Материал: Механика прочности и разрушения материалов и конструкций. методические указания к выполнению лабораторных работ для бакалавров направления 08.03.01 и 27.03.01. Славчева Г.С., Верлина Н.А

где m_вяж - масса вяжущего вещества, кг;

m_МЗ - масса мелкого заполнителя, кг;

m_в - масса воды, кг;

_вяж - истинная плотность вяжущего вещества, кг/м³;

_МЗ - истинная плотность зерен мелкого заполнителя, кг/м³;

_в – истинная плотность воды, кг/м³.

Затем из уравнения (3.3) находят массу вяжущего вещества и массу мелкого заполнителя. Расход включений m_вк в кг/м³ рассчитывают по формуле (2.4) (см. лабораторную работу №2).

Каждое звено формует по 3 серии из 6 образцов-кубов со стороной ребра 10 см, используя крупный заполнитель своей рабочей фракции. Серии образцов отличаются величиной коэффициента избытка матричного материала. После твердения (условия твердения для всех серий образцов должны быть одинаковыми) образцы высушивают до постоянной массы и подвергают техническим испытаниям: их измеряют, взвешивают, а затем испытывают на прочность при сжатии.

3.6. Содержание и результаты работы

Результаты экспериментов статистически обрабатывают с вероятностью 0,95 (см. лабораторную работу №1) и заносятся в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Результаты испытаний

Для анализа полученных результатов для каждой серии образцов рассчитываются следующие параметры структуры: объемная доля пор и твердой фазы (матричного материала и включений) в 1 м³ бетона (см. лабораторную работу №1). По результатам испытаний определяется коэффициент использования потенциала прочности матрицы К_ипп.

Результаты расчетов заносят в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Характеристика параметров структуры и свойств бетона

3.7. Выводы

На основе данных табл. 3.2 строят графические зависимости:

1. величины пористости, предела прочности при сжатии, коэффициента использования потенциала прочности матрицы от К_изб матричного материала V_п = f(К_изб); R_сж = f(К_изб ); К_ипп= f(К_изб) для бетонов, изготовленных на заполнителях различного фракционного состава;

2. предела прочности при сжатии и коэффициента использования потенциала прочности матрицы бетона от фракционного состава крупного заполнителя

На основании анализа полученных зависимостей делается заключение о влиянии типа цементации, фракционного состава крупного заполнителя на пористость и прочность композиционного материала

Лабораторная работа № 4

Изучение влияния объемной доли макропор на структуру и свойства поризованного бетона

4.1. Цель работы:

Исследовать влияние степени наполнения мелкозернистой матрицы макропорами на прочность композиционного материала.

4.2. Вопросы для подготовки к работе

1. Какие существуют разновидности макропористых бетонов?

2. Каковы основные положения классификации порового пространства по механизму образования пор?

3. Какими типами пор с точки зрения их размерно–геометрических характеристик представлено поровое пространство строительных композиционных материалов?

4.3. Оборудование, инструменты и материалы:

1. Скоростной лабораторный смеситель роторного типа с вертикальным валом.

2. Емкость для приготовления поризованной смеси.

3. Формы-кубы (101010 см).

4. Мерные цилиндры на 10, 100, 500 и 1000 мл.

5. Весы торговые с пределами взвешивания до 10 кг.

6. Секундомер.

7. Пресс гидравлический – УММ-20.

10. Минеральное вяжущее вещество (портландцемент, гипс или др.).

11. Мелкий заполнитель (кварцевый песок или т.П.).

12. Поверхностно-активная добавка воздухововлекающего действия.

4.4. Рабочее задание

Произвести оценку пористости и прочности поризованного бетона различной средней плотности. В качестве матрицы принимается мелкозернистый бетон оптимального состава (по данным лабораторной работы №2), включениями являются макропоры – поры, создаваемые при помощи воздухововлечения при перемешивании. На основании полученных результатов работы проводится анализ влияния объемного содержания макропор на прочность композиционного материала и использование потенциала прочности матрицы в прочности композита.

4.5. Порядок выполнения работы

Подгруппа студентов разбивается на 3 звена. Каждое звено производит расчет состава мелкозернистой смеси, на основе заданной степени поризации, которая указывается преподавателем. Состав смеси по массовым соотношениям цемента, песка и воды во всех сериях должен быть одинаковым и принимается по данным лабораторной работы №2. Степень поризации (заданная средняя плотность) бетонной смеси изменяется за счет варьирования дозировки добавки ПАВ воздухововлекающего действия, которая указывается преподавателем.

Расчет составов на 1 м³ непоризованной бетонной смеси производится следующим образом:

(4.1)

(4.2)

(4.3)

где V_вяж - объем вяжущего вещества в 1 м³ смеси,

V_МЗ – объем мелкого заполнителя в 1 м³смеси,

V_в - объем воды в 1 м³ смеси.

m_вяж - масса вяжущего вещества, кг;

m_МЗ - масса мелкого заполнителя, кг;

m_в - масса воды, кг;

_вяж - истинная плотность вяжущего вещества, кг/м³;

_МЗ - истинная плотность зерен мелкого заполнителя, кг/м³;

_в – истинная плотность воды, кг/м³.

Расход воздухововлекающей добавки М_д рассчитывают по формуле

, (4.4)

где Д – массовая доля добавки, % от массы цемента;

С_д – концентрация добавки, %;

_д – плотность добавки, кг/м³.

После проведения расчетов каждое звено формует 1 серию из шести образцов-кубов с размером ребра 10 см. Серии образцов отличаются степенью поризации (объемным содержанием макропор).

После твердения (образцы твердеют в нормальных условиях при t=205 ⁰С, W100%) образцы высушивают до постоянной массы и подвергают техническим испытаниям: их измеряют, взвешивают, а затем испытывают на прочность при сжатии.

4.6. Содержание и результаты работы

Результаты экспериментов статистически обрабатывают с вероятностью 0,95 (см. лабораторную работу №1) и заносятся в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Результаты испытаний

Для анализа полученных результатов для каждой серии образцов рассчитывается объемная доля макропор. Объемную долю макропор V_мп рассчитывают по формуле

, (4.5)

где _к - средняя плотность композита, кг/м³;

_м - средняя плотность матрицы, кг/м³. Используют данные лабораторной работы №2.

По результатам испытаний определяется коэффициент использования потенциала прочности матрицы К_ипп.

Результаты расчетов заносят в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Характеристика параметров структуры и свойств поризованного бетона