Архив рубрик: Без рубрики

Когда производится сварка стальных конструкций, при нагревании в структуре металла происходят коренные изменения. Ширина теплового воздействия на структуру металла составляет приблизительно 3-5 мм, электродуговой сварке, а при газовой металла значительно шире. В зоне сварки металл приобретает аустенитовую структуру, далее, когда происходит переохлаждение — в структуре шва наблюдается перекристаллизация.

На рис. 1 приведена схема термических структурных при сварке малоуглеродистой стали.

Если посмотреть на всю зону прогрева металла, то она состоит из четырех частей:

1. зона термического воздействия — зона, прогретая в результате сварки ограничевается участками, где температура поднимается выше точки Ac1.
2. зона сварки или сплавления — узкая полоска, по которой проходит граница между наплавленным и основным металлом;
3. зона перегрева, где основной металл нагревается значительно выше точки Ас3 . При дуговой сварке она составляет небольшую часть всей зоны термического воздействия; при газовой сварке — эта зона является преобладающей;
4. зона нормализации, где металл нагревается только немного выше точки Ас3; в этой зоне в обычных условиях сварки образуется мелкозернистая структура сорбитообразного характера; в массивных деталях с высоким содержанием углерода может произойти закалка с образованием трооститовой и даже мартенситовой структуры вследствие быстрого отвода тепла.

При дуговой сварке эта зона является наибольшей, при газовой — она невелика вследствие большего объема нагреваемого металла; зона неполной нормализации, где температура нагрева лежит внутри критического интервала. Здесь структура приобретает промежуточный характер.

При контактной электросварке эти основные зоны также наблюдаются.

Основные дефекты сварного шва следующие:

1. непровар; пористость в структуре шва — из-за перенасыщенности металла газами, окислами, шлаками;
2. трещины — в наплавленном или в основном металле;
3. пережог (окисление) — при слишком длинной дуге или избытке кислорода (при производстве газовой сварки);
4. подрез — проплавление основного металла у границы шва в виде узкой канавки.

Контроль при проведении сварных работ сварных швов при приемке готовой сварной конструкции проводятся в такой последовательности:

Наружный осмотр — обнаружение дефектов путем внешнего осмотра и обмера.

Все дефектные места с наружными пороками (например, трещины, свищи, незаверенные кратеры) по требованию приемщика должны быть переварены.

Необходимо тщательно осматривать сварные швы всех строительных конструкций и сварных соединений.

Рис. 1. Микроструктура места сварки малоуглеродистой стали.

Испытанию на плотность подвергаются те изделия, от которых кроме прочности требуется также непроницаемость сварного соединения. Б этом случае производится проба на проникание керосина или гидравлическое испытание.

Прочность испытывается у целых изделий или образцов, вырезанных из детали или специально изготовленных (по ГОСТ).

При механических испытаниях целой конструкции испытательная нагрузка определяется техническими условиями. Посредством специальных приборов, установленных на конструкции, определяются напряжения в отдельных элементах конструкции и величина прогиба.

Определение внутренних пороков сварного шва осуществляется:

1. путем высверливания и исследования макроструктуры шва в высверленном месте;
2. освидетельствованием шва ультразвуковым и электромагнитным способами; просвечиванием рентгеновскими или гамма-лучами.

Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь на обработку персональных данных в соответствии с Условиями

Один из методов исследования черного металла- макроскопический анализ; он дает возможность исследовать большую площадь образца, приближенно определять характер строения металла и обнаруживать некоторые дефекты в его структуре.

Для определения качества металла используют металлические образцы как с необработанными, так и обработанными поверхностями. Шлифованные поверхности в ряде случаев дают возможность подробнее изучить дефекты и выяснить характер распределения в металле различных примесей. Макроскопический анализ не позволяет определить все особенности строения и структуры металла и поэтому чаще всего играет вспомогательную роль, являясь дополнением к микроскопическому анализу и обычно предшествует последнему.

Образец металла, приготовленный для рассмотрения его строения помощи лупы, называется макрошлифом (темплетом).

Макрошлифы в зависимости от целей исследования имеют различные размеры. Отрезают заготовки для макрошлифа на токарном станке или механической ножовкой. Заторцовку поверхности макрошлифа производят на станках (токарном, фрезерном или другом) в зависимости от формы заготовки.

Подготовленную поверхность макрошлифа либо сразу подвергают травлению для выявления ее структуры, либо дополнительно обрабатывают вручную до получения более гладкой поверхности (шлифовка наждачной бумагой).

Для макротравления сталей чаще всего применяют следующие реактивы:

1. водный раствор персульфата аммония (15 г персульфата аммония и 100 мл воды). Реактив этот позволяет выявить кристаллическую структуру и дендритность стали (дендрит — промежуточная ветвистая форма кристалла);раствор хромпика в серной кислоте (60 мл серной кислоты, 25 г хромпика и 50 мл воды). При помощи этого реактива выявляют волокнистое строение стали;
2. фотографическую (бромосеребряную) бумагу, смоченную 5%-ным водным раствором HSO4. Применяя такую бумагу, выявляют наличие и распределение серы и фосфора в стали.

После предварительного осмотра через лупу шлифованной поверхности ее подвергают травлению реактивами. Перед травлением поверхность макрошлифа промывают спиртом и тщательно высушивают.

Такой метод исследования требует работы под вытяжкой.

Агрессивные реактивы энергичнее воздействуют на участки с большим количеством пор, трещин — вследствие ликвации (сегрегации), т. е. неравномерного выделения примесей при затвердевании сталей. Наибольшую ликвацию дают углерод — C, фосфор — P и сера — S.

Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь на обработку персональных данных в соответствии с Условиями

Определение выделения серы на поверхности металла — ликвации

Лист бромосеребряной фотографической бумаги вымачивают в 5—7 мин. в 5%-ном растворе H2SO4 и просушивают. Затем фотографическую бумагу накладывают эмульсионным слоем на приготовленный макрошлиф, слегка приглаживают пальцами чтобы вышел весь воздух, следя за тем, чтобы бумага не двигалась (иначе получится смазанное изображение). Через 3 мин. бумагу снимают и промывают в воде, закрепляют в растворе гипосульфита, далее промывают в воде и просушивают.

Серная кислота реагирует с имеющимися в металле сульфидами. Выделяющийся при этом сероводород образует сульфид серебра, дающий темное окрашивание фотографической бумаги по реакциям:
MnS + H2SO4 = MnSO4 + H2S;
H2S + 2AgBr = Ag2S + 2HBr.
В результате реакции в местах, богатых серой, появится темная окраска бумаги, которая указывает, как по поверхности стали распределяется сульфид серебра.

Определение выделения фосфора и углерода

Приготовленный макрошлиф погружают на 40 — 60 сек. в 12%-ный водный раствор двойной соли меди и аммония (CuCL2 • NH4CL • 2H2O). Затем макрошлиф вынимают, осевшую в результате реакции ми поверхности шлифа медь удаляют ваткой под струей воды, протирают досуха поверхность шлифа (с целью предохранения его от быстрого окисления) и, если нужно, фотографируют. К результате травления места, обогащенные фосфором и углеродом, темнеют.

Определение неоднородности структуры поверхности металла

Изменения в структуре, вызванные холодной деформацией металла, при содержании углерода не выше 0,3%, выявляют следующим образом. Макрошлиф нагревают до 200—400° в течение 30—45 мин., затем зашлифовывают и протравливают. Для фавления приготовляют раствор из 120 мл концентрированной соляной кислоты (уд. вес 1,19), 100 мл воды и 90 г кристаллической соли хлорной меди (СиСl2 • Н20). Макрошлиф погружают в раствор на 1—3 мин., затем вынимают и натирают порошком хлорной меди, применяя пропитанную этим раствором ткань и часто смачивая ее раствором. Операция эта проводится от 2 до 20 мин. Как только появятся фигуры травления, шлиф слегка вытирают, обмывают спиртом и высушивают. В случае перетравления шлифа шлифовка производится заново.

Определение нарушения целостности структуры (сплошности) металла

Усадочная рыхлость и различные дефекты металла часто бывают четко видны на поверхности макрошлифа без травления, но если в процессе затвердевания, прокатки пли ковки стали эти дефекты оказываются в скрытом виде, то для их выявления прибегают к глубокому травлению. Для глубокого травления пользуются концентрированными растворами кислот или их смесей, сильно действующими на поверхность стали.

Состав одного из таких реактивов следующий: соляной кислоты концентрированной 500 мл, серной кислоты 70 мл, воды 180 мл. Его подогревают в фарфоровой ванне, помещенной в кипящую водяную баню для поддержания температуры около 100°. Подготовленный обезжиренный шлиф промывают спиртом п погружают в горячий реактив (спирт не вытирают со шлифа), н котором выдерживают 40 мин. После этого шлиф промывают, просушивают и шлифуют наждачной бумагой мелких номеров.

Вся установка с реактивом должна быть помещена в хорошо действующий вытяжной шкаф.

Этот реактив помогает определить направление волокон в результате ковки, штамповки или прокатки стали.

На рис. 1 и 2 показаны макроструктуры двух рельсов с прямой (образец травлен в 12%-ном растворе двойной соли хлорной меди и аммония) и обратной ликвацией (отпечаток пс-лучен при помощи бромосеребряной бумаги.

На макрофотографиях видны зоны различной интенсивности; Наиболее темные зоны содержат углерод, серу и фосфор н больших количествах, чем светлые.

На рис. 3 и 4 показана ликвация в угловой и тавровой стали. При макроисследовании без травления можно обнаружить усадочные раковины (рис. 5).

Данные о результатах макроскопического анализа металлического образца записывают по следующей форме:

	Рис.1. Прямая зональная ликвация по сечению рельса, выявленная травлением двойной солью хлористой меди и амония
	Рис.2. Обратная зональная ликвация по сечению рельса, выявленная при помощи бромосеребрянной бумаги
	Рис. 3. Ликвация в угловой стали
	Рис.4 Ликвация в тавровой стали
	Рис.5. Усадочная раковина в головке стали

Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь на обработку персональных данных в соответствии с Условиями

Этого типа микроскоп (рис. 1) состоит из следующих основных частей: колонки 1, трубы 2, где находятся объектив и окуляр, предметного столика 3 и осветителя 4.

На указанной массивной колонке при помощи винта 5 укрепляют каретку предметного столика.

Предметный столик для грубой наводки (фокусировки) объектива на резкое изображение предмета можно передвигать вверх и вниз поворотом винта 6.

В колонке имеются рожки 7, к которым винтами 8 прикрепляют трубу микроскопа.

При этом винт 9, закрепляющий рожки, должен быть хорошо затянут. Объектив ввинчивают в отверстие трубы микроскопа, находящееся под предметным столиком.Окуляр 11 вставляют в трубу микроскопа со стороны наблюдателя.

На колонке при помощи штанги 12 и винта 13 укрепляют осветитель. К штанге его прикрепляют винтом 14. В коробке осветителя имеется лампочка 12 в.

Фокусировку осветителя производят передвижением его вверх и вниз (положение осветителя; закрепляют винтом 15), наклоном при помощи винтов 16 и передвижением вперед и назад в прорези штанги.

Рассматриваемый шлиф 17 устанавливают на предметный столик полированной II протравленной поверхностью вниз, после чего, наблюдая глазом в окуляр, производят грубую наводку объектива на фокус, т. е.

Рис.1 Металломикроскоп ММ-2

на резкое изображение предмета, поднимая или опуская предметный столик. Закрепив положение предметного столика микроскопа, точную фокусировку осуществляют вращением микрометрического винта 18. Увеличение микроскопа подбирают из комбинации окуляров Х7> XI5 объективов Х10> Х21, Х40 путем перемножения. На рис. 140 показана оптическая схема микроскопа ММ-2.

Рис. 2. Оптическая схема микроскопа ММ-2: 1— шлиф; 2 — предметный столик; 3— объектив; 4— призмы; 5 — линза осветительная; 6 — диафрагма, 7—лампочка; 8—окуляр,

Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь на обработку персональных данных в соответствии с Условиями

Объектив — самая существенная и ценная деталь микроскопа. Он состоит из ряда линз, имеющих различную форму и изготовленных из стекла разных сортов. Линза, находящаяся в передней части объектива, называется фронтальной и представляет собой плоско-выпуклое стекло. Все другие линзы, расположенные за фронтальной линзой, называются коррекционными. Назначение фронтальной линзы — производить увеличение. Коррекционные линзы исправляют оптические недостатки фронтальной линзы.

Объективы бывают двух систем: сухие и иммерсионные. Объектив называют сухим, когда между ним и исследуемым предметом находится воздух. Если между исследуемым предметом и объективом помещают жидкость (например, каплю кедрового масла) и при расчете объектива этот жидкий слой был принят во внимание, то такой объектив называют иммерсионным.

Иммерсионные объективы, как уже говорилось выше, имеют значительное преимущество перед сухими и применяются при больших увеличениях (свыше 1000 раз), хотя в настоящее время имеются уже сухие системы, дающие увеличение до 1 500 раз.

Существуют два основных метода освещения рассматриваемых предметов в металломикроскопах: при помощи стеклянной пластинки и посредством призмы. В том и другом случаях освещение микрошлифа производят через объектив.

Тонкое плоско-параллельное стекло наклонено под углом 45 поверхности объекта. Лучи S, падающие на стеклянную пластинку /, частью проходят сквозь нее, а частью отражаются и noпадают через объектив 2 на поверхность шлифа 3, откуда, отразившись, проходят через объектив и попадают в окуляр 4.

Рис. 1. Оптическая схема металломикроскопа МИМ-6: 1 — микрошлифт, 2 — источник света; 3 — коллектор; 4 — откидные светофильтры (зеленый, жетый, синий, оранжевый); 5 — поляризатор (для наблюдения в поляризоваванном свете неметаллических включений в шлифах); 6 — линза иллюминатора 7 — полуматовая пластинка; 8 и 9—линзы; 10—прозрачная пластинка; 11—отражательная призма; 12 — объектив; 13 — фотоокуляр; 14 — зеркало; 15 — матовое стекло фотокамеры; 16 — окуляр; 17 — анализатор; 18 — апертурная диама; 19 — полевая диафрагма.

На рис. 2. показана схема освещения при помощи стеклянной пластинки. При таком методе освещения в работе находится все отверстие объектива, но не все лучи используются для освещения, что отражается на интенсивности освещения шлифа. Освещение получается прямым, и более часто применяемое при изучении структуры.

Рис. 2. Схема освещения при помощи стеклянной пластинки.

При схеме освещения посредством призмы (рис. 146) работает только половина отверстия объектива (одна половина объек-; тива используется для освещения, а другая — для получения изображения), а лучи, падающие на шлиф, косые. При этом способе освещения изображение имеет тени, создаваемые рельефом, поверхности.

И та, и другая системы освещения имеют свои недостатки и; преимущества. Поэтому в современных микроскопах призму пластинку соединяют в одну оправку с таким расчетом, чтобы при надобности можно было пользоваться как тем, так и другими видом освещения.

Используемые при работе с металломикроскопами фильтры бывают тепловые и световые.

Тепловые фильтры служат для поглощения тепла. Они представляют собой сосуды, наполненные прозрачной жидкость, например, дистиллированной водой или цветными растворами. Лучи света, проходя через жидкость, отдают ей свое тепло и тем самым предохраняют объектив от порчи, например, расклеивание.

Световые фильтры, делающие свет более монохроматическим используют при визуальном наблюдении, а также при микрофотографировании. Глаз человека наиболее чувствителен к желто-зеленым цветам.

Рис. 3. Схема освещения посредством призмы

Поэтому для получения более четкого изображения микроструктуры нужно применять желто-зеленый светофильтр, который при прохождении через него пучка белого света отфильтровывает остальные цвета спектра, уменьшая тем самым хроматическую аберрацию. При визуальном наблюдении, с целью уменьшения силы света, в особенности когда пользуются электродугой, применяют дымчатые фильтры.

Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь на обработку персональных данных в соответствии с Условиями

Были выполнены специальные опыты для изучения структуры стыкования цементного камня с зернами песка по следующей методике, причины коррозии цементного камня.

• На очищенное, а затем смоченное водой предметное стекло с кисточки стряхивали портландцементный порошок, часть которого образовывала плавающую структуру на тонкой водной пленке. Плотность упаковки зерен цемента в такой пленке соответствовала плотности пространственной упаковки цемента при В/Ц=0,4 — 0,5. Затем на стекло помещали несколько зерен мелкого песка.
• Для поддержания препарата во влажном состоянии к стеклу прикрепляли фильтровальную бумагу, опущенную вторым концом в сосуд с водой, поднятый на некоторую высоту. В таком состоянии препарат выдерживали в течение месяца. Чтобы наблюдать сцепление плавающей пластинки цементного камня (которая никогда не тонет) с поверхностью зерен песка, величина последних выбиралась такой, чтобы часть зерна выступала над поверхностью воды.
• Плавающая пластинка цементного камня изгибалась по поверхности водного мениска и как бы вползала на выступающую часть поверхности зерна песка. Участки препаратов, твердевшие 1 сутки, показаны на рис. 7 , а твердевшие 20 сутокна рис. 8. На препаратах видны характерные щели, видимо трещины усадочного происхождения; видны также участки коррозии прямого контакта цементного камня с поверхностью песка

Эти опыты в известной мере подтверждают образование коррозии щелей и трещин на некоторых участках контакта цементного камня с зернами песка.
Щели возникают не только при твердении цементного камня. В процессе бетонирования под нижними поверхностями кусков щебня (гравия) и зерен песка в результате неравномерного оседания бетонной смеси также образуются щели, заполненные водой. Величина этих щелей зависит от ряда факторов; не касаясь этого вопроса детально, отметим, что практически отрицательное значение такие щели имеют для подвижных и малоподвижных бетонных смесей (но не для жестких смесей).

Таким образом, бетон уже при своем зарождении пронизан щелями, а в процессе твердения количество щелей, трещин и пустот различного характера увеличивается несмотря на то, что процесс твердения сопровождается увеличением объема твердой фазы.
Из сказанного видно, что заполнители наряду с положительной ролью в производстве бетона (заполнители заменяют около 700 л цементного теста в 1 м3 бетона), оказывают известное отрицательное воздействие на структуру бетона за счет образования слабых контактов с цементным камнем, обнаруживаемых даже при использовании промытых заполнителей.

Сцепление цементного камня с зернами песка в возрасте 20 суток (увеличение 80 X): 1 — зерно песка (кварц); 2 — щель разрыва; 3 — цементный камень (плавающая пленка)

Отрицательное влияние заполнителей на структуру бетона может быть частично устранено различными способами, увеличивающими сцепление поверхности заполнителей с цементным камнем. Не затрагивая этой важнейшей для технологии бетона проблемы, пока еще очень мало разработанной, отметим лишь отдельные пути увеличения сцепления.
Если поверхность песка сделать активной (вступающей во взаимодействие с жидкой фазой цементного камня), можно резко усилить сцепление; Грюн, заменявший в цементно-песчаных растворах кварцевый песок дробленым цементным клинкером, повысил прочность цементного камня в месячном возрасте почти в три раза

Из практики также известно, что при замене прочных заполнителей с гладкой поверхностью прочными заполнителями с шероховатой и особенно ноздреватой поверхностью прочность бетона также увеличивается, хотя и в значительно меньшей степени. Ноздреватые пористые поверхности заполнителей всасывают воду, уменьшают количество щелей и увеличивают оплошность контактов.

Фото цементных камней

По данным Б. В. Осина, А. В. Васильев обрабатывал кварцевый песок соляной кислотой с удельным весом 1,19 в течение 0,5 часа, затем промывал песок до удаления аниона НСL. Обработанным песок приобретает способность адсорбировать известь, зерна песка набухают и слипаются.

А. В. Васильев считает, что обработанная поверхность песка становится активной, и при взаимодействии с известью образуется гидросиликат кальция, причем эта реакция протекает продолжительное время.

Надо, однако, иметь в виду, что активность поверхности заполнителей, в том числе и песка, не всегда является положительным фактором. Из практики хорошо известны природные заполнители, типа опала, с активной поверхностью, вступающей во взаимодействие со щелочами цементного камня, причем в этой зоне резко усиливается осмотическое давление, что иногда приводит к разрушению бетона.

В опытах Шиделера цементно-песчаные образцы, приготовленные на цементе с содержанием Na2О—1,16%, К2О—0,04% и на активных песках (три вида песков) сильно расширились от 0,27 до 0,54%, в зависимости от активности песка.

Введение в раствор хлористого кальция еще более увеличивало это расширение (на 30% ).
Во избежание такого опасного расширения при использовании активных песков необходимо применять цементы с содержанием Na2О-K2О ниже 0,6%.

Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь на обработку персональных данных в соответствии с Условиями

Дефекты, возникающие в сварных соединениях, разделяются на внешние и внутренние.

К внешним порокам швов, выполненных сваркой плавлением, относятся: неравномерность поперечного сечения, несоответствие размеров шва заданным по проекту, подрезы основного металла, наружные трещины в шве или рядом с ним, незаваренные кратеры и открытые поры.

Внутренними пороками являются непровары, загрязнение металла шва шлаковыми включениями, внутренние поры и трещины, перегрев металла шва и изменение свойств основного металла в зоне теплового влияния.

При контактной стыковой сварке возможны такие внешние дефекты, как смещение или перекос осей деталей в стыке. Внутренними дефектами являются непровары, расслоения, рыхлость, трещины, неметаллические включения и структурные изменения.

Рис. 1. Внешние дефекты сварных швов:
а — неравномерность сечения швов; б, в — несоответствие размеров (к) шва заданным; г, д — подрезы основного металла; е—трещины или поры

При точечной или роликовой сварке нахлесточных соединений могут быть следующие внешние дефекты: выплески, глубокие вмятины, подплавление поверхности деталей и трещины. Внутренними дефектами являются непровары, рыхлость, трещины в ядре и структурные изменения.

Рис. 2. Внутренние дефекты сварных швов: a,б, в — непровары; г, д — шлаковые включения; е — поры

Помимо перечисленных дефектов, возникающих в отдельных сварных соединениях в результате неправильных приемов работы, доброкачественных материалов или неисправности аппаратуры, инструментов и приспособлений, а также вследствие неправильно установленных режимов сварки, имеют место дефекты сварных изделий (конструкций) в целом.

К таким дефектам относятся деформации конструкций, вызываемые действием усадки швов, и отклонения от проектных размеров.

Классификация видов и способов контроля

Для обеспечения высокого качества сварных соединений необходим постоянный и тщательный контроль их производства, начиная от контроля исходных материалов и заготовок и кончая испытанием готовой продукции.

Борьбу за качество продукции, выпускаемой сварочными цехами, ведут как по линии разработки методов обнаружения и исправления дефектов, так и по линии изучения причин возникновения брака. На основе анализа причин появления дефектов разрабатывают мероприятия для предупреждения брака продукции.

Различные профилактические мероприятия имеют особую ценность для производства, так как обеспечивают нормальный ход производства, гарантируют своевременное выполнение производственного плана и способствуют снижению себестоимости выпускаемой продукции.

Разнообразие дефектов в сварных швах и особенно возможность появления скрытых дефектов затрудняет технику выполнения контрольных операций и приводит к необходимости разработки специальных методов контроля.

Все контрольные операции, применяемые в сварочном производстве, можно разделить в хронологическом порядке на следующие группы: предварительный контроль, контроль в процессе сварки (текущий контроль) и заключительный контроль (приемо-сдаточные испытания).

Элементы, входящие в каждую из этих групп, показаны на классификационной схеме 2.

Классификация способов контроля процесса изготовления сварных конструкций.

Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь на обработку персональных данных в соответствии с Условиями

Основная роль заполнителей — гранитного щебня заключается в резком снижении расхода цемента в бетоне, что важно с двух точек зрения.

Во-первых, цемент заменяется более дешевыми и не требующими крупных затрат горючего на обжиг местными материалами.

Во-вторых, снижение содержания цемента в бетоне при неизменном водоцементном отношении увеличивает стойкость бетона по отношению к различным агрессивным воздействиям, снижает степень усадочного трещинообразования в массивных конструкциях, а при тепловой обработке железобетонных изделий уменьшает вредное влияние экзотермии.

Вместе с тем введение в бетон заполнителей приводит к образованию в структуре бетона огромного количества сравнительно слабых участков сцепления цементного камня с поверхностью заполнителей, что ослабляет бетон и снижает его стойкость.
Практикой и исследованиями установлено, что во многих случаях; контакты цементного камня с заполнителями являются самым слабым местом в структуре бетона. В бетонах марок до «200»—«300», изготовленных на прочных заполнителях, при разрушении обнаруживаются характерные гнезда, точно повторяющие фактуру и форму входивших в эти гнезда зерен крупных и мелких заполнителей.

Исследования показали, что при отделении заполнителей от цементного камня всегда значительная часть поверхности не имеет следов цементного камня (рис. 1, см. вклейку), что свидетельствует о почти полном отсутствии истинного физического сцепления (склеивания) на этих участках поверхности заполнителей.
Такая же картина наблюдается в местах сцепления поверхности зерен песка с цементным камнем; многочисленные гнезда, служившие ложем для зерен песка, обнаруживаются на поверхности излома при разрушении бетона.

Рис. 1. Участок поверхности гранитного щебня (увеличение 32Х): 1 — поверхность гранита; 2 — остатки цементного камня в виде полосок и точек

Подобное явление происходит и в армированном бетоне, в котором стальная арматура сравнительно легко отделяется в изломе от бетона, нередко оставляя в нем гладкое ложе.

На рис. 2 показана поверхность гранитного щебня, отделенного от раствора, изготовленного на шлако-портландском цементе. Остатки цементного камня видны в виде полосок по контурам зернистой фактуры гранита, точек и пятен различной формы.

Рис. 2. Участок поверхности гранитного щебня (увеличение 20 X): 1 — углубления; 2 — зерна кварца; 3 — зерна полевого шпата

В другом случае расположение остатков цементного камня весьма точно передает террасно-уступчатую или зернистую поверхность гранита (рис. 3). Обнаружено, что во многих случаях полосы цементного камня (изломы) располагаются по уступам ниспадающих террас плоскостей спайности на поверхности заполнителя. Особенно часто это наблюдается на поверхности слюды, почти не имеющей сцепления с цементным камнем.

Рис. 3. Участок террасно-уступчатой фактуры поверхности гранитного щебня (увеличение 20Х): 1—поверхность гранита; 2 — цементный камень; 3 — «точка» цементного камня размером в несколько микрон

Слабое сцепление поверхности заполнителей с цементным камнем можно объяснить многими причинами. К ним относятся наличие на поверхности заполнителей преграды (пыли, водной пленки, тончайшей жировой пленки), плохое сродство между заполнителями и цементным камнем, иногда наличие на поверхности заполнителей легко снимающейся пленки толщиной в несколько микрон (обнаруживаемой в виде налета в гнездах заполнителей в изломе бетона).

Самая же главная причина слабого сцепления заключается в не сплошном «склеивании» новообразований цементного камня с поверхностью заполнителей, что является следствием специфического развития цементного камня и образования трещин разрыва (усадочных, температурных и т. п.).

При рассмотрении микрошлифа бетона Броун и Карлсон обнаружили характерные щели вдоль поверхности зерен песка (одно зерно кварца размером 200 γ и одно зерно полевого шпата размером 400 γ.), заполненные ноздреватой светлой массой кристаллов Са(ОН)2. Кристалллы извести являются вторичными новообразованиями в структуре бетона; они постепенно заполняют такие щели, мало увеличивая при этом сцепление поверхности заполнителей с цементным камнем, что подтверждается многими исследованиями.

Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь на обработку персональных данных в соответствии с Условиями

Технический парадокс в определении прочности бетона заключается в том, что из каменных материалов (естественных крупных и мелких заполнителей и искусственных — цементного клинкера) в большинстве случаев весьма высокой прочности (1—2 тыс. кг/см2) получаются обычно бетоны с прочностью 100—400 кг/см2, т. е. в несколько раз менее прочные. Главной причиной низкой прочности бетона является плохое замоноличивание входящих в структуру бетона твердых элементов (кусков щебня, зерен песка и структур цементного камня), о чем было кратко сказано в главе I, п. 2.

В природе встречаются примеры гораздо более прочного замоноличивания отдельных твердых элементов, например песчаники.
В настоящее время еще нет всесторонне разработанной теории определении прочности бетона, которая могла бы исчерпывающим образом объяснить сущность процесса разрушения бетона. Но имеется много работ, освещающих с большей или меньшей полнотой отдельные стороны этой проблемы.

Установлено, что разрушение бетона при одноосной сжимающей нагрузке происходит от разрыва в направлении, поперечном действующей силе.
Поверхность разрыва проходит по контактам крупных и мелких заполнителей с цементным камнем, по самому цементному камню, а также внутри зерен заполнителей (с их разрывом).

Преобладание одного из этих трех элементов поверхности разрыва зависит от прочности цементного камня, прочности заполнителей, структуры бетона, деформативностй всех ее составляющих и от других причин.
Разрушение бетона является результатом развития местных макро- и микротрещин, постепенно образующих сквозную поверхность, приводящую к разделению бетона на части. Макротрещины, как отмечалось выше, имеются в бетоне уже при его зарождении. Они развиваются и вновь образуются под действием знакопеременной нагрузки.

Ошибочно считать, что трещины, щели и другие пороки структуры бетона возникают только под действием значительной нагрузки. Последняя расширяет уже имеющиеся трещины и щели, а также, разумеется, способствует образованию новых, дополнительных поверхностей разрыва. Это подтверждается многочисленными исследованиями: работами Погани (1934 г.), Р. Терцаги (1945 г.), Меркле, Пауэрса и многих других.

Е. Фрейссинэ еще в тридцатых годах показал, что объем железо­бетонных колонн, подвергнутых одноосному сжатию, возрастает как при малых нагрузках, так и при больших. Так, при выдерживании колонны с процентом армирования 0,28 под напряжением 50 кг/см2 прирост объема составил 51 см3 на 1 м3 бетона, а при напряжении 252 кг/см2 — 621 см3 на 1 м3 бетона.

При малых напряжениях количество трещин, щелей и образованных ими разрывов непрерывности сравнительно невелико; эти разрывы локализуются на отдельных участках, не соединяясь в большие поверхности разрыва. Поперечное расширение сжатого бетона свидетельствует о некотором расширении трещин и щелей; как отмечалось выше, такой процесс расширения трещин наблюдался в опытах, даже при умеренной нагрузке.

Исследованиями показано, что большие поверхности разрыва, возникающие при разрушении бетона, проходят в большинстве случаев через имевшиеся до разрушения и до приложения нагрузки разрывы непрерывности бетона: щели, возникшие под заполнителями, контакты цементного камня с заполнителями, каверны, раковины и усадочные трещины.
За последние годы большие исследования в оределении прочности бетона под нагрузкой и при разрушении выполнил в ЦНИСе Минтрансстроя

О. Я Берг, показавший возникновение и развитие трещин в бетоне под нагрузкой (особенно цикличной). Многочисленными работами выявлено, что в большинстве случаев введение мелких и крупных заполнителей в цементное тесто снижает его прочность.

Считается, что в тяжелых бетонах средних марок, изготовленных на прочных заполнителях, прочность бетона меньше, чем прочность входящего в его состав раствора, а прочность раствора меньше, чем прочность входящего в его состав цементного камня.

Например, в бетонах марок «100»—«200», как указывает Г. И. Жилки, прочность растворной части бетона превосходит прочность самого бетона на 15—50% . По опытам Т. С. Пауэрса, проведенным в 1947 г., введение песка в цементное тесто снижает его прочность до полутора раз.

Из практики и исследований хорошо известно, что свойства песка при прочих равных условиях сильно влияют на прочность бетона, которая в зависимости только от свойств песка может изменяться в два раза.

Это можно объяснить изменением структуры бетона при введении в него песков различного зернового состава (особенно мельчайших и мелких фракций), различной формой зерен песка, неодинаковым сродством поверхности песка с цементным камнем, а также неодинаковой прочность, зерен песка, наличием в нем вредных примесей (органических веществ, слюды и т. д.).

В песках, образованных из слабых пород, в процессе их переработки на карьере и бетонном заводе может не только увеличиться содержание пыли, но она может покрыть поверхность щебня (гравия) и крупных зерен песка, что снижает сцепление запыленных заполнителей с цементным камнем.

Влияние песков на определение прочности бетона исследовано очень мало, причем до настоящего времени не разработан сколько-нибудь безошибочный способ научного предвидения этого влияния.

Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь на обработку персональных данных в соответствии с Условиями

Стоимость бетона в конструкции складывается из стоимости сырья для приготовления бетонной смеси и стоимости переработки сырья(приготовления бетонной смеси, ее транспортирования и уплотнения). В массивных бетонных и железобетонных сооружениях главные резервы снижения стоимости бетона, заключаются в составе бетонной смеси.

В промышленности сборного железобетона правильное проектирование (состава бетона и выбор сырья также являются крупным резервом снижения стоимости бетона и расхода цемента.
Если стоимость сырья на 1 м3 бетонной смеси принять за 100%., причем стоимость цемента составляет около 45% этой суммы, стоимость щебня — около 45% и стоимость песка — около 10%.

На первый взгляд может показаться, что пески мало влияют на экономику бетона. В действительности же это далеко не так. Дело в том, что вид песка, его характеристика и содержание песка в бетоне сильно влияют на расход цемента и прочность бетона.

При правильном подборе содержания песка в смеси крупных и мелких заполнителей расход цемента может быть на 4—8% ниже, чем при назначении невыгодного содержания песка, а прочность на 5—10% выше, что в целом значительно снижает стоимость бетона с заданной прочностью.

фото здание из бетонных блоков

Еще большее значение имеет обогащение песков — удаление фракций ниже 0,15 мм, рассев оставшейся части на две-три фракции и их смешивание в оптимальной пропорции, с помощью которого можно снизить расход цемента до 15% и более.

При проектировании состава бетона следует сравнить несколько вариантов состава, в которых будут изменяться вид песка (природный, обогащенный) и его содержание в бетоне.

После определения прочности бетона каждого из этих составов надо подсчитать стоимость сырья и расход цемента для бетона заданной прочности.

В целом правильное использование песков для бетона (включая их обогащение) может принести экономию за счет снижения расхода цемента на 10—15% и повышения прочности бетона, а соответственно снижение стоимости бетона.

Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь на обработку персональных данных в соответствии с Условиями