Пропорции щебня песка и цемента для бетона: Пропорции цемента и песка для фундамента: технология

Выберите эксперта и познакомьтесь онлайн. Никаких пакетов или подписок, платите только за необходимое время.

Как правильно смешать бетон? Соотношение бетонной смеси — Блог DTM Mix

Точность соотношения цементной смеси зависит от прочности бетона.Правильное соотношение цементной смеси и знание того, как правильно смешивать бетон, помогают гарантировать, что ваша работа продлится долго.

Что такое бетон?

Строительный материал, состоящий из смеси цемента, гравия или щебня и песка с водой и затвердевающий со временем, называется бетоном. Его широкое применение в строительных работах требует понимания рекомендуемых количеств материалов, необходимых в бетоне, которые считаются подходящими для конкретного использования.

В этой передышке важно рассмотреть возможные значения прочности бетона от C40 до C10. C40 считается самым сильным из возможных, а C10 — наименее сильным.

Какая самая лучшая пропорция бетонной смеси для обычных домашних работ?

Бетонная смесь C20 — это бетон средней прочности, рекомендуемый для основных строительных конструкций, таких как удержание столбов, садовых дорожек и многого другого. Однако эту цементно-песчаную смесь не рекомендуется использовать при строительстве фундамента и других строительных работах, для которых потребуется сверхупругий бетон.

Если у вас есть какие-либо серьезные структурные изменения или строительный проект, архитектор, инспектор по количеству или инспектор здания должны рекомендовать используемую прочность бетона. Это будет основано на некоторых параметрах, которые им придется изучить.

Соответствующее соотношение для C20 включает следующее:

• Цемент — 1 часть
• Песок (мелкий заполнитель) — 2 части
• Гравий (крупный заполнитель) — 4 части

Если требуется предварительно смешанный балласт, то на 1 часть цемента требуется 6 частей.

В идеале, используемая вода должна составлять 55 процентов от веса нетто цемента, если все остальные материалы будут поставляться абсолютно сухими. Однако на самом деле материалы обычно влажные, особенно песок. Затем вам, возможно, придется уменьшить количество добавляемой воды.

Для устранения небольшого дефекта в вашем заборе определенно не понадобится мешок для цементной смеси. Так что это может быть пустой тратой, если вы не будете использовать то, что осталось в ближайшее время. Проверьте сарай для дома в вашем районе, есть ли там готовые смеси из бетона для дома, которые могут быть подходящими для ремонта.

Какие меры предосторожности вам следует предпринять?

Цемент — не лучшая пудра для кожи. Итак, вы должны быть внимательны при работе с ним. Вы должны носить защитную одежду и использовать соответствующие материалы.

Убедитесь, что вы принимаете соответствующие меры предосторожности при добавлении воды, потому что объем добавляемой воды является приблизительным.

Какие еще прочности и типы бетонных смесей могут быть у вас?

Доступны бетонные смеси различной прочности и различных типов в зависимости от рекомендуемого использования.Роль, которую должен выполнять бетон, является наиболее важным фактором, который необходимо учитывать перед выбором типа бетона.

• Бетонная смесь C10
• C15 Бетонная смесь
• C25 Бетонная смесь
• C30 Бетонная смесь
• C35 Бетонная смесь
• Бетонная смесь C40

Какие материалы нужны для приготовления бетонной смеси?

• Агрегаты: Вы можете запросить грузовой автомобиль для доставки агрегатов вам после покупки его отдельно.Другой вариант — заполнитель, представляющий собой товарный цемент, который можно купить у строительных фирм. Обычно дешевле, если покупать отдельно. Но уточняйте у местных продавцов. У них также могут быть для вас выгодные предложения. Балласт — это смешанный заполнитель, содержащий мелкие камни и острый (или песчаный) песок.
• Цемент: Мешки с цементом бывают 25 кг или 50 кг и могут быть приобретены у строительных продавцов. Цемент изготавливается из известняка, который проходит множество этапов обработки.
• Вода: Незаменим при изготовлении бетона. Несмотря на свою важность, он не нужен в изобилии. Только рассчитанный объем воды необходим, чтобы бетон получился прочным.

Как смешивать бетон

Правильная смесь и сочетание материалов необходимы для получения хорошего бетона. Это довольно сложно, когда используется необходимое количество материалов. Балласт или заполнитель будет хорошо наваливаться на лопату, а цемент — нет, потому что он соскользнет с кучи.При этом 1 часть балласта должна быть такой же, как 1 часть цемента.

В этом случае рекомендуется использовать ведро или совок вместо лопаты, чтобы избежать ошибок в измерениях.

Методы смешивания бетона

Перемешивание можно производить руками или бетономешалкой. Если вы собираетесь готовить более одной партии бетона, убедитесь, что они одинаково влажные. В противном случае бетон не высохнет равномерно. Это может вызвать трещины и усадку в бетоне.

1. Смешивание бетона вручную

Ничего страшного, если это небольшое количество цемента. В противном случае вы не сможете его достаточно тщательно перемешать, и качество бетона может оказаться плохим. Итак, нужно знать, как правильно замешивать цемент.

Если вам когда-нибудь придется перемешивать руками, вы должны выполнить следующие действия:

и. Накройте рабочее место брезентом или другим подходящим материалом. Вы также можете использовать микшерный пульт, который можно использовать повторно. Вы также можете импровизировать с деревяшкой.

ii. Как объяснялось ранее, используйте коэффициенты и примите меры предосторожности. В рекомендуемом соотношении положите материалы по центру доски или на брезент.

iii. Тщательно перемешайте заполнители и цемент, пока не получите однородный продукт — заполнитель хорошо смешался с цементом. Зачерпните кучу смеси на другой стороне доски. Разбивайте комки, пока прокладываете себе путь через кучу, аккуратно насыпая одну лопатку поверх другой.

iv. Соберите смесь в центре рабочей зоны, а затем зачерпните необходимое количество цемента.

v. Насыпьте около трети цемента поверх вашей сваи, затем перемешайте складыванием, как вы делали выше, пока цемент не будет тщательно перемешан, а затем повторите процесс еще два раза для оставшихся двух третей. Если есть комочки, мелко их разбейте. Наиболее важной частью этого является обеспечение равномерного смешивания цемента с песком и заполнителем.

vi. Разложите ворс так, чтобы в центре получилась выемка. Полость предназначена для воды, которую вы собираетесь использовать. Следует добавить только треть от предполагаемого количества воды, которая будет использоваться.

vii. Работая вокруг кучи, медленно зачерпните смесь водой с внешней стороны в полый кратер. Хорошо перемешайте его с водой, пропустив лопатку или ручной шпатель.

viii. Снова сложите его в кучу и сделайте выемку в центре, добавьте вторую треть воды, а затем обходите ее, как в первый раз.

ix. Сбрызните смесь оставшейся водой, вывернув ее наизнанку. Делать это нужно до тех пор, пока «расплавленная» смесь равномерно не пропитается водой.

2. Как смешивать бетон с помощью бетономешалки

Вы можете арендовать бетономешалку. Если вы много перемешиваете цемент, в конечном итоге будет более экономично купить его. Если миксер вам больше не нужен, его можно продать.

Смеситель обеспечивает лучшее качество смесей, поскольку он тщательно взбивает бетон, чтобы получить однородный продукт без напряжения. Доступны смесители разной вместимости.

Для использования миксера необходимо выполнить следующие действия:

и.Чтобы не испачкать пол, вам следует накрыть место брезентом и установить миксер посередине зоны. Подключите его к источнику питания с помощью подходящего удлинительного кабеля. Включите его, чтобы убедиться, что он работает.

ii. Начните с заполнения трех четвертей воды, необходимой для бетона, затем добавьте половину количества гравия и песка.

iii. Вы должны помнить о том, что не следует полностью погружать лопату во вращающийся миксер при добавлении материалов. Миксер может вас осилить и вырвать лопату из рук.При вращении миксера конец лопаты может ударить вас. Поэтому вам следует научиться бросать материалы в миксер так, чтобы лопата не заходила в его барабан.

iv. После этого добавьте весь необходимый цемент. Цемент подобен пыли, и пока вы включаете его в миксер, вы можете получить облако извести, которое может раздражать вашу кожу и глаза, а также вызывать кашель.

v. Наконец, добавьте то, что осталось от песка и гравия. Затем дайте смеси взбиться полминуты, прежде чем проверить, достаточно ли воды.

vi. При необходимости добавляйте каждый раз только небольшое количество воды, следя за консистенцией, и оставляйте перемешиваться примерно на минуту, прежде чем снова добавлять воду.

vii. Вы также можете использовать разбрызгиватель, чтобы намочить бетон, и попытаться измерить количество добавляемой воды. Никогда не добавляйте воду в бетономешалку из шланга.

viii. Когда бетон удовлетворительно перемешался, вылейте содержимое миксера в тачку, медленно наклоняя барабан миксера.Попробуй достать все в миксере. Конечно, вы можете использовать ручной шпатель, чтобы очистить его, когда миксер остановился. После перемешивания промойте барабан водой.

Для проверки качества смеси может быть проведен тест на оседание.

Как защитить бетон, пока он не затвердеет?

В зависимости от условий, в которых вы работаете, вам необходимо знать некоторые меры, которые помогут вашему бетону хорошо застыть.

Обычно, когда бетон сохнет слишком быстро, в нем остаются трещины.Он также будет слабее, чем должен быть. Но когда он высыхает медленно, он становится сильнее.

Однако при отрицательных температурах бетон затвердевает очень медленно, но это не значит, что он будет прочнее. Вода в бетоне замерзает и снижает связывающую способность цемента. Поэтому, когда становится теплее и кусочки льда, застрявшие в бетоне, тают, в нем остается много мелких пустот. Эти полости ограничивают прочность вашего бетона.

Следовательно, вы должны установить оптимальную температуру для работы, чтобы получить наилучший результат.Но, если вы не можете дождаться благоприятной погоды, вы можете сделать следующее в зависимости от сценария:

• В жаркие и засушливые дни дайте бетону высохнуть, пока он не станет немного твердым. Затем накройте полиэтиленом или пузырчатой ​​пленкой, чтобы уменьшить скорость высыхания.
• В холодные дни можно накрыть одеялом, чтобы согреться и предотвратить замерзание воды. Вы также можете решить работать в самое теплое время дня, чтобы бетон был достаточно твердым до холода.

Заключение

Правильный состав вашего бетона с материалами в рекомендуемом соотношении способствует получению хорошего бетона.Использование правильной техники смешивания и помощь вашему бетону в его высыхании также сделают бетон прочным.

Расчет пропорции бетонной смеси, основанный на пустоте упаковки частиц и испытаниях на прочность на сжатие и модуль упругости бетона

Материалы (Базель). 2021 фев; 14 (3): 623.

Поступила в редакцию 26 декабря 2020 г .; Принято 21 января 2021 г.

Abstract

В соответствии с основным принципом плотной упаковки частиц и с учетом взаимодействия между частицами была предложена модель плотной упаковки сыпучих материалов в бетоне. При создании этой модели были проведены испытания бинарной упаковки частиц щебня и песка. Подгоночный анализ результатов испытаний определяет взаимосвязь между соотношением размеров частиц и остаточной объемной долей упаковки частиц, а затем была получена фактическая доля пустот в упаковке частиц, на основе которой было объединено соотношение воды и связующего для определения количество различных материалов в бетоне.Предложенный метод расчета бетонной смеси был использован для приготовления бетона, его прочность на сжатие и модуль упругости были испытаны экспериментально. Результаты испытаний показывают, что объемная доля заполнителя приготовленного бетона увеличилась, а удобоукладываемость бетонной смеси с соответствующим количеством водоредуктора соответствует проектным требованиям. Когда соотношение вода – вяжущее составляло 0,42, 0,47 или 0,52, прочность на сжатие бетона увеличивалась по сравнению с контрольным бетоном, а степень улучшения прочности на сжатие увеличивалась с уменьшением отношения вода – вяжущее; когда соотношение вода-связующее составляло 0.42, 0,47 или 0,52, статический модуль упругости бетона увеличился по сравнению с контрольным бетоном, а степень улучшения модуля упругости также увеличилась с уменьшением соотношения вода-вяжущее. Модуль упругости и прочность на сжатие подготовленного бетона имеют положительную корреляцию. Результаты показывают, что метод расчета бетонной смеси, предложенный в этом исследовании, осуществим и в определенном смысле является передовым.

Ключевые слова: бетон , пористость, расчет бетонной смеси, прочность на сжатие, модуль упругости

1.Введение

Соотношение бетонной смеси — это пропорциональное соотношение между количеством каждого составляющего материала в бетоне, а характеристики бетона тесно связаны с его соотношением в смеси. В разных странах существуют разные методы расчета соотношений компонентов смеси. Американский метод ACI прост и удобен, а соотношение бетонной смеси можно определить, просмотрев соответствующие формы [1]. Британский метод BRE аналогичен методу ACI в выборе параметров, но при разработке соотношения смеси учитывается больше факторов [2].Французский метод Дре более точно учитывает параметры в расчете соотношения компонентов смеси. Французский метод де ларрада основан на физических и математических моделях, поэтому в теории он лучше [3]. Китайский метод JG55 [4] является полуэмпирическим и для большей части Китая является универсальным и действенным методом расчета бетонной смеси.

Среди материалов, составляющих бетон, крупнозернистый заполнитель, мелкий заполнитель и вяжущие материалы — все гранулированные материалы, и можно сказать, что бетон представляет собой плотное твердое вещество, образованное путем заполнения этих гранулированных материалов друг другом [5].Согласно принципам упаковки частиц и материаловедению, способ упаковки гранулированных материалов в бетон оказывает большое влияние на их макромеханические свойства; то есть чем плотнее упаковка частиц, тем меньше пустоты и больше точек контакта между частицами, что теоретически приводит к более высокой прочности бетона [6]. Плотная упаковка означает, что когда частицы упакованы, пространства между крупными частицами заполняются более мелкими частицами, а пространства между более мелкими частицами затем заполняются более мелкими частицами [7], чтобы достичь максимальной компактности.Поэтому конструкция бетонной смеси на основе плотно упакованных частиц привлекла внимание исследователей. Хуан Чжао-лонг [8,9,10] предложил «Метод расчета пропорций плотной смеси встречного заполнения», который сначала заполняет летучую золу в песке, а затем засыпает лучшую смесь летучей золы и песка в щебень, таким образом определяя максимальный удельный вес каждого твердого материала в бетоне посредством испытаний на набивку, а затем получая минимальный коэффициент пустотности. Вдохновленный «Методом расчета пропорции плотной смеси с обратным заполнением», Ван Лин-лин [11] предложил «Метод расчета пропорции плотной смеси с обратным заполнением», который отличается от «Методика расчета пропорции плотной смеси с обратным заполнением» тем, что материал заполняется в другом порядке; То есть сначала в щебень засыпается песок, а затем зола-унос заливается в оптимальную смесь песка и щебня.Ван Ли-цзю [12] предложил «Расчет коэффициента заполнения бетона с коэффициентом заполнения», в котором коэффициент заполнения отражает пропорциональное соотношение между заполнителем и заполнителем бетона; в бетоне, разработанном этим методом, снижается расход цемента на кубический метр бетона, а также улучшаются текучесть и прочность бетона. Fu Pei-xing [13], основываясь на характеристиках неоднородных композитов на основе цемента, указал, что бетон состоит из четырех объемов: цементного теста, воздуха, песка и камня; они предложили, чтобы расчет соотношения бетонной смеси был основан на этих четырех объемных соотношениях, в которых количество песка и гравия определяется в соответствии с принципом плотной упаковки.Нан Су [14] предложил метод расчета смеси для текучего бетона средней прочности с низким содержанием цемента; этот метод сначала определяет коэффициент упаковки (содержание заполнителя), а затем в пустоты между заполнителями заполняют связующую пасту, чтобы получить бетон, который имеет желаемую удобоукладываемость и прочность. В методе, предложенном Х. Ф. Кампосом [15], пропорции между мелкими материалами и агрегатами основаны на методах упаковки частиц; его метод был использован для производства высокопрочного бетона, который был испытан и показал высокую прочность на сжатие и высокий модуль упругости.В дополнение к приведенному выше обзору существует множество других связанных исследований [16,17,18,19].

Это исследование предлагает новый метод расчета соотношения бетонной смеси. Этот метод основан на испытании бинарной упаковки частиц щебня и песка, и зависимость между соотношением размеров частиц и оставшейся объемной долей упаковки частиц определяется посредством анализа результатов испытания. Кроме того, получается фактическая пористость упаковки частиц, а затем соотношение воды и связующего объединяется для определения количества различных материалов в бетоне.Затем предлагаемый метод расчета бетонной смеси используется для приготовления бетона, и проверяются его прочность на сжатие и модуль упругости, два основных параметра при проектировании бетонных конструкций.

2. Модель упаковки частиц в бетоне

2.1. Базовая модель упаковки твердых частиц

Крупные и мелкие заполнители и вяжущие материалы представляют собой зернистые материалы в бетоне. Принимая во внимание взаимное заполнение частиц с разными размерами, частицы упаковываются с целью достижения максимальной компактности или минимального коэффициента пустотности после смешивания частиц.Основное модельное выражение для упаковки частиц выглядит следующим образом:

Объемная доля крупного заполнителя:

Объемная доля мелкого заполнителя:

Объемная доля вяжущего материала:

y3 = φ1⋅φ2⋅ (1 − φ3)

(3 )

Общая объемная доля для упаковки частиц:

y3 = φ1⋅φ2⋅ (1 − φ3)

(4)

где φ1, φ2 и φ3 — пористость крупного заполнителя, мелкого заполнителя и вяжущего материала, соответственно (%). Кроме того,

где ρ0i и ρ0i ′ — кажущаяся плотность и естественная объемная плотность каждого материала, соответственно, в кг / м ³ .

Данная модель упаковки предложена на основе теоретической плотной упаковки между частицами с различными размерами частиц; то есть мелкие заполнители заполняют промежутки крупных заполнителей, а вяжущие материалы заполняют промежутки крупных и мелких заполнителей.

2.2. Взаимодействие между частицами в системе упаковки

Когда частицы разных размеров смешиваются, они оказывают пространственное влияние друг на друга, описываемое эффектом расклинивания [20]. Когда преобладают крупные частицы, практически все мелкие частицы заполняют пустоты между крупными частицами.Однако некоторые изолированные мелкие частицы могут задерживаться в узких зазорах между крупными частицами, а не заполнять пустоты между крупными частицами. В результате крупные частицы расклиниваются, что приводит к образованию пустот в промежутках между крупными частицами. Когда преобладают мелкие частицы, крупные частицы рассеиваются в море мелких частиц, так что между соседними крупными частицами всегда остается промежуток. Однако ширина зазора может быть распределена неравномерно, а некоторые зазоры могут быть относительно небольшими.Если зазор слишком мал, чтобы вместить даже один слой мелких частиц, их слой внутри зазора не может быть полным, и внутри зазора может быть только одна или две изолированные мелкие частицы, что приводит к образованию относительно больших пустоты.

Эффект расклинивания делает фактическую пористость пакета частиц больше теоретической пористости пакета частиц, и это взаимодействие между частицами связано с соотношением размеров частиц между частицами [20].

2.3. Модификация базовой модели упаковки частиц

2.3.1. Испытание на бинарную упаковку частиц

Были выбраны частицы размером 22,75, 17,5, 12,75, 7,125, 3,555, 1,77, 0,89, 0,45 и 0,225 мм, и каждый размер представлял собой среднее арифметическое значений соседних размеров стандартного сита для бетона. песок и гравий, указанные в стандарте для технических требований и метода испытаний песка и щебня (или гравия) для обычного бетона (национальный стандарт Китайской Народной Республики, JGJ52-2006).

Выбранные частицы были объединены попарно и распределены в 20 групп в соответствии с соотношением размеров частиц от малого к большому, а затем 20 групп частиц были подвергнуты испытаниям на упаковку частиц. В соответствии с базовой моделью упаковки частиц (уравнения (1) и (2)) определяется количество крупных и мелких агрегатов, и из-за эффекта расклинивания остается остаточное количество частиц в фактическом процессе упаковки. Остаточное количество может быть измерено в тесте на упаковку, а остаточная объемная доля частиц рассчитывается как

f2 (xi) = mdi + 1′ρi + 1⋅Vc

(7)

где, f1 (xi) — остаточная объемная доля частиц размером di,%; f2 (xi) — остаточная объемная доля частиц размером di + 1,%; mdi′ — остаточная масса частиц размером di, кг; mdi + 1′ — остаточная масса частиц размером di + 1, кг; ρi — кажущаяся плотность частиц с размером частиц di, кг / м ³ ; ρi + 1 — кажущаяся плотность частиц с размером частиц di + 1, кг / м ³ ; Vc — объем контейнера, м ³ .

Тест бинарной упаковки частиц и его результаты показаны в.

Таблица 1

Испытание на бинарную упаковку частиц.

0,40 2 0,1689

Кривая зависимости между соотношением размеров частиц и остаточной объемной долей частиц построена по результатам испытаний, как показано на рис.Из этого видно, что соотношение размеров частиц x _i оказало аналогичное влияние на остаточные объемные доли частиц f1 (xi) и f2 (xi); то есть при увеличении x _i и f1 (xi), и f2 (xi) показали тенденцию к снижению. Однако имелась разница в степени влияния между частицами разных размеров, т. Е. Когда x _i превышало 5, влияние частиц диаметром di + 1 на частицы диаметром di было значительно больше. чем у частиц диаметром di на частицы диаметром di + 1.

Кривая зависимости между соотношением размеров частиц и остаточной объемной долей частиц.

2.3.2. Поправка базовой модели

Для упрощения модели были сделаны следующие допущения: (1) система бетонной набивки состояла из разных материалов, и каждый материал принимал свой среднеобъемный размер частиц в качестве характерного размера частиц; (2) имелась большая разница в размере частиц между материалами бетонной композиции, такими как крупный заполнитель, мелкий заполнитель и вяжущий материал.Мы проигнорировали влияние между частицами несмежного размера; то есть мы рассматривали только эффекты между крупным заполнителем и мелким заполнителем и эффекты между мелким заполнителем и вяжущим материалом, в то время как эффекты между крупным заполнителем и вяжущим материалом не принимались во внимание.

На основе результатов испытания на упаковку частиц и сделанных выше предположений базовая модель (уравнения (1) — (4)) была модифицирована, и модифицированное модельное выражение выглядит следующим образом:

Фактическая объемная доля грубых частиц заполнитель:

Фактическая объемная доля мелкого заполнителя:

y2 ′ = φ1′⋅ (1 − φ2 ″)

(9)

Фактическая объемная доля вяжущего материала:

y3 ′ = φ1′⋅φ2 ″ ⋅ (1 − φ3 ′)

(10)

Фактическая общая объемная доля для упаковки частиц:

y ′ = 1 − φ1 ′ + φ1′⋅ (1 − φ2 ″) + φ1′⋅φ2 ″ ⋅ (1− φ3 ′)

(11)

где φ1 ′, φ2 ″ и φ3′ — фактическая пористость крупного заполнителя, мелкого заполнителя и вяжущих материалов.

Подставляя остаточные объемные доли частиц в уравнения (8) — (10), мы получаем следующее:

Фактическая объемная доля крупного заполнителя:

y1 ′ = 1 − φ1 ′ = (1 − φ1) ⋅ (1 −f1 (x1))

(12)

Фактическая объемная доля мелкого заполнителя:

y2 ′ = φ1′⋅ (1 − φ2 ″) = φ1⋅ (1 − φ2) ⋅1 − f2 (x1) × (1 − f1 (x2))

(13)

Фактическая объемная доля вяжущего материала:

y3 ′ = φ1′⋅φ2 ″ ⋅ (1 − φ3 ′) = φ1⋅φ2⋅ (1 − φ3) ⋅ (1 − f2 (x2))

(14)

где, f1 (x2) и f2 (x2) — остаточные объемные доли частиц размером d1 и d2 при соотношении размеров x1; f1 (x2) и f2 (x2) — остаточные объемные доли частиц размером d2 и d3 при соотношении размеров x2.

2.3.3. Определение фактического объема пустот в набивке из частиц

Решение по уравнениям (12) — (14):

Фактический объем пустотности крупнозернистого заполнителя:

φ1 ′ = φ1 + f1 (x1) −φ1⋅f1 (x1)

(15)

Фактическая пористость мелкого заполнителя:

φ2 ″ = 1 − φ1⋅ [1 + φ1⋅f2 (x1) −φ1 − f2 (x1)] ⋅ [1 − f2 (x1)] φ1 + f1 (x1) −φ1 ⋅f1 (x1)

(16)

Фактическая пористость цементирующего материала:

φ3 ′ = 1− (1 − φ3) ⋅ [1 − f2 (x2)] 1 − f2 (x1)

(17)

где f1 (xi) = 0,212xi − 0.327; f2 (xi) = 0,0894xi − 0,715.

3. Проектирование бетонной смеси

3.1. Материалы

(1) Цемент: портландцемент обыкновенный с классом прочности 42,5; основные компоненты показаны на, а основные технические характеристики показаны на.

Таблица 2

Основные компоненты цемента (массовая доля).

0 Таблица 3 Основные технические характеристики цемента.

(2) Мелкозернистый заполнитель: речной песок в зоне II; основные технические характеристики представлены в.

Таблица 4

Основные технические свойства песка.

(3) Крупный заполнитель: щебень, непрерывная градация 5–25 мм; основные технические характеристики представлены в.

Таблица 5

Основные технические свойства щебня.

(4) Водовосстанавливающий агент: высокоэффективный водовосстанавливающий агент на основе поликарбоновой кислоты, светло-желтая жидкость с плотностью 1,1 г / см ³ и pH 7,0–8,0.

(5) Вода: питьевая вода.

3.2. Фактические пустоты для частиц

На основе основных технических параметров составляющих бетонных материалов фактические пустоты гранулированного материала в бетоне были рассчитаны по уравнениям (15) — (17), как показано на рис.

Таблица 6

Фактическая пористость сыпучих материалов в бетоне.

3.3. Состав бетона Количество материалов на м

Были выбраны три соотношения вода – вяжущее 0,42, 0,47 и 0,52, расчетная осадка бетонной смеси составляла 70–90 мм.

Расчет количества щебня, песка, цемента и воды в 1 м бетона ³ выглядит следующим образом:

м1 = V⋅y1′⋅ξ⋅ρ01

(18)

м2 = V⋅y2′⋅ξ⋅ρ02

(19)

м3 = V⋅y3′⋅ξ⋅ρ03

(20)

где m1, m2, mw — масса щебня, песка, цемента и воды, кг; ρ01, ρ02, ρw — кажущаяся плотность щебня, песка, цемента и воды, кг / м ³ ; В — объем бетона, принимаемый за 1 м ³ ; ξ — коэффициент объемной усадки выражается следующим образом:

ξ = 1y1 ′ + y2 ′ + y3 ′ + yw

(22)

где y _w — объемная доля воды, выраженная следующим образом:

yw = WB⋅ρ03⋅y3′ρw

(23)

где W / B — соотношение вода – связующее.

Поместите уравнения (8) — (10), (22) и (23) и различные параметры материала в уравнения (18) — (21), и вы сможете получить количество щебня, песка, цемента и воды. в 1 м бетона ³ , см. C-1, C-2 и C-3 дюйм.

Таблица 7

In, C0-1, C0-2 и C0-3 являются контрольным бетоном, а расчет соотношений смеси основан на Спецификации для расчета пропорций смеси обычного бетона (национальный стандарт Китайская Народная Республика, JGJ55-2011).Количество введенного водоредуктора было определено испытанием бетонной смеси на удобоукладываемость. Все бетонные смеси соответствовали расчетной осадке 70–90 мм, расслоения и расслоения отсутствовали.

4. Испытание бетона на прочность при сжатии

Испытание проводилось в соответствии с методом испытания бетона на прочность на сжатие, указанным в Стандарте для метода испытаний механических свойств обычного бетона (национальный стандарт Китайской Народной Республики, Великобритания / Т50081-2002).В этом методе есть три образца для испытаний размером 100 мм × 100 мм × 100 мм в каждой группе, и результат испытания представляет собой среднее значение значений прочности на сжатие трех образцов для испытаний. Результаты испытаний показаны в, в котором данные рядом с столбцом представляют собой среднее значение и стандартное отклонение (в скобках) прочности на сжатие, а экспериментальные данные менее дискретны.

Прочность бетона на сжатие.

Из этого видно, что при соотношении вода – связующее, равном 0.42, 0,47 и 0,52, закон развития прочности на сжатие бетона в группе C с возрастом в основном соответствовал закону развития прочности на сжатие контрольного бетона (C0) с возрастом и прочности на сжатие бетона в обеих группах. увеличивается с увеличением возраста. В том же возрасте изменяющийся закон прочности на сжатие бетона группы C с водоцементным соотношением был таким же, как изменяющийся закон прочности на сжатие бетона группы C0 с водоцементным соотношением.Прочность на сжатие бетона обеих групп уменьшалась с увеличением водоцементного отношения; однако, когда соотношение вода – вяжущее составляло 0,42, 0,47 или 0,52, прочность на сжатие бетона в группе C была выше, чем у контрольного бетона с таким же соотношением воды и вяжущего. Скорость роста прочности бетона на сжатие показана на. Из этого видно, что бетон с отношением воды к вяжущему, равным 0,42, имел наивысшую скорость роста прочности на сжатие в каждом возрасте, за ним следует бетон с отношением воды к вяжущему, равным 0.47, а затем 0,52. За исключением одной точки, можно сказать, что чем меньше соотношение вода-связующее, тем больше скорость роста прочности на сжатие в каждом возрасте.

Таблица 8

Скорость роста прочности бетона на сжатие (%).

Испытание проводилось в соответствии с методом испытания модуля упругости бетона при статическом сжатии, указанным в Стандарте для метода испытаний механических свойств обычного бетона (национальный стандарт Китайской Народной Республики, Великобритания / Т50081-2002).В методе каждая группа имела шесть образцов размером 150 мм × 150 мм × 300 мм, которые были отверждены в течение 28 дней перед испытанием. Среди них три образца использовались для проверки прочности бетона на осевое сжатие, а три других образца использовались для проверки модуля упругости бетона. Результаты испытаний принимаются как среднее значение испытанного модуля упругости трех образцов, как показано на, где данные рядом с столбцом представляют собой среднее значение и стандартное отклонение (в скобках) модуля упругости, а экспериментальные данные менее дискретны.

Модуль упругости бетона.

Как видно из, при соотношении вода – вяжущее 0,42, 0,47 и 0,52, закон изменения модуля упругости бетона группы C с соотношением вода – вяжущее в основном согласовывался с законом изменения упругого модуль упругости контрольного бетона с соотношением воды и вяжущего. Когда соотношение вода – вяжущее составляло 0,42, 0,47 или 0,52, модуль упругости бетона в группе C был выше, чем в группе C0 с таким же соотношением воды и цемента.В частности, когда соотношение вода – вяжущее составляло 0,42, модуль упругости бетона увеличился на 20,44%; при соотношении вода – вяжущее 0,47 модуль упругости бетона увеличился на 17,55%; при соотношении вода – вяжущее 0,52 модуль упругости бетона увеличился на 15,95%. Чем меньше соотношение вода – вяжущее, тем больше увеличивается модуль упругости бетона.

Отношение между напряжением и деформацией до предельного напряжения бетона при осевом сжатии показано на.Из этого видно, что при том же водоцементном соотношении восходящий участок кривых растяжения группы C был круче, чем у группы C0, и предельное напряжение увеличивалось.

Взаимосвязь между напряжением и деформацией бетона.

6. Анализ и обсуждение

Метод расчета бетонной смеси, предложенный в этом исследовании, был основан на плотной упаковке частиц. Поскольку заполнитель представлял собой гранулированный материал с наибольшей долей в бетоне, объемная доля заполнителя в бетоне, приготовленном этим методом, увеличивалась в разной степени.Объемная доля заполнителя указана в. Как видно из, когда соотношение вода – связующее составляло 0,42, 0,47 и 0,52, объемная доля заполнителя увеличивалась на 18,72%, 13,49% и 8,97% соответственно.

Таблица 9

Объемная доля заполнителя в бетоне.

7

7

Срезы образца бетона были взяты случайным образом. Грубая совокупная информация была извлечена на разрезе с помощью программного обеспечения для обработки изображений IPP, и была выполнена обработка оттенков серого, как показано на.Из этого можно интуитивно увидеть распределение крупного заполнителя в бетоне, среди которых крупный заполнитель в группе C0 был взвешен в матрице цементного раствора, в то время как крупный заполнитель в группе C был близко расположен и даже перекрывался друг с другом, образуя относительно каркас из плотного бетона.

Распределение крупного заполнителя по участкам бетона.

Бетон — это многофазный композитный материал, состоящий из раствора, крупного заполнителя и переходной зоны между ними.Поскольку заполнитель имеет большую объемную долю в бетоне, особенно крупный заполнитель, он оказывает большое влияние на механические параметры, такие как прочность на сжатие и модуль упругости в условиях определенного вяжущего материала и водоцементного отношения [21].

В бетоне группы C более высокая объемная доля заполнителя заставляет заполнитель более плотно распределяться в бетоне (как видно из), так что заполнитель действует как больший каркас в бетоне. Кроме того, из этого видно, что при соотношении вода – связующее было 0.42, 0,47 и 0,52, степень увеличения прочности на сжатие бетона в группе C увеличивалась с уменьшением соотношения вода – вяжущее. Это в основном связано с тем, что скорость увеличения объемной доли заполнителя в бетоне в группе C увеличивалась по мере уменьшения соотношения вода-вяжущее (см.), Что также доказывает с другой точки зрения, что увеличение объемной доли заполнителя полезно для улучшения прочность бетона на сжатие. В этом исследовании прочность бетона на сжатие увеличивалась с увеличением объемной доли заполнителя, что согласуется с результатами исследований, приведенными в ссылке [22].

показывает СЭМ микроморфологию переходной зоны бетонной поверхности раздела. Как видно из рисунка, при соотношении вода – вяжущее 0,42, 0,47 и 0,52 в зоне межфазного перехода контрольного бетона наблюдались явные микротрещины и дефекты; в то время как микротрещины в межфазной переходной зоне в бетоне группы C не были столь очевидны, как в контрольном бетоне с таким же соотношением воды и вяжущего, и дефектов было относительно мало. Микротрещины в межфазной переходной зоне в основном возникают из-за ранней усадки бетона, и увеличение объемной доли заполнителя увеличит степень сдерживания заполнителя при усадке раствора, тем самым улучшив микротрещины в бетоне. интерфейсная переходная зона [23].Разрушение обычного бетона при сжатии в основном происходит в переходной зоне границы раздела и части цементного камня, поэтому улучшение переходной зоны раздела фаз напрямую приведет к увеличению прочности бетона на сжатие.

Микроморфология переходной зоны раздела в бетоне (× 2000).

Из этого видно, что при соотношении вода – вяжущее 0,42, 0,47 или 0,52 модуль упругости бетона группы C был выше, чем у контрольного бетона с тем же соотношением воды и вяжущего, и степень увеличения модуль упругости также увеличивался при уменьшении соотношения вода – связующее.Заполнитель — это компонент с наибольшим модулем упругости в бетоне, поэтому увеличение объемной доли заполнителя может в определенной степени увеличить модуль упругости бетона. Как видно из, когда соотношение вода-вяжущее составляло 0,42, 0,47 или 0,52, предел прочности бетона в группе C был больше, чем у контрольного бетона с таким же соотношением вода-вяжущее при осевом сжатии, что указывает на то, что модуль упругости бетона имеет положительную корреляцию с прочностью на сжатие, что согласуется с результатами исследований в литературе [22].

Кроме того, из этого видно, что при соотношении вода – вяжущее 0,42, 0,47 или 0,52 количество цемента в группе C было ниже, чем в группе C0 с таким же соотношением воды и вяжущего. Производство портландцемента требует большого количества энергии, выделяя значительное количество CO ₂ [16], а большое количество потребляемой энергии и выбросы CO ₂ окажут большое влияние на среду обитания человека. Следовательно, уменьшение количества цемента в бетоне имеет большее значение для защиты окружающей среды и устойчивого развития.

7. Выводы

В данном исследовании был предложен метод расчета бетонной смеси, основанный на принципе плотной упаковки частиц, и этот метод был использован для приготовления бетона. Экспериментально исследованы прочность на сжатие и модуль упругости бетона. Наблюдалось крупное распределение заполнителя и переходная зона раздела в бетоне, и были сделаны следующие выводы:

• (1)

  Метод расчета пропорции бетонной смеси на основе межчастичной пористости, предложенный в исследовании, является своего рода расчетом. метод дозирования бетонной смеси по принципу плотной упаковки частиц.

• (2)

  Функциональная зависимость между соотношением размеров частиц и остаточной объемной долей частиц является основой для определения фактической пористости гранулированного материала в бетоне.

• (3)

  Крупные заполнители в бетоне, приготовленном методом, предложенным в этом исследовании, тесно распределены и даже перекрывают друг друга, образуя относительно плотный каркас бетонного ядра. Также в определенной степени уменьшаются микротрещины и дефекты в межфазной переходной зоне бетона.

• (4)

  В бетоне наблюдается увеличение объемной доли заполнителя и соответствующее уменьшение количества цемента, а при добавлении соответствующего количества водовосстанавливающего агента удобоукладываемость бетонной смеси соответствует требования к дизайну.

• (5)

  Когда соотношение воды и связующего составляло 0,42, 0,47 или 0,52, прочность на сжатие бетона возрастом 3, 7, 28 или 90 дней увеличивалась по сравнению с контрольным бетоном при того же возраста, и степень увеличения прочности на сжатие увеличивалась по мере уменьшения соотношения вода – связующее.

• (6)

  Когда соотношение вода-вяжущее составляло 0,42, 0,47 или 0,52, статический модуль упругости бетона увеличивался по сравнению с таковым у контрольного бетона, и степень увеличения статического модуля упругости увеличивалась по мере увеличения отношение воды к связующему уменьшилось, показывая, что модуль упругости положительно коррелирует с прочностью на сжатие.

Вклад авторов

Концептуализация, Y.-H.C. и Б.-Л.З .; следствие, Б.-Л.З., С.-Х.Й. и B.-Q.T .; кураторство данных, Б.-Л.З .; письменность — подготовка оригинального черновика, Y.-H.C .; написание — просмотр и редактирование, Y.-H.C .; наблюдение, Y.-H.C .; привлечение финансирования, Y.-H.C. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование

Это исследование было поддержано Национальным фондом естественных наук Китая (грант № 51874076).

Заявление о доступности данных

Данные, представленные в этом исследовании, находятся в открытом доступе.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Сноски

Примечание издателя: MDPI сохраняет нейтралитет в отношении юрисдикционных претензий на опубликованных картах и ​​сведениях об учреждениях.

Список литературы