03, 40-03 и др.) – в количестве 0,3 – 0,7 %; пластифицирующие (ЛСТ, ЛСТМ) от 0,1 до 0,25 %; воздухововле-кающие (СНВ, СДО и др.) от 0,003 до 0,05 % от массы цемента. В бе-тоне покрытий следует одновременно применять добавку пластифи-катора (суперпластификатора) и воздухововлекающую или газообра-зующую добавку.

32

Объем вовлеченного воздуха в бетонной смеси должен состав-лять 5 – 7 % об. для верхнего слоя покрытия, 3 – 5 % об. – для нижне-го слоя покрытия.

4.2.5. Подбор состава бетона производится расчетно-экспериментальным методом по методике, изложенной в ВСН 139-80.

Показатель подвижности бетонных смесей для дорожных бето-нов ОК = 2 – 4 см. Для дорожных однослойных и верхнего слоя двух-слойных покрытий В/Ц должно быть не более 0,50, а для нижнего слоя двухслойных покрытий – не более 0,60.

Ориентировочное содержание воды в смеси следует назначать не более 165 – 170 л/м3.

Минимальное значение коэффициента раздвижки щебня рас-твором принимают равным:

1,7 – для мелких песков с модулем крупности от 1,5 до 2; 1,8 – для средних песков с модулем крупности от 2 до 2,5; 1,9 – для крупных песков с модулем крупности более 2,5. Максимальное значение коэффициента раздвижки не должно

превышать минимального более чем на 0,2 – 0,3. Основным показателем прочности дорожного бетона является

предел прочности на растяжение при изгибе, который определяют при испытании образцов-балок размером 15х15х60 см по методике ГОСТ 10180-2012.

4.3. Дополнительные требования к бетонам

для конструкций мостов 4.3.1. Для конструкций мостов следует применять тяжелый бе-

тон классов по прочности на сжатие В20; В22,5; В25; В27,5; В30; В35; В40; В45; В50; В55 и В60.

Марки бетонов по морозостойкости назначают в зависимости от климатических условий и расположения конструкции: F100, F200 – для районов со среднемесячной температурой воздуха наиболее хо-лодного месяца до –10 °С; F100, F200, F300 – для районов со средне-месячной температурой воздуха наиболее холодного месяца от –10 до –20 °С; F200, F300, F400 – для районов со среднемесячной температу-рой воздуха наиболее холодного месяца ниже –20 °С.

При приготовлении бетонов следует выполнять нормативные требования к минимальному и максимальному расходам цемента и водоцементному отношению (табл. П.8.11).

33

4.3.2. Для конструкций, расположенных в зоне переменного уровня воды и конструкций мостового полотна пролетных строений мостов, должны использоваться: щебень из изверженных пород марки по дробимости 1000 и выше; щебень из метаморфических и осадоч-ных пород и щебень из гравия марки по дробимости 800 и выше; гра-вий марки по дробимости 800 и выше. Применение гравия не допус-кается для бетонов, эксплуатируемых в районах со средней темпера-турой наиболее холодной пятидневки ниже –40 °С.

Содержание пылевидных и глинистых частиц в щебне из оса-дочных пород не должно превышать: для бетона пролетных строений мостов, мостовых конструкций зоны переменного уровня воды – 1,0 % мас.; для бетона монолитных опор мостов, расположенных вне уровня зоны переменного уровня воды, – 2 % мас.

Содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы в крупном заполнителе не должно превышать 35 % мас.

4.3.3. Для бетонов применяют природный песок мелкий, сред-ний или крупный, а также смесь природного с дробленым песком из отсевов дробления изверженных горных пород. Применение дробле-ных песков без смешения с природным песком не допускается.

Содержание в мелком заполнителе пылевидных и глинистых частиц не должно превышать, % мас.: 1,0 – для бетона предваритель-но напряженных пролетных строений, эксплуатируемых в районах со средней температурой наружного воздуха наиболее холодной пяти-дневки ниже –40 °С; 2,0 – для бетона пролетных строений и мостовых конструкций, эксплуатируемых в условиях переменного уровня воды.

4.3.4. В бетонах для конструкций мостов следует использовать цемент по ГОСТ Р 55224-2012 (см. табл. П.7.4).

Требуемая морозостойкость бетонов марок по морозостойкости F100 и выше обеспечивается применением комплексных добавок. Оптимальную дозировку добавок устанавливают экспериментально при подборе состава бетона. Введение в бетонную смесь добавок –ускорителей твердения бетона – запрещается.

4.3.5. Подбор состава бетона производится технологическим ме-тодом по методике, изложенной в СП 46.1330.2012. Важнейшим эта-пом подбора состава бетона является выбор оптимального соотноше-ния между количеством мелкого и крупного заполнителей r = П/Щ, которое дает наибольшую удобоукладываемость бетонной смеси при наименьшем расходе цемента и воды.

34


1. Найти соотношение между песком и щебнем (по массе) в бе-тоне для получения плотной смеси заполнителей, если известны на-сыпная плотность песка п

нρ = 1500 кг/м3, насыпная плотность щебня щнρ = 1550 кг/м3 и средняя плотность зерен щебня щρm = 2650 кг/м3. Ко-

эффициент раздвижки зерен щебня α = 1,3. Решение. Плотная смесь может быть получена, если объем пес-

ка будет равен объему пустот в щебне с учетом раздвижки зерен щеб-ня

αщп

щп VVV = , (4.2)

где Vц, Vщ – объемы песка и щебня; пщV – пустотность щебня (относи-

тельная); α – коэффициент раздвижки зерен щебня. Выражая в приведенной формуле объемы щебня и песка через

массы и насыпные плотности, имеем

αρЩ

ρП

щн

пщп

н

V= ; (4.3)

отсюда

αρρ

ЩП

щн

пнп

щV= , (4.4)

где П и Щ – массы песка и щебня. Пустотность щебня

щ

щнп

щ ρρ1

m

V −= = 1 – 1550 /2650 = 0,42.

При α = 1,3

.0,521,3155015000,42

ЩП

==

2. Насколько увеличится объем 50 т песка при его увлажнениидо 5 %, если насыпная плотность сухого песка составляет 1450 кг/м3, а увлажненного – 1200 кг/м3?

35

Решение. Масса песка при увлажнении 5 % mп = 50 000 ∙ 1,05 = 52 500 кг.

Объем сухого песка спV = 50 000 / 1450 = 34,5 м3.

Объем влажного песка впV = 52 500 / 1200 = 43,7 м3.

Увеличение объема V∆ = 43,7 – 34,5 = 9,2 м3, или 26,6 %.

3. Номинальный состав цементного бетона (по объему) оказалсяVц:Vп:Vщ = 1:2,2:3,1 при В/Ц = 0,45. Сколько необходимо материалов для приготовления 150 м3 бетона при расходе на 1 м3 бетона 390 кг цемента? Влажность песка 6 % мас., щебня – 2 % мас. Насыпная плотность цемента 1,3 т/м3; песка (в сухом) состоянии – 1,6 т/м3; щеб-ня (в сухом состоянии) – 1,5 т/м3.

Решение. Находим объем цемента, расходуемого на 1 м3 бетона, Vц = 390:1300 = 0,3 м3.

Объем сухого песка, расходуемого на 1 м3 бетона, Vп = 0,3∙2,2 = 0,66 м3.

Объем сухого щебня Vщ = 0,3∙3,1 = 0,93 м3.

Расход воды при В/Ц = 0,45 на 1 м3 бетона В = 390∙0,45=0,176 м3.

Расход воды при В/Ц = 0,45 на 150 м3 бетона В = 0,176∙150 = 26,4 м3.

Расход цемента на 150 м3 бетона составит Ц = 150∙0,390 = 58,5 т.

Расход песка с влажностью 6 % П = 150∙0,66∙1,6∙1,06 = 167,9 т, в том числе влаги 9,5 т.

Расход щебня с влажностью 2 %: Щ = 150∙0,93∙1,5∙1,02 = 213,4 т, в том числе влаги 4,2 т.

Всего вносится воды с заполнителями Вз = 9,5+4,2 = 13,7 т.

Расход воды на 150 м3 бетона В = 26,4 – 13,7 = 12,7 т.

4. На 1 м3 бетона расходуется цемента 320 кг, песка 580 кг, щеб-ня 1320 кг и воды 160 л. Насыпная плотность цемента 1300 кг/м3, пес-ка 1450 кг/м3, щебня 1550 кг/м3. Установить коэффициент выхода бе-тона.

36

Решение. Коэффициент выхода бетона

67,055,1/132045,1/5803,1/3201000

щпц

б =++

=++

= VVVVβ .

5. На бетонный завод передан лабораторный состав бетона: Ц == 300, П = 650, Щ = 1300 кг, В = 150 л. Активность цемента Rц = 45 МПа. Насколько снизится прочность бетона, если не будут учтены влажность песка 2 % мас. и щебня 3 % мас.?

Решение. Содержание воды в щебне и песке: Вп = П∙Wп = 630∙0,02 = 13 кг; Вщ = Щ·Wщ = 1300∙0,03 = 39 кг. Содержание воды в бетоне в том случае, если не будет учтена

влажность материалов, В = 150 + (13 + 39) = 202 л.

Прочность бетона Rб при В/Ц ≥ 0,4 определяется по формуле

Rб = АRц(Ц/В – 0,5). (4.5)

Отсюда отношение уменьшенной прочности бетона, приготов-ленного на влажных заполнителях Rбв к расчетной прочности бетона на сухих заполнителях, составит

0,650,5300/1500,5300/202/ ббв =

−−=RR .

Прочность бетона снизится на 35 %.

6. Подобрать состав бетона для строительства однослойного це-ментобетонного покрытия дороги III технической категории в III до-рожно-климатической зоне. Среднемесячная температура воздуха наиболее холодного месяца в районе строительства –14 °С. Покрытие будет устраиваться бетоноукладочной машиной на гусеничном ходу со скользящими формами со скоростью до 2 м/мин.

Для строительства покрытия получены следующие материалы: – портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н ДП ГОСТ Р 55224-2012 (марка

ПЦ400-Д-0 по ГОСТ 10178-85) с прочностью на растяжение при из-гибе 6 МПа, истинной плотностью 3100 кг/м3;

– гранитный щебень из смеси фракций: фракции 5 – 10 мм – 30%; фракции 10 – 20 мм – 70 %; истинная плотность 2600 кг/м3; на-сыпная плотность 1470 кг/м3; пустотность межзерновая 43,5 %;

– песок с модулем крупности 2,2, истинной плотностью 2600кг/м3;

37

– химические добавки – ПАВ: пластифицирующая добавка ЛСТи воздухововлекающая добавка СНВ.

Решение. Согласно требованиям СП 34.13330.2012 (актуализи-рованная редакция СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги») и ВСН 139-80, для однослойного покрытия на дороге III технической категории в районе со среднемесячной температурой самого холодно-го месяца от –5 до –15 °С должен быть приготовлен бетон с маркой по морозостойкости F150, с минимальным проектным классом по прочности на сжатие В30, минимальным проектным классом по прочности на растяжение при изгибе Btb4.

Требуемую прочность бетона на растяжение при изгибе опреде-ляют по формуле (4.1). При КТ = 1,28

Rб = 1,28 ∙ 4 = 5,12 МПа. Подвижность бетонной смеси должна быть не более 2 см, объем

вовлеченного воздуха 5 %. Коэффициент раздвижки зерен для среднего песка α = 1,8 (см.

пп. 4.2.5). Расчет ведем на 1 м3 (1000 л) бетонной смеси. Для бетона с содержанием вовлеченного воздуха определяем

водоцементное отношение по формуле

цб

ц

RRR

034,034,0

ЦВ

+= ; (4.6)

В/Ц = 60,0345,12

60,34×+

× = 0,38.

Это меньше предельного значения В/Ц = 0,5. Количество воды принимаем 165 л (см. пп. 4.1.1).

Расход цемента составит Ц = Ц/В

В = 165 / 0,38 = 434 кг.

Расход химических добавок при расходе ЛСТ = 0,2 % и СНВ = = 0,01 % от массы цемента составит:

ЛСТ = 0,002 ∙ 434 = 0,868 кг; СНВ = 0,0001 ∙ 434 = 0,0434 кг.

Содержание щебня определяем по формуле

щщн

щ

ρ1

ραП

1000Щ−

= ; (4.7)

38

Щ =

26001

1470435,08,1

1

+×

= 1089 кг.

Расход песка составит П = ρп [1000 – (Ц / ρц + В + Щ / ρщ

+ Vв )], (4.8)

где объем вовлеченного воздуха Vв = 0,05 м3 = 50 л. П = 2600[1 – (384 / 3100 + 165 + 1089 / 2600 +0,05)] = 630 кг. Получился следующий номинальный состав бетонной смеси:

Ц/Ц:П/Ц:Щ/Ц = 1:1,45:2,5 при В/Ц = 0,38.

Расчетная средняя плотность бетонной смеси составляет

рρm = (Ц + В + Щ + П) / Vбс = (165 + 434 + 1089 + 630) / 1 = 2318 кг/м3.

7. Бетон на заполнителях рядового качества в возрасте 14 сутокпоказал предел прочности на сжатие R14 = 20,0 МПа. Определить ак-тивность цемента, если водоцементное отношение равно 0,5.

Решение. Предел прочности при сжатии в возрасте 28 суток R28 вычисляется по формуле

R28 = Rn∙lg28 / lgn, (4.9)

где n – время твердения, сут. При n = 14 суток

R28 = R14∙lg28 / lg14 = 20,0∙1,447 / 1,146 = 25,25 МПа. Прочность бетона при В/Ц ≥ 0,4 определяется по формуле (4.5): принимаем А = 0,6 (заполнители рядового качества, табл. П.8.6). Активность цемента выражаем из формулы (4.5):

МПа 28,050,5)0,6(225,25

0,5)Ц/В(б

ц =−

=−

= АRR .

8. При испытании кубов с размером ребра 10 см из тяжелого бе-тона в возрасте 7 суток, твердеющих в нормальных условиях, разру-шающая нагрузка Р была равна 260 кН. Бетон приготовлен на порт-ландцементе. Определить прочность бетона.

Решение. Предел прочности при сжатии в возрасте 7 суток

39

R7 = кP/S = 0,95·260 000 Н / 0,01 м2 = 247·105 Па = 24,7 МПа,

где к = 0,95 – масштабный коэффициент, учитывающий отличие раз-меров ребра образца от эталонного (15 см), выбирают по табл. П.8.10; S – площадь образца, м2.

Предел прочности в возрасте 28 суток R28 = R7∙lg28 / lg7 = 24,7∙1,447 / 0,845 = 42,3 МПа.

9. Подобрать состав бетона класса В20 для массивной бетоннойконструкции моста, расположенной в подземной незатопляемой зоне. Климатические условия района строительства суровые. Марка бетона по морозостойкости F100, марка по водонепроницаемости W4. Сред-нее значение коэффициента вариации прочности бетона mV за анали-зируемый период составило 13,5 %. Твердение бетона в естественных условиях при температуре воздуха 15 – 20 °С.

Материалы для бетона: – портландцемент с активностью RЦ = 40 МПа, истинной плот-

ностью 3100 кг/м3; – гранитный щебень с маркой по дробимости М1200, истинной

плотностью 2640 кг/м3, содержанием пылевидных и глинистых час-тиц 2 %. Щебень имеет наибольшую крупность зерен 40 мм, состоит из смеси фракций: фракции 5 – 10 мм – 20 %, 10 – 20 мм – 30 %, 20 – 40 мм – 50 % мас.;

– песок природный среднезернистый с модулем крупности 2,2,истинной плотностью 2620 кг/м3;

– химические добавки – пластифицирующая ЛСТ и воздухо-вовлекающая СНВ. Плотность добавки ЛСТ равна 1730 кг/м3, СНВ – 1370 кг/м3.

Решение. По табл. П.8.11, П.8.12 и П.8.13 определяем: 1) В/Ц бетона с добавками для массивной конструкции должно быть не бо-лее 0,6; 2) минимальный расход цемента должен составлять не менее 230, максимальный – не более 450 кг/м3 бетона; 3) объем вовлеченно-го воздуха в бетонной смеси должен составлять (3,5 ±1,5) %.

По табл. П.8.14 уточняем зерновой состав крупного заполните-ля с учетом наличия фракций. Требования к ограничению наиболь-шей крупности щебня не предъявляются, так как конструкция бетон-ная массивная.

40

Назначаем расходы добавок (ЛСТ – 0,2 %, СНВ – 0,001 % от массы цемента), объем вовлеченного воздуха 2 %, осадку конуса 3 см (табл. П.8.5).

Расчет состава бетона ведем на 1 м3 (1000 л) уплотненной бе-тонной смеси в следующем порядке.

Определяем требуемую прочность тяжелого бетона RТ по фор-муле (4.1) при mV = 13,5 % (табл. П.8.3) и нормируемой прочности Внорм = 20 МПа

RТ = 1,305 · 20 = 26,1 МПа.

Определяем В/Ц по формуле

цт

ц

0,18R0,45

В/ЦR

R+

= ; (4.10)

В/Ц = 0,45·40 / (26,1 + 0,18·40) = 0,54. Такая величина меньше предельного значения В/Ц = 0,6. Устанавливаем по табл. П.8.15 расход воды в бетонной смеси

при осадке конуса ОК = 3 см и наибольшей крупности щебня 40 мм. Расход воды равен 160 л. Принимаем расход воды 150 л, так как в бе-тонной смеси используется пластифицирующая добавка.

Определяем расход цемента Ц = В / В/Ц = 150/0,54 = 278 кг. Согласно табл. П.8.12 такой расход допустим. Определяем расход химических добавок:

ЛСТ = 0,002 · 278 = 0,5560 кг; СНВ = 0,00001 · 278 = 0,0278 кг.

Находим соотношение масса/плотность для смеси добавок по формуле

Д/ρД = Д/ρД1 + Д/ρД2; (4.11)

Д/ρД = 0,5560/1,73 + 0,0278/1,37 = 0,342. Определяем абсолютный объем цементного теста по формуле

дцт ρ

ДρЦ

+=V +В; (4.12)

VТ = 278/3,1 + 0,342 + 150 = 240,02 л. Рассчитываем абсолютный объем заполнителей по формуле

41

VЗ = 1000 – VТ ; (4.13)

VЗ = 1000 – 240,02 = 759,98 л. По табл. П.8.16 принимаем для среднезернистого песка соот-

ношение между песком и щебнем r = П/Щ = 0,55. Приведенная плотность смеси заполнителей ρз составит

rr

++

=1

ρρρ пщ

з ; (4.14)

ρЗ = (2,64 + 2,62 · 0,55) / (1 + 0,55) = 2,63 кг/л. Рассчитываем расходы заполнителей З по формулам

З = П + Щ = VЗ.ρЗ ; (4.15)

Щ = З/(1 + r); (4.16)

П = З – Щ. (4.17)

З = 2,63 · 759,98 = 1998,7 кг;

Щ = 1998,7 / (1 + 0,55) = 1289,5 кг;

П = 1998,7 – 1289,5 = 709,2 кг.

Расчетная средняя плотность бетонной смеси рρm = 278 + 150 + 709,2 + 1289,7 = 2426,9 кг/м3.

Получен следующий номинальный состав бетонной смеси при r = 0,55 и В/Ц = 0,54:

Ц:П:Щ – (Ц/Ц:П/Ц:Щ/Ц) – 1:2,55:4,64.

10. Лабораторный состав бетона (на 1 м3): цемента – 360 кг,щебня – 1330 кг, песка – 580 кг, воды – 180 л. В производственных условиях влажность песка составляет 2 %, щебня 1,5 % по массе. Оп-ределить производственный состав бетона.

Решение. Производственные расходы материалов с учетом влажности песка и щебня:

Цпр = 360 кг; 5920,02)580(1)100(1ПП п

пр =+=+= W кг;

42

кг; 13500,015)1330(10,015)1330(1)100(1ЩЩ щпр =+=+=+= W

128521801005,113302580180)100

ЩП(ВВ щппр =−=⋅+⋅−=⋅+⋅−= WW л.

11. Для бетона класса В20 имеется портландцемент с активно-стью 37,5 МПа, среднезернистый песок с водопотребностью 7 %, ще-бень крупностью до 40 мм. Среднее значение коэффициента вариации прочности бетона в партии mV = 13,5 %. Вычислить требуемую проч-ность бетона и расход цемента при подвижности бетонной смеси 4 см.

Решение. Требуемую прочность бетона рассчитывают по фор-муле (4.1). Коэффициент требуемой прочности определяем по табл. П.8.3. Нормируемая прочность бетона Внорм = В = 20 МПа.

Требуемая прочность бетона RТ = КТ · Внорм = 1,3 ∙ 20 = 26 МПа.

Определяем водоцементное отношение, используя уравнения основного закона прочности бетона:

Rб = АRц(Ц/В – 0,5) при В/Ц ≥0,4; (4.18) Rб = АRц(Ц/В + 0,5) при В/Ц<0,4. (4.19)

Принимаем значения коэффициентов А = 0,6 и А1= 0,4, так как

заполнители рядовые, удовлетворяющие требованиям соответствую-щих стандартов (табл. П.8.6).

цб 5,0В/Ц

ARRАR+

= ц = 0,6 ∙ 37,5 / (26 + 0,5 ∙ 0,6 ∙ 37,5) = 0,60;

цАRRAR

5,0В/Ц

б

ц

−= = 0,6 ∙ 37,5 / (26 – 0,5 ∙ 0,4 ∙ 37,5) = 0,81.

Второй результат не соответствует граничным условиям. При-нимаем В/Ц = 0,60.

Устанавливаем по табл.П.8.7 расход воды для ОК = 4 см. В = 175 л.

Определяем расход цемента

В/ЦВЦ = = 175 /0,60 = 292,5 кг.

12. Необходимые прочность бетона и удобоукладываемость бе-

тонной смеси получены при В/Ц = 0,50 и расходе цемента 300 кг/м3. При введении в бетонную смесь пластифицирующей добавки ЛСТ в

43

количестве 0,2 % от массы цемента такая же удобоукладываемость достигнута при В/Ц = 0,48. Насколько уменьшится расход цемента при введении ЛСТ, если прочность бетона оставить без изменений?

Решение. При введении добавки ЛСТ расход воды

В = 0,48 ∙ 300 = 144 л/м3. Чтобы сохранить прежнюю прочность бетона, необходимо оста-

вить В/Ц =0,50, тогда Ц = В/0,50 = 144 /0,50 = 288 кг.

Снижение расхода цемента Ц∆ = 300 – 288 = 12 кг.

4.5. Задачи 1. Масса пробы сухого песка перед отмучиванием была равна

1000 г, а после отмучивания высушенный песок имел массу 928 г. Пригоден ли этот песок для бетона согласно ГОСТ 8736-93?

2. Как изменится объем 1 м3 песка при его увлажнении до 5 и 28 %? Насыпная плотность сухого песка составляет 1450 кг/м3, а при влажности 5 % – 1260 кг/м3 и 28 % – 2180 кг/м3.

3. Для тяжелого бетона двух составов применен портландцемент с активностью Rц = 40 МПа при В/Ц = 0,50 и В/Ц = 0,37. Построить графики влияния на прочность бетона качества заполнителей (высо-кокачественных, рядовых и пониженного качества).

4. Как снизится прочность бетона на сжатие, если в производст-венных условиях не будет учтена влажность щебня 2 %, влажность песка 3 %. Лабораторный состав бетона следующий (кг/м3): Ц = 380; П = 610; Щ =1250; В = 190.

5. Для приготовления тяжелого бетона с прочностью Rб = 20 МПа применен портландцемент с активностью Rц = 34 МПа и запол-нители среднего качества. Рассчитать В/Ц в данном бетоне.

6. Какой прочностью будет обладать бетон, приготовленный из портландцемента с активностью Rц = 44 МПа и заполнителей высоко-го качества при В/Ц = 0,65?

7. Какой активности портландцемент следует употребить, чтобы получить бетон с прочностью Rб = 20 МПа на заполнителях низкого качества при В/Ц = 0,58?

8. Сколько кг портландцемента при его активности Rц = 31,2 МПа необходимо израсходовать на 1 м3 бетона с прочностью Rб = 15

44

МПа при заполнителях среднего качества, если расход воды на 1 м3 бетона составляет 185 л?

9. Фундамент из бетона с прочностью Rб = 20 МПа имеет форму правильного параллелепипеда с длиной ребер 4,0×6,0×2,0 м. Сколько потребуется портландцемента для изготовления этого фундамента, если активность цемента Rц = 38,5 МПа, заполнители – среднего каче-ства, а расход воды на 1 м3 бетона равен 170 л?

10. Плоская железобетонная плита покрытия, формуемая на виброплощадке, должна быть изготовлена из бетона класса В20. Среднее значение коэффициента вариации прочности бетона в партии

mV =7,5 %. Бетон состоит из шлакопортландцемента с активностью Rц = 42,5 МПа, песка мелкозернистого, щебня известнякового с предель-ной крупностью 40 мм, марка по дробимости 1000. Определить тре-буемую прочность бетона и рассчитать расход цемента на 1 м3 такого бетона.

11. Сколько кубических метров щебня будет израсходовано на бетонирование покрытия дороги площадью 2500 м2 толщиной 15 см, если насыпная плотность щебня равна 1380 кг/м3, средняя плотность равна 2640 кг/м3, истинная плотность – 2700 кг/м3, а коэффициент раздвижки зерен щебня равен 1,15?

12. Рассчитать состав бетонной смеси для бетонирования моно-литной железобетонной колонны диаметром 0,7 м, высотой 3 м при наличии следующих данных: средняя прочность бетона при сжатии Rб = 25 МПа; портландцемент с активностью Rц = 43 МПа; песок речной чистый (Мкр = 2,6; истинная плотность – 2640 кг/м3; насыпная плот-ность – 1600 кг/м3); щебень гранитный (с предельной крупностью зе-рен 40 мм, истинная плотность – 2700 кг/м3; насыпная плотность – 1470 кг/м3). Уплотнение бетона производится вибратором.

13. Номинальный состав тяжелого бетона по массе был Ц:П:Щ = = 1:1,9:4,1 при В/Ц = 0,45. При пробном замесе в лаборатории средняя плотность бетона оказалась равной 2235 кг/м3. Определить расход ма-териалов на 1 м3 бетона при влажности песка 4 %, щебня – 1 %.

14. Номинальный состав цементного бетона (по объему) оказал-ся Ц:П:Щ = 1:2,2:3,1 при В/Ц = 0,45. Сколько необходимо материалов для приготовления 150 м3 бетона при расходе на 1 м3 бетона 390 кг цемента? Влажность песка 6 %, щебня – 2 %. Насыпная плотность цемента 1300 кг/м3; песка (в сухом состоянии) – 1600 кг/м3; щебня (в сухом состоянии) – 1500 кг/м3.

45

15. Определить расход материалов на один замес бетономешал-ки емкостью 300 л, если расход материалов на 1 м3 бетона равен: Ц = = 320 кг, П = 640 кг, Щ = 1280 кг, В = 160 л, а влажность песка – 3 %, щебня – 1 %, насыпная плотность цемента – 1200; щебня – 1400; пес-ка – 1200 кг/м3.

16. Были испытаны три образца кубика из пенобетона разной плотности с размером ребра 7,07 см каждый. Первый кубик имел мас-су 483 г и показал предел прочности при сжатии 4,9 МПа, второй ку-бик – соответственно 210 г и 3,0 МПа, а третий – 152 г и 2,2 МПа. По-казать (графически) зависимость предела прочности пенобетона при сжатии от его пористости, принимая истинную плотность пенобетона равной 2800 кг/м3.

17. Определить прочность бетона при Ц/В = 2,5, если при Ц/В = = 2,0 была получена прочность бетона 40,0 МПа.

18. Для тяжелых бетонов с прочностью 20 и 30 МПа на заполни-телях высокого качества применен портландцемент с активностью Rц = 40 МПа. Расход воды в бетонах составил 196 л/м3, В/Ц ≥ 0,4. Оп-ределить расходы цемента для бетонов.

19. Вычислить прочность бетона (МПа) и построить график функции Rб = f (Ц/В) при цементе марки ПЦ 400-Д-5, заполнителях рядового качества и В/Ц, равных 0,4; 0,5; 0,6; 0,8.

20. Вычислить прочность бетона (МПа) и построить график функции Rб = f (Rц) при активности цемента 20,0; 25,0; 35,0; 50,0; 65,0 МПа, В/Ц = 0,56 и заполнителях рядового качества.

21. Рассчитать необходимое В/Ц при получении бетона с проч-ностью через 90 суток – 40,0 МПа: цемент имеет активность 40 МПа, заполнители рядового качества.

22. Два песка с приблизительно одинаковым модулем крупности имеют истинную плотность 2640 кг/м3 и насыпные плотности 1640 и 1520 кг/м3. Какой из этих песков предпочтительнее в качестве мелко-го заполнителя для бетона и почему?

23. При одинаковой активности цемента и материалах рядового качества в равноподвижных составах смеси расход цемента № 1 был 270 кг, а № 2 – 300 кг/м3. Определить расход воды для бетона № 2, ес-ли расход воды для бетона № 1 – 180 л/м3; прочность бетона № 1 – 20 МПа; № 2 – 32 МПа.

24. Определить состав бетона для строительства основания ав-томобильной дороги в районе со среднемесячной температурой само-го холодного месяца ниже –15 °С. Строительство ведется бетоноук-

46

ладочными машинами. Показатель подвижности бетонной смеси ОК = 2 – 4 см. Объем вовлеченного воздуха 5 %. Среднее значение коэф-фициента вариации прочности бетона mV за анализируемый период составило 10,5 %. Для изготовления бетонной смеси используют сле-дующие материалы:

– портландцемент ЦЕМ II/А-Ш 32,5 Н ДО ГОСТ Р 55224-2012 спрочностью на растяжение при изгибе 5,5 МПа, истинной плотностью 3100 кг/м3;

– гранитный щебень состоит из смеси фракций: фракции 5 – 10мм – 30 %; фракции 10 – 20 мм – 70 %; имеет истинную плотность 2650 кг/м3; насыпную плотность 1480 кг/м3; пустотность межзерно-вую 44 %;

– песок природный мелкий с модулем крупности 1,8, водопо-требностью 9 %, истинной плотностью 2630 кг/м3, насыпной плотно-стью 1400 кг/м3;

– воздухововлекающая добавка СНВ – 0,002 % от массы цемен-та. Твердение бетона в естественных условиях.

25. Определить состав бетона класса В25 для железобетоннойконструкции моста, расположенной в зоне переменного уровня воды. Климатические условия района строительства суровые. Показатель подвижности бетонной смеси ОК = 4 см. Объем вовлеченного воздуха 3 %. Для изготовления бетонной смеси используют следующие мате-риалы: портландцемент с активностью Rц = 45 МПа, истинной плот-ностью 3100 кг/м3; песок речной чистый (Мк = 2,6; истинная плот-ность 2640 кг/м3); щебень гранитный с маркой по дробимости М1200, истинной плотностью 2700 кг/м3, состоит из смеси фракций: фракции 5 – 10 мм – 30 %; фракции 10 – 20 мм – 70 %. Пластифицирующая до-бавка – суперпластификатор С-3 – 0,5 % от массы цемента. Воздухо-вовлекающая добавка – СНВ – 0,003 % от массы цемента. Плотность С-3 равна 1730 кг/м3, СНВ – 1370 кг/м3.

26. Определить прочность бетона в возрасте 28 суток, если по-сле 7 суток твердения в нормальных условиях при испытании образ-цов-кубов размером 10×10×10 см были получены следующие разру-шающие нагрузки: 350; 400; 410 кН.

27. Расход материалов на 1 м3 бетона составляет: Ц = 300 кг; П == 600 кг; Щ = 1200 кг; В = 180 л. Определить расход материалов на 1 замес бетономешалки емкостью 1,5 м3 при насыпной плотности мате-риалов Ц = 1300; П = 1500; Щ = 1600 кг/м3.

47

28. При введении в бетонную смесь для получения бетона клас-са прочности В20 суперпластификатора С-3 в количестве 0,5 % мож-но (при сохранении той же прочности бетона) и подвижности бетон-ной смеси снизить расход воды на 1 м3 бетона со 180 до 160 л. Водо-цементное отношение в бетоне 0,5, заполнители высококачественные. Сколько цемента можно сэкономить на 1 м3?

5. СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ


Строительный раствор – материал, получаемый в результате

затвердевания рационально подобранной смеси вяжущего вещества, мелкого заполнителя (песка), воды и добавок. До затвердевания этот материал называют растворной смесью. По виду вяжущего растворы разделяются на цементные, известковые, гипсовые и смешанные. По назначению строительные растворы бывают: кладочные – для камен-ных кладок и замоноличивания стыков; облицовочные – для крепле-ния плит, плиток, облицовочных изделий; штукатурные – для ошту-катуривания наружных и внутренних поверхностей; специальные – для устройства тепло- и гидроизоляции, инъекционные, для омоноли-чивания сборных железобетонных конструкций и других целей.

Качество свежеприготовленных строительных растворов харак-теризуют следующие показатели: подвижность, водоудерживающая способность, средняя плотность. Качество затвердевших растворов характеризуют предел прочности на сжатие, средняя плотность, водо-поглощение, морозостойкость. ГОСТ 28013-98 установлены следую-щие марки по прочности в возрасте 28 суток (кроме гипсовых и гип-сосодержащих): по пределу прочности на сжатие (в кгс/см2) – М4; М10; М25; М50; М75; М100; М150; М200; по морозостойкости – F10; F15; F25; F50: F100; F150; 200.

Прочность затвердевшего раствора зависит от активности вя-жущего, его количества, водовяжущего отношения и условий тверде-ния. Если отсутствует отсос воды пористым основанием, прочность цементного раствора в возрасте 28 суток можно определить по эмпи-рической зависимости, предложенной проф. Н.А. Поповым:

Rp =0,25Rц(Ц/В – 0,4), (5.1)

48

где Rp – предел прочности при сжатии раствора в возрасте 28 суток, МПа; Rц – активность цемента, МПа; Ц/В – цементно-водное отноше-ние.

Прочность цементных растворов, укладываемых на пористое основание, ориентировочно можно найти по формуле

Rp =КRц(Ц – 0,05) + 4, (5.2) где К – коэффициент, равный 0,8 для среднезернистого песка и 0,5 – 0,7 для мелкозернистого; Ц – расход цемента на 1 м3 песка, м3.

Прочность смешанных растворов, твердеющих на пористом ос-новании, устанавливают по формуле

0,4)В

ДЦ(Д/Ц1

0,251

цp −

++

=КR

R , (5.3)

где К1 – коэффициент, для различных добавок составляет от 1,3 до 2; Д/Ц – отношение добавки к цементу по массе.

Качество свежеприготовленных растворов определяется удобо-укладываемостью. Удобоукладываемость зависит от подвижности и водоудерживающей способности. Подвижность в основном обуслов-лена дозировкой вяжущего и оценивается по глубине погружения стандартного металлического конуса. В зависимости от характера ос-нования, на которое укладывается растворная смесь, показатель под-вижности может быть в пределах 1 – 14 см.

Для повышения водоудерживающей способности растворных смесей и снижения расхода цемента вводят известь или тонкодис-персные добавки (золы ТЭЦ, молотые известняки и доломиты и др.) в количестве от 50 до 200 % от массы цемента.

Состав растворов определяют, производя расчет на 1 м3 песка в такой последовательности:

1. Расход цемента устанавливают по формуле

1000Цц

p

kRR

= , (5.4)

где Rp – заданная марка раствора, МПа; k – коэффициент, равный 1 при использовании портландцемента и 0,88 для пуццоланового или шлакопортландцемента; Rц – активность цемента, МПа.

49

2. Массу добавки глиняного или известкового теста вычисляют из соотношения

Д = 170(1 – 0,002 Ц). (5.5)

Глиняное тесто используют такое, чтобы глубина погружения в

него конуса была равна 13 – 14 см, известковое тесто приготавливают из извести второго сорта с содержанием воды 50 % (средняя плот-ность 1400 кг/м3).

3. Расход воды приближенно определяют по формуле

В = 0,65 (Ц + Д Дρm ), (5.6)

где Дρm – средняя плотность неорганической добавки, кг/м3.


1. Установить расход материалов на 1 м3 известкового раствора состава Sит:Sп = 1:4 по объему при условии, что известковое тесто и готовый раствор не имеют пустот, а межзерновая пустотность песка

пмзП = 40 %; В/И = 0,8.

Решение. Объем известкового раствора Vир в абсолютно-плотном состоянии

Vир = Sит + Sп (1 – пмзП ) = 1 + 4 (1 – 0,4) = 3,4 м3,

где Sит и Sп – объемные доли известкового теста и песка соответствен-но.

Коэффициент выхода раствора β = Vир / (Sит + Sп) = 3,4 / (1 + 4) = 0,68.

Расход известкового теста на 1 м3 раствора Vит = Sит / β (Sит + Sп) = 1 /0,68 (1 + 4) = 0,29 м3.

Расход песка Vц = 4 ∙ 0,29 = 1,16 м3.

Расход воды Vв = 0,29 ∙ 0,8 = 0,232 м3, или Vв = 232 л.

2. Рассчитать расход материалов на 1 м3 цементного раствора

состава Sц:Sп = 1:3 по объему, если В/Ц = 0,6. Межзерновая пустот-ность песка п

мзП = 42 % об., насыпная плотность цемента цнρ = 1300

50

кг/м3, межзерновая пустотность цемента цмзП = 50 % об. Расход це-

мента определить по массе и объему, песка – по объему. Решение. Объем раствора в абсолютно плотном состоянии Vр = Sц + Sп + Sв = Sц (1 – ц

мзП ) + Sп (1 – пмзП ) + (В/Ц) ∙ Ц =

= 1 ∙ 0,5 + 3 ∙ 0,58 + 0,6 ∙1 = 2,84 м3. Коэффициент выхода раствора

β = V.р / (Sц + Sп) = 2,84 / (1 + 3) = 0,71. Расход цемента

Vц = 1 / [β(Sц + Sп)] = 1 / [0,71 (1 + 3)] = 0,352 м3, или Ц = ц

нρ ∙Vц = 1300 ∙ 0,352 = 458 кг. Расход песка

Vп = 3 Vц = 3 ∙ 0,352 = 1,056 м3. Расход воды Vв = Ц (В/Ц) = 458 ∙ 0,6 = 274,8 л.

3. Рассчитать количество материалов для приготовления 1 м3

цементно-известкового раствора состава Sц:Sит:Sп = 1:0,6:4 по объему. Межзерновая пустотность цемента ц

мзП = 48 %, известковое тесто без пустот, межзерновая пустотность песка п

мзП = 36 %, истинная плот-ность цемента ρц = 3100 кг/м3, насыпная плотность цемента ц

нρ = 1300 кг/м3, средняя плотность известкового теста итρm = 1400 кг/м3. Водовя-жущее отношение В/В = В/(Ц +ИТ) = 0,6.

Решение. Объем раствора в абсолютно плотном состоянии Vр = Sц(1 – ц

мзП ) + Sит + Sп(1 – пмзП ) +Sв =

= 1 ∙ (1 – 0,48) + 0,6 + 4 ∙ (1 – 0,36) + 0,6 = 4,28 м3. Коэффициент выхода раствора

β = Vр / (Sц + Sи.т + Sп ) = 4,28 / (1 + 0,6 + 4) = 0,76. Расход цемента

)46,01(76,01

)( питц

рц ++

=++

=SSSβ

VV = 0,235 м3;

Ц = 0,235 ∙ 1300 = 305 кг. Расход известкового теста

Vит = 0,235 ∙ 0,6 = 0,141 м3; ИТ = 0,141 ∙ 1400 = 197 кг. Расход песка

Vп = 0,235 ∙ 4 = 940 м3. Расход воды

51

Vв= ИТ)(ЦИТЦ

В+

+ = 0,6 (305 + 197) = 301 кг (л).

4. Производится наземная кладка стен зданий при нормальной

влажности воздуха. Для приготовления раствора марки М150 исполь-зован шлакопортландцементт с активностью Rц = 40 МПа. Насыпная плотность цемента ц

нρ = 1200 кг/м3. Пластифицирующая добавка – из-вестковое тесто со средней плотностью итρm = 1400 кг/м3. Песок при-родный имеет насыпную плотность п

нρ = 1400 кг/м3 при влажности W = 2 %. Найти состав раствора.

Решение. Расход цемента на 1 м3 песка определяем по формуле (5.4) при k = 0,88

1000Цц

p

kRR

= = 15 ∙ 1000 / 0,88 ∙ 40 = 426 кг,

или Vц = Ц / пнρ = 426 / 1200 = 0,355 м3.

Расход известкового теста на 1 м3 песка определяется по эмпи-рической формуле (5.6):

Vит = 0,17 (1 – 0,002 ∙ 426) = 0,025 м3; ИТ = Vит итρm = 0,025 ∙ 1400 = 35 кг.

Расход песка П = п

нρ Vп = 1400 ∙ 1 = 1400 кг. Содержание воды в песке

Вп = W П / 100 =0,02 ∙ 1400 = 28 кг. Расход сухого песка

Пс = 1400 – 28 = 1372 кг. Состав раствора на 1 м3 песка по массе: цемента 426 кг, извест-

кового теста 35 кг, песка с 2 %-ной влажностью 1400 кг. Номинальный состав раствора по массе

3,2.:0,08:1426

1372:42635:

426426

=

5. Состав раствора 1: 0,6:5 (цемент : известковое тесто : песок).

Насыпные плотности этих материалов – 1300, 1400, 1450 кг/м3. Найти расход материалов на один замес растворосмесителя объемом Vсм = = 250 л.

Решение. Сумма составных частей раствора S = 1 + 0,6 + 5 = 6,6.

52

Расход цемента Vц = Vсм 1/6,6 = 250/6,6 = 37,8 л; Ц = 37,8 ∙ 1.3 = 49,14 кг.

Расход известкового теста Vит = Vсм 0,6 /6,6 = 250 ∙ 0,6 /6,6 = 22,6 л; ИТ = 22,6 ∙ 1,4 = 31,6 кг.

Расход песка Vп = Vсм 5 / 6,6 = 250 ∙ 5 / 6,6 = 189 л; П = 189 ∙ 1,45 = 274 кг. Расход воды устанавливают ориентировочно по формуле (5.6),

проверяя затем на пробном замесе: В = 0,65 (Ц + ИТ) = 0,65 (49,14 + 31,6) = 52,48 кг (л).

6. Определить расход материалов на 1 м3 инъекционного це-

ментного раствора для заполнения каналов предварительно напря-женных железобетонных конструкций. Марка раствора через 28 суток М300. Состав раствора 1:0,35 (цемент : молотый кварцевый песок); В/Ц = 0,48. Для приготовления раствора применен портландцемент марки ПЦ 500-Д-0, расход которого 120 кг на 100 л раствора.

Решение. Расход цемента на 1000 л раствора Ц = 1000 ∙ 120 / 100 = 1200 кг.

Расход молотого песка П = 120 ∙ 0,35 = 420 кг/м3.

Расход воды В = 1200 ∙ 0,48 = 576 л/м3.

5.3. Задачи

1. Рассчитать расход материалов на 1 м3 цементного раствора

состава 1:5 по объему при условии, что в готовом растворе нет пус-тот, межзерновая пустотность песка 40 %, цемента 52 %, В/Ц = 0,65.

2. Имеется цементно-глиняный раствор состава 1:0,5:5. Меж-зерновая пустотность цемента 52 %, глиняное тесто не содержит пус-тот, межзерновая пустотность песка 40 %, истинная плотность цемен-та 3100 кг/м3. Расход воды – один объем по отношению к вяжущему (цемент + глиняное тесто). Установить расход материалов на 1 м3 раствора.

3. Раствор марки М200 применен для наземной кладки стен зда-ний. Вяжущее – портландцемент марки ПЦ400 с насыпной плотно-стью 1300 кг/м3, пластифицирующая добавка – известковое тесто со средней плотностью 1400 кг/м3. Взят песок с насыпной плотностью 1450 кг/м3 при влажности 5 %. Найти состав раствора.

53

4. В растворе используется пуццолановый портландцемент с ак-тивностью 30 МПа, пластифицирующая добавка – глиняное тесто со средней плотностью 1350 кг/м3. Подвижность раствора 4 – 6 см. Рас-считать количество материалов для приготовления 1 м3 раствора мар-ки М7,5 со средней плотностью 1450 кг/м3.

5. Установить количество материалов для приготовления 1 м3

цветного цементного раствора состава 1:3 по объему для отделки па-нелей. В раствор вводится 2 % воздухововлекающей добавки ГК и 4 % железного сурика (дозировка добавок дана от массы цемента). Межзерновая пустотность кварцевого песка 36 %, насыпная плот-ность цемента 1300 кг/м3.

6. Определить коэффициент выхода и расход материалов дляприготовления 20 м3 абсолютно плотного известкового раствора со-става 1:5 по объему. В песке объем пустот равен 45 %.

6. ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ


Органические вяжущие материалы являются сложными смеся-ми высокомолекулярных углеводородных соединений и их неметал-лических производных, изменяющими свои физико-механические свойства в зависимости от температуры.

К органическим вяжущим материалам относятся битумные и дегтевые материалы: битумы природные и нефтяные, битумные эмульсии, полимерно-битумные вяжущие, каменноугольные дегти. Наибольшее применение в строительстве имеют нефтяные битумы, которые получают в результате переработки тяжелых нефтяных ос-татков – гудронов, мазутов, асфальтов деасфальтизации, крекинг-остатков, экстрактов селективной очистки масляных фракций.

По области применения в строительстве нефтяные битумы де-лятся на дорожные (ГОСТ 22245-90*, ГОСТ 11955-82*), строитель-ные (ГОСТ 6616-76*), кровельные (ГОСТ 9548-74*).

Нефтяные дорожные битумы подразделяются на вязкие и жид-кие. Основные характеристики свойств вязких дорожных битумов следующие: условная вязкость (пенетрация) и растяжимость при тем-пературе 0 и 25 °С; температура размягчения, температура хрупкости, температура вспышки, изменение температуры размягчения после прогрева, индекс пенетрации. По физико-механическим свойствам

54

вязкие дорожные битумы подразделяются на марки (табл. П.9.1, П.9.2).

В зависимости от группового состава и структуры вязкие биту-мы при одинаковой условной вязкости могут иметь различную тепло-устойчивость, когезию, адгезию, динамическую вязкость, стабиль-ность во времени. Температурную чувствительность битумов харак-теризует индекс пенетрации.

Индекс пенетрации (ИП) определяют по таблице, приведенной в ГОСТ 22245-90*, или вычисляют по формуле

1050А1

30ИП −+

= , (6.1)

где

25ТlogП2,9031А

−−

= ; (6.2)

П – глубина проникания иглы при 25 °С, 0,1 мм; Т – температура раз-мягчения, °С.

Битум с индексом пенетрации менее –2 обладает более высокой погодоустойчивостью, характеризуется более низкой температурой размягчения и более высокой температурой хрупкости. Битум с ин-дексом пенетрации более +2 менее погодоустойчив, имеет более вы-сокую температуру размягчения и более низкую температуру хрупко-сти. Наиболее широко в дорожном строительстве применяются биту-мы с индексом пенетрации от –1,5 до +1. Изменение температуры на эти битумы оказывает меньшее влияние, они имеют меньшую хруп-кость и сохраняют вязкоупругие свойства при низких температурах.

Структурно-реологический тип битума можно определить с по-мощью коэффициента Кстр, предложенного В.А. Золотаревым:

Кстр = (Тр –Тхр ) / Д25, (6.3)

где Тр и Тхр – температуры размягчения и хрупкости, °С; Д25 – растя-жимость при 25 °С, см.

О степени пригодности битумов к различным условиям экс-плуатации судят по интервалу работоспособности ИР:

ИР = Тр – Тхр. (6.4)

55

Битумы с ИП более +2,0, Кстр ≥1,1 и ИР более 70 °С относятся к первому структурно-реологическому типу (структура гель). Они имеют широкий интервал работоспособности, в котором битум обла-дает упруговязкими свойствами, большую теплоустойчивость.

Битумы с ИП менее –2,0, Кстр ≤ 0,65 и ИР менее 60 °С образуют второй тип (структура золь) – с узким интервалом работоспособности и малой теплоустойчивостью.

Битумы, имеющие –2 < ИП < +2, Кстр = 0,65 – 1,1, ИР = (60 – 70) °С, представляют собой непрерывный ряд битумов переходного типа с промежуточными свойствами, т.е. битумы третьего структурно-реологического типа (структура золь-гель).

Жидкие битумы получают чаще всего компаундированием (смешением) вязких битумов с различными разжижителями (кероси-ном, дизельным топливом и другими нефтепродуктами). В зависимо-сти от скорости загустевания (скорости формирования структуры), которая является функцией вида, качества и количества разжижителя, жидкие битумы делятся на два класса:

– густеющие со средней скоростью, получаемые разжижением вязких дорожных битумов жидкими нефтепродуктами (СГ);

– медленногустеющие, получаемые разжижением вязких до-рожных битумов жидкими нефтепродуктами (МГ) и из остаточных или частично окисленных нефтепродуктов или их смесей (МГО).

В соответствии с требованиями ГОСТ 11955-82* качество жид-ких дорожных битумов оценивают условной вязкостью, количеством испарившегося разжижителя, температурой размягчения остатка по-сле определения количества испарившегося разжижителя, температу-рой вспышки, сцеплением (адгезией) с мрамором и песком (табл. П.9.3, П.9.4).

Эмульсия битумная дорожная – дисперсная система, в которой одна жидкость (дисперсная фаза) в виде мельчайших капель размером 1 – 10 мкм диспергирована в другой жидкости (дисперсионной среде), не смешивающейся с ней.

В дорожных эмульсиях дисперсной фазой является органиче-ский вяжущий материал – битум или полимерно-битумное вяжущее, дисперсионной средой – вода. Для придания устойчивости эмульсии в ее состав вводят эмульгатор. Эмульгатор – поверхностно-активное вещество (ПАВ), активирующее процесс диспергирования битума и обеспечивающее устойчивость эмульсии от распада на стадии хране-ния и транспортирования.

56

Эмульсии получают двух типов: прямые и обратные. В прямых эмульсиях дисперсионной средой является вода, а дисперсной фазой – битум. В обратных эмульсиях дисперсионной средой является би-тум, а дисперсной фазой – вода. В дорожном строительстве применя-ют прямые эмульсии.

По ГОСТ Р 52128-2003 битумные (Б) и битумно-полимерные (БП) эмульсии классифицируются по нескольким принципам:

1) в зависимости от химической природы эмульгатора: катион-ные (ЭБК, ЭБПК), анионные ЭБА, ЭБПА;

2) по устойчивости при перемешивании и с минеральными ма-териалами: быстрораспадающиеся (ЭБК-1, ЭБПК-1, ЭБА-1, ЭБПА-1), среднераспадающиеся (ЭБК-2, ЭБПК-2, ЭБА-2, ЭБПА-2) и медленно-распадающиеся (ЭБК-3, ЭБПК-3, ЭБА-3, ЭБПА-3).

По ГОСТ Р 55420-2013 эмульсии битумные дорожные катион-ные подразделяются на следующие марки: ЭБДК Б – быстрораспа-дающаяся; ЭБДК С – среднераспадающаяся; ЭБДК М – медленнорас-падающаяся.

Требования к эмульсиям: устойчивость при перемешивании со смесями минеральных материалов, содержание вяжущего с эмульга-тором, условная вязкость, сцепление с минеральными материалами, остаток на сите № 014, устойчивость при хранении и транспортиро-вании, а также физико-механические свойства остатка после испаре-ния воды из эмульсии.


1. Какой вязкий нефтяной дорожный битум более пригоден для

использования в асфальтобетоне в районах с континентальным кли-матом: а) с температурой размягчения 55 °С и температурой хрупко-сти –15 °С; б) с температурой размягчения 48 °С и температурой хрупкости –17 °С?

Решение. Чтобы судить о степени пригодности битума к экс-плуатации в условиях континентального климата, следует определить его интервал работоспособности по формуле (6.4):

ИРа = 55 – (–15) = 70 °С; ИРб = 48 – (–17) = 65 °С.

Как видно из полученных результатов, битум с индексом «а» имеет больший ИР. Такой битум более пригоден к эксплуатации в ус-ловиях континентального климата, характеризующегося высокими

57

положительными температурами в летнее время и низкими отрица-тельными зимой.

2. К какому структурно-реологическому типу относится битум,

обладающий температурой размягчения 45 °С, температурой хрупко-сти –18 °С и растяжимостью 65 см при температуре 25 °С?

Решение. Ориентировочно структурно-реологический тип би-тума можно определить по формуле (6.3):

Кстр = 45 – (–18) / 65 = 0,97. Поскольку коэффициент Кстр находится в интервале от 0,65 до

1,1, данный битум третьего структурно-реологического типа. 3. Из двух битумов: а) с пенетрацией при 25 °С 235∙0,1 мм и

температурой размягчения 43 °С; б) с пенетрацией при 25 °С 165∙0,1 мм и температурой размягчения 41 °С – указать битум, характери-зующийся большей теплоустойчивостью.

Решение. По формулам (6.1)и (6.2) вычисляем индексы пенет-рации битумов:

Аа = (2,9031 – log235) / (43 – 25) = 0,0296; Аб = (2,9031 – log165) / (41 – 25) = 0,0464;

ИПа = 30 / (1 + 50 ∙ 0,0296) – 10 = +2,1; ИПб = 30 / (1 + 50 ∙ 0,0464) – 10 = –0,96.

Битум с индексом «а» характеризуется более высокой теплоус-тойчивостью.

4. Определить ориентировочную динамическую вязкость вязко-

го битума с пенетрацией 55∙0,1 мм при 25 °С. Решение. Для ориентировочного расчета динамической вязко-

сти ηн можно применить формулу Зааля, скорректированную с учетом требований СИ,

ηн = 1,58∙109 / 2,1625П , (6.5)

где П25 – пенетрация битума при температуре 25 °С.

Тогда ηн = 1,58∙109 / 552,16 = 1,58∙109 / 5750 = 2,72∙105 Па∙с = 275 кПа∙с.

Для вычисления знаменателя использовано соотношение lg 552,16 = 2,16 lg 55 = 2,16 ∙ 1,74 = 3,76 и по логарифму найдено число 5760.

58

5. Индекс пенетрации битума равен –1,5, температура его раз-мягчения составляет 35 °С. Определить условную вязкость битума.

Решение. Воспользуемся приведенной в ГОСТ 22245-90* таб-лицей или формулами (6.1), (6.2). Данный битум имеет глубину про-никания иглы П25 = 250∙0,1 мм.

6. Сколько потребуется затратить теплоты (без учета потерь)для нагрева 10 т битума в битумоплавильном котле с 90 до 150 °С, ес-ли удельная теплоемкость битума 0,9 кДж/(кг∙°С)?

Решение. Определяем затраты тепла по формуле

Q = БСб (t2 – t1), (6.6)

где Q – количество тепла, Дж; Б – масса битума, кг; Сб – удельная те-плоемкость битума, кДж/(кг∙°С); t1, t2 –температура битума, °С.

Отсюда Q =10 000∙0,9 (150 – 90 = 540 000 кДж.

7. К какому классу по скорости загустевания относится жидкийбитум, если при выдерживании в вакуум-термостате из него за 2 ч при температуре 100 °С испарилось 9 % разжижителя? Назвать марку битума.

Решение. Согласно ГОСТ 11955-82* (табл. П.9.3) битумы клас-са СГ в течение 2 ч выдерживают в вакуум-термостате при темпера-туре 100 °С. Из битума марки СГ 40/70 должно испаряться не менее 10 % разжижителя, из битума СГ 70/130 – не менее 8 %. Таким обра-зом, данный битум имеет марку СГ 70/130.

8. Определить содержание в эмульсии битума с эмульгатором,если масса выпарительной чашки со стеклянной палочкой 162 г, мас-са чашки с палочкой и эмульсией (до выпаривания) 189,7 г, масса чашки с палочкой и остатком после выпаривания воды из эмульсии 176,2 г.

Решение. Используем формулу, приведенную в ГОСТ Р 52128-2003,

10012

13

mmmmМ

−−

= , (6.7)

где М – содержание в эмульсии битума с эмульгатором, %; m1 – масса чашки с палочкой, г; m2 – масса чашки с палочкой и эмульсией, г; m3 –

59

масса чашки с палочкой и остатком после выпаривания воды из эмульсии, г.

В результате содержание битума с эмульгатором

51,21001621889,2162176,2

=−−

=М %.

9. Масса сита № 014 и чашки в сухом состоянии 271,5 г, масса сита с остатком катионной эмульсии и чашкой после высушивания в термостате и охлаждения в эксикаторе 272,73 г. Масса эмульсии, принятой для испытания, 205 г. Удовлетворяет ли эмульсия требова-ниям однородности?

Решение. Используем формулу, приведенную в ГОСТ Р 52128-2003,

1003

12

mmmM −

= , (6.8)

где М – остаток на сите, %; m1 – масса сита и чашки, г; m2 – масса сита с остатком и чашкой, г; m3 – масса эмульсии, г.

Остаток на сите М = (272,73 – 271,5)∙100 / 205 = 0,6 %.

Согласно ГОСТ Р 52128-2003 остаток на сите № 014 (массовая доля частиц битума крупнее 0,14 мм) не должен превышать 0,25 %. Следовательно, эмульсия не отвечает требованиям по однородности.

6.3. Задачи

1. Какой вязкий нефтяной битум лучше использовать в асфаль-

тобетоне в районах с континентальным климатом: а) с температурой размягчения 50 °С и температурой хрупкости –15 °С; б) с температу-рой размягчения 47 °С и температурой хрупкости –21°С?

2. К какому структурно-реологическому типу относится битум, обладающий температурой размягчения 47 °С, температурой хрупко-сти –21 °С и растяжимостью 90 см при температуре 25 °С? Перечис-лить его основные свойства.

3. Температуры размягчения и хрупкости битума равны соот-ветственно 52 и –18 °С, растяжимость составляет 52 см при темпера-туре 25 °С. Назвать структурно-реологический тип битума и его ос-новные свойства.

4. Имеются битумы: а) с пенетрацией при 25 °С 158∙0,1 мм и температурой размягчения 38 °С; б) с пенетрацией при 25 °С 95∙0,1

60

мм и температурой размягчения 45 °С. Указать битум, характери-зующийся большей теплоустойчивостью.

5. Определить ориентировочно динамическую вязкость битума,пенетрация которого при 25 °С равна 93∙0,1 мм.

6. Сравниваются два битума а) с пенетрацией при 25 °С 72∙0,1мм и температурой размягчения 48 °С; б) с пенетрацией при 25 °С 46∙0,1 мм и температурой размягчения 55 °С. Какой битум характери-зуется большей теплоустойчивостью?

7. Установить условную вязкость и марку битума, индекс пенет-рации которого –1,2, а температура размягчения 47 °С.

8. Какое количество теплоты потребуется для нагрева 15 т би-тума в битумоплавильном котле с 80 до 140 °С, если удельная тепло-емкость битума 1,9 кДж/(кг∙°С)? Потери тепла не учитывать.

9. Найти расход теплоты для нагрева 25 т битума в битумопла-вильном котле с 95 до 160 °С, если удельная теплоемкость битума 0,9 кДж/(кг∙°С).

10. К какому классу по скорости загустевания относится жидкийбитум, если при выдерживании в сушильном шкафу из него за 5 ч при температуре (110 ± 1) °С испарилось 7,5 % разжижителя? Назвать марку битума.

11. Определить содержание в эмульсии битума с эмульгатором,если масса выпарительной чашки со стеклянной палочкой 157 г, мас-са чашки с палочкой и эмульсией (до выпаривания) 185,0 г, масса чашки с палочкой и остатком после выпаривания воды из эмульсии 171,7 г.

12. Масса выпарительной чашки со стеклянной палочкой 165 г,масса чашки с палочкой и эмульсией (до выпаривания) 193,5 г, масса чашки с палочкой и остатком после выпаривания воды из эмульсии 180,2 г. Каково содержание в эмульсии битума с эмульгатором?

13. Масса сита с сеткой № 014 и чашки в сухом состоянии 268,7г, масса сита с остатком анионной эмульсии и чашкой после высуши-вания в термостате и охлаждения в эксикаторе 269,3 г. Масса эмуль-сии, принятой для испытания, 202,5 г. Определить остаток на сите с сеткой № 014 и однородность анионной эмульсии.

14. Определить соответствие катионной эмульсии стандарту поостатку на сите с сеткой № 014, если масса сита с остатком катионной эмульсии и чашкой после высушивания в термостате и охлаждения в эксикаторе 273,63 г, масса эмульсии, взятой для испытания, 203,8 г, масса сита с сеткой № 014 и чашки в сухом состоянии 272,7 г.

61

7. АСФАЛЬТОБЕТОННЫЕ СМЕСИ И АСФАЛЬТОБЕТОНЫ


Асфальтобетонная смесь – рационально подобранная смесь минеральных материалов щебня (гравия) различной крупности, при-родного или дробленого песка, минерального порошка с битумом, взятых в определенных соотношениях и перемешанных в нагретом состоянии.

Асфальтобетон – искусственный монолитный материал, полу-ченный в результате уплотнения при оптимальной температуре ас-фальтобетонной смеси.

1. В зависимости от вида каменного материала асфальтобетон-ные смеси и асфальтобетоны подразделяются:

– на щебеночные, состоящие из щебня, песка, минерального порошка и битума;

– гравийные, состоящие из гравия, песка или гравийно-песчаного природного материала, минерального порошка и битума;

– песчаные, состоящие из песка, минерального порошка и би-тума.

2. В зависимости от вязкости применяемого битума и темпера-туры приготовления, укладки и уплотнения асфальтобетонные смеси подразделяются на горячие и холодные.

Горячие асфальтобетонные смеси приготовляют на вязких неф-тяных дорожных битумах марок БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130, БНД 130/200, БНД 200/300 (БН 40/60, БН 60/90, БН 90/130, БН 130/200, БН 200/300) по ГОСТ 22245-90*, а также на полимерно-битумных вяжущих и модифицированных битумах. Температура го-рячих смесей при укладке должна быть не ниже 120 °С. Формирова-ние асфальтобетона из таких смесей в основном заканчивается после уплотнения и остывания конструктивного слоя дорожной одежды.

Холодные асфальтобетонные смеси приготавливают на жидких нефтяных дорожных битумах марок СГ 70/130, СГ 130/200, МГ 130/200, МГО 70/130, МГО 130/200 по ГОСТ 11955-82*. Холодные смеси до их укладки на дорогу можно хранить на складе от 2 недель до 8 месяцев. Укладка и уплотнение холодных смесей производятся при температуре воздуха не ниже 5 °С. Холодные смеси из-за пони-женного содержания битума и повышенного содержания минерально-го порошка являются жесткими и трудно уплотняются, поэтому слои

62

из них в начальный период обладают повышенной пористостью. Формирование холодного асфальтобетона продолжается 4 – 10 недель в зависимости от класса жидкого битума, погодных условий и степе-ни доуплотняющего воздействия автотранспорта.

3. Горячие асфальтобетонные смеси и асфальтобетоны в зави-симости от наибольшего размера зерен щебня или гравия подразде-ляются на крупнозернистые (зерна до 40 мм), мелкозернистые (зерна до 20 мм) и песчаные (зерна до 10 мм).

Холодные асфальтобетонные смеси делятся на мелкозернистые и песчаные.

4. По плотности (пористости) асфальтобетоны из горячей смеси с учетом их назначения подразделяются на виды:

– высокоплотные – с остаточной пористостью от 1,0 до 2,5 % объема, применяемые в однослойных и верхних слоях покрытий и обязательно содержащие минеральный порошок;

– плотные – с остаточной пористостью от 2,5 до 5 % объема, применяемые в верхних слоях покрытий, в нижних слоях покрытий и верхних слоях оснований и обязательно содержащие минеральный порошок;

– пористые – с остаточной пористостью от 5 до 10 % объема, применяемые в нижних слоях покрытий и верхних слоях оснований при пониженном содержании минерального порошка;

– высокопористые – с остаточной пористостью свыше 10 % объ-ема, применяемые в нижних слоях покрытий и основаниях при пони-женном содержании минерального порошка.

Холодные асфальтобетоны в начале эксплуатации дороги долж-ны иметь остаточную пористость от 6 до 10 % объема из-за начально-го недоуплотнения, но в процессе формирования их плотность повы-шается.

5. Плотные асфальтобетоны по содержанию в них щебня (гра-вия) или песка (природного окатанного и отсевов дробления) подраз-деляются на структурные типы, указанные в табл. 7.1.

6. Асфальтобетонные смеси и асфальтобетоны в зависимости от показателей физико-механических свойств асфальтобетона и приме-няемых материалов подразделяются на марки, указанные в табл. 7.2.

Для асфальтобетонных смесей применяют щебень из плотных горных пород и гравий, щебень из шлаков, соответствующих требо-ваниям ГОСТ 8267-93*, ГОСТ 3344-83, ГОСТ 9128-2009. В асфальто-бетоне щебень играет роль активного структурообразующего компо-

63

нента. В асфальтобетонах с малым содержанием щебня он является инертным заполнителем. С повышением содержания щебня (сверх 35 %) в асфальтобетоне формируется каркас из минеральных зерен, вос-принимающий сдвигающие усилия и обеспечивающий высокие меха-нические свойства асфальтобетона. При большем содержании щебня в асфальтобетоне образуется шероховатая поверхность покрытия, что повышает безопасность движения.

Таблица 7.1 Типы асфальтобетонов

Тип Содержание щебня (гравия), % массы

минеральной части

Вид, характеристика и состав песка

Горячие Высокоплотный

АБВГ

Св. 50 до 70

Св. 50 до 60 Св. 40 до 50 Св. 30 до 40 От 0 до 30

Природный, отсев дробления и их смеси То же То же То же Песок из отсевов дробления

Д От 0 до 30 Природный или смесь с отсевами дробления. Содержание последних менее 70 % по массе

Холодные Бх

ВхГх, Дх

Св. 40 до 50

Св. 30 до 40 От 0 до 30

Природный, отсевы дробления и их смеси То же То же, что для типов Г и Д

Таблица 7.2 Марки асфальтобетонов

Виды и типы смесей и асфальтобетонов Марки Горячие: Высокоплотные

Плотные типов: I

А Б, Г В, Д

I, II I, II, III II, III

Пористые и высокопористые I, II Холодные типов:

Бх, Вх Гх Дх

Ι, ΙΙ Ι, ΙΙ ΙΙ

64

Для приготовления асфальтобетона используют природные и дробленые пески по ГОСТ 8736-93, ГОСТ 9128-2009. Песок повыша-ет удобоукладываемость смесей и плотность асфальтобетона. Рацио-нальное использование песка в асфальтобетоне способствует сниже-нию его стоимости.

Минеральный порошок для асфальтобетонных смесей получают тонким измельчением карбонатных и основных горных пород. Для повышения качества минерального порошка и асфальтобетона произ-водят активацию порошков путем размола горных пород совместно с активирующей добавкой (1,5 – 2,5 % мас.). В роли активирующей до-бавки используют смеси битума с поверхностно-активными вещест-вами. Минеральный порошок должен соответствовать требованиям ГОСТ Р 52129-2003. Минеральный порошок в асфальтобетоне повы-шает плотность минеральной части и структурирует битум, повышая теплостойкость и клеящие свойства асфальтовяжущего.

Битум в асфальтобетоне выполняет следующие функции: 1) иг-рает вместе с порошком (или без него) роль вяжущего, склеивает в монолит зерна щебня (гравия) и песка; 2) заполняет межзерновое про-странство минеральной части и придает асфальтобетону требуемую плотность и водостойкость; 3) играет роль смазки, уменьшающей внутреннее трение в минеральной части, поэтому избыточное содер-жание битума может привести к снижению прочности, теплоустойчи-вости и сдвигоустойчивости асфальтобетона.

Состав асфальтобетона проектируют в четыре этапа: 1) опреде-ление свойств исходных минеральных компонентов и битума; 2) оп-ределение состава минеральной части асфальтобетона заданного ви-да, типа и марки; 3) определение оптимального содержания битума; 4) уточнение состава асфальтобетона по данным детального изученияего физико-механических свойств.

Зерновой состав минеральной части асфальтобетона определяют по методу предельных кривых плотных смесей. Зерновые составы смесей должны соответствовать требованиям ГОСТ 9128-2009 (табл. П.10.1).

Технические требования ГОСТ 9128-2009 к горячим высоко-плотным и плотным асфальтобетонам различных типов в зависимости от марки асфальтобетона и дорожно-климатической зоны приведены в табл. П.10.2, П.10.3.

65


1. Для изготовления холодной асфальтобетонной смеси израс-ходовано 400 т жидкого битума с вязкостью по стандартному виско-зиметру С5

60 = 80 с. Сколько потребуется керосина для разжижения вязкого битума, если при 15 % керосина вязкость битума оказалась равной 130 с, а при 23 % − 10 с?

Решение. Для определения процентного содержания керосина, необходимого для разжижения вязкого битума до его условной вязко-сти 5

60С = 80 с, строится график логарифмической зависимости услов-ной вязкости жидкого битума (lg 5

60С ) от содержания разжижителя.

Рис. 1. Влияние содержания керосина на вязкость разжиженного битума

Точки 1 и 2 равны логарифму условной вязкости жидкого биту-

ма с содержанием керосина 15 и 23 % соответственно. Соединяем точки прямой. Логарифм условной вязкости 5

60С = 80 с равен 1,903. Откладываем данное значение на соответствующей оси и проводим горизонтальную прямую до пересечения с прямой, соединяющей точ-ки 1 и 2. Из точки пересечения опускаем перпендикуляр до горизон-тальной оси и определяем процентное содержание керосина в вязком битуме, которое равно 16,5 %.Таким образом, для приготовления 400 т жидкого битума необходимо следующее количество керосина:

МК = 400 · 16,5 /100 = 66,0 т.

66

2. Сколько потребуется битума марки БНД 90/130 с плотностью1,00 т/м3 для приготовления 500 т горячей плотной мелкозернистой асфальтобетонной смеси типа Б марки I, если известно, что средняя плотность минеральной составляющей смеси равна 2,15 т/м3, порис-тость ее − 19 %, а остаточная пористость асфальтобетона − 4,5 %?

Решение. Необходимое количество битума Б в асфальтобетоне в процентах сверх массы минеральной части вычисляется по формуле

мч

бомч

ρ)ρ(Б VV −

= = 15,20,1)5,419( ⋅−

= 6,74 %,

где Vмч – пористость минеральной части асфальтобетона, %; Vо – ос-таточная пористость асфальтобетона, %; ρмч – средняя плотность ми-неральной части асфальтобетона, т/м3; ρб – плотность битума, т/м3.

Рассчитывается необходимое количество битума для приготов-ления 500 т горячей мелкозернистой асфальтобетонной смеси

Мб = 500 · 6,74 /(100 + 6,74) = 31,572 т.

3. Вычислить показатель битумоемкости минерального порошкас истинной плотностью 2800 кг/м3, если пестик погрузился на глуби-ну 8 мм при навеске порошка массой 0,065 кг.

Решение. Битумоемкость минерального порошка определяется по формуле

ПБ = 10015ρмп

m = (15· 2,80/65) · 100 = 64,6,

где m – масса навески порошка, г; ρмп – истинная плотность мине-рального порошка, г/см3; 100 – объем порошка, см3.

4. Определить среднюю плотность минеральной части асфаль-тобетонной смеси, если известно следующее: средняя плотность щеб-ня – 2500 кг/м3, песка – 2600 кг/м3, минерального порошка – 2700 кг/м3, содержание щебня в смеси – 50 %, содержание песка – 45 %, содержание минерального порошка – 5 %.

Решение. Средняя плотность минеральной части асфальтобе-тонной смеси определяется по формуле

абρm = мппщ ρ

МПρП

ρЩ

100

mmm

++ =

27005

260045

250050

100

++ = 2515,7 кг/м3.

67

5. Подобрать минеральную часть для приготовления плотногомелкозернистого асфальтобетона типа Б, уплотняемого в горячем со-стоянии, для верхнего слоя дорожного покрытия (непрерывная грану-лометрия). Технические свойства материалов удовлетворяют требо-ваниям ГОСТа. В табл. 7.3 приведен зерновой состав минеральных составляющих асфальтобетонной смеси.

Таблица 7.3 Зерновые составы минеральных материалов

Щебень Песок Минеральный

порошок Частные остатки, % мас., на ситах с размерами отверстий, мм

15 10 5 2,5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 менее 0,16

0,071 менее 0,071

6 39,0 51,0 4,0 20,0 24,0 26,0 12,0 16,0 2,0 20,0 80,0

Решение. Подбор состава минеральной части осуществляют в следующем порядке:

а) выражают зерновые составы компонентов (щебня или гравия, песка, минерального порошка) в виде полных остатков на ситах, % мас.;

б) умножают полные остатки каждого компонента на его содер-жание в смеси, выраженное в долях единицы массы;

в) складывают полученные полные остатки всех компонентов на каждом сите;

г) вычисляют проходы через сита вычитанием из 100 % каждого суммарного полного остатка на данном сите. Расчет ведется в таб-личной форме (табл. 7.4).

Сопоставляют полученный зерновой состав с требуемыми пре-делами содержания фракций по ГОСТ 9128-2009 (табл. П.10.1). Та-ким образом, при содержании щебня 45 %, песка – 45 % и минераль-ного порошка – 10 % зерновой состав минеральной части асфальтобе-тона типа Б соответствует требованиям ГОСТ 9128-2009 (см. табл. П.10.1).

68

Таблица 7.4 Пример расчета зернового состава минеральной части асфальтобетона

Состав минеральной смеси, % массы

Полный остаток или про-ход

Содержание зерен, % массы, размером, мм 20 15 10 5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 0,071 <0,071

Щебень − 100 Песок − 100 Мин. пор. – 100

Полный То же - «-

0,0 − −

6,0 − −

45,0 − −

96,0 − −

100 20,0 −

100 44,0 −

100 70,0 −

100 82,0 −

100 98,0 −

100 100,0 20,0

100 100 100

Щебень – 45,0 (0,45) Песок – 45,0 (0,45) Мин. пор.–10,0 (0,10)

- «- - «-

- «-

0,0 − −

2,70 − −

20,3 − −

43,2 − −

45,0 9,0 −

45,0 19,8 −

45,0 31,5 −

45,0 36,9 −

45,0 44,1 −

45,0 45,0 2,0

45,0 45,0 10,0

∑ - «- Проход

0,0 100

2,70 97,3

20,3 79,7

43,2 56,8

54,0 46,0

64,8 35,2

76,5 23,5

81,9 18,1

89,1 10,9

92,0 8,0

100 –

Требования ГОСТ 9128-2009 к смеси типа Б

Проход 90–100

80− 100

70− 100

50− 60

38− 48

28− 37

20− 28

14−22

10− 16

6−12 –

––

69

7.3. Задачи

1. Для изготовления холодной асфальтобетонной смеси израс-ходовано 380 т жидкого битума с вязкостью по стандартному виско-зиметру 5

60С = 90 с. Сколько потребуется керосина для разжижения вязкого битума, если при 14 % керосина вязкость битума оказалась равной 140 с, а при 20 % – 50 с?

2. Для изготовления холодной асфальтобетонной смеси израс-ходовано 50 т жидкого битума с вязкостью по стандартному вискози-метру 5

60С = 110 с. Сколько понадобилось дизельного топлива для разжижения вязкого битума, если его смесь с 18 % разжижителя име-ет вязкость 5

60С = 69 с, а с 12 % – 151 с? 3. Определить истинную плотность активированного минераль-

ного порошка с 2 % мас. активатора (смесь битума и ПАВ) сверх 100 % минеральной части порошка. Истинные плотности: минеральной части 2640 кг/м3, активатора 960 кг/м3.

4. Определить количество вязкого дорожного битума плотно-стью 1020 кг/м3, необходимого для обработки 1200 т минерального материала жидким битумом марки СГ 70/130, если для приготовления 1 т жидкого битума расходуется 150 кг керосина. При этом известно, что пористость минеральной части холодной асфальтобетонной смеси 25 %, средняя плотность ее 2,1 т/м3, а остаточная пористость асфаль-тобетона составляет 6 % по объему.

5. Определить среднюю плотность минеральной части асфаль-тобетонной смеси. Средняя плотность асфальтобетонной смеси в уп-лотненном состоянии равна 2400 кг/м3. Содержание битума – 6 % от общей массы асфальтобетонной смеси.

6. Сколько потребуется битума марки БНД 130/200 с плотно-стью 0,99 т/м3 и минеральных материалов для приготовления 5000 т горячей мелкозернистой плотной смеси типа Б марки I, если известно, что плотность минеральной составляющей смеси равна 2,25 т/м3, по-ристость минеральной части 17 %, а остаточная пористость асфальто-бетонного покрытия по объему составляет 3 %?

7. Вычислить показатель битумоемкости активированного ми-нерального порошка плотностью 2600 кг/м3, если пестик погрузился на глубину 8 мм при навеске порошка массой 0,1 кг.

8. Определить среднюю плотность минеральной части асфаль-тобетонной смеси, если известно следующее: средняя плотность щеб-ня (исходной породы) – 2470 кг/м3, песка – 2430 кг/м3, минерального

70

порошка – 2700 кг/м3, содержание щебня в смеси – 40 %, содержание песка – 45 %, содержание минерального порошка – 15 %.

9. Определить оптимальное содержание битума в асфальтобето-не, если масса образцов с содержанием битума 4,5 % по массе в сухом состоянии на воздухе m0 = 232,3 г. Масса тех же образцов на воздухе после выдерживания 30 мин в воде m1 = 232,5 г, в воде после выдер-живания в ней 30 мин m2 = 129,2 г. Истинная плотность минеральной части 2680 кг/м3. Остаточная пористость асфальтобетона не должна превышать 4,5 %.

10. Определить истинную плотность асфальтобетонной смеси,состоящей из 7 % битума и 93 % минеральных материалов. Плотность битума 990 кг/м3, истинная плотность минеральной части асфальтобе-тонной смеси 2450 кг/м3.

11. Определить остаточную пористость асфальтобетона, еслиего средняя плотность равна 2350 кг/м3, а истинная плотность – 2400 кг/м3.

12. Приведены результаты испытаний образцов из мелкозерни-стого горячего плотного асфальтобетона типа Б II марки:

№ п/п

Показатель Значение показателя

12

3

4

5

Масса образца на воздухе, кг Масса образца, выдержанного 30 мин в воде и взвешенного на воздухе, кг Масса образца, выдержанного 30 мин в воде и взвешенного в воде, кг Масса образца, насыщенного водой под вакуумом и взвешенного на воздухе, кг Предел прочности при сжатии, МПа, при темпера-туре: 0 °С; 20 °С;

20 °С в водонасыщенном состоянии; 50 °С

0,620

0,630

0,360

0,635

6,9 2,6 2,4 1,3

Используя эти данные, подсчитать среднюю плотность и водо-насыщение асфальтобетона, а также определить соответствие прочно-стных показателей асфальтобетона при различных температурах и его коэффициента водостойкости требованиям ГОСТ 9128-2009 к асфаль-тобетонам для II дорожно-климатической зоны (см. табл. П.10.2 и П.10.3).

71

13. Определить требуемое количество катионной битумной эмульсии 60 %- ной концентрации, необходимое для приготовления 200 т эмульсионно-минеральной смеси, если оптимальное количество битума для этой смеси составляет 6 % от ее массы.

14. Рассчитать расход минеральных материалов и вязкого до-рожного битума на 1 км верхнего слоя дорожного покрытия толщи-ной 5 см при ширине проезжей части 6 м, если в смеси содержится щебня 18 %, дробленого песка 42 %, кварцевого песка 32 %, мине-рального порошка 8 %. Битума 5,5 % (сверх 100 % минеральной час-ти). Средняя плотность асфальтобетона 2280 кг/м3.

15. Найти массы минеральных материалов и вязкого дорожного битума для производства 165 т крупнозернистой пористой асфальто-бетонной смеси марки II. Истинная плотность битума 990 кг/м3, сред-няя плотность минеральной части асфальтобетона 2250 кг/м3, порис-тость минеральной части асфальтобетона 22 %, остаточная порис-тость асфальтобетона 11 % по объему.

16. Подобрать минеральную часть для приготовления плотного мелкозернистого асфальтобетона типа А, уплотняемого в горячем со-стоянии, для верхнего слоя дорожного покрытия с непрерывной гра-нулометрией (см. табл. П.10.1). Зерновые составы минеральных со-ставляющих асфальтобетонной смеси приведены в табл. 7.5.

Таблица 7.5

Зерновые составы минеральных материалов

Щебень Песок Минеральный порошок

Частные остатки, % мас., на ситах с размерами отверстий, мм 15 10 5 2,5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 менее

0,16 0,071 менее

0,071 0,0 44,1 47,0 8,9 9,7 35,3 24,9 15,4 12,0 2,7 23,6 76,4

Технические свойства материалов удовлетворяют требованиям

стандартов. 17. Установить гранулометрический состав минеральной части

мелкозернистого горячего плотного асфальтобетона типа Б (в соот-ветствии с требованиями ГОСТ 9128-2009) из материалов, зерновые составы которых указаны в табл. 7.5.

72

8. ДРЕВЕСИНА


Древесиной называют освобожденную от коры и сердцевины ткань волокон, которая содержится в стволе, ветвях и корнях дерева.

Древесина характеризуется сравнительно высокой прочностью при небольшой плотности, малой теплопроводностью, легкостью об-работки, простотой скрепления между собой отдельных элементов, высокой морозостойкостью и удовлетворительным сопротивлением действию химических реагентов. К недостаткам древесины относят гигроскопичность, загниваемость и возгораемость, анизотропность (неоднородность физико-механических свойств в разных направлени-ях), наличие пороков.

Для оценки качества древесины как сырья для получения раз-личных строительных материалов и конструкций изучают ее макро- и микроструктуру, определяют физические, механические свойства, а также пороки.

Макроструктуру древесины изучают на трех разрезах: торцевой (проходит поперек ствола), радиальный (проходит через ось ствола), тангентальный (проходит параллельно оси ствола).

Определяют следующие физико-механические свойства древе-сины: истинную и среднюю плотность, влажность, теплопроводность, усушку и набухание, предел прочности при сжатии (вдоль и поперек волокон), растяжении, статическом изгибе и скалывании.

Из всех внешних воздействий на древесину больше всего влияет влага. Влажность, которую приобретает древесина в результате дли-тельного нахождения на воздухе с постоянной температурой и влаж-ностью, называют равновесной. Стандартной считают влажность 12 %, это влажность, при которой сравнивают свойства древесины. Влажность, при которой стенки клеток древесины насыщены водой, а полости свободны от воды, называют пределом гигроскопической влажности или точкой насыщения волокон (Wпг ≈ 30 %).

Так как механические свойства древесины зависят от влажно-сти, для получения сравнимых результатов испытания прочность дре-весины пересчитывают на прочность при стандартной 12 %-ной влажности по формуле

( )[ ]12112

−+= WRRW

α ,

73

где 12

R – предел прочности при сжатии древесины в условиях стан-дартной влажности 12 %, МПа;

WR – то же при фактической влажно-

сти в момент испытания, МПа; α – поправочный коэффициент, пока-зывающий, насколько изменяется данное свойство при изменении влажности на 1 %; α = 0,035 (независимо от породы дерева); W – влажность, % мас.

Изменение гигроскопической влажности (от 0 до 30 %) вызыва-ет усушку и набухание древесины. Различают линейную и объемную усушку. Линейную усушку определяют в двух направлениях – тан-гентальном и радиальном. Усушку вдоль волокон ввиду ее незначи-тельной величины не определяют.

Лесоматериалы получают механической обработкой древесины. Они подразделяются на круглые лесоматериалы (бревна, подтовар-ник, жерди); пиломатериалы (доски, бруски, брусья); строганые и фрезерованные материалы (плинтус, поручни, наличники и т.п.); вто-ричные продукты (опилки, стружки, щепа, древесная мука). К издели-ям из древесины относят паркет, мебельные щиты, столярные изделия (двери, оконные и дверные блоки), фанеру, древесно-стружечные и древесно-волокнистые плиты, древесно-слоистые пластики, клееные деревянные конструкции и изделия из модифицированной древесины.


1. Определить влажность образца древесины, если первоначаль-ная масса бюксы с образцом 90 г, а после высушивания до постоянной массы – 56 г. Масса пустой бюксы 12 г.

Решение. Влажность древесины вычисляем по формуле

3,7710012565690100

2

21 =⋅−−=⋅

−

−=

mmmm

W %,

1m ,

2m – масса бюксы с образцом древесины до где m – масса бюксы, г;

и после высушивания, г.

2. Предел прочности древесины при влажности 18 % составляетпри сжатии 43,0 МПа, при изгибе 75 МПа. Определить стандартные пределы прочности.

74

Решение. Результаты механических испытаний древесины, влажность которой меньше предела гигроскопичности (30 %), преоб-разуем по формуле

( )[ ]12112

−+= WRRW

α (см. п. 8.1). Получаем

( )[ ] 03,521218035,014312сж

=−+=R МПа.

Пересчет предела прочности при статическом изгибе произво-дим аналогично:

( )[ ] 75,901218035,017512изг

=−+=R МПа.

3. Вычислить предел прочности древесины при статическом из-

гибе, если разрушающее усилие 1420 Н, размеры образца – стандарт-ные.

Решение. 9,63

02,002,0224,014203

23

22изг=

⋅⋅

⋅⋅=⋅⋅⋅⋅=hblPR МПа,

где P – максимальная нагрузка в момент разрушения образца, Н; l – расстояние между опорами, м; hb, – размеры образца, м.

4. Установить линейную усушку древесины, образец которой

имел во влажном состоянии размер 20×20×30 мм, а после высушива-ния до нулевой влажности 17×17×28 мм.

Решение. Линейную усушку древесины находим по формулам (с точностью до 0,1 %):

для тангентального направления

1510020

17201000 =⋅−=⋅−

=aаа

Уτ

%;

для радиального направления

7,610030

28301000 =⋅−=⋅−

=bbb

Уr

%,

где ba , – размеры образца при начальной влажности, мм; 0

а , 0

b – то же в абсолютно сухом состоянии, мм.

5. У образца древесины линейная усушка в тангентальном на-

правлении 15 %, в радиальном 6,7 %; первоначальная влажность 23 %. Вычислить коэффициент линейной усушки.

75

Решение. Коэффициент линейной усушки древесины находим из соотношения (с точностью до 0,01 %)

WК У

У= ,

где У – усушка, %; W – влажность образца древесины, %. Коэффициент линейной усушки для тангентального направле-

ния

65,02315

У==

τК .

То же для радиального направления:

29,023

7,6У ==rК .

8.3. Задачи

1. Установить влажность образца древесины, если первоначаль-

ная масса бюксы с образцом 82 г, а после высушивания до достиже-ния постоянной массы – 64 г. Масса бюксы 12,5 г.

2. Масса образца древесины дуба, предназначенного для испы-тания на сжатие, вместе с бюксой равнялась 21,1 г. Предел прочности на сжатие вдоль волокон этого образца составил 43,4 МПа. Найти влажность древесины дуба и прочность при 12 %-ной влажности, если масса высушенного образца таких же размеров вместе с бюксой была 19,65 г, а масса бюксы 12,4 г.

3. Чему равна влажность образца древесины, первоначальная масса образца которой вместе с бюксой 88 г, а после высушивания до постоянной массы 57 г? Масса сухой бюксы 12,2 г.

4. При стандартном испытании древесины сосны с влажностью 20 % мас. при сжатии вдоль волокон было отмечено разрушающее усилие 15,3 кН. Определить предел прочности древесины на сжатие при влажности 12 %.

5. Установить стандартный предел прочности древесины при сжатии вдоль волокон и при изгибе, если в условиях влажности 22 % эти характеристики равны соответственно 36 и 62 МПа.

6. Рассчитать предел прочности при сжатии вдоль волокон в ус-ловиях стандартной влажности древесины березы. Для образца раз-мером 20×20×30 мм при влажности 25 % разрушающая нагрузка со-ставила 18 кН.

76

7. Масса образца стандартных размеров, вырезанного из древе-сины дуба, равна 8,76 г; при сжатии вдоль волокон предел прочности его оказался равным 37,1 МПа. Найти влажность, плотность и проч-ность на сжатие при влажности 12 %, если масса высушенного образ-ца таких же размеров составляет 7,0 г.

8. Предел прочности древесины, влажность которой 8 %, со-ставляет: при сжатии 46 МПа, при изгибе 78 МПа. Какова стандарт-ная прочность древесины?

9. Чему равен предел прочности древесины дуба при стандарт-ной влажности, если разрушающая нагрузка при испытании образца размером 20×20×30 мм составила 27,5 кН при влажности древесины 16 %?

10. Сосновый брус сечением 10×20 см (толщина×высота) ле-жит на двух опорах, отстоящих друг от друга на 4 м. Посередине бруса к нему была приложена максимальная нагрузка 21 000 Н, ко-торая вызвала излом бруса. Рассчитать предел прочности бруса при изгибе.

11. Образец древесины во влажном состоянии имел размер 20×20×30 мм, а после высушивания до нулевой влажности 18×18×26 мм. Найти линейную усушку.

12. Чему равны коэффициенты линейной усушки древесины, образец которой имеет линейную усушку в тангентальном направле-нии 12 %, в радиальном направлении 8 %. Первоначальная влажность древесины 21 %.

13. Каков предел прочности древесины по результатам испыта-ния стандартного образца из липы размером 20×20×30 мм, имеющего влажность 18 %, если разрушающая нагрузка 15 кН?

14. Деревянный образец-брусок сечением 20×20 мм и длиной вдоль волокон 300 мм лежит на двух опорах, расстояние между кото-рыми 240 мм. Посередине бруса было приложено усилие 2,5 кН, что привело его к излому. Вычислить предел прочности при статическом изгибе.

15. Дубовая доска имеет размеры 25×150×600 мм и массу 1625 г при влажности, равной 21 %. Вычислить плотность древесины дуба при стандартной влажности (12 %).

16. Определить, достигнута ли точка насыщения волокон у дре-весины, если ее масса в абсолютно сухом состоянии составляет 78 г, а после пребывания в воде – 104 г. Точка насыщения для древесины различных пород – в среднем около 30 %.

77

Библиографический список 1. Алимов, Л.А. Строительные материалы : учебник для студ. учреждений

высш. образования / Л.А. Алимов, В.В. Воронин. – 2-е изд., стер. – М. : Изда-тельский центр «Академия», 2014. – 320 с.

2. Строительные материалы (Материаловедение. Строительные материа-лы) : учебник / ред. : В.Г. Микульский, В.В. Козлов. – М. : АСВ, 2004. – 530 с.

3. Надыкто, Г.И. Дорожный асфальтобетон : учеб. пособие / Г.И. Надык-то, В.С. Прокопец. – Омск : СибАДИ, 2009. – 154 с.

4. Шубенкин, П.Ф. Строительные материалы и изделия. Бетоны на основе минеральных вяжущих : Примеры задач с решениями / П.Ф. Шубенкин, А.В. Кухаренко. – М. : АСВ, 1998. – 93 с.

5. Грушко, И.М. Дорожно-строительные материалы : сборник задач / И.М. Грушко, Н.Ф. Глущенко, А.В. Космин. – Харьков : Высш. шк., 1987. – 96 с.

6. Строительные материалы. Лабораторный практикум : учеб.-метод. по-собие / Я.Н. Ковалев [и др.] ; под ред. Я.Н. Ковалева. – Минск : Новое знание. – М. : ИНФРА-М, 2013. – 633 с.

7. ГОСТы по строительным материалам // Справочно-правовая система «Техэксперт» [Электронный ресурс] / Компания «Кодекс».

78

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Принятые условные обозначения

Условное обозначение

Величина

Единица измерения

ρ, ρm, ρн Истинная, средняя, насыпная плотность кг/м3 П Пористость % об. W Влажность % мас. Wм Водопоглощение по массе % мас. Wо Водопоглощение по объему % об. Wнм Водонасыщение по массе % мас. Wно Водонасыщение по объему % об. Vпуст Пустотность межзерновая % об.

Р Разрушающая сила Н S Площадь м2

Rсж Предел прочности при сжатии МПа Rи Предел прочности при изгибе МПа m Масса кг V Объем м3 Rб Средняя прочность бетона к определенному воз-

расту МПа; (кгс/см2)

Rц Активность цемента (фактическая прочность) МПа; (кгс/см2) В Класс бетона по прочности на сжатие МПа

ОК (Ж) Подвижность (жесткость) бетонной смеси см (с) НКЩ Наибольшая крупность щебня мм

Ц, Щ, П, В Расход цемента, щебня (гравия), песка, воды кг/м3 Мкр Модуль крупности песка –

А, А1 Коэффициенты качества заполнителей – В/Ц (Ц/В) Водоцементное (цементноводное) отношение –

α Коэффициент раздвижки зерен – ρбс Средняя плотность уплотненной бетонной смеси кг/м3

R28, Rn Прочность бетона в возрасте 28 и n суток МПа; (кгс/см2) Впр, Ппр,

Щпр Расход воды, песка и щебня в производственном составе

кг/м3

к Масштабный коэффициент, учитывающий отли-чие размеров ребра бетонного куба от эталонно-го (15 см)

–

β Коэффициент выхода бетонной смеси –

79


Международная система единиц физических величин (СИ)

Величина Единица измерения Обозначение

Соотношение между единицами СИ и единицами

других систем Длина метр м 1 м = 102 см =103 мм Масса килограмм кг 1 кг = 103 г Время секунда с 1 с = 2,78·104 ч;

1ч = 3600 с Термодинамиче-ская температура

градус Кельвина

К

1К = t °С+273,15

Площадь квадратный метр

м2 1 м2 = 104 см2 = 10-4 га

Объем кубический метр

м3

1 м3 = 103 л

Средняя плотность килограмм на кубиче-ский метр

кг/м3

1 кг/м3 = 103 г/см3 = 10-3 т/м3

Скорость метр в секунду

м/с

1 м/с = 3,6 км/ч

Сила (вес) ньютон Н 1 Н = 105 дин = 0,102 кГ; 9,81Н = 1 кГс

Давление (механи-ческое напряже-ние)

ньютон на квадратный

метр (паскаль)

Н/м2 (Па)

1Н/м2 = 1Па = 1,02·105 кГс/см2; 1кГс/см2 = 9,8·104Па = 105Па = 0,1 МПа·1мм рт. ст.

= 133,3 Па Количество теплоты

джоуль Дж

1Дж = 0,239 ккал; 1Кал = 4,2 Дж;

1 ккал = 4,2·103Дж Теплопроводность ватт на метр

градус Вт/(м·град) 1 ккал/м·град =

= 1,163 Вт/м·град


Молекулярные массы химических элементов, входящих в состав строительных материалов

Алюминий 26,98 Кальций 40,08 Магний 24,31

Водород 1,00 Кислород 16,00 Сера 32,06 Железо 55,84 Кремний 28,08 Углерод 12,00

80


Пределы прочности керамических изделий при сжатии и изгибе (ГОСТ 530-2012)

Марка изде-лий

Предел прочно-сти при сжатии изделий, МПа

Предел прочности при изгибе, МПа полнотелого

кирпича пустотелого

кирпича форма-та менее 1,4НФ

пустотелого кирпича форма-

та 1,4НФ Сред-ний для пяти

образ- цов

Наи-мень- ший

для от-дель- ного

образ-ца

Сред-ний для

пяти образ-

цов



образ-ца

Сред-ний для пяти

образ-цов



образ-ца

Сред-ний для пяти

образ-цов



образ-ца

М300 30,0 25,0 4,4 2,2 3,4 1,7 2,9 1,5 М250 25,0 20,0 3,9 2,0 2,9 1,5 2,5 1,3 М200 20,0 17,5 3,4 1,7 2,5 1,3 2,3 1,1 М175 17,5 15,0 3,1 1,5 2,3 1,1 2,1 1,0 М150 15,0 12,5 2,8 1,4 2,1 1,0 1,8 0,9 М125 12,5 10,0 2,5 1,2 1,9 0,9 1,6 0,8 М100 10,0 7,5 2,2 1,1 1,6 0,8 1,4 0,7

Для изделий с горизонтальным расположением пустот М100 10,0 7,5 – – – – – – М75 7,5 5,0 – – – – – – М50 5,0 3,5 – – – – – – М35 3,5 2,5 – – – – – – М25 2,5 1,5 – – – – – –

Значения пределов прочности при сжатии и изгибе должны быть не менее

значений, указанных в таблице.

81


Технические требования ГОСТ 9179-77*к извести воздушной

Показатель

Норма для извести, % по массе негашеная

гидратная кальциевая магнезиальная и доломитовая

сорт 1 2 3 1 2 3 1 2

Активные CaO+MgO, не менее:

без добавок с добавками

90 65

80 55

70 –

85 60

75 50

65 –

67 50

60 40

Активный MgO, не более

5

5

5

20 (40)

20 (40)

20 (40)

–

–

СО2, не более: без добавок с добавками

3 4

5 6

7 –

5 6

8 9

11 –

3 2

5 4

Непогасившиеся зерна, % мас., не более

7

11

14

10

15

20

–

–

Время гашения, мин: быстрогасящаяся среднегасящаяся медленногасящаяся

Не более 8

Не более 25 Более 25

Дисперсность порошко-образной извести: мельче 0,2 мм, % мас. мельче 0,08 мм, % мас.

Не менее 98,5 Не менее 85

Примечание. В скобках указано содержание MgO для доломитовой извес-ти. Для кальциевой извести третьего сорта, используемой для технологических целей, допускается по согласованию с потребителями содержание непогасив-шихся зерен не более 20 % мас.

82


Технические требования ГОСТ 125-79* к гипсовым вяжущим Таблица П.6.1

Марка вяжущего

Предел прочности образ-цов-балочек 40×40×160 мм в возрасте 2 ч, МПа,

не менее

Марка вяжущего

Предел прочности об-разцов-балочек

40×40×160 мм в возрас-те 2 ч, МПа, не менее

сжатие изгиб сжатие изгиб Г-2 2 1,2 Г-10 10 4,5 Г-3 3 1,8 Г-13 13 5,5 Г-4 4 2,0 Г-16 16 6,0 Г-5 5 2,5 Г-19 19 6,5 Г-6 6 3,0 Г-22 22 7,0 Г-7 7 3,5 Г-25 25 8,0

Таблица П.6.2

Вид вяжущего Индекс сроков схватывания

Сроки схватывания, мин

Начало, не менее Конец, не позд-нее

Быстротвердеющий А 2 15 Нормальнотвердеющий Б 6 30 Медленнотвердеющий В 20 Не норм.


Вид вяжущего Индекс степени помола Остаток на сите с сеткой № 02, %, не более

Грубого помола I 23 Среднего помола II 14 Мелкого помола III 2

83


ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЦЕМЕНТУ Таблица П.7.1

Марки портландцемента и шлакопортландцемента по ГОСТ 10178-85

Марка

Предел прочности, кгс/см2 (МПа), в возрасте 28 суток, не менее

при сжатии при изгибе Портландцемент (в том числе с минеральными добавками) 300 300 (30) 45 (4,5) 400 400 (40) 55 (5,5) 500 500 (50) 60 (6,0) 550 550 (55) 62 (6,2) 600 600 (60) 65 (6,5)

Быстротвердеющий портландцемент 400 400 (40) 55 (5,5) 500 500 (50) 60 (6,0)

Шлакопортландцемент 300 300 (30) 45 (4,5) 400 400 (40) 55 (5,5) 500 500 (50) 60 (6,0)


Классы прочности цемента по ГОСТ 31108-2003

Класс прочности

цемента

Прочность на сжатие, МПа, в возрасте Начало схваты- вания, мин,

не ранее

Равномер-ность изме-

нения объема (расширение), мм, не более

2 сут не менее

7 сут не менее

28 сут

не менее не более

22,5Н – 11 22,5 42,5 75

10

32,5Н – 16 32,5 52,5 32,5Б 10 – 42,5Н 10 – 42,5 62,5 60 42,5Б 20 – 52,5Н 20 – 52,5 – 45 52,5Б 30 –

84

Таблица П.7.3 Соотношение между марками и классами прочности цемента

Марка

цемента по

ГОСТ 10178

Нормативная прочность, МПа

Расчетная прочность по ГОСТ 31108,

МПа

Среднее соотношение

10178

31108

RR , %

Класс прочно-сти цемента

по ГОСТ 31108

и ГОСТ Р 55224

300 От 29,4 до 39,1 От 20,7 до 32,6 76,9 22,5 400 От 39,2 до 48,9 От 32,7 до 44,6 87,3 32,5; 42,5 500 От 49,0 до 53,8 От 44,7 до 50,7 92,6 42,5 550 От 53,9 до 58,7 От 50,8 до 56,7 95,3 42,5; 52,5 600 От 58,8 до 68,5 От 56,8 до 68,6 98,2 52,5


Типы и классы прочности цементов для транспортного строительства по ГОСТ Р 55224-2012

Назначение цемента Обозначение

по назначению Типы по вещест-венному составу

Классы прочности

Для бетона дорожных и аэродромных покрытий

ДП

ЦЕМ I, ЦЕМ II/А-Ш*

32,5Н; 32,5Б; 42,5Н; 42,5Б; 52,5Н; 52,5Б

Для бетона дорожных оснований

ДО

ЦЕМ II/А-Ш, ЦЕМ II/В-Ш, ЦЕМ Ill/A,

ЦЕМ V/A**

32,5Н; 32,5Б; 42,5Н

Для железобетонных изделий и мостовых конструкций

ЖИ

ЦЕМ I, ЦЕМ II/А-Ш*

32,5Н; 32,5Б; 42,5Н; 42,5Б; 52,5Н; 52,5Б

Примечание.* Содержание доменного гранулированного шлака в цемен-тах типа ЦЕМ II/A-Ш должно быть не более 15 % суммарной массы основных компонентов цемента. ** Композиционный цемент типа ЦЕМ V/A допускается применять для бетона дорожных оснований только на основании заключения о его пригодности, выданного испытательным центром.

85


ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЗАПОЛНИТЕЛЯМ ДЛЯ БЕТОНА, БЕТОННЫМ СМЕСЯМ И БЕТОНАМ


Классификация песков по крупности (ГОСТ 8736-93)

Группа песка Модуль крупности Мкр

Полный остаток на сите с отверстием 0,63 мм, %

Очень крупный Свыше 3,5 Свыше 75 Повышенной крупности Свыше 3,0 до 3,5 Свыше 65 до 75

Крупный Свыше 2,5 до 3,0 Свыше 45 до 65 Средний Свыше 2,0 до 2,5 Свыше 30 до 45 Мелкий Свыше 1,5 до 2,0 Свыше 10 до 30

Очень мелкий Свыше 1,0 до 1,5 До 10 Тонкий Свыше 0,7 до 1,0 Не нормируется

Очень тонкий До 0,7 Не нормируется

Таблица П.8.2 Классификация бетонных смесей по ГОСТ 7473-2010

Марка по удобоукладываемости Жесткость, с Осадка

конуса, см Расплыв

конуса, см Ж5 Более 50 – – Ж4 31 – 50 – – Ж3 21 – 30 – – Ж2 11 – 20 – – Ж1 5 – 10 – – П1 – 1 – 4 – П2 – 5 – 9 – П3 – 10 – 15 – П4 – 16 – 20 – П5 – Более 20 – Р1 – – Менее 35 Р2 – – 35 – 41 Р3 – – 42 – 48 Р4 – – 49 – 55 Р5 – – 56 – 62 Р6 – – Более 62

86

Таблица П.8.3 Значения коэффициента требуемой прочности КТ в зависимости

от среднего коэффициента вариации бетона по прочности

Значение

mV , % Менее

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Значение КТ

1,07 1,08 1,09 1,11 1,14 1,18 1,23 1,28 1,33 1,38 1,43


Рациональные марки цемента для бетонов различных классов

Класс бетона по прочности Марка цемента Класс бетона

по прочности Марка цемента

В10 М 300 В35 М 500 - М 600 В15 М 300 - М 400 В40 М 500 - М 600 В20 М 300 - М 400 В45 М 500 - М 600 В25 М 400 - М 500 В50 и выше М 600 - М 700 В30 М 400 -М 500


Подвижность и жесткость бетонной смеси

Конструкция Подвижность ОК, см

Жесткость Ж, с

Сборные железобетонные на жестких смесях с немедленной распалубкой

0

20 – 10

Подготовка под фундаменты и полы, дорожные и аэродромные покрытия

1 – 2

10 – 6

Массивные неармированные и с редко расположенной арматурой

2 – 4

6 – 4

Каркасные железобетонные (плиты, бал-ки, колонны)

4 – 8

4 и менее

Железобетонные с густо расположенной арматурой (бункеры, силосы и др.)

8 – 10

Менее 2

Элементы кассетные и для объемно-сборного домостроения

12 – 18

–

Буронабивные сваи, шахтные стволы, конструкции, сильно насыщенные арма-турой и с закладными деталями, препят-ствующими укладке смеси

20 – 24

–

87

Таблица П.8.6 Значение коэффициентов А и А1 в зависимости от качества материалов

Характеристика исходных материалов для бетона А А1

Высококачественные (щебень из плотных и прочных гор-ных пород, песок оптимальной крупности, отвечающий со-ответствующим стандартам, портландцемент высокой ак-тивности без добавок или с минимальным количеством до-бавки, заполнители промыты)

0,65 0,43

Рядовые (гравий, соответствующий техническим требова-ниям ГОСТа, портландцементы средней активности, шла-копортландцементы высокой активности)

0,60 0,40

Пониженного качества (крупный заполнитель пониженного качества, мелкий песок, низкоактивные цементы)

0,55 0,37


Водопотребность бетонной смеси

ОК, см Ж, с Расход воды, л/м3, при крупности, мм

гравия щебня 10 20 40 70 10 20 40 70

– 40 – 50 150 135 125 120 160 150 135 130 – 25 – 35 160 145 130 125 170 160 145 140 – 15 – 20 165 150 135 130 175 165 150 145 – 10 – 15 175 160 145 140 185 175 160 155

2 – 4 – 190 175 160 155 200 190 175 170 5 – 7 – 200 185 170 165 210 200 185 180 8 – 10 – 205 190 175 170 215 205 190 185 10 – 12 – 215 205 190 180 225 215 200 190 12 – 16 – 220 210 197 185 230 220 207 195 16 – 20 – 227 218 203 192 237 228 213 202

Примечания: 1. Расход воды приведен для смеси на портландцементе с нормальной гус-

тотой цементного теста 26 – 28 % и на песке с Мкр = 2. 2. При изменении нормальной густоты цементного теста на каждый про-

цент в меньшую сторону расход воды уменьшается на 3 – 5 л, в большую сторо-ну – увеличивается на 3 – 5 л/м3.

3. При изменении модуля крупности песка на каждые 0,5 в меньшую сто-рону расход воды увеличивается на 3 – 5 л, в большую сторону – уменьшается на 3 – 5 л.

88

Таблица П.8.8 Значения коэффициента раздвижки зерен крупного заполнителя α

Расход

цемента, кг/м3

Значение α при В/Ц

0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

250 – – – 1,26 1,32 1,38 300 – – 1,3 1,36 1,42 – 350 – 1,32 1,38 1,44 – – 400 1,31 1,4 1,46 – – – 500 1,44 1,52 1,56 – – – 600 1,52 1,56 – – – –

Примечания: 1. При других значениях Ц и В/Ц коэффициент α находят интерполяцией. 2. При использовании мелкого песка с водопотребностью более 7 % коэф-

фициент α уменьшают на 0,03 на каждый процент увеличения водопотребности. Если применяют крупный песок с водопотребностью менее 7 %, то коэффициент α увеличивают в той же степени.

Таблица П.8.9 Классы прочности дорожных бетонов

Конструктивный слой

дорожной одежды Минимальный проектный класс по прочности

На растяжение при изгибе Вtb

На сжатие В

Монолитное покрытие 4 30 Монолитное основание 1,2 7,5 Сборное покрытие (основание)

3,6

25


Значения масштабного коэффициента к

Куб с ребром, мм

Масштабный коэффициент

для тяжелого бетона

Куб с ребром, мм

Масштабный коэффициент

для тяжелого бетона 70 0,85 200 1,05

100 0,95 300 1,10 150 1,00 – –

89

Таблица П.8.11 Водоцементное отношение в бетонах с добавками для конструкций мостов

в зависимости от вида конструкции и марки по морозостойкости

Вид конструкции Марки по морозостойкости F100 F200 F300

Железобетонные и тонкостенные бетонные толщиной менее 0,5 м

–

0,50

0,45

Бетонные массивные 0,60 0,55 0,47 Бетонные облицовки – – 0,47


Расход цемента в бетонах для конструкций мостов

Расположение конструкции Минимальный расход

цемента, кг/м3

Класс прочности

бетона

Максимальный расход

цемента, кг/м3 Ниже глубины промерзания или возможного размыва дна

230

До В35 включительно

450

В подводной и надводной части сооружения

260

В40

500

В пределах переменного уровня воды или промерза-ния грунта

290

В45 и выше

550 В мостовом полотне 290 – –


Объем вовлеченного воздуха в бетонной смеси в зависимости от вида конструкции

Вид бетонной конструкции Объем вовлеченного воздуха

в бетонной смеси, % Мостовые бетонные и железобетонные конструкции

3,5 ±1,5

Покрытия проезжей части моста 5,5 ±1,5

90

Таблица П.8.14 Рекомендуемое содержание отдельных фракций крупного заполнителя

в составе бетона

Наибольшая крупность щебня, мм

Содержание фракций в крупном заполнителе, % по массе От 5 до 10 мм Св. 10 до 20

мм Св.20 до 40

мм Св. 40 до 70

мм 10 100 – – – 20 25 – 40 60 – 75 – – 40 15 – 25 20 – 35 40 – 65 – 70 10 – 20 15 – 25 20 – 35 35 – 55


Расход воды для бетонной смеси

Наибольшая крупность щебня, мм

Количество воды, л/м3, бетонной смеси при требуемой удобоукладываемости

жесткости, с подвижности, см, осадки конуса 50 – 80 20 –

40 1 – 2 3 – 4 5 – 6 7 – 8 9 –

10 11 – 14

70 130 140 150 155 160 165 170 180 40 135 145 155 160 165 170 175 185 20 140 155 165 170 175 180 185 200 10 150 165 175 180 185 190 195 215

Примечание. Количество воды затворения приведено для бетонных сме-

сей, приготовленных на портландцементе с нормальной густотой цементного теста, равной 26 %, и среднезернистом песке без пластифицирующих добавок. При введении добавок типа ЛСТ указанное количество воды должно быть уменьшено на 10 – 15 л/м3, при введении суперпластификаторов – на 30 л/м3.


Рекомендуемые значения r в зависимости от группы крупности песка

Группа крупности песка Значение r Мелкий 0,3 – 0,5 Средний 0,4 – 0,7 Крупный 0,5 – 0,9

91


ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ДОРОЖНЫМ БИТУМАМ

Таблица П.9.1 Требования ГОСТ 22245-90* к вязким дорожным битумам марок БНД

Показатель Норма для битума марки

БНД 200/300

БНД 130/200

БНД 90/130

БНД 60/90

БНД 40/60

Глубина проникания иглы, 0,1мм, не менее: при 25 °С

при 0 °С

201-300

45

131-200

35

91-130

28

61-90

20

40-60

13 Температура размягчения по кольцу и шару, °С, не ниже

35

40

43

47

51 Растяжимость, см, не менее: при 25 °С при 0 °С

– 20

70 6,0

65 4,0

55 3,5

45 –

Температура хрупкости, °С, не выше

–20

–18

–17

–15

–12

Температура вспышки, °С, не ниже

220

220

230

230

230

Изменение температуры размягчения после прогре-ва, °С, не более

7

6

5

5

5

Индекс пенетрации От –1,0 до +1,0

Таблица П.9.2 Требования ГОСТ 22245-90* к вязким дорожным битумам марок БН

Показатель Норма для битума марки

БН 200/300

БН 130/200

БН 90/130

БН 60/90

1 2 3 4 5 Глубина проникания иглы, 0,1мм, не менее: при 25 °С

при 0 °С

201-300

24

131-200

18

91-130

15

60-90

10 Температура размягчения по кольцу и шару, °С, не ниже

33

38

41

45

Растяжимость, см, не менее: при 25 °С при 0 °С

– –

80 –

80 –

70 –

Температура хрупкости, °С, не выше –14 –12 –10 –6

92

Окончание табл. П.9.2

1 2 3 4 5 Температура вспышки, °С, не ниже 220 230 240 240 Изменение температуры размягчения после прогрева, °С, не более

8

7

6

6

Индекс пенетрации От –1,5 до +1,0

Таблица П.9.3 Требования ГОСТ 11955-82* к среднегустеющим жидким битумам

Показатель Нормы по маркам битума СГ 40/70 СГ 70/130 СГ 130/200

Условная вязкость по вискозиметру с отверстием 5 мм при 60 °С, с

40 – 70

71 – 130

131 – 200

Количество испарившегося разжижи-теля, %, не менее

10

8

7

Температура размягчения остатка по-сле определения количества испарив-шегося разжижителя, °С, не ниже

37

39

39 Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, °С, не ниже

45

50

60

Испытание на сцепление с мрамором и песком

Выдерживают в соответствии с контрольным образцом № 2


Требования ГОСТ 11955-82* к медленногустеющим жидким битумам

Показатель Нормы по маркам битума МГ 40/70 МГ 70/130 МГ 130/200

Условная вязкость по вискозиметру с отверстием 5 мм при 60 °С, с

40 – 70

71 – 130

131 – 200

Количество испарившегося разжижи-теля, %, не менее

8

7

5

Температура размягчения остатка по-сле определения количества испарив-шегося разжижителя, °С, не ниже

28

29

30 Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, °С, не ниже

100

110

110

Испытание на сцепление с мрамором и песком

Выдерживают в соответствии с контрольным образцом № 2

93


ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ ГОСТ 9128-2009 К АСФАЛЬТОБЕТОННЫМ СМЕСЯМ И АСФАЛЬТОБЕТОНАМ

Таблица П.10.1 Зерновые составы минеральной части смесей и асфальтобетонов для верхних слоев покрытий, % по массе

Виды и типы смесей и асфальтобетонов

Размер зерен, мм, мельче 20 15 10 5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 0,071

Горячие: высокоплотные плотные типов:

90−100

70−100

(90−100)

56−100

(90−100)

30−50

24−50

18−50

13−50

12−50

11−28

10−16

Непрерывные зерновые составы А

Б В Г Д

90−100

90−100 90−100

− −

75−100 (90−100) 80−100 85−100

− −

62−100 (90−100) 70−100 75−100

100 100

40−50

50−60 60−70

70−100 70−100

28−38

38−48 48−60 56−82 60−93

20−28

28−37 37−50 42−65 42−85

14−20

20−28 28−40 30−50 30−75

10−16

14−22 20−30 20−36 20−55

6−12

10−16 13−20 15−25 15−33

4−10

6−12 8−14 8−16 10−16

Прерывистые зерновые составы А Б

Холодные типов: Бх Вх

Гх и Дх

90−100 90−100

90−100 90−100

−

75−100 80−100

85−100 85−100

−

62−100 70−100

70−100 75−100

100

40−50 50−60

50−60 60−70 70−100

28−50 38−60

33−46 48−60 62−82

20−50 28−60

21−38 38−50 40−68

14−50 20−60

15−30 30−40 25−55

10−28 14−34

10−22 23−32 18−43

6−16 10−20

9−16

17−24 14−30

4−10 6−12

8−12

12−17 12−20

94

Таблица П.10.2 Требования к показателям прочности, водостойкости,

сдвигоустойчивости и трещиностойкости асфальтобетонов из горячих смесей

Показатель Асфальтобетон марки

I II III Для дорожно-климатических зон

I II, III

IV, V

I II, III

IV, V

I II, III

IV, V

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Предел прочности при сжатии при температу-ре 50 °С, МПа, не ме-нее, для асфальтобето-нов:

высокоплотных 1,0 1,1 1,2 – – – – – – плотных типов: А Б В Г Д

0,9 1,0 –

1,1 –

1,0 1,2 –

1,3 –

1,1 1,3 –

1,6 –

0,8 0,9 1,1 1,0 1,1

0,9 1,0 1,2 1,2 1,3

1,0 1,2 1,3 1,4 1,5

–

0,8 1,0 0,9 1,0

–

0,9 1,1 1,0 1,1

–

1,1 1,2 1,1 1,2

Предел прочности при сжатии при температу-ре 20 °С для асфальто-бетонов всех типов, МПа, не менее

2,5 2,5 2,5 2,2 2,2 2,2 2,0 2,0 2,0

Предел прочности при сжатии при температу-ре 0 °С для асфальто-бетонов всех типов, МПа, не более

9 11 13 10 12 13 10 12 13

Водостойкость асфаль-тобетонов, не менее: плотных высокоплотных плотных при длитель-ном водонасыщении высокоплотных при длит. водонасыщении

0,95 0,95

0,90

0,95

0,90 0,95

0,85

0,90

0,85 0,90

0,75

0,85

0,90 –

0,85 –

0,85 –

0,75 –

0,80 –

0,70 –

0,85 –

0,75 –

0,75 –

0,65 –

0,7 –

0,6 –

95

Окончание табл. П.10.2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Сдвигоустойчивость по: – коэффициенту внут-реннего трения, не ме-нее, для асфальтобето-нов типов:

высокоплотных А Б В Г Д

0,86 0,86 0,80

– 0,78

–

0,87 0,87 0,81 – 0,80 –

0,89 0,89 0,83 – 0,82 –

0,86 0,86 0,80 0,74 0,78 0,64

0,87 0,87 0,81 0,76 0,80 0,65

0,89 0,89 0,83 0,78 0,82 0,70

– –

0,79 0,73 0,76 0,62

– –

0,80 0,75 0,78 0,64

– –

0,81 0,77 0,80 0,66

– сцеплению при сдви-ге при температуре 50 °С, МПа, не менее, для асфальтобетонов типов:

высокоплотных А Б В Г Д

0,25 0,23 0,32

– 0,34

–

0,27 0,25 0,37

– 0,37

–

0,30 0,26 0,38

– 0,38

–

– 0,22 0,31 0,37 0,33 0,47

– 0,24 0,35 0,42 0,36 0,54

– 0,25 0,36 0,44 0,37 0,55

– –

0,29 0,36 0,32 0,45

– –

0,34 0,40 0,35 0,48

– –

0,36 0,42 0,36 0,50

Трещиностойкость по пределу прочности на растяжение при раско-ле при температуре 0 °С и скорости де-формирования 50 мм/мин для асфаль-тобетонов всех типов, МПа: не менее не более

3,0 5,5

3,5 6,0

4,0 6,5

2,5 6,0

3,0 6,5

3,5 7,0

2,0 6,5

2,5 7,0

3,0 7,5

96

Таблица П.10.3 Требования к показателям пористости минеральной части

и водонасыщению высокоплотных и плотных асфальтобетонов из горячих смесей

Показатель Значение показателя

Пористость минеральной части, % по объему, для асфальтобетонов: высокоплотных

Не более 16 Плотных типов: А и Б

От 14 до 19

В, Г и Д Не более 22 Водонасыщение, % по объему, для асфальтобетонов: высокоплотных

От 1,0 до 2,5 Плотных типов: А

От 2,0 до 5,0

Б, В и Г От 1,5 до 4,0 Д От 1,0 до 4,0

97

ДОРОЖНО СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫbek.sibadi.org/fulltext/esd17.pdf ·...

Documents

Transcript of ДОРОЖНО СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫbek.sibadi.org/fulltext/esd17.pdf ·...