Методические рекомендации Методические рекомендации по контролю качества поровой структуры дорожного бетона

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
(СОЮЗДОРНИИ)

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО КОНТРОЛЮ КАЧЕСТВА
ПОРОВОЙ СТРУКТУРЫ ДОРОЖНОГО БЕТОНА

Одобрены Минтрансстроем

Москва 1978

Предисловие

Долговечность цементобетонных покрытий автомобильных дорог и аэродромов, в том числе морозостойкость, в значительной степени зависит от характера капиллярно-пористой структуры дорожного бетона.

Получение дорожного бетона гарантированной морозостойкости связано с созданием в структуре бетона с помощью добавок ПАВ определенного объема воздушных условно-замкнутых пор, образующих так называемую резервную пористость.

Формированию морозостойкой структуры бетона способствует не вовлеченный при перемешивании бетонной смеси, а остаточный после вибрационного уплотнения воздух, в связи с чем необходим контроль качества поровой структуры затвердевшего бетона и особенно объема условно-замкнутых пор. В этом направлении в Союздорнии проведены исследования, результаты которых нашли отражение в настоящих «Методических рекомендациях по контролю качества поровой структуры дорожного бетона».

В настоящих «Методических рекомендациях» приводится методика определения параметров поровой структуры бетона, открытой пористости бетона по кинетике водопоглощения и дан пример определения поровой структуры дорожного бетона.

Настоящие «Методические рекомендации» являются первым документом по контролю качества поровой структуры бетона, и одной из задач их применения в практике дорожного и аэродромного строительства является накопление опыта и экспериментальных данных в целях прогнозирования морозостойкости дорожного бетона без лабораторных испытаний на попеременное замораживание-оттаивание.

Применение в практике строительства настоящих «Методических рекомендаций» позволит получить достоверные данные о фактическом содержании условно-замкнутых и открытых пор, а также в необходимых случаях данные о показателях крупности пор и их однородности.

«Методические рекомендации» разработаны кандидатами технических наук А.М. Шейниным и В.И. Коршуновым при участии канд. техн. наук М.И. Бруссера.

В целях накопления опыта в прогнозировании морозостойкости дорожного бетона по результатам контроля качества поровой структуры Союздорнии просит ежегодно сообщать данные параллельных испытаний бетона на морозостойкость по ГОСТ 10060-76 и определений параметров поровой структуры в соответствии с настоящими «Методическими рекомендациями».

Замечания и предложения по данной работе просьба направлять по адресу: 143900 Балашиха-6 Московской обл., Союздорнии.

Общие положения

1 . Настоящие «Методические рекомендации» предназначены для контроля качества поровой структуры дорожного цементобетона, используемого при строительстве покрытий автомобильных дорог и аэродромов в соответствии с действующими нормативными документами.

2 . Положения настоящих «Методических рекомендаций» распространяются на дорожные бетоны, соответствующие требованиям ГОСТ 8424-72 «Бетон дорожный» а также на материалы для их приготовления, в том числе на крупный (щебень, гравий, щебень из гравия) и мелкий заполнители (природные кварцевые или кварцевополевошпатовые пески, дробленые пески) из плотных изверженных или осадочных пород с водопоглощением соответственно менее 0,5 и 1 %.

3 . Контроль качества поровой структуры бетона предусматривает установление соответствия параметров испытуемых образцов бетона требуемым в следующих случаях:

при подборе состава бетонной смеси;

пробном бетонировании;

в процессе строительства бетонных покрытий (не реже одного раза в квартал одновременно с испытанием бетона на морозостойкость по ГОСТ 10060-76 «Бетоны. Методы определения морозостойкости»);

при приемке покрытия в эксплуатацию (по требованию заказчика);

в процессе наблюдений за состоянием эксплуатируемого покрытия.

4 . Применение рекомендуемого метода контроля не исключает экспресс-метода для определения объема воздушных пор в бетонной смеси с помощью воздухомера.

5 . Для контроля качества поровой структуры бетона необходимо определение следующих параметров:

суммарного (интегрального) объема пор Пи;

объема открытых (капиллярных) пор Пк , т.е. доступных для заполнения водой при принятом режиме водонасыщения;

объема условно-замкнутых пор Пз, т.е. не доступных при принятом режиме водонасыщения для заполнения водой. Объем пор Пз соответствует объему воздушных пор, образованных вовлеченным в бетонную смесь воздухом.

6 . Параметры поровой структуры бетона определяют на бетонных образцах в возрасте 28 суток. При необходимости объем условно-замкнутых пор Пз можно определять на образцах в возрасте менее 28 суток.

7 . Наряду с обязательными параметрами, дополнительно определяют условные показатели крупности пор и их однородности в соответствии с приложением 1 .

8 . Для контроля поровой структуры бетона определяющим параметром является объем условно-замкнутых пор Пз. Важность установления этого параметра вытекает из необходимости получения достоверной информации о фактическом содержании условно-замкнутых резервных пор в затвердевшем бетоне, поскольку не все вовлеченные при перемешивании бетонной смеси, а оставшиеся после вибрационного уплотнения пузырьки воздуха определяют морозостойкость и прочность бетона. Фактическое содержание условно-замкнутых пор в затвердевшем бетоне зависит от технологии производства работ и, в частности, от длительности вибрационного уплотнения смеси (рис 1 ).

Рис 1 . Влияние длительности глубинного виброуплотнения бетонной смеси на объем вовлеченного воздуха и условно-замкнутых пор в бетоне

Методика определения параметров поровой структуры бетона

9 . Суммарный (интегральный) объем пор или показатель пористости Пн (по ГОСТ 12730-67 «Бетон тяжелый. Методы определения объемной массы, плотности, пористости и водопоглощения») определяют по формуле

Пи (П) = (1 - ) × 100 %,                                              ( 1)

где  - объемная масса бетона, высушенного до постоянной массы, г/см3;

r - плотность (удельная масса) бетона, г/см3.

10 . Объем открытых (капиллярных) пор Пк вычисляют следующим образом:

,                                      ( 2 )

где W 1 - водопоглощение образца, % по массе, с точностью до 0,1 %, определяемое по формуле

,                                                      ( 3)

r в - плотность воды, г/см3, r в = 1;

m - масса водонасыщенного образца, г;

т 0 - масса образца, высушенного до постоянной массы, г;

v - объем образца-пробы, см3.

11 . Объем воздушных условно-замкнутых пор Пз определяют по формуле

Пз = Пи - Пк .                                                            ( 4)

12 . Средний радиус сечений условно-замкнутых (воздушных) пор и среднеквадратическое отклонение радиусов таких пор на шлифах затвердевшего бетона устанавливают по ГОСТ 22023-76 «Материалы строительные. Метод микроскопического количественного анализа структуры».

13 . Показатели среднего размера открытых пор  и однородности этих пор по размерам a можно определять по кинетике водонасыщения в соответствии с приложением 1 .

14 . Для определения рекомендуемых параметров поровой структуры на образцах бетона необходимо иметь:

весы с приспособлением для гидростатического взвешивания, обеспечивающие взвешивание образцов массой до 500 г с точностью до 0,1 г, а образцов массой более 500 г с точностью до 1,0 г;

сушильный шкаф, обеспечивающий заданный режим сушки (при 105 - 110 °С) с точностью ±5 °С;

устройство для отсчета времени (часы, секундомер).

15 . Для испытаний отбирают образцы-пробы определенных размеров и формы, чтобы исключить влияние размеров образца на результаты определений параметров поровой структуры бетона. Пробы отбирают из контрольных образцов-балок или кубов, формуемых при подборе состава смеси и при текущем контроле прочности бетона, а также из образцов-кернов, отобранных из бетонного покрытия. Количество проб в каждом случае должно составлять не менее трех, толщина их должна быть равна приблизительно 7 см.

16 . Пробы бетона из контрольных образцов-балок или кубов отпиливают на камнерезных станках или откалывают на прессе с помощью двух металлических стержней так, чтобы сохранить поперечное сечение контрольного образца (рис. 2 ).

Керны для отбора проб должны выпиливаться непосредственно из покрытия так, чтобы не нарушить структуру бетона (например, алмазным кругом).

Образцы-пробы бетона можно также откалывать или отпиливать от кернов бетона цилиндрической формы (см. рис. 2), диаметр которых должен быть не менее 5 см, а высота отпиливаемой или откалываемой части - 7 - 10 см.

17 . Для контроля качества поровой структуры бетона в покрытии важное значение имеет место отбора проб. Как правило, следует отбирать образцы из верхнего слоя покрытия. При необходимости оценки параметров пористости бетона по толщине покрытия образцы пробы можно отбирать послойно с толщиной слоя приблизительно 7 см.

18 . При определении показателей крупности и однородности пор рекомендуется использовать пробы бетона, имеющие форму, близкую к кубической, с ребром около 7 см.

Рис. 2 . Схема откалывания образцов-проб от контрольных образцов бетона:

1 - металлические стержни гладкие из высокопрочной стали Æ 5 мм; 2 - контрольный образец-балка; 3 - намечаемые плоскости раскола (заштрихован образец-проба)

19 . Образцы-пробы бетона, предназначенные для определения параметров поровой структуры, должны иметь четкую несмываемую маркировку.

20 . До начала испытания (до взвешивания) выявленные на образцах отдельные дефекты (раковины, трещины, посторонние включения и т.п.) следует зафиксировать в журнале испытаний. Резко выступающие места на поверхности образца должны быть устранены (например, шлифовкой), так как их разрушение в процессе испытаний будет искажать полученные результаты.

Поверхность образцов-проб должна быть очищена от пленкообразующих материалов, препятствующих водонасыщению бетона.

21 . Подготовленные и высушенные до постоянной массы при температуре 105 - 110 °С (по ГОСТ 1273037) образцы-пробы охлаждают в эксикаторе над хлористым кальцием или силикагелем до комнатной температуры (20 ± 2 °С) и взвешивают на воздухе (т 0). Затем образец-пробу помещают в воду, температура которой 20 ± 2 °С. Над образцом должен быть слой воды не менее 2 см. Через 5 суток*) непрерывного насыщения в воде образец вынимают из воды, обтирают влажной тканью и взвешивают на воздухе (т) и затем в воде (т 1).

*) Для ускоренного определения параметров поровой структуры бетона допускается насыщать образец в течение одних суток.

Объем образца-пробы бетона v (в см3) определяют по формуле

v = т - т 1 ,                                                            ( 5)

объемную массу бетона (в г/см3) в высушенном до постоянной массы состоянии - по формуле

                                                             ( 6 )

22 . Плотность (удельную массу) бетона r ( в г/см3) следует определять в обезвоженном керосине с помощью пикнометра по ГОСТ 12730-67.

Величину r устанавливают при подборе состава бетонной смеси и используют на всех стадиях контроля качества поровой структуры бетона.

23 . Показатели поровой структуры бетона Пи , Пк и Пз , рассчитывают по формулам ( 1 ) - ( 4 ) настоящих «Методических рекомендаций» с точностью до 0,1. Значения параметров выбираются как средняя величина по результатам испытания трех образцов-проб (наибольшие и наименьшие показатели отбрасываются).

24 . При контроле качества поровой структуры бетона в процессе строительства, при приемке в эксплуатацию и в процессе эксплуатации за эталонные принимают значения параметров поровой структуры бетона, полученные при подборе его состава.

Ориентировочные значения этих параметров приведены ниже:

Параметры                                                                                     Значения параметров

Суммарный объем пор Пи , % ................................................................ 15 - 20

Объем открытых пор Пк , % ................................................................... 10 - 15

Объем условно-замкнутых пор Пз, % ................................................... 3 - 7

Показатель средней крупности пор ............................................... Не более 3

Показатель однородности пор по размерам a .................................... Не более 1

25 . Качество поровой структуры дорожного бетона во всех случаях оценивают по величине Пз.

В необходимых случаях поровую структуру можно оценивать по параметрам Пи и Пк при участии представителей Союздорнии.

26 . Гарантированная морозостойкость дорожного бетона обеспечивается в том случае, если величина Пз находится в пределах 5 - 6 %. При значениях параметра Пз менее 3 % наблюдается существенное снижение морозостойкости, хотя прочность при этом может повыситься.

При величине параметра Пз более 6 % возможно снижение прочности бетона по сравнению с проектной. Получение бетона с проектной прочностью при этих значениях Пз приводит к неоправданному увеличению расхода цемента.

Пример определения параметров поровой структуры дорожного бетона приведен в приложении 2.

Приложение 1

Методика определения параметров открытой пористости бетона по кинетике водонасыщения

Методика основана на использовании явления капиллярного впитывания, заключающегося в том, что скорость поглощения капиллярами смачивающей жидкости прямо пропорциональна их радиусам r . Это справедливо при одинаковых физических параметрах жидкости и стенок капилляров, характеризуемых в частности, вязкостью жидкости η, краевым углом смачивания θ , поверхностным натяжением σ , углом наклона капилляра к горизонту b .

Анализ дифференциального уравнения движения смачивающей жидкости по капилляру показал, что наиболее простой элементарной функцией, описывающей этот процесс, является экспонента вида

                                                ( 1 )

где   - степень заполнения капилляра в момент времени или отношение величины поднятия жидкости через промежуток времени t после начала насыщения к величине максимального поднятия, определяемой формулой Жюрена;

λ - показатель степени экспоненты, численно равный пределу отношения величины ускорения поднятия жидкости по капилляру к скорости этого поднятия, в свою очередь есть функция

λ = f ( r ; η; θ; b ).                                                           ( 2)

В случаях насыщения одного и того же материала (например, цементного камня) одной и той же жидкостью (например, водой) все физические величины в правой части выражения ( 2), кроме радиуса капилляров, являются постоянными. Поэтому разница в величинах λ отражает разницу в радиусах капилляров. Так как величины λ легко определить по экспериментальным кривым водопоглощения, то появляется возможность количественной оценки пористости монокапиллярного материала по кинетике его насыщения по двум параметрам: W max - объем капилляров и λ - показатель поперечного размера капилляра (радиуса).

При переходе от монокапиллярного материала, рассмотренного выше, к поликапиллярным материалам, к которым относятся все реальные строительные материалы, в том числе цементобетон, уравнение ( 1) преобразуется следующим образом:

                                                  ( 3)

где Wt - насыщение материала в момент времени t ;

W max - максимальное насыщение материалов в условиях опыта;

  - показатель среднего размера капилляров исследуемого материала;

a - показатель однородности размеров капилляров.

Для определения величины W , , и a по экспериментальным кривым поглощения материалами смачивающей жидкости получены расчетные формулы и по ним построены номограммы (рис. 3).

Для исследований цементного камня, раствора и бетона из жидкостей наиболее целесообразно использовать воду. Рекомендуемые образцы - кубы с ребром 7 см. Перед испытаниями образцы высушивают. Кинетику водопоглощения фиксируют либо непрерывным гидростатическим взвешиванием, либо дискретно в определенные моменты времени. Для определения параметров поровой структуры используется номограмма (см. рис. 3)*).

*) Построение полной кривой насыщения бетона водой допускается производить по отдельным точкам, получаемым путем взвешивания водонасыщаемых образцов через 10, 30, 60 мин, 2, 3, 4, 5 и 6 час, 1, 2, 3, 4, 5 суток.

Параметры поровой структуры, определенные по кинетике водопоглощения, могут быть использованы для оценки влияния на структуру любых технологических факторов производства бетона и условий его эксплуатации, а также увязаны с определенными физико-механическими свойствами бетонов.



Приложение 2

Пример определения параметров поровой структуры бетона

Параметры поровой структуры для оценки свойств дорожного бетона при пробном бетонировании определяли на образце-пробе размером 15×15×7 см, отколотом от контрольного образца-балки - 15×15×55 см, и образце-пробе, отколотом от верхней части керна диаметром 13 см, высверленного из бетонного покрытия (возраст бетона 28 суток).

Результаты испытаний приведены в таблице.

Параметры

Образцы, от которых взяты пробы

балка 15×15×55 см

керн

Масса образца

высушенного до постоянной массы т 0 , г

2493,2

781,3

взвешенного на воздухе т , г

2601,9

821,0

Масса поглощенной воды, г

108,7

39,7

Масса образца, взвешенного в воде т 1, г

1479,0

469,4

Объем образца-пробы v , см3

1122,9

351,6

Объемная масса бетона  г/см3

Пористость бетона, % по объему

2,22

2,22

Пи

15,3

15,2

Пк

9,7

11,3

Пз

5,6

3,9

Примечание. Плотность (удельная масса) бетона по ГОСТ 12730-67 составляет 2,62 г/см3.

Анализ данных показывает, что бетон в контрольных образцах, отформованных при подборе состава бетонной смеси в лаборатории и твердевших в течение 28 суток в нормальных температурно-влажностных условиях, соответствует требованиям ГОСТ 8424-72 по объему воздушных условно-замкнутых пор и морозостойкости. Бетон в образце-керне, высверленном из дорожного покрытия, имеет объем воздушных условно-замкнутых пор несколько меньше, чем предусмотрено подбором. Это обстоятельство привело к некоторому снижению стойкости бетона против замораживания-оттаивания в 5 %-ном растворе хлористого натрия, хотя и этот бетон по ГОСТ 10060-76 признается морозостойким.

По результатам определения параметров пористости бетона в покрытии необходимо отрегулировать дозировку воздухововлекающей добавки.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие . 1

Общие положения . 1

Методика определения параметров поровой структуры бетона . 3

Приложение 1 Методика определения параметров   открытой пористости бетона по кинетике водонасыщения . 6

Приложение 2 Пример определения параметров поровой структуры бетона . 9

Похожие документы