способ определения модуля упругости заполнителя

Формула изобретения

Способ определения модуля упругости заполнителя в бетоне, включающий изготовление образцов, определение модуля упругости образцов, отличающийся тем, что изготавливают образцы, содержащие эталонный и исследуемый крупный заполнители с различной его абсолютной концентрацией, модуль упругости растворной составляющей определяют по результатам испытаний бетонных образцов на эталонном заполнителе, а модуль упругости исследуемого заполнителя находят из формулы



где E_о, E_зэ, E_зи, E_р - соответственно модули упругости бетона, эталонного заполнителя, исследуемого заполнителя, растворной составляющей, мПа;

₁, ₂ - соответственно абсолютная объемная концентрация эталонного и исследуемого заполнителей.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области испытаний строительных материалов и может быть использовано для определения упругих свойств (модуля упругости при оценке качества заполнителей).

Известен способ определения модуля упругости заполнителей посредством изготовления из исходной горной породы образцов правильной геометрической формы, например, призм, испытание их осевой сжимающей нагрузкой с измерением соответствующих деформаций, и расчета модуля упругости как отношения величины напряжений к соответствующей или относительной деформации в упругой стадии работы материала (Ицкович С.М., Чумаков Л.Д., Баженов Ю.М. Технология заполнителей бетона. - М.: Высшая школа., 1991, с. 27, 37 - 38). Указанный способ обладает существенными недостатками, а именно: во-первых, высокой трудоемкостью испытаний в связи с необходимостью изготовления из исходной горной породы образцов правильной геометрической формы, во-вторых, ограниченностью применения, поскольку строительные лаборатории не всегда имеют возможность изготовить образцы правильной геометрической формы правильного размера. Например, при постановке щебня фракции 5 - 20 мм практически невозможно изготовить призматические образцы высотой более 10 мм, а измерение на малых образцах связаны с большими погрешностями. Это особенно справедливо для искусственных пористых заполнителей, для которых характерны размеры 10 - 40 мм, а понятие "исходная горная порода" исключено.

Наиболее близким к изобретению является способ, позволяющий определить модуль упругости заполнителя посредством его испытания в бетоне, включающий изготовление образцов для испытаний из бетонной смеси на исследуемом заполнителе и из растворной смеси, отсеянной из части бетонной смеси, испытание бетонных и растворных образцов для определения их модуля упругости и расчет модуля упругости заполнителя по формуле (Ицкович С.М., Чумаков Л.Д.,Баженов Ю.М. Технология заполнителей бетона. - М.: Высш. шк., 1991, с. 38).

Указанный способ обладает следующими существенными недостатками, а именно:

во-первых, высокой трудоемкостью испытаний, обусловленной необходимостью отсеивания значительного количества растворной составляющей из бетонной смеси и приготовлением значительного объема бетонной смеси, необходимой для приготовления образцов для испытаний. Например, для приготовления трех бетонных образцов для испытаний в виде призм размером 100х100х400 мм в соответствии с ГОСТ 24452 "Бетоны. Методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона" потребуется минимум 12 л бетонной смеси, плюс для изготовления трех растворных образцов тех же размеров потребуется 12 л растворной смеси, которая может быть получена из V= 12/0, 4 = 30 л бетонной смеси. И того общий объем замеса составит (30+12)1, 1=46 л. Учитывая, что бетоносмеситель должен быть принудительного действия (для приготовления жестких бетонных смесей с осадкой конуса равной 0 см), обратившись к производство сборных железобетонных изделий: Справочник. - М.: Стройиздат, 1989, с. 167, Табл. 15.2, можно констатировать, что для приготовления указанного замеса необходимо иметь смеситель СБ-80А, который не является лабораторным оборудованием:

во-вторых, формирование образцов для определения модуля упругости растворной составляющей бетона из растворной смеси, отсеяной из бетонной смеси, приводит к методической погрешности, поскольку условия формирования структуры раствора в "чистом" объеме и в бетоне, т.е. в контакте с заполнителем, различны, т.е. свойства раствора в этих двух случаях будут различны (Баженов Ю.М., Комар А.Г. Технология бетонных и железобетонных изделий. - М. : Стройиздат, 1984, с. 73 - 74).

Сущность изобретения достигается тем, что:

1. Изготавливают три серии по три шт. образцов-призм размером, например, 100х100х400 мм (ГОСТ 24452) следующего состава (Ц, В:Щ, П = 1:0, 5:3, 5:2). В первой серии используется эталонный крупный заполнитель. Во второй серии 30% объема эталонного заполнителя испытуемым. В третьей серии 50% объема эталонного заполнителя заменяется испытуемым.

2. По окончании твердения в одинаковых условиях, например, через 28 сут выдерживания при t = 20^o2^oC и относительной влажности воздуха не менее 95%, бетонные образцы всех трех серий испытывают по методике ГОСТ 24452 и определяют модули упругости бетонов всех трех серий образцов.

3. Определяют модуль упругости исследуемого заполнителя по формуле:

,

где

a=E_рE_о12+E_зэE_о2(1-₁-₂)-2E_зэE_р2 (2) ,



где

E₀ - модуль упругости бетона, содержащего эталонный и исследуемый заполнитель, МПа;

E_зэ - модуль упругости эталонного заполнителя, МПа;

₁ - абсолютная объемная концентрация эталонного заполнителя;

₂ - абсолютная объемная концентрация исследуемого заполнителя;

E_p - модуль упругости растворной составляющей бетона, МПа, определяемый по формуле:



где



где E₀₁ - модуль упругости бетона, МПа, содержащего только эталонный заполнитель;

- абсолютная объемная концентрация эталонного заполнителя.

Теоретическое обоснование предлагаемого способа основано на теории многокомпонентных систем, позволяющей определять модуль упругости всех системы по величинам модулей упругости и концентрации составляющих. Для трехкомпонентной системы (растворная составляющая + эталонный заполнитель + исследуемый заполнитель)

Формула (1) для определения модуля упругости исследуемого заполнителя получена из формулы (9). Для двухкомпонентной системы (растворная составляющая + эталонный заполнитель):



Формула (5) для определения модуля упругости растворной составляющей получена из формулы (10).

Способ осуществляют следующим образом.

1. Изготавливаются образцы-призмы, размером, например, 100х100х400 мм трех серий; первая серия с использованием только эталонного крупного заполнителя; вторая серия с заменой 30% абсолютного объема эталонного заполнителя на исследуемый; третья серия с заменой 50% абсолютного объема эталонного заполнителя на исследуемый.

Состав бетонной смеси принимается, например, 1:0, 5:3, 5:2 по массе (соответственно Ц:В:КЗ:П, т.е. цемент:вода:крупный заполнитель:песок);

2. Тверждение образцов осуществляется в одинаковых условиях, например, в нормальных;

3. Испытание образцов осуществляется в одинаковом возрасте, например, 28 сут;

4. Испытания производятся по методике ГОСТ 24452 и определяется модуль упругости бетона в каждой из трех вышеуказанных серий;

5. По результатам испытаний первой серии определяется по формуле (5) с учетом формулы (6 - 8) модуль упругости растворной составляющей;

6. По результатам испытаний 2-ой и 3-ей серий определяется по формуле (1) с учетом формул (2 - 40 модуль упругости исследуемого заполнителя.

Для определения модуля упругости исследуемого известнякового заполнителя с плотностью в куске 2,64 г/см³ изготовлены три серии образцов (см. табл. 1). В качестве эталонного заполнителя использован гранитный щебень с плотностью в куске 2,67 г/см³ и модулем упругости E_p=6710³МПа.

После твердения в течение 28 сут в нормальных условиях образцы всех трех серий испытаны по методике ГОСТ 24462 и определены модули упругости бетонов (см. табл. 2). По результатам испытаний 1-ой серии по формуле (5) определен модуль упругости растворной составляющей, а по результатам испытаний 2-ой и 3-ей серий по формуле (1) определен модуль упругости исследуемого известнякового заполнителя. Результаты расчетов представлены в табл. 2.

Таким образом, способ позволяет по результатам стандартных испытаний при минимальной трудоемкости и высокой достоверности определить модуль упругости заполнителя.