Prove su calcestruzzo fresco
Fonte: Roberto Leon, Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Virginia Tech, Blacksburg, VA
Il calcestruzzo è uno dei materiali da costruzione…
La procedura seguente descrive prima il processo di miscelazione e poi i test tipici (crollo, densità e contenuto d'aria) utilizzati sul campo per determinare la lavorabilità, la coerenza e la qualità. La procedura qui descritta è stata trovata per funzionare bene con una piccola betoniera.
1. Miscelazione del calcestruzzo con il metodo di prova
- Pesare quantità di aggregati grossolani e aggregati fini e conservarli in contenitori separati. Registrare i pesi esatti sulla scheda tecnica.
- Pesare la quantità di cemento di cui sopra nella Tabella 1 e metterla in un contenitore separato.
- Pesare la quantità di acqua di miscelazione indicata sopra nella Tabella 1 e metterla in un contenitore.
- Inumidire l'interno del miscelatore e tutti gli strumenti che verranno utilizzati, in modo che siano bagnati ma non con acqua stagnante.
- Mettere l'aggregato grossolano, l'aggregato fine e circa 1/5 dell'acqua nella piccola betoniera e mescolare per circa 2 minuti.
- Con il miscelatore ancora rotante, iniziare ad aggiungere il cemento e l'acqua aggiuntiva con piccoli incrementi (dal 10% al 20% del totale in ogni passaggio) e mescolare per altri 5 minuti.
- Arrestare il miscelatore e testare il crollo della miscela di calcestruzzo. Nel testare il crollo, inumidire il cono di crollo e metterlo nella padella di miscelazione. Tenere saldamente il cono di crollo contro la padella. Riempire il cono di crollo con calcestruzzo in tre strati, ciascuno di circa un terzo del volume del cono di crollo per ogni strato.
- Asta ogni strato con 25 colpi, distribuiti uniformemente sulla sezione trasversale del cono. L'asta dovrebbe penetrare leggermente nello strato precedente. Dopo che lo strato superiore è stato rodato, eliminare il calcestruzzo in eccesso con l'asta di pressatura, in modo che il cono sia riempito esattamente.
- Rimuovere immediatamente il cono dal calcestruzzo sollevandolo con attenzione in direzione verticale. Misurare il "crollo" del calcestruzzo determinando la differenza tra l'altezza dello stampo e l'altezza del calcestruzzo sovvenzionato.
- Al termine della misurazione del crollo, picchiettare delicatamente il lato del frusto di cemento con l'asta di pigiatura.
- A questo punto il crollo della miscela dovrebbe essere compreso tra 3 e 4 pollici. Se il crollo è troppo basso, o il mix sembra essere duro, aggiungere gradualmente piccole quantità di aggregato fine o grossolano (o entrambi), remixare accuratamente il calcestruzzo e ritestare il crollo. Ripetere questo processo fino a quando la miscela raggiunge il crollo e la consistenza desiderati. Assicurati di tenere traccia delle quantità aggiuntive di materiale utilizzato.
- Quando il lotto è giudicato soddisfacente dal test di slump, pesare gli aggregati rimanenti e registrarli nella scheda tecnica. Calcolare la quantità effettiva di aggregati grossolani e fini utilizzati nella miscela di calcestruzzo dai pesi iniziali.
- Determinare il peso unitario della miscela di calcestruzzo riempiendo e pesando un contenitore da 1 piede cubo. Il contenitore deve essere riempito e rodato allo stesso modo del cono per il test di crollo.
2. Test di trascinamento dell'aria
Se la miscela di calcestruzzo è stata progettata per una regione con cicli di congelamento-disgelo, è probabile che sarebbe stato specificato un contenuto di miscela di trascinamento dell'aria per portare il contenuto totale di aria a un intervallo compreso tra il 6% e l'8%. Per dimostrare questo effetto, prendi il calcestruzzo rimanente e remixalo mentre aggiungi la miscela di trascinamento dell'aria. In primo luogo, mescolare per circa 3 minuti, quindi eseguire un test del contenuto d'aria utilizzando un apparato di trascinamento dell'aria. Tieni presente che la procedura per condurre il test è specifica del dispositivo, quindi la seguente procedura si riferisce esclusivamente al dispositivo utilizzato in questo video o simile.
- Riempire il contenitore inferiore con calcestruzzo seguendo le istruzioni per ottenere un peso unitario.
- Chiudere la valvola dell'aria principale di colore rosso sulla parte superiore del ricevitore dell'aria.
- Aprire entrambi i petcock situati sulla parte superiore del coperchio.
- Posizionare il coperchio sul contenitore del materiale e chiudere i quattro morsetti a levetta.
- Versare acqua nell'imbuto fino a quando l'acqua non esce dal petcock al centro del coperchio.
- Barattolo delicato il misuratore fino a quando non escono bolle d'aria attraverso il petcock centrale. Chiudi entrambi i petcock.
- Chiudere la valvola dell'aria principale e la valvola di spurgo all'estremità del ricevitore dell'aria.
- Pompare delicatamente l'aria nel ricevitore fino a quando la mano dell'indicatore si avvicina alla linea rossa. Assicurati che la mano passi il punto di partenza iniziale. Non importa se la mano è su un lato o sull'altro lato della linea rossa.
- Toccare delicatamente l'indicatore con una mano. Allo stesso tempo, rompere la valvola di spurgo fino a quando la mano del misuratore non si appoggia esattamente sul punto di partenza iniziale.
- Chiudere rapidamente la valvola di spurgo. Aprire la valvola dell'aria principale tra il ricevitore dell'aria e il contenitore del materiale.
- Barattolo leggermente il contenitore dopo aver rilasciato la pressione per consentire alle particelle di riorganizzarsi. Toccare delicatamente l'indicatore fino a quando la mano del misuratore non si riposa. Registrare la lettura come percentuale di aria trascinata.
3. Preparazione del cilindro di prova del calcestruzzo
- Riempire gli stampi del cilindro posizionando il calcestruzzo nello stampo del cilindro in tre strati di volume approssimativamente uguale.
- Asta ogni strato con 25 colpi usando una piccola asta di pressatura (asta di diametro 1/4 in). Distribuite uniformemente i tratti sulla sezione trasversale dello stampo.
- Dopo che lo strato superiore è stato rodato, colpire la superficie del calcestruzzo con una cazzuola. Riempire un totale di dieci campioni di cilindri in calcestruzzo. Misurare il peso di tutti e dieci gli stampi cilindrici riempiti di calcestruzzo e registrare il peso sulla scheda tecnica.
- Coprire i cilindri di cemento con un sacchetto di plastica per evitare l'evaporazione dell'acqua dal calcestruzzo.
- Per la miscela finale, calcolare il peso richiesto dei materiali per realizzare un metro cubo di calcestruzzo. Registrare questi risultati nella scheda tecnica.
- Dopo 24 + 8 ore, rimuovere gli stampi in plastica usa e getta dai campioni di cilindro di cemento. I cilindri vengono quindi collocati nell'ambiente di polimerizzazione elencato nella Tabella 1. I regimi di polimerizzazione tipici sono: (1) indurimento in camera di nebbia a 73,5 + 3,5oF (23 + 2oC) e 100% RH, secondo ASTM C 192, (2) polimerizzazione ambientale in laboratorio e (3) indurimento isolato (cioè scatola di polimerizzazione). Useremo la polimerizzazione ambientale in questo esperimento.
4. Aggiunta di superplastificanti
- Per dimostrare l'uso di una miscela, restituire tutto il calcestruzzo al miscelatore e aggiungere una piccola quantità di superplastificante. Mescolare bene per 3 minuti e condurre un test della tabella di flusso.
- Bagnare il tavolo e lo stampo. Pulire l'acqua in eccesso.
- Mentre si tiene saldamente lo stampo, riempire lo stampo con calcestruzzo in due strati. Asta ogni strato 25 volte, assicurandosi che il rodding sia uniforme in tutta l'area della sezione trasversale.
- Colpisci la parte superiore dello stampo, in modo che lo stampo sia riempito esattamente.
- Rimuovere lo stampo con una costante trazione verso l'alto.
- Usando la maniglia, solleva e rilascia il tavolo da un'altezza di 0,5 pollici, 15 volte in circa 15 secondi.
- Prendi la media di sei misurazioni della pinza distribuite simmetricamente all'1/4 di in più. Questo valore sarà il diametro del calcestruzzo diffuso.
Il calcestruzzo è uno dei materiali da costruzione più comuni in uso oggi. Prima di poter versare il calcestruzzo e costruire la struttura, è necessario determinare se la miscela di calcestruzzo è adatta alla particolare applicazione.
Il calcestruzzo è costituito da due fasi, una fase di pasta cementizia composta da cemento, acqua e aria e una fase aggregata composta da aggregati grossolani e fini. Quando si progetta una miscela di calcestruzzo, è necessario assicurarsi che il calcestruzzo fresco abbia una reologia adeguata in modo che sia facilmente lavorabile. Il metodo del lotto di prova viene utilizzato per determinare le caratteristiche del calcestruzzo fresco. Questo test in situ ha lo scopo di garantire che la miscela di calcestruzzo presso l'impianto di betonaggio abbia la stessa viscosità quando arriva in cantiere e viene versata in forme.
Questo video discuterà le principali proprietà del calcestruzzo e illustrerà come le miscele di calcestruzzo fresco vengono testate in laboratorio.
Il metodo di prova inizia con campioni di cemento, acqua, aggregati grossolani e fini e contenuto d'aria target. Si presume che gli aggregati grossolani e fini siano inerti. Le principali variabili che dobbiamo considerare sono il cemento, l'acqua e l'aria. Il rapporto acqua/cemento è molto importante perché la resistenza del calcestruzzo dipende direttamente da questa quantità.
La resistenza del calcestruzzo viene solitamente misurata a 28 giorni dopo il getto e in genere varia in termini di rapporto acqua/cemento da circa 0,35 per il calcestruzzo ad alta resistenza a circa 0,6 per il calcestruzzo a bassa resistenza.
Un rapporto acqua/cemento più basso diminuisce la permeabilità del calcestruzzo riducendo i tassi di penetrazione degli ioni sali nel calcestruzzo e quindi la corrosione dell'armatura in calcestruzzo. L'elevata temperatura e l'umidità di polimerizzazione accelerano significativamente l'aumento della resistenza.
Il contenuto d'aria di una miscela di calcestruzzo fresco gioca un ruolo importante nella durabilità, soprattutto per il calcestruzzo utilizzato in regioni che subiscono cicli di congelamento e scongelamento. L'acqua libera si espande mentre si congela e si trasforma in ghiaccio e può rompere il cemento. Le bolle d'aria nell'impasto consentono questa espansione senza fessurare il calcestruzzo. Una maggiore quantità di aria si traduce in una resistenza inferiore, quindi per una data resistenza è necessario un rapporto acqua/cemento più elevato.
La resistenza e la durata sono proprietà a lungo termine del calcestruzzo. Anche le proprietà a breve termine, come la lavorabilità, devono essere prese in considerazione. Nella fase successiva del metodo di prova, gli aggregati grossolani e fini vengono aggiunti alla miscela per ottenere la consistenza plastica desiderata. La quantità di aggregato grossolano e sabbia verrà regolata durante il dosaggio per ottenere un'adeguata lavorabilità e slump per la miscela di calcestruzzo.
Lo slump, o fluidità del calcestruzzo, misura la consistenza prima che il calcestruzzo si solidifichi. Il test di crollo consiste nel versare e compattare il calcestruzzo fresco in un cono rovesciato in tre strati. Una volta riempito il cono, il cono viene sollevato e viene misurata la quantità di cedimento o cedimento del calcestruzzo. I risultati dello slump test sono un'indicazione della coesione della miscela. Un mix ben proporzionato cadrà ma manterrà la sua forma originale. Una miscela scadente si sbriciolerà, si segregherà e cadrà a pezzi.
Ora, diamo un'occhiata alle pratiche di miscelazione del calcestruzzo in un ambiente di laboratorio e impariamo come viene utilizzato il metodo del lotto di prova per preparare i cilindri di prova del calcestruzzo per le applicazioni successive.
Pesare e conservare separatamente le quantità indicate di aggregati grossolani, aggregati fini, cemento e acqua. Registrare i pesi esatti sulla scheda tecnica. Prima di iniziare a mescolare, inumidisci l'interno del mixer e tutti gli strumenti in modo che siano bagnati senza lasciare acqua stagnante.
A questo punto, mettere gli aggregati grossolani e fini nella miscela con circa un quinto dell'acqua. Lasciare mescolare questi componenti per circa due minuti. Con il miscelatore ancora in rotazione, aggiungere il cemento e altra acqua con piccoli incrementi da cinque a 10. Quando hai finito di aggiungere questi componenti, lasciali mescolare per altri cinque minuti e poi spegni il mixer. Ora sei pronto per testare il crollo della miscela di calcestruzzo.
Inumidire il cono di slump e metterlo nella vaschetta con il diametro grande rivolto verso il basso. Tenere saldamente il cono di slump contro la padella, quindi riempire circa un terzo del volume con uno strato di cemento. Tamponare lo strato con 25 colpi distribuiti uniformemente sulla sezione trasversale del cono. Quando hai finito, aggiungi altri due strati di cemento, comprimendo ogni strato in modo che l'asta penetri leggermente nello strato precedente. Eliminare il calcestruzzo in eccesso in modo che il cono sia completamente riempito ma non trabocchi.
Sollevare immediatamente il cono con cautela e verticalmente per separarlo dal calcestruzzo, quindi determinare lo slump misurando la differenza tra l'altezza dello stampo e l'altezza del calcestruzzo. Il crollo di questa miscela dovrebbe essere compreso tra tre e quattro pollici. Se è troppo basso o la miscela appare dura e non scorre correttamente, aggiungere gradualmente piccole quantità misurate di aggregato fine o grossolano a seconda dei casi, quindi rimescolare accuratamente e ritestare il calcestruzzo fino a raggiungere il crollo e la consistenza desiderati.
Ora che la miscela è corretta, pesare gli aggregati rimanenti e registrare questi valori nella scheda tecnica. Calcolare le quantità effettive di aggregati grossolani e fini utilizzati nella miscela di calcestruzzo dai pesi iniziali.
Infine, determinare il peso unitario di questa miscela di calcestruzzo. Registrare il peso di un contenitore vuoto da 1 piede cubo e quindi riempire il contenitore con calcestruzzo seguendo la stessa procedura utilizzata per riempire il cono di slump. Pesare il contenitore pieno e calcolare il peso unitario di questa miscela sottraendo il peso del contenitore vuoto.
Preparare quattro stampi cilindrici per la colata dei campioni di prova. Misurare e registrare il peso a vuoto di ogni stampo sulla scheda tecnica. Riempire ogni stampo seguendo la stessa procedura utilizzata per riempire il cono di slump nella sezione precedente. Dopo aver riempito ogni stampo, misurare e registrare il peso riempito sulla scheda tecnica.
Coprire il calcestruzzo modellato con un sacchetto di plastica per evitare l'evaporazione dell'acqua dalla miscela. Lasciare riposare i cilindri di prova per 16-32 ore, quindi rimuovere gli stampi di plastica usa e getta dai campioni di cemento.
Infine, posizionare i cilindri nell'ambiente di polimerizzazione. In questo caso, i cilindri vengono lasciati indurire in condizioni ambientali.
Ora che hai capito come determinare le caratteristiche del calcestruzzo fresco, esaminiamo i risultati.
Le quantità e i materiali utilizzati in questo esperimento per preparare la miscela di calcestruzzo sono riportati in questa tabella. La nostra miscela di calcestruzzo fresco ha avuto un crollo di 3,5 pollici. In generale, miscele come quella descritta in questo esperimento hanno crolli di tre o quattro pollici. Tali valori sono comuni per i piccoli lavori con poca congestione dell'acciaio nelle forme.
Il peso unitario del nostro calcestruzzo era di 147 libbre per piede cubo. Il peso unitario dei calcestruzzi di peso normale è di circa 145-150 libbre per piede cubo, ma il calcestruzzo realizzato con aggregati leggeri, gli scisti espansi, ad esempio, può essere leggero da 100 a 120 libbre per piede cubo.
Il rapporto acqua/cemento per il nostro lotto di calcestruzzo è di 0,45. Questo rapporto indica che la resistenza alla compressione dei nostri cilindri di prova a 28 giorni sarà di circa 5.000 psi. Questo rapporto indica anche che la durabilità del nostro calcestruzzo lo rende adatto all'esposizione al gelo e allo scongelamento in condizioni di umidità o sbrinamento.
Il metodo del lotto di prova viene utilizzato in molti cantieri edili in tutto il mondo per testare lotti di calcestruzzo. Questo semplice test garantisce un controllo di qualità e una garanzia costanti in cantiere.
I superfluidificanti sono additivi chimici che riducono notevolmente la viscosità di una miscela di calcestruzzo fresco per un breve periodo di tempo al fine di consentire un facile posizionamento nelle forme. Nell'edilizia moderna, l'uso diffuso di superfluidificanti ha fatto sì che sia economico ottenere crolli molto più elevati, nell'intervallo da 6 a 10 pollici, corrispondenti al calcestruzzo autolivellante.
Gli agenti di trascinamento dell'aria sono sostanze chimiche che creano molte piccole bolle d'aria ben disperse e forniscono gli spazi necessari affinché l'acqua libera all'interno della miscela di calcestruzzo si espanda durante il congelamento senza fessurare il calcestruzzo. Il test di trascinamento in aria del calcestruzzo fresco è specifico per il dispositivo. Ad esempio, viene applicata una pressione al campione per comprimere l'aria intrappolata nei pori. Il dispositivo utilizza la variazione del volume d'aria per determinare il contenuto d'aria della miscela. Le miscele non trascinate nell'aria mostreranno un contenuto d'aria inferiore al 2%, mentre le miscele trascinate nell'aria, a seconda del dosaggio dell'additivo, mostreranno un contenuto d'aria compreso tra il 5 e l'8%.
Hai appena visto l'introduzione di JoVE ai test su calcestruzzo fresco. A questo punto è necessario comprendere come viene utilizzato il metodo del batch di prova per determinare le proporzioni ottimali di aggregati, cementi e acqua per preparare un calcestruzzo che soddisfi i requisiti di crollo.
Grazie per l'attenzione!
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Q1: What are the two main phases that make up concrete?
Concrete consists of a cement paste phase comprised of cement, water, and air, and an aggregate phase comprised of coarse and fine aggregates. These two phases work together to create a durable construction material. The cement paste binds the aggregates together, while the aggregates provide strength and stability to the overall mixture.
Q2: Why is the water-to-cement ratio critical in concrete design?
The water-to-cement ratio directly determines concrete strength and durability. Concrete strength is customarily measured at 28 days and varies from about 0.35 for high-strength concrete to 0.6 for low-strength concrete. A lower water-to-cement ratio decreases permeability by reducing salt ion penetration, which protects reinforcement from corrosion.
Q3: How does air content protect concrete in freezing conditions?
Air bubbles in fresh concrete allow free water to expand during freezing without cracking the material. When water freezes and turns to ice, it expands significantly. The entrained air provides spaces for this expansion, preventing damage. However, higher air content reduces concrete strength, requiring a higher water-to-cement ratio to maintain specified strength levels.
Q4: What does the slump test measure in fresh concrete?
The slump test measures concrete's flowability and consistency before it sets. Fresh concrete is poured into an inverted cone in three layers, then the cone is lifted and the distance the concrete subsides is measured. Results indicate the cohesiveness of the mix; a well-proportioned mix retains its shape while a poor mix crumbles and segregates.
Q5: What is the trial batch method used for in concrete construction?
The trial batch method is an empirical approach to determine optimal proportions of aggregates, cement, and water for concrete meeting specified slump requirements. This in situ test ensures that concrete mixture at the batching plant maintains the same viscosity when it arrives at the construction site. It provides simple quality control and assurance at work sites worldwide.
Q6: How do superplasticizers and air-entrainment agents modify fresh concrete?
Superplasticizers are chemical additives that reduce concrete viscosity temporarily, allowing higher slumps of 6 to 10 inches for self-leveling concrete. Air-entrainment agents create small, well-dispersed air bubbles providing expansion space during freezing. Air-entrained mixes show 5 to 8% air content depending on additive dosage, compared to below 2% in non-air-entrained mixes.
Q7: What factors influence the workability and long-term performance of concrete?
Fresh concrete workability depends on rheology, water-to-cement ratio, and air content. Long-term strength and durability are influenced by high curing temperature and humidity, which accelerate strength gains. The concrete must be easily castable in forms while achieving specified 28-day strength and providing good serviceability and durability throughout its lifespan.