Устройство L-образного ящика и результаты проведенных исследований

В Японии для оценки подвижности ВЦБ используют прибор в виде L-образного ящика, применение которого, как показали результаты проведенных исследования, дает наилучшие результаты для ВЦБ с минеральными добавками.
Устройство L-образного ящика (Япония) показано на рис. 6.9; к его размерам не предъявляются официальные требования. Обычно сечение левого ящика представляет собой прямоугольник с размерами 100x200 мм; между вертикальной и горизонтальной частями ящика расположены три стержня диаметром 12 мм с шагом 35 мм и заслонка в виде гильотины. После помещения бетона в отверстие вертикальной части (в два слоя), производят трамбовку каждого слоя по 5 раз.

После снятия затворки бетон начинает перетекать в горизонтальную часть прибора, в которой установлены инфракрасные или ультразвуковые датчики на расстоянии 20 и 40 см от отверстия, что позволяет измерить время достижения контрольных отметок (T20 и T40) и рассчитать скорость истечения бетонных смесей. После остановки течения измеряют отношение высот на обоих концах вертикальных частей (H2/H1). Как правило, отношение Н2/Н1 должно составлять до 0.80-0.85. Данный метод позволяет оценить усилие среза и вязкость бетона.

Для оценки реологических свойств ВЦБ, отображения их способности к течению и скорости деформирования, а также для анализа сохранения гомогенности смеси в университете Цинхуа и Китайской научной академии строительных материалов были проведены работы по улучшению японского метода L-образного ящика.
Схема устройства приведена на рис. 6.10. Левая часть устройства представляет собой прямоугольный ящик с размерами сечения 20х 10 см и высотой 30 см, равной высоте конуса. Правая часть устройства представляет собой плоскую прямоугольную коробку; правая и левая части разделены между собой задвижкой. После заполнения левой части бетоном и поднятия разделительной задвижки, смесь под действием собственного веса начинает перетекать в правую часть прибора.

Использование L-образного ящика позволяет оценить подвижность бетонной смеси в более полной мере и определить следующие показатели:
• величину осадки бетона в левом ящике Ls (см), характеризующую деформативность бетонной смеси (т.е. L-OK);
• время экстенсивного течения для достижения определенных отметок в горизонтальном ящике (5, 10, 30 и 50 см) - t5, t10, t30, t50 (сек.), отражающее скорость истечения бетонной смеси и изменение отношения подвижности с течением времени;
• величину максимального горизонтального расстояния Ls (см), отражающую полную деформацию бетонной смеси;
• распределение крупных частиц заполнителя на различных отметках горизонтальной части прибора, что позволяет оценить гомогенность течения состава бетонной смеси.
С целью контролирования результатов, получаемых с помощью предлагаемого L-образного ящика, были проведены исследования бетонов различного состава. В качестве варьируемых параметров были приняты: водовяжущее (В/Ввяж) отношение, вид и дозировка зол-уноса, содержание добавок и т.д. Для исследований были выбраны следующие материалы: портландцемент Цзидуна 525*R.; зола-унос классов I (Y1), II (Y2) Юаньбаошани, классов I (XI), II (Х2) Сигаоцзина; СП DFS-II; мелкий заполнитель - песок средней крупности (Мкр=2,8) Лунфэншани Пекин; крупный заполнитель - щебень СаньХэя с крупностью зерен до 20 мм.

К вяжущим веществам в составе ВЦБ относятся цемент и минеральные добавки; отношение количества воды к вяжущим веществам носит название водовяжущего отношения (В/Ввяж). Данная величина является важным фактором, влияющим на подвижность бетонной смеси. С изменением B/Bвяж отношения при стабилизации других компонентов смесей происходит изменение подвижности бетонной смеси, что было доказано при использовании L-образного ящика.
Результаты изменения показателей подвижности ВЦБ, полученные с помощью L-образного ящика, в зависимости от состава бетонных смесей приведены на рис. 6.11-6.14. Анализ полученных зависимостей показал, что время горизонтального экстенсивного течения, величина осадки Ls и значение максимального горизонтального истечения бетона Lf существенно меняются при варьировании В/Ввяж. OK исследуемых составов бетона, полученных традиционным способом, составила 20-24 см.

Из данных, представленных на рисунках 6.11-6.14, видно, что величина Ls (L-OK), измеренная с помощью предлагаемого устройства, сопоставима (22-24 см) с OK, а значение максимального горизонтального истечения Lf составляет 70-80 см, т.е. полная деформация исследуемых смесей почти одинакова и соответствует результатам испытаний показателей ОК. При этом время истечения существенно меняется, снижаясь с увеличением В/Ввяж отношения.
Проведенные результаты исследования показали, что использование L-образного ящика позволяет не только определить подвижность бетонных смесей, но и отражает скорость деформации.


Зола-унос относится к активным пуццолановым минеральным добавкам. Большинство частицы золы имеют сферическую форму, что позволяет увеличить подвижность смесей за счет возникновения эффекта сферичности и выполнения роли смазки между цементными частицами. В определенном интервале дозировки данной минеральной добавки наблюдается повышение подвижности бетонной смеси с увеличением сферичности частиц золы. Тонкость помола золы меньше, чем у цемента; величина удельной поверхности выше, что может при введении значительного объема наполнителя привести к увеличению водопотребности и снижению эффекта сферичности.
Для изучения влияния дозировок золы на подвижность бетонной смеси были проведены исследования с помощью L-образного ящика. Результаты изменения OK для составов с одинаковым В/Ввяж. отношением с минеральными добавками и без них приведены в табл. 6.1. Установлено, что для состава без зол величина OK составляет только 17.4 см; замена 20, 30 и 40% цемента золой позволяет значительно увеличить OK (до 24-25 см). Кроме того, при введении зол наблюдается увеличение вязкости и водоудерживающей способности бетонных смесей.
Из анализа таблицы 6.1. видно, что, несмотря на различное содержание зол, OK составов бетонов для них практически не меняется, что свидетельствует о невозможности оценки с помощью величины OK различий подвижности бетонов в зависимости от дозировки минеральных добавок. Необходимо отметить, что с увеличением дозировки зол происходит повышение как подвижности составов, так и их вязкости.

Для определения показателей подвижности бетонных смесей с различными дозировок зол проведены исследования с помощью L-образного ящика.
Из анализа рис. 6.15 видно, что увеличение дозировок зол с 20 до 30% приводит к значительному сокращению подвижности смесей. При 40%-ом содержании золы время горизонтального экстенсивного течения бетона немного выше, чем для составов с 30% концентрацией, что свидетельствует об увеличении вязкости смесей. На основании полученных результатов установлено, что проведение исследований с помощью L-образного ящика позволяет получить дополнительные параметры для оценки подвижности бетонных смесей.

Различные виды зол, обладающие разной тонкостью помола, водопотребностью, формой частиц и другими физическими параметрами по-разному воздействуют на подвижность бетонных смесей. Результаты исследования времени горизонтального экстенсивного течения бетона при 30% дозировке различных зол приведены на рис. 6.16. Установлено, что самой высокой подвижностью обладают бетонные смеси с золой Юаньбаошани класса I(Y1); подвижность составов с золами Юаньбаошани класса II(Y2) и Сигаоцзина класса II(Х2) практически одинакова.
Результаты исследований влияния дозировок добавок на подвижность с помощью L-образного яшика представлены на рис. 6.17. По полученным данным видно, что использование L-образного ящика позволяет с высокой точностью определить изменение подвижности бетонных смесей в зависимости от содержания добавок. Использование в качестве исследуемого параметра времени горизонтального течения бетона позволяет выявить различия в скорости деформации для составов с одинаковой ОК. особенно для интервала от 10 и 30 CM (t10 и t30).


Под действием СП даже при низком В/Ввяж. отношении составы ВЦБ могут достигать высокую подвижность. Подобные бетоны предложено называть самоуплотняющимися, т.е. достигающими высокой подвижности в процессе укладки, уплотняющимися под собственным весом, без применения дополнительного трамбования или вибрирования.
Применение L-образного ящика позволяет определить скорость деформации и конечную (полную) деформативность ВЦБ, а также оценить уплотненность бетонных смесей. Как правило, для испытаний с помощью данного устройства используют составы бетонных смесей с OK более 20 см. Обычно скорость достижения такими составами горизонтальной отметки, составляющей 5 см, достаточно мала и практически не меняется от состава. Время горизонтального течения бетона до отметки 50 см, как правило, либо слишком большое, либо для части бетонов с большой вязкостью не достижимо. Время достижения бетоном отметок 10 и 30 см наилучшим образом отражает различия в подвижности составов бетонов, а временной интервал между временем достижения этих двух отметок (t30-10) отражает скорость течения бетонных смесей.
Уплотненность внутренней структуры бетона напрямую связана с его прочностью. Известно, что прочность бетона уменьшается с увеличением внутренней пористости.
Для определения способности к самоуплотнению проводили исследование, заключающееся в определении относительной прочности при сжатии двух видов бетонных образцов в возрасте 28 суток. Одна группа образцов не подвергалась дополнительному уплотнению (f0), другая - трамбовалась (f1). Отношение прочностей двух групп бетонов f1/f0 характеризует его способность к самоуплотнению. Результаты испытания приведены в табл. 6.2.

Анализ соотношения величин At30-10 и f1/f0 позволяет оценить взаимосвязь между подвижностью и уплотненностью бетона. Установлено, что показатели подвижности существенно влияют на относительную прочность бетона. На основе статистических данных выявлено, что скорость текучести тем выше, чем меньше величина f1/f0.
По данным табл. 6.2 видно, что значения максимальной горизонтальной величины Lf, отражающей способность бетона к деформативности, как правило, превышают 60 см; в зависимости от состава бетона, пределы изменения параметра At30-10 значительно выше. По величине относительной прочности образцов утрамбованных бетонных смесей к прочности образцов, не подвергающихся уплотнению, исследуемые составы бетонов были разделены на три класса, характеризующие их способностью к самоуплотнению:
O - (f1/f0) > 0-90 - отличное самоуплотнение;
o - (f1/f0) = 0.80-0.90 - хорошее самоуплотнение;
A - (fi/fo) < 0.80 - плохое самоуплотнение.
При значениях At30-10 < 12 сек. величина относительной прочности f1/f0 превышает 0.9; такой бетон имеет высокую способность к самоуплотнению. Для большинства составов, обладающих At30-10 > 12 сек.. значения относительной прочности не превышают 0.9, что говорит о снижении их способности к самоуплотнению и необходимости дополнительного трамбования.

Для изучения гомогенности составов бетона в процессе его истечения были проведены следующие исследования: после проведения испытания с помощью L-образного ящика из его левой и правой частей произведен отбор проб объемом 1 литр; полученные пробы были помещены на сито с размером ячеек 5 мм и произведена отмывка цементного раствора; оставшиеся на ситах остатки высушены и взвешены. Сравнение содержания крупного заполнителя в левой и правой частях горизонтального ящика позволяет оценить степень расслоения бетонной смеси в процессе течения.
Представленные в таблице 6.3 результаты показали, что разница в содержании крупного заполнителя на различных участках горизонтального ящика не высока, а, значит, расслоение компонентов бетонной смеси практически не происходит.


Результаты итеративных испытаний для определения воспроизводимости данных, получаемых при использовании метода L-образного ящика приведены в табл. 6.4. По представленным данным видно, что исследуемые параметры при использования L-образного ящика (величина осадки Ls, максимальная горизонтальная величина экстенсивного течения Lf и время истечения до определенных отметок - 5, 10, 30 и 50 см) обладают хорошей итеративностью, а результаты S1, полученные с помощью традиционного метода осадки конуса - наилучшей воспроизводимостью.

Полученные выводы свидетельствуют о необходимости дополнительного совершенствования китайского метода L-образного ящика для получения результатов, сопоставимых с методом ОК. Основная проблема при использовании предлагаемого метода заключается в точности фиксирования расстояния, достигаемого бетоном при истечении. Для решения данной проблемы предложено использовать фотоприемники, позволяющие в автоматическом режиме замерять время истечения до определенных отметок, повышать точность измерений и их итеративность.
На основе полученных результатов исследования подвижности ВЦБ доказана эффективность применения метода L-образного ящика. Использование данного прибора и метода оценки самоуплотненности на основе испытания прочности при сжатии составов с дополнительным трамбованием и без него позволило оценить взаимосвязь между скоростью деформирования и способностью бетона к самоуплотнению и сделать следующие выводы:
1. Использование для определения подвижности и способности к деформированию метода L-образного ящика наиболее приемлемо для составов бетонов с OK более 20 см: данный метод позволяет оценивать величину осадки Ls, максимальную горизонтальную величину экстенсивного течения Lr, время истечения до определенных горизонтальных отметок и скорость течения смеси, определяемую между двух отметок.
2. Время t10 и t30, соответствующее достижению бетоном отметок, расположенных на расстоянии 10 и 30 см, наиболее точно выражает скорость течения бетонной смеси. Величина AТ30-10 характеризует способность бетонной смеси к самоуплотнению; наиболее хорошей способностью к самоуплотнению обладают бетоны со значениями AТ30-10 менее 12 с; при значениях AТ30-10, превышающих 12 с, для создания плотной структуры необходимо приложение внешних сил.
3. Забор и сравнение содержания крупного заполнителя в бетонной смеси на обоих концах горизонтального ящика позволяет оценить гомогенность составов бетонной смеси.
4. Показатели, определяемые с помощью метода L-образного ящика, обладают хорошей итеративностью; однако их воспроизводимость более низкая, чем при использовании традиционных методов определения удобоукладываемости.