Методы испытаний и оценка качества материалов на минеральных вяжущих

Местные минеральные вяжущие находят широкое применение в дорожном строительстве для укрепления грунтов, изготовлении различных смесей для устройства оснований дорожных одежд и других целей. В данном разделе приведены методы испытаний бетонных смесей на местных вяжущих и требования к бетону, укрепленным пористым каменным материалам и грунтам.

Определение удобоукладываемости бетонной смеси

Конус (рис. 6) устанавливают на гладкий металлический лист и заполняют его бетонной смесью через воронку тремя слоями. Каждый слой уплотняют металлическим стержнем 25 раз. В процессе уплотнения конус должен быть плотно прижат к листу, на котором он установлен. После уплотнения избыток смеси срезают вровень с краями конуса.

Рис. 6. Конус для определения удобоукладываемости бетонной смеси:

1 - ручка; 2 - конус прибора; 3 - упоры; 4 - сварной шов

Конус плавно в течение 3 - 7 с снимают с уплотненной смеси и ставят рядом с ней на лист.

На верх металлического конуса кладут ребром линейку и замеряют расстояние от низа линейки до верха бетонной смеси. Осадку конуса характеризуют величиной этого расстояния в см. Осадку конуса бетонной смеси определяют дважды. Время от момента наполнения металлического конуса смесью до конца испытания должно быть не более 10 мин.

Осадку конуса вычисляют как среднее арифметическое двух определений, отличающихся между собой не более чем:

на 1 см при ОК равной или менее 4 см;

на 2 см при ОК = 5 - 9 см;

на 3 см при ОК равной или более 10 см.

Определение жесткости бетонной смеси

На виброплощадке устанавливают и жестко закрепляют цилиндрическое кольцо прибора. В это кольцо вставляют конус и закрепляют его ручками, затем устанавливают воронку.

Конус заливают бетонной смесью, уплотняют ее и снимают конус так же, как при определении удобоукладываемости смеси. Поворачивая штатив, устанавливают диск над отформованной в виде конуса бетонной смесью и плавно опускают его на поверхность смеси. Штатив закрепляют во втулке зажимным винтом.

Включают одновременно вибратор и секундомер и наблюдают за оплыванием бетонного конуса. Вибрирование производят до появления цементного теста из двух отверстий диска. В этот момент выключают секундомер и вибратор. Полученное время (в секундах) характеризует жесткость бетонной смеси.

Жесткость бетонной смеси определяют дважды и вычисляют как среднее арифметическое результатов двух определений. Расхождение между двумя параллельными испытаниями не должно превышать 20 %.

Определение раствороотделения бетонной смеси

Бетонную смесь укладывают в металлическую стандартную форму в виде куба с размером ребра 200 мм и уплотняют. Затем уплотненную бетонную смесь вместе с формой укрепляют на виброплощадке и подвергают вибрированию в течение периода времени, равному 10Ж, где Ж - показатель жесткости бетонной смеси, с. Пластичные смеси вибрируют в форме в течение 25 с.

После этого верхнюю половину смеси из формы кладут на один противень, а нижнюю - на другой. При испытании жестких бетонных смесей можно производить разделение распалубленного образца. Отобранные пробы бетонных смесей взвешивают с точностью до 10 г и подвергают мокрому рассеву на сите с отверстиями 5 мм, промывку зерен заполнителя заканчивают, когда из сита вытекает чистая вода. После этого заполнитель сушат при 105 - 110 °С до постоянной массы.

Содержание раствора в верхней и нижней частях уплотненной бетонной смеси определяют по формуле:

где m _к - масса крупного заполнителя, т;

m _см - масса бетонной смеси, г.

Показатель раствороотделения бетонной смеси определяют по формуле:

где D V_р - разность между содержанием раствора в верхней и нижней частях образца, %;

S V_p - суммарное содержание раствора в верхней и нижней частях образца, %.

Определение прочности бетона

Прочность бетона определяют путем испытания образцов. Формы и размеры образцов, в зависимости от вида испытания бетона, должны соответствовать указанным в табл. 25.

Таблица 25

Вид испытания	Форма образца	Геометрические размеры образца, мм
Определение прочности на сжатие	куб	Длина ребра: 70, 100, 150, 200, 300
Определение прочности на растяжение при изгибе	Призма квадратного сечения	100 ´ 100 ´ 400; 150 ´ 150 ´ 600; 200 ´ 200 ´ 800

За базовый принимают образец с размерами рабочего сечения 150 ´ 150 мм. При производственном контроле бетонов, к которым одновременно предъявляются требования по прочности на растяжение при изгибе и на сжатие, допускается определять прочность бетона на сжатие испытанием половинок образцов-призм, полученных после испытания на изгиб образцов-призм.

Размеры образцов в зависимости от наибольшей крупности заполнителя в пробе бетонной смеси должны соответствовать указанным в табл. 26.

Таблица 26

Наибольший размер зерна заполнителя, мм	Наименьший размер ребра куба или стороны поперечного сечения призмы, мм
10 и менее
100 и более

Образцы изготовляют сериями. Серия должна состоять из трех образцов. Перед изготовлением образцов внутренние поверхности форм покрывают тонким слоем смазки, не оставляющей пятен на поверхности образцов.

Укладку и уплотнение бетонной смеси и формах производят следующим образом:

а) при изготовлении образцов из бетонной смеси жесткостью более 20 с на форме закрепляют насадку, высотой, равной высоте формы. Форму с насадкой жёстко закрепляют на лабораторной виброплощадке. Затем заполняют бетонной смесью до половины высоты насадки и устанавливают на поверхность смеси пригруз, обеспечивающий давление не менее 0,004 МПа и вибрируют в течение 30 - 60 с до прекращения оседания пригруза. После этого снимают пригруз и насадку, срезают избыток смеси и заглаживают поверхность образца;

б) при изготовлении образцов из бетонной смеси жесткостью менее 20 с форму заполняют смесью, жестко закрепляют на лабораторной виброплощадке и вибрируют до полного уплотнения. Полное уплотнение характеризуют прекращением оседания бетонной смеси, выравниванием ее поверхности и появлением на ней тонкого слоя цементного теста. Поверхность образца заглаживают кельмой.

Лабораторная виброплощадка должна обеспечивать вертикальные колебания формы с бетонной смесью частотой 2900 ± 100 колебаний в минуту и амплитудой 0,5 ± 0,05 мм.

Образцы, твердеющие в нормальных условиях (температура 20 ± 2 °С, влажность воздуха на менее 95 %) после их изготовления до распалубливания хранят в формах, покрытых влажной тканью или другим материалом, исключающим возможность испарения из них влаги, в течение суток из бетонов марок 100 и выше и в течение 2 - 3 суток - из бетонов марок 75 и ниже, а также из бетонов с добавками, замедляющими их твердение в раннем возрасте.

Распалубливание образцов, предназначенных для определения растяжения при изгибе, производят не ранее 4 суток после их изготовления.

Для испытания образцов-призм (балок) на растяжение при изгибе необходимы пресс, устройство для испытания бетона на растяжение при изгибе. Перед испытанием образцы осматривают и в случае необходимости фиксируют схему расположения дефектов. Измерение линейных размеров образцов производят с погрешностью ± 1 %.

Перед установкой образца на пресс с опорных катков тщательно удаляют частицы бетона, оставшиеся от предыдущих испытаний. Затем устанавливают образец и на него - испытательное устройство.

Шкалу силоизмерителя пресса выбирают таким образом, чтобы ожидаемое значение разрушающей нагрузки составляло 20 - 80 % от максимальной, допускаемой выбранной шкалой. Напряжение в образце при его нагружении должно возрастать непрерывно с постоянной скоростью 0,05 ± 0,02 МПа в секунду до разрушения образца.

Если образец разрушился не в средней трети пролета, то этот результат испытания не учитывают. Максимальное усилие, достигнутое в процессе испытания, принимают за величину разрушающей нагрузки.

Прочность на растяжение при изгибе вычисляют по формуле:

где d - масштабный коэффициент прочности бетона в образцах базового размера;

P - разрушающая нагрузка;

l - расстояние между опорами;

a - ширина призмы;

b - высота призмы;

K_W - поправочный коэффициент, учитывающий влажность бетонного образца.

Для испытания на сжатие половинок бетонных образцов призм необходимы пресс, стальные прокладки толщиной 20 мм. Прокладки должны быть изготовлены из конструкционной стали твердостью НRC 50 … 60. Поверхность прокладок, прилегающих к образцам, должна иметь параметр шероховатости R_a £ 2,5 мкм. Размеры прокладок в плане равны размеру поперечного сечения образца (100 ´ 100; 150 ´ 150; 200 ´ 200 мм) с допуском +1 мм.

Образцы-половинки призм при испытании на сжатие помещают между двумя металлическими прокладками, которые располагают заподлицо с боковыми гранями призмы на расстоянии 30 ± 2 мм от ее торца.

Напряжение в образце при нагружении должно возрастать непрерывно с постоянной скоростью 0,6 ± 0,2 МПа в секунду до его разрушения. Максимальное усилие, достигнутое в процессе испытания, принимают за величину разрушающей нагрузки.

Прочность образца вычисляют по формуле:

где a - масштабный коэффициент прочности бетона в образцах базового размера (табл. 27);

Р - разрушающая нагрузка;

F - средняя площадь рабочего сечения образца, см²;

K_W - поправочный коэффициент, учитывающий влажность бетонного образца.

Таблица 27

Величины масштабного коэффициента

Размер ребра куба, мм	Масштабный коэффициент
	0,85
	0,91
	1,0
	1,05
	1,10

Требования к бетонам на местных вяжущих, укрепленным каменным материалам и грунтам

Бетоны на местных вяжущих используют для устройства верхних и нижних слоев оснований одежд автомобильных дорог всех категорий в различных дорожно-климатических зонах нашей страны [ 3 ]. Требования к крупнозернистым бетонам приведены в табл. 28, а к мелкозернистым - в табл. 29.

Таблица 28

Марка бетона	Прочность через 90 сут., МПа, не менее	Морозостойкость, циклы, при среднемесячной температуре самого холодного месяца не менее
при изгибе	при сжатии	от 0 до -5 °С	ниже -5 °С
	1,5	7,5
	2,0

Таблица 29

Наименование показателей	На автомобильных дорогах категорий
I - II	III - IV
Предел прочности при сжатии через 90 суток, МПа, в водонасыщенном состоянии не менее
Предел прочности при изгибе через 90 суток, МПа, не менее	3,5	2,5
Морозостойкость (циклы)
а) в районах со среднемесячной температурой наиболее холодного месяца от 0 до -5 °С не менее
б) то же ниже -5 °С не менее

Требования к пористым каменным материалам, обработанным местными минеральными вяжущими, приведены в табл. 30.

Таблица 30

Наименование показателей	Класс прочности
I	II	III
Предел прочности при сжатии, МПа, водонасыщенных образцов через:
7 суток не менее	0,25	0,15	-
28 суток не менее	0,35	0,20	0,08
60 суток не менее	0,50	0,30	0,15
Предел прочности на растяжение при изгибе, МПа, водонасыщенных образцов через:
7 суток не менее	0,6	0,4	-
28 суток не менее	0,8	0,6	0,3
60 суток не менее	1,2	0,8	0,4
Коэффициент морозостойкости через 28 суток после изготовления образцов не менее	0,75	0,75	0,75

Морозостойкость обработанных минеральными вяжущими пористых материалов, применяемых в слоях оснований, в зависимости от климатических условий и категории дороги, должна соответствовать требованиям табл. 31.

Местные вяжущие используют для укрепления песчаных грунтов и супесей. Физико-механические свойства укрепленных грунтов должны соответствовать требованиям, приведенным в табл. 32.

Таблица 31

Слой дорожной одежды	Категория автомобильной дороги
I - II	III	IV - V
Климатические условия
Суровые	Умеренные	Мягкие	Суровые	Умеренные	Мягкие	Суровые	Умеренные	Мягкие
Верхний слой основания									-
Низший слой основания						-		-	-
Примечание: суровые климатические условия характеризуются среднемесячной температурой наиболее холодного месяца года ниже -15 °С, умеренного - от -5 до -15 °С, мягкого - до -5 °С.

Таблица 32

Наименование показателей	Классы прочности
I	II	III
Предел прочности при сжатии через 90 суток, МПа, в водонасыщенном состоянии	4 - 6	2 - 4	1 - 2
Предел прочности при растяжении через 90 суток, МПа, в водонасыщенном состоянии не менее		0,6	0,2
Коэффициент морозостойкости не менее	0,75	0,70	0,65