СМЕШАННЫЕ ГИПСЫ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПОДБОР СОСТАВОВ ГИПСОВЫХ РАСТВОРОВ И БЕТОНОВ

В главе «Анализ формул прочности бетона» были рассмот­рены законы, влияющие на прочность отливки из гипса, ифор-

Сделана попытка математически

Выразить зависимость прочности гипсовых отливок от основных влияющих факторов: активности гипса, его нормальной густоты и от количества воды, принятого при затворении. В пределах практического использования гипса в строительстве оказалось возможным упростить математическое выражение формулы (6), т. е. избавиться от показателя степени и представить эту зави­симость в виде прямой, выраженной уравнением (7):

Решение которого не представляет затруднений.

При рассмотрении влияния тонкомолотых минеральных доба­вок на прочность полуводного гипса была доказана пригодность применения формулы (7) для определения прочности отливки в пределах прочности, интересующей строителей.

Работами, проведенными автором в ЦНИПС, установлено, что принципиально эта зависимость сохраняется и при определе­нии прочности бетонов на тяжелых и легких заполнителях при введении соответствующего поправочного' коэффициента на вид заполнителя или размеры испытываемого образца.

В цементных бетонах, как известно, для каждого вида за­полнителей (тяжелых или легких, с окатанной или шероховатой! поверхностью) и для определенной консистенции при различных марках бетона расход воды примерно постоянен, т. е. марка бе­тона изменяется при изменении водоцементного отношения.

Имеет место и второе положение, когда марка бетона прак­тически не изменяется при постоянном водоцементном отноше­нии независимо от количества введенного заполнителя, если при1 этом удобообрабатываемость бетона имеет место.

Эти два основных положения сохраняются и для гипсобето­нов.

Для иллюстрации изложенных положений и выяснения зна­чения нормальной густоты гипса в бетонах, а в конечном счете— экономической эффективности перехода на применение гипсов-- более высокой активности, можно воспользоваться некоторыми экспериментальными работами, проведенными автором в; ЦНИПС.

Для проведения экспериментальных работ были взяты сле­дующие материалы.

1. Строительные гипсы с данными, приведенными в табл. 16.

6. Для замедления сроков схватывания применялся водный 10%-ный раствор столярного клея в количестве 0,1% от весагип-- са, считая на сухое вещество'.

7. Тонкомолотая добавка, полученная от размола известняка, была просеяна через сито со 144 отв. на 1 см2. Добавка в виде каменной муки вводилась в тех случаях, где расход гипса составлял менее 250 кг/м3 при плотных заполнителях и менее 300 кг/м3 при пористых (шлаковых) заполнителях.

8. Известь-пушонка добавлялась в количестве 5% от веса гипса, так как большинством конструкций такая добавка реко­мендуется в целях некоторого повышения ВОДОСТОЙКОСТИ, особен­но при малых расходах гипса.

Для опытов готовились кубики с ребром 10 см.

Изготовление кубиков производилось следующим образом. В воду вливался раствор клея, после чего производилось пере­мешивание, и постепенно отдельными порциями засыпался гипс. В полученное гипсовое тесто вводились предварительно сме­шанные заполнители, и приготовлялся таким образом гипсовый бетон. Если, кроме того, необходимо было вводить молотую до­бавку, то она предварительно всыпалась в гипсовое тесто. Из­весть вводилась в воду перед смешиванием с гипсом.

Перед формовкой образцов измерялась пластичность смеси по осадке імалого конуса СтройЦНИЛ. Укладка бетонной смеси в металлические формы производилась штыкованием. Освобожде­ние кубиков (образцов) из форм производилось через 1 час. Ис­пытание кубиков на сжатие производилось через 3 часа после изготовления и при получении постоянного веса после хранения их в сушильном шкафу при t =+40°.

Полученные экспериментальные данные приведены в табл. 17 и 18. На основании этих данных с полной очевидностью можно убедиться в постоянстве расхода воды при затворении Для од­ного и того же вида бетона независимо от его марки, как и у цементных бетонов. Однако для гипсовых бетонов имеет место отклонение от установленного порядка, при котором для цемент­ных бетонов расход воды на 1 м3 бетона считается постоянным независимо от вида цемента. Для гипсовых бетонов отмечается значительное отклонение в расходе воды в зависимости от вида гипса: для варочного гипса больше, а для самозапарочного — меньше. Для иллюстрации высказанных положений и для учета расхода вяжущего по маркам бетона и по видам гипса произ­ведены расчеты действительного расхода гипса и полученные результаты приведены в табл. 19.

При просмотре данных табл. 17 можно установить значи­тельную разницу в расходах варочного гипса (активностью 124 кг/см2) и самозапарочного (активностью 144 кг/см2) в плот­ных бетонах одноименных марок. Разница в нормальной густоте гипсов не настолько велика (50 и 60%), чтобы оправдать двой­ной расход варочного гипса против самозапарочного. Дальней­шие исследования показали, что на величине расхода гипса в значительной степени сказывается еще и тонкость помола. В данном случае тонкость помола гипса варочного характеризо­валась остатком на сите 900 отв. на 1 см?—55,4%, а самозапа­рочного 23%. При проверке выяснилось, что при разнице в помоле строительного гипса (ГОСТ 125-41) и гипса строитель­ного (ТУ 33-44) расход первого гипса в плотных бетонах увеличивается примерно на 30% против второго, т. е. высоко­прочного.

В табл. 19 даны средние количества расхода воды на 1 м3 пластичного бетона, считая все составляющие смесь ма­териалы сухими. Дальнейшие исследования показали, что при жестких бетонах (укладываемых методом вибрации) расход воды снижается на 10—15%, а при литых бетонах—увеличи­вается на 10—20%.

Второй известный закон об отсутствии влияния твердых за­полнителей на прочность бетона при условии, что количество вводимых заполнителей не нарушает удобообрабатываемости бетона, иллюстрируется данными табл. 20, полученными при испытании на сжатие гипсобетонных кубиков с ребром 10 см и изготовленных из высокопрочного гипса марки 150. В каче­стве заполнителя были приняты речной песок с модулем круп­ности М=2,87, гравий крупностью до 20 мм. Вое смеси бето­нов приготовлялись при неизменном водогипсовом отношении, равном 0,385.

Таблица 20

Из рассмотрения результатов опытов в табл. 20 можно ви­деть, что это положение подтверждается также и для гипсовых бетонов.

Располагая изложенными выше данными, можно решить вопрос проектирования состава гипсобетона как для гкпса вы­сокопрочного, так и для гипса, получаемого в варочных котлах или иным способом, но имеющих во всех случаях крупный по­мол; другими словами, вопрос прочности гипсобетона для прак­тических целей можно считать решенным.

Для практических целей рекомендуется формула:

В свете изложенных выше положений и пользуясь формулой (7), представляется возможным и вполне обоснованным на­писать формулы для определения водогипсового отношения в виде:

В^____________ А_

Г Г'

Rv ( — -0,5

+ 0,5Л

Г = -

Обе эти формулы можно рекомендовать для проектирова - ■пия составов гипсобетонов. Чтобы пользоваться формулами '(7), (8), (9) при расчете и подборе составов гипсобетонов на производстве, необходимо учитывать еще следующие рассмот­ренные выше дополнительные обстоятельства, которые необхо­димо здесь еще раз напомнить в целях лучшего обоснования формул практическими данными.

1. При стандартном определении активности (марки) гипса 'были приняты кубики с ребром 7,07 см. Поэтому при перехо­де на другой размер образцов необходимо вводить поправоч­ный коэфициент К, так как различные размеры образцов дают ■соответственно и различные показатели прочности при сжатии. Работами автора и работами других исследователей установле­ны следующие переходные коэфициенты, считая от кубиков 7,07X7,07X7,07 см для кубиков размером 10X10X10 см /С=0,9, для кубиков 15X15X15 см /С=0,8 и для кубиков 20X20X20 см Ж = 0,75. Следовательно, при переходе на образцы других размеров, соответствующих по нормам для каждого вида изделий или конструкций, необходимо заданную марку бето­на делить на переходной коэфициент, т. е. К; /К. Это положе­ние действительно для бетонов с плотными (тяжелыми) •заполнителями.

2. Прочность бетонов на пористых (легких) минеральных заполнителях, как видно из табл. 17 и многочисленных данных других исследователей, а также как будет показано в дальней­шем изложении, составляет 0,7 от прочности аналогичных бе­тонов на плотных заполнителях. Поэтому в переходной коэфи­циент К должна быть внесена поправка на вид заполнителя.

В соответствии с высказанными соображениями рекомен­дуется следующая вспомогательная табл. 21 значений коэфи - циента К.

4. В предыдущем изложении было отмечено влияние круп­ности помола гипса на его расход: чем крупнее помол гипса, тем больше его расход в гипсобетоне. Было установлено так­же, что расход гипса по помолу, соответствующего ГОСТ 125-41, на 30% более расхода гипса, соответствующего по помолу ТУ 33-44. Такое увеличение расхода гипса отмечается при плотных заполнителях бетона; при пористых же (легких) заполнителях увеличение расхода не наблюдается, так как в них и без того расход гипса бывает повышен из-за жесткости смеси. Следова­тельно, в формулы расчета необходимо ввести еще поправоч­ный коэфициент а, который будет иметь значение я =1,3 толь­ко для случая применения гипса крупного помола в бетонах с тяжелыми заполнителями; ео всех остальных случаях а = 1.

На этом основании формулы (7), (8), (9) для гипсобетонов принимают следующий вид:

А) для определения прочности гипсобетона:

'^--оА

R6 = KA^------- : (10>

- — 0.5 I

Б) для определения водогипсового отношения: В А

-0,5 + 0,5Л

3,5)

К - В' ' ]

В) для определения расхода гипса на 1 .и[4] гипсобетона:

(12)

Ка), которых нужно - придерживаться при изготовлении гипсо­бетона. Как показали исследования и практика производства - гипсобетонных изделий, минимально допустимыми расходами вяжущего являются: для бетонов на высокопрочном гипсе — 250 кг/ж3 при тяжелых заполнителях и 300 кг/м? — при легких. Для бетонов на обычном строительном гипсе соответственно — 300 и 400 кг/м3. Если расход гипса при определении по фор­муле (12) окажется меньше устанавливаемой выше нормы, то - необходимо вводить тонкомолотые добавки, доводя общий рас­ход гипс + добавка до указанных пределов. Такие случаи воз­можны при соотношении активности гипса и заданной марки /j

Бетона. — > 3,5 при применении тяжелых заполнителей и:

— >6,0 при применении легких заполнителей. В этом случае

Не обеспечивается получение гипсобетонной массы необходимой удобообрабатываемости, и поэтому рекомендуется введение- тонкомолотых добавок. Примеры таких случаев имеют место в табл. 17 и 18. Заполнители для гипсобетонов проектируются и подбираются в полном соответствии с правилами для цемент­ных бетонов. Эти правила гарантируют максимальную эконо­мию вяжущего в гипсобетоне, в частности, и по минимальному количеству пустот в смеси заполнителей или по заданному объемному весу бетона. При проверке предложенных формул для расчета состава бетонов воспользуемся данными, помещен­ными в табл. 17, 18 и 19.

В табл. 19 приведены действительные расходы гипса на 1 м'' гипсобетона, полученные экспериментальным путем. По данным этой таблицы составлена новая табл. 23, в которой расходы гипса на 1 м3 гипсобетона для каждой марки бетона и по каж­дому виду гипса и заполнителя вычисляются теоретически по формуле (12).

При сравнении данных табл. 19 и 23 можно установить ис­ключительное совпадение расходов гипса на 1 м3 для гипсо­бетонов с плотными заполнителями и совершенно достаточное совпадение для гипсобетонов с пористыми заполнителями. Этим ■сравнением еще раз подтверждается большое значение учета в формулах нормальной густоты гипса. В рассматриваемых при­мерах как раз имеет место случай контрастных характеристик высокопрочного гипса, т. е. гипса № 1 с нормальной густотой, равной 0,6 при активности 144 кг/см2 и гипса № 2 с нормаль­ной густотой, равной 0,43 при активности, равной 284 кг/см2. Казалось бы при такой разнице в прочности (активности) рас­ходы должны быть также резко отличными, но как можно ви­деть из экспериментальных и теоретических данных табл. 19 и 23, такого контраста в расходах не наблюдается.

После того как была доказана правильность предложенных формул для расчета гипсобетонов, возможно, пользуясь ими, исследовать значение нормальной густоты и активности гипса при применении его в гипсобетонах. Для этого необходимо рас - ■•смотреть пример гипсобетона с плотными заполнителями при условии, что гипс активностью 284 кг! см2 имеет нормальную густоту, равную 0,60, т. е. такую же, какую гипс активностью 144 кг/см2, и что гипс с активностью 144 кг/см2 имеет Н! Г= =0,43. Подсчитанные по формуле (12) расходы гипса для за - .данных імарок гипсобетона сведены в табл. 24. В этой же таб­лице приведены процентные соотношения расходов гипсов в различных их сочетаниях.

При рассмотрении данных табл. 24 со всей очевидностью •обнаруживается явление, присущее цементным бетонам: с уве­личением марки бетона эффект экономии расхода вяжущего возрастает для гипсов высокой активности, т. е. для гипсобето­нов средних и высоких марок наиболее экономичным оказы­вается высокоактивное вяжущее.

Из этой же таблицы можно установить также, что превы­шение активности одного гипса по отношению к другому в два раза при одинаковых нормальных густотах дает экономию в расходе гипса для разных марок бетона при В'/Г'=0,6 от 14 до 35% и при В /Г'=0,43 от 21 до 39,5%. Отсюда следует, что у гипсов с меньшей нормальной густотой при разной активно­сти разница в расходах оказывается всегда значительнее.

При разных нормальных густотах, т. е. когда гипс меньшей активности имеет большую нормальную густоту (0,60>0,43), экономия в расходе резко снижается и составляет соответст­венно от 5,5% до 15%; но когда гипс большей активности имеет и большую нормальную густоту, то экономия резко возрастает и в нашем случае составляет от 28% до 54%.

Из табл. 24 можно также видеть, что с возрастанием актив­ности гипса эффект от разницы нормальных густот несколько снижается: для гипса с активностью 144 кг/см2 при НІГ—0,60 и 0,43 экономия в расходе составила от 16,5 до 29%; а для гипса активностью 284 кг/см7- при НІГ—0,6 и 0,43 в этих же ус­ловиях экономия гипса получилась от 8,5 до 24%. При рас­смотрении чисто гипсовых отливок, как было уже отмечено, бо­лее экономичным оказывается тот из гипсов равной активности, который имеет наибольшую нормальную густоту; в настоящем случае то же самое положение наблюдается и у гипсобетонов. Работами автора с полной очевидностью подтверждаются эко­номические преимущества гипсов высокой активности и тонко­го помола с повышенной нормальной густотой.

Гипсоопилочные бетоны имеют широкое применение при из­готовлении строительных изделий; поэтому ряд исследователей в течение (многих лет занимался этим вопросом. Из них необ­ходимо отметить работы канд. техн. наук Н. В. Лобачева <(ЦНИПС), который установил, что прочность литого гипсоопи - лочного бетона (с древесными опилками) составляет 0,63 от прочности гипсового камня с тем же водогипсовым отноше­нием. Прочность же пластичного гипсоопилочного бетона, укла­дываемого посредством штыкования, составляет 0,51 от проч - іности гипсового камня, изготовленного на том же б/Г-факторе.

И. В. Лобачевым установлено также, что гипсоорганики при расходе гипса до 600 кг! м3 размокают и разваливаются, а при расходе гипса до 700 кг/м3 выдерживают только 5 стандарт­ных замораживаний и оттаиваний. При расходе гипса более 750 кг/м 'А изделия выдерживают 15 морозосмен, и их коэфи­циент размягчения при увлажнении равен коэфициенту размяг­чения чисто гипсовых отливок.

Все это свидетельствует о том, что гипсоопилочный бетон не является экономичным и не стоило бы его совсем рассматри­вать, если бы он не обладал пониженной хрупкостью и хоро­шей работой на изгиб; поэтому в строительстве этот вид бетона часто применяется. Это обстоятельство привело к необходимости разработки способа подбора состава также и гипсоопилочного - бетона.

Как было указано, канд. техн. наук Н. В. Лобачев устано­вил, что прочность гипсоопилочного бетона составляет 51% от прочности гипсового камня. Следовательно, коэфициент К в - формуле (10) раЕен 0,5. Зная коэфициент К, всегда возможно определить для заданной марки гипсоопилочного бетона водо - гипсовое отношение по формуле (11). Расход гипса на 1 л«3 гип­соопилочного бетона определять по формуле (12) было бы неправильно, так как опилки являются заполнителем особого рода. Этот заполнитель имеет большую пустотность и малую подвижность. Подвижность бетона достигается только при на­личии гипсового теста, превышающего своим объемом объем пустот в опилках в 1,45 раза. Этот коэфициент заполнения гип­совым тестом пустот в опилках был установлен эксперимен­тальным путем.

Расход гипса на 1 м" гипсоопилочного' бетона автором пред­ложено устанавливать по абсолютному объему суммы всех со­ставляющих 1 м" гипсоопилочного бетона:

V

Выражение — представляет собой отношение количества ве-

Тд'

Совых частей опилок, приходящихся на одну весовую часть гип­са п к объемному весу сухой древесины (для •сосны при­нимается '{ =0,45); поэтому это выражение должно быть най­дено предварительно до решения уравнения (13)-

Для установления значения величины п необходимо знать, пустотность единицы объема сухих опилок, которая определяет­ся по известной формуле

(14),

Где То —объемный вес сухих опилок в тім3.

Определение объемного (насыпного) веса сухих опилок, производится при свободном их насыпании в мерный сосуд. Определив пустотность в 1 ж' сухих опилок, необходимо уста­новить расход гипса в тесте, количество которого превышает в 1,45 раза пустотность в опилках. Этот расход гипса определяем по формуле:

(15>

Установив расход гипса в тесте, можно определить величи - :ну п по формуле:

N^f. (16)

По определении значения п приступают к решению уравне­ния (13) и устанавливают расход гипса на 1 м'л гипсоопилоч - ного бетона. Зная расход гипса на 1 м '" бетона и величину п, - определяют расход сухих опилок на 1 м3 по формуле:

О in. (17)

Расход воды на 1 мл гипсооп ил очного бетона устанавли­вается обычным порядком по формуле

В~Г~, (18)

Где В/Г и Г устанавливаются по формулам (11) и (13) -

Предложенный метод проектирования состава гипсоопилоч - :ного бетона по заданной марке бетона проверен на производст­ве и полностью себя оправдал.

Заканчивая вопрос подбора состава гипсобетона по заданной прочности (марке) бетона, необходимо указать, что прочность типсобетонных отливок на растяжение при изгибе состав­ляет примерно 25—30% от предела прочности на сжатие, как и у цементных бетонов. Предел прочности на растяжение со - "ставляет примерно 7є—'/а от прочности сжатия, но бывают и бо­лее значительные отклонения, доходящие до 'А и ДО V12.

Для ориентировочных ускоренных испытаний можно поль­зоваться формулой канд. техн. наук Н. В. Лобачева:

R =6 1 D°-8!

Где RKX—прочность сухого кубика; /?,..,.—прочность кубика в 'возрасте 3 час. после затворения. Эта формула дает правиль­ное представление о прочности сухих чисто гипсовых кубиков по полученной их прочности в возрасте 3 час. Применимость этой формулы к гипсобетонным образцам еще требует дальней­шей проверки.