Прочность на сжатие цемента: Марки цемента по прочности – что добавить и с чем смешать, чтобы повысить показатели

Содержание

Прочность цемента — Завод ВосЦем

Одним из главнейших свойств цемента является способность его затвердевать при затворении водой, превращаясь в прочное камневидное тело. Действующий ГОСТ 970-61 делит цемент на пять марок: 300, 400, 500, 600 и 700, которые обозначаются по пределу прочности при сжатии через 28 суток трамбованных образцов (кубов 70,7*70,7*70,7 мм с площадью грани 50см2) из раствора жесткой консистенции с нормальным песком 1:3 (по весу). Намечаемый к введению ГОСТ 10178-62 предусматривает марки цемента: 250, 300, 400, 450 и 500, определяемые по пределу прочности при изгибе образцов-балочек 40*40*160 мм и пределу прочности при сжатии их половинок, изготовляемых из раствора пластичной консистенции состава 1:3 (по весу) с нормальным песком, через 28 суток после их изготовления. Предел прочности при изгибе должен быть соответственно не менее 40; 50; 60; 65 и 70 кг/см2 .

Цементный завод, отправляя цемент, обязан снабдить каждую его партию паспортом, в котором указывается: название завода-изготовителя, номер паспорта и партии, год, месяц и число отправки цемента, вес партии, наименование и адрес получателя, номера вагонов и накладных, название цемента и его марка (на основе результатов текущего контроля качества цемента), вид и количество добавки, указания о соответствии цемента техническим требованиям стандарта. Цементные заводы для текущего контроля производства и изучения свойств цемента испытывают каждую  отгружаемую партию цемента с определением прочности стандартных образцов через 3, 7 и 28 суток твердения. Заводы отгружают цемент потребителям с указанием окончательной (гарантийной) марки цемента по результатам испытаний образцов одно-, трех- или в крайнем случае семи суточного возраста, не дожидаясь испытаний через 28 суток. При контрольной проверке допускается отклонение 28-суточной прочности образцов при сжатии для цемента марок до 600 включительно — до 8% ниже марочной прочности, указанной в паспорте, а для цемента марки 700 — до 5%. Каждый завод на основе статистических данных устанавливает переходные коэффициенты от краткосрочных испытаний к результатам, получаемым через 28 суток. Некоторые заводы определяют гарантийную марку по результатам испытания прочности образцов, подвергнутых кратковременному пропариванию по подобранному режиму.

Условия приготовления трамбованных образцов из раствора жесткой консистенции значительно отличаются от условий приготовления на стройках растворов и бетонов как по количеству добавляемой воды, так и по методам уплотнения. Вследствие этого испытание трамбованных образцов из раствора жесткой, консистенции (В/Ц — отношение веса воды к весу цемента примерно 0,25) дает в ряде случаев для различных цементов другие относительные величины прочности, чем испытание в обычных бетонах. Более близкие к практическим данные по прочности получаются при испытании образцов из раствора пластичной консистенции с более высоким водоцементным отношением (0,40) и с уплотнением при помощи вибрирования. Прочность в этом случае ниже, чем при испытании в растворах жесткой консистенции.

При длительном хранении (магазинировании) вне плотной таре цемент поглощает из воздуха водяные пары и углекислоту. Вследствие этого его прочность понижается, так как в нем частично уже начинают протекать процессы гидратации и карбонизации. Длительное выдерживание цемента до употребления повышает величину потерь при прокаливании, замедляет сроки схватывания, понижает активность и уменьшает тепловыделение, особенно в первые сроки после затворения водой. Хуже всего сохраняют свойства при длительном хранении цементы с повышенным содержанием быстрогидратирующихся клинкерных минералов С3А и СЗS. Прочность цемента через 3 месяца понижается на 10-20%, а через год на 25-40%.

Для твердения цемента наиболее благоприятна водная среда. Если твердеющий цемент находится не в воде, а на воздухе, то необходимо в первые периоды увлажнять его, так как в противном случае процесс твердения идет очень медленно или почти прекращается. В том случае, если в начальный период твердения цемент имел необходимую влажность и был защищен от преждевременного высыхания, он будет обладать вполне удовлетворительной воздухостойкостью, т. е. прочность его на воздухе со временем не понизится.

Наиболее заметен рост прочности у цемента в первый месяц твердения. В дальнейшем обычно прочность увеличивается значительно медленнее. В ряде случаев весьма важно быстрое нарастание прочности в первые сутки после затворения водой. Цементы с такими свойствами называются быстротвердеющими цементами.

Активность цемента

Активность цемента — один из основных характеристик цемента, его фактическая прочность на сжатие образцов из стандартного цементного раствора, изготовленных и испытанных в стандартных условиях.

По ее величине устанавливают марку цемента. Например, если по истечении 28 календарных дней активность цемента установлена в 43МПа, то такой цемент относят к марке М400. Активность цемента определяется как при нормальном твердении, так и после тепло-влагообработки.

Таким образом, активность цемента является важным фактором, от которого зависит не только прочность цемента, но и строительное сооружение, где используется данный строительный материал.

Мероприятия, которые позволяют повысить активность цемента, называют активацией цемента. В связи с тем, что активность цемента зависит от помола, состава и химических добавок, то с помощью данных составных можно регулировать активность строительной смеси. Например, снижение активности можно достичь, добавив в смесь такую химическую добавку как кварц, и повысить активность, если добавить алюминаты. Добавляя в цементную смесь гипс, можно регулировать период и время схватывания, влиять на ускорение твердения. К тому же, гипс можно добавлять как в порошковый, так и готовый цементный раствор.

По сути, цементы представляют собой порошки. Тонкость помола строительного материала определяется по остатку после прохождения стройматериала через сетку (сито) в 80 мкм. Чем выше тонкость помола, тем выше прочность цемента. Активность строительного материала выше с наименьшим помолом. Вызвано это тем, что чем мельче помол, тем быстрее вступают в реакцию вещества цемента, а также увеличивается суммарная поверхность всех частиц, вступающих в реакцию.

Чем выше марка цемента, тем дороже его цена. И тем выше его гидратация (отвердевание после взаимодействия с водой). Например, цемент, в котором преобладает алит, характеризуется такими свойствами как сверхпрочность и чрезвычайно быстрое затвердевание.

На активность цемента также влияют условия и продолжительность хранения строительного материала на складе. При воздействии воды и углекислого газа на поверхности цемента могут образоваться частички нового вещества, которые в последствии снижают активность цемента при его использовании. Так, тонкоизмельченный цемент при неправильном хранении в течение месяца может привести его в разряд обычных. Не допускается также повышенная влажность на складе. Относительная влажность в помещении хранения строительных материалов не должна превышать 40%. Если влажность превышает величину заданного показателя, то происходит быстрое затвердевание цемента. В таких случаях необходимо добавлять гидрофобные добавки (асидол-мылонафта, мылонафта, ами-новой кислоты и других) в количестве до 0,25%.

Прочность разных марок цемента | ООО ВосЦемент

У любого бетона можно выделить основной и второстепенные показатели. К второстепенным относятся такие морозостойкость, водонепроницаемость и другие свойства бетонной смеси. Основным же показателем является марка бетона, поскольку опираясь именно на эту цифру можно сказать – насколько прочным получится бетон.

Марка бетона обозначается маленькой буквой м и стоящей рядом с ней цифрой, которая находится в пределах от 100 до 1000. Именно эта цифра указывает предел прочности бетона на сжатие. Зависит же она от количества цемента и дополнительных смесей, который входит в состав бетонной смеси. Каждая марка бетона имеет свою сферу применения.

Для проверки бетона на крепость из него заливают несколько кубиков с гранями по 15 сантиметров. Затем эти кубики хранятся в течение 28 дней, пока бетон на 99% не наберет свою прочность, и отправляются на специальную экспертизу. Иногда кубики отправляют на экспертизу также по истечении 7 или 14 дней, тогда марку бетона высчитывают с тем расчетом, что более 70% крепости бетон набирает в первые 7 дней. Но в случае ранней проверки нельзя гарантировать 100: точность результата.

Прочность бетона измеряется в килограмм-силе, которую может выдержать застывший бетон на сантиметр квадратный. Это число совпадает с названием марки бетона, но может варьироваться с коэффициентов в 13,5%.

Марка бетона Прочность (кгс/см.кв.) Где применяется
м100 100
Применяется при проведении подготовительных работ при заливке монолита
м150 150 Применяется для заливки фундамента небольших сооружений и стяжек
м200 200 Применяется для залития фундамента различных сооружений, стяжек, дорожек
м250 250 Применяется для изготовления монолитных фундаментов
м300 300 Применяется для изготовления монолитных фундаментов
м350 350 Применяется при изготовление железобетонных изделий, заливки чаш бассейнов
м400 400 Применяется при изготовление железобетонных изделий, заливки чаш бассейнов
м450 450 Применяется при изготовление железобетонных изделий, заливки чаш бассейнов
м500 500 Применяется при строительстве объектов, которым требуется особая прочность, а также различных технических сооружений – например дамб.
м550 550 Применяется при строительстве объектов, которым требуется особая прочность, а также различных технических сооружений – например дамб.
м600 600 см. м550
м650 650 см. м550
м700 700 см. м550
м750 750 Применяется при строительстве особо крепких сооружений
м800 800 Применяется при строительстве особо крепких сооружений
м850 850 Применяется в особых случаях
м900 900 Применяется в особых случаях
м950 950 Применяется в особых случаях
м1000 1000 Применяется в особых случаях

 

Следует отметить, что марки, начиная от 500 применяются довольно редко из-за своей высокой цены. А получить марку бетона выше м800 обычным способом (путем увеличения доли цемента) чрезвычайно сложно. Для этого применяются новые технологии, которые позволяют расходовать меньше цемента, увеличивая при этом марку бетона.

Сегодня уже существуют технологии, которые позволяют в промышленных масштабах производить бетон до марки м2000. Но его применение сегодня в строительстве не востребовано.

Свойства цемента, определения

Настоящая Политика конфиденциальности персональной информации (далее — Политика) действует в отношении всей информации, которую ООО «УФАСТРОЙСНАБ» (ОГРН: 1100280041443, ИНН: 0278174031, адрес регистрации: 450001, РБ,
г. Уфа, ул. Левченко, д. 2, оф.1) и/или его аффилированные лица, могут получить о пользователе во время использования им сайта http://ufastroysnab.ru/.

Использование сайта http://ufastroysnab.ru/ означает безоговорочное согласие пользователя с настоящей Политикой и указанными в ней условиями обработки его персональной информации; в случае несогласия с этими условиями пользователь должен воздержаться от использования данного ресурса.

  1. Персональная информация пользователей, которую получает и обрабатывает сайт http://ufastroysnab.ru/

1.1. В рамках настоящей Политики под «персональной информацией пользователя» понимаются:

1.1.1. Персональная информация, которую пользователь предоставляет о себе самостоятельно при оставлении заявки, совершении покупки, регистрации (создании учётной записи) или в ином процессе использования сайта.

1.1.2 Данные, которые автоматически передаются сайтом http://ufastroysnab.ru/ в процессе его использования с помощью установленного на устройстве пользователя программного обеспечения,том числе IP-адрес, информация из cookie, информация о браузере пользователя (или иной программе, с помощью которой осуществляется доступ к сайту), время доступа, адрес запрашиваемой страницы.

1.1.3. Данные, которые предоставляются сайту, в целях осуществления оказания услуг и/или продаже товара и/или предоставления иных ценностей для посетителей сайта, в соответствии с деятельностью настоящего ресурса:

— имя

— электронная почта

— номер телефона

1.2. Настоящая Политика применима только к сайту http://ufastroysnab.ru/ и не контролирует и не несет ответственность за сайты третьих лиц, на которые пользователь может перейти по ссылкам, доступным на сайте http http://ufastroysnab.ru/. На таких сайтах у пользователя может собираться или запрашиваться иная персональная информация, а также могут совершаться иные действия.

1.3. Сайт в общем случае не проверяет достоверность персональной информации, предоставляемой пользователями, и не осуществляет контроль за их дееспособностью. Однако сайт http://ufastroysnab.ru/ исходит из того, что пользователь предоставляет достоверную и достаточную персональную информацию по вопросам, предлагаемым в формах настоящего ресурса, и поддерживает эту информацию в актуальном состоянии.

  1. Цели сбора и обработки персональной информации пользователей

2.1. Сайт собирает и хранит только те персональные данные, которые необходимы для оказания услуг и/или продаже товара и/или предоставления иных ценностей для посетителей сайта http://ufastroysnab.ru/.

2.2. Персональную информацию пользователя можно использовать в следующих целях:

2.2.1 Связь с пользователем, в том числе направление уведомлений, запросов и информации, касающихся использования сайта, оказания услуг, а также обработка запросов и заявок от пользователя

  1. Условия обработки персональной информации пользователя и её передачи третьим лицам

3.1. Сайт http://ufastroysnab.ru/ хранит персональную информацию пользователей в соответствии с внутренними регламентами конкретных сервисов.

3.2. В отношении персональной информации пользователя сохраняется ее конфиденциальность, кроме случаев добровольного предоставления пользователем информации о себе для общего доступа неограниченному кругу лиц.

3.3. Сайт http://ufastroysnab.ru/ вправе передать персональную информацию пользователя третьим лицам в следующих случаях:

3.3.1. Пользователь выразил свое согласие на такие действия, путем согласия, выразившегося в предоставлении таких данных;

3.3.2. Передача необходима в рамках использования пользователем определенного сайта http://ufastroysnab.ru/, либо для предоставления товаров и/или оказания услуги пользователю;

3.3.3. Передача предусмотрена российским или иным применимым законодательством в рамках установленной законодательством процедуры;

3.3.4. В целях обеспечения возможности защиты прав и законных интересов сайта http://ufastroysnab.ru/ или третьих лиц в случаях, когда пользователь нарушает Пользовательское соглашение сайта http://ufastroysnab.ru/.

3.4. При обработке персональных данных пользователей сайт http://ufastroysnab.ru/ руководствуется Федеральным законом РФ «О персональных данных».

  1. Изменение пользователем персональной информации

4.1. Пользователь может в любой момент изменить (обновить, дополнить) предоставленную им персональную информацию или её часть, а также параметры её конфиденциальности, оставив заявление в адрес администрации сайта следующим способом:

Email: [email protected]

4.2. Пользователь может в любой момент, отозвать свое согласие на обработку персональных данных, оставив заявление в адрес администрации сайта следующим способом:

Email: [email protected]

  1. Меры, применяемые для защиты персональной информации пользователей

Сайт принимает необходимые и достаточные организационные и технические меры для защиты персональной информации пользователя от неправомерного или случайного доступа, уничтожения, изменения, блокирования, копирования, распространения, а также от иных неправомерных действий с ней третьих лиц.

  1. Изменение Политики конфиденциальности. Применимое законодательство

6.1. Сайт имеет право вносить изменения в настоящую Политику конфиденциальности. При внесении изменений в актуальной редакции указывается дата последнего обновления. Новая редакция Политики вступает в силу с момента ее размещения, если иное не предусмотрено новой редакцией Политики. Действующая редакция всегда находится на странице по адресу http://ufastroysnab.ru/

6.2. К настоящей Политике и отношениям между пользователем и Сайтом, возникающим в связи с применением Политики конфиденциальности, подлежит применению право Российской Федерации.

  1. Обратная связь. Вопросы и предложения

7.1. Все предложения или вопросы по поводу настоящей Политики следует направлять следующим способом:

Email: [email protected]

Определение марки цемента — Материалы и свойства

Марку цемента на изгиб и сжатие определяют при помощи образцов балок размером 40 х 40 х 160 мм, изготовленных из 1 части цемента и 3 частей песка (1:3).

Для этого взвешивают 500 г цемента и 1500 г песка, высыпают их в сосуд, перемешивают в течение 1 мин. В сделанную в смеси лунку вливают 200 г воды (В / Ц = 0,4). Еще раз перемешивают смесь в течение 1 минуты. Балки заливают в металлические формы. Срезают излишки раствора ножом, смоченным в воде.

Образцы хранят в ванне с гидравлическим затвором в течение 24 ± 2 часов. После этого балки расформировывают и кладут в ванну с водой, сохраняя их до момента испытаний (28 суток). Объем воды в сосуде для хранения образцов должен быть в четыре раза больше их объема. Температуру воды в сосуде ежедневно контролируют и поддерживают на уровне 20 ± 2°С.

Каждые 14 дней воду надо менять. Образцы испытывают не позднее 10 минут после того, как их вытащили из воды. Прочность на изгиб образцов балок измеряют на машине МП -100.

Определяют результат измерения как среднеарифметическое двух наибольших результатов из трех образцов.

Половинки балок испытывают на сжатие на гидравлическом прессе.

Для передачи нагрузки на половинки образцов используют стальные пластинки размером 40 х 62,5 мм (площадь 25 см 2 ).

При испытании образца на сжатие скорость роста нагрузки должна быть около 5 кН / с.

Прочность на сжатие, МПа, определяется по формуле:

Где р — разрушающая нагрузка, Н;

S — рабочая площадь пластины, мм 2 .

Прочность на сжатие образцов, изготовленных из цементного раствора, вычисляют как среднеарифметическое четырех наибольших результатов из шести испытанных образцов.

Все результаты записывают в лабораторный журнал, а затем сравнивают их с требованиями технических условий для портландцемента.

Это позволяет сделать выводы относительно марки цемента (табл. 1).

Таблица определение марки цемента

Таблица 1 Требования к марке портландцемента

Цемент Марка Предел прочности в возрасте 28 суток, МПа
Изгиб Сжатие
Портландцемент 400 5,5 40
500 6,0 50
550 6,2 55
600 6,5 60

Ультразвуковой анализатор цемента (UCA) OFITE — Бурение и Нефть

Журнал входит в перечень ВАК

+7(901) 519-13-33, +7(925) 384-93-11, тел./факс: +7(499) 613-93-17

Ultrasonic cement analyzer (UCA) OFITE

D. Chzhu, EPAK-SERVICE ZAO

Ультразвуковой анализатор цемента (UCA) производства компании OFI Testing Equipment, Inc. реализует непрерывный неразрушающий метод определения прочности при сжатии тампонажных цементов во времени в условиях, имитирующих температуры и давления внутри скважины.

UCA manufactured by company OFITE are realized with continuous not destroying method of durability determination at compression of slurries cements in various conditions.

Рекомендации по применению данного неразрушающего звукового метода тестирования тампонажных цементов даются в API Recommended Practice 10B-2 / ISO 10426-2, где приведены общие требования к аппаратурному оформлению подобного прибора и проведению на нем эксперимента. Основой для признания этого метода Американским нефтяным институтом (API) как метода испытаний тампонажных цементов послужил опыт использования приборов подобной конструкции в промышленности.

Определение прочности Ультразвуковым анализатором основано на корреляциях между временем прохождения ультразвукового сигнала через образец цемента и прочностью на сжатие, измеренной разрушением состаренных в аналогичных условиях образцов под воздействием механической нагрузки. Эта связь между временем прохождения ультразвука и прочностью при сжатии цемента является эмпирической – выведенной из многочисленных экспериментальных данных. При этом в документации API четко различаются понятия «звуковой прочности», определяемой как степень развития прочности цементного образца и рассчитываемой посредством измерения скорости прохождения звука через образец на основе специальных математических корреляций, и «прочности при сжатии», измеряемой непосредственно и определяемой силой, необходимой для разрушения образца цементного камня.

На сегодняшний день несколько американских компаний, включая компанию OFI Testing Equipment, Inc. (г. Хьюстон, США), производят ультразвуковые анализаторы для определения прочности цемента. И несмотря на то что каждый производитель при построении прибора использует собственную базу электронных компонентов и свои корреляции «время прохождения ультразвукового сигнала – прочность цемента при сжатии», принцип работы этих анализаторов подобен (рис. 1).

Рис. 1. Принцип работы Ультразвукового анализатора прочности цемента

Цементный раствор, приготовленный в соответствии с рекомендациями API, помещается в ячейку-автоклав. Задаются температура и давление, имитирующие условия внутри скважины. Генератор посредством датчика-преобразователя посылает ультразвуковой сигнал через образец цемента. На выходе другой датчик-преобразователь принимает сигнал. При этом измеряется время прохождения сигнала через цементный раствор. По мере того, как прочность цементного образца со временем увеличивается, скорость прохождения ультразвукового сигнала через образец возрастает, т. е. уменьшается время его прохождения.

Рис. 2. Ультразвуковой анализатор цемента (UCA) OFITE (кат. №120-50)

Конструктивно Ультразвуковой анализатор цемента производства OFI Testing Equipment, Inc. (кат. №120-50) представляет собой моноблок, который коммутируется с компьютером (рис. 2). Испытательная ячейка-автоклав состоит из цилиндрического корпуса, в который вкручиваются крышки. В верхнюю и нижнюю крышки испытательной ячейки устанавливаются датчики-преобразователи. Собранная ячейка с цементным раствором устанавливается в нагревательную рубашку прибора. Задаются требуемые температура и давление, имитирующие условия внутри скважины. Работой нагревательного элемента управляет программируемый температурный контроллер, позволяющий задавать различные температурные профили. Давление в ячейке создается водой при помощи насоса высокого давления с пневматическим приводом и контролируется регуляторами давления и противодавления. Максимальное рабочее давление – до 16 000 PSI (110,3 МПа), максимальная рабочая температура – до 400°F (204,4°C). По завершении испытания включается система водяного охлаждения испытательной ячейки-автоклава.

Компьютер с установленным специализированным программным обеспечением «OFITE UCA» осуществляет непрерывный сбор и обработку данных, измеряет прохождение сигнала во времени и интерполирует значения прочности при сжатии.

В главном рабочем окне программы «OFITE UCA» в реальном времени отображаются условия проведения испытания и результаты теста: время прохождения ультразвукового сигнала (Transit Time), прочность при сжатии (Сompressive strength), температура (рис. 3). Все данные сохраняются в графическом виде, а также в формате электронных таблиц Microsoft Office Excel.

Рис. 3. Главное рабочее окно программы «OFITE UCA»

В программном обеспечении «OFITE UCA» предусмотрена возможность выбора соответствующего корреляционного файла «время прохождения сигнала – прочность при сжатии» по плотности исследуемого цементного раствора, т. к. от правильности выбора корреляционного файла будут зависеть значения получаемой прочности цемента при сжатии, а также отображаемая динамика набора прочности цементным образцом.

Измерение времени прохождения ультразвукового сигнала через образец цемента является еще одним решающим фактором, определяющим правильность и точность работы прибора в целом. Для повышения точности измерения времени прохождения сигнала в программе «OFITE UCA» предусмотрена возможность проведения калибровки испытательной ячейки-автоклава. Калибровку можно осуществлять двумя способами:
  • по дистиллированной воде,
  • по 3,5” стальному калибровочному блоку, который поставляется по дополнительному заказу.
Использование дистиллированной воды или стального блока имитирует два крайних состояния цементного образца – жидкое и твердое, соответственно. После проведения калибровки расчет прочности осуществляется на основе скорректированного времени прохождения сигнала.

Основной задачей ультразвукового, неразрушающего метода испытания тампонажных цементов является, в первую очередь, получение данных о степени развития прочности при сжатии во времени, т. е. о динамике набора прочности цементным образцом в условиях, имитирующих температуры и давления в скважине. И как указывалось ранее, «звуковая прочность», определяемая Ультразвуковым анализатором, является расчетной величиной, тогда как «прочность при сжатии» состаренных в аналогичных условиях цементных образцов измеряется непосредственно при их разрушении под воздействием механической нагрузки. Поэтому эти две величины, определенные в одинаковых условиях, но разными методами, не обязательно должны совпадать по абсолютному значению. Тем не менее представляется интересным сопоставить данные по прочности цемента при сжатии, полученные на Ультразвуковом анализаторе цемента и определенные путем разрушения на гидравлическом прессе предварительно выдержанных в автоклаве в аналогичных условиях образцов цементного камня.

Подобные сравнительные испытания были выполнены в лаборатории буровых, тампонажных растворов и специальных жидкостей СургутНИПИнефть (ОАО «Сургутнефтегаз», г. Сургут) на имеющемся в лаборатории оборудовании. Так, определение «звуковой прочности» при сжатии проводилось на Ультразвуковом анализаторе цемента (UCA) OFITE (кат. №120-50). Для выдержки цементных образцов перед их разрушением применялся автоклав OFITE Модель 200 на две ячейки (кат. №120-30). Исследование «прочности при сжатии» образцов цементного камня осуществлялось на гидравлическом прессе для определения прочности материалов при изгибе и сжатии с цифровым блоком управления Модель Е160 производства фирмы MATEST (Италия). Приготовление цементных растворов проводилось с использованием мешалки постоянной скорости OFITE Модель 20 (кат. №120-60-1).

Для испытаний были приготовлены цементные растворы:
  • на основе цемента класса G без добавок,
  • на основе цемента класса G с добавкой NTF (0,08%),
  • на основе цемента класса G с добавкой CaCl2 (5 %).
Условия старения образцов в автоклаве OFITE Модель 200 и ячейке-автоклаве Ультразвукового анализатора цемента (UCA) OFITE были идентичны:
  • температура – 100°С,
  • давление – 4200 PSI (28,96 МПа),
  • длительность одного испытания – 24 часа.
По истечении заданного периода времени выдержки в Автоклаве OFITE Модель 200 прочность при сжатии сформировавшихся образцов цементного камня кубической формы 2” х 2” определялась на гидравлическом прессе MATEST Модель Е160. В качестве дополнительного средства контроля значений прочности при сжатии, получаемых на Ультразвуковом анализаторе цемента, по завершении испытаний сформировавшиеся в ячейке-автоклаве анализатора образцы цементного камня также были испытаны на гидравлическом прессе.

Табл. 1. Результаты сравнительного тестирования

* – образец в жидком состоянии.

Результаты проведенного сравнительного тестирования представлены в табл. 1.

Из приведенных данных видно, что значения прочности цементных образцов при сжатии, полученные на гидравлическом прессе и на Ультразвуковом анализаторе цемента, практически совпали в пределах погрешности. Образцы цементного камня, извлеченные по завершении испытаний из ячейки автоклава-анализатора, также показали близкую к ним прочность при разрушении на прессе. Следует отметить, что для приготовления растворов был взят цемент класса G, который длительное время хранился в лаборатории на воздухе. Поэтому полученные значения прочности по абсолютной величине не совсем согласуются с ожидаемыми для данных типов добавок и их количеств. Тем не менее даже в этом случае результаты, полученные двумя разными методами, совпадают.

Таким образом, к решающим факторам, которые определяют правильную и точную работу Ультразвукового анализатора цемента (UCA), относятся:
  • точное измерение времени прохождения ультразвукового сигнала через образец;
  • правильная корреляция между временем прохождения ультразвукового сигнала и прочностью цементов при сжатии;
  • запланированные или случайные изменения температуры или давления в процессе испытания изменяют время прохождения сигнала;
  • приготовление цементного раствора в строгом соответствии со Спецификацией 10 API, т. к. известно, что способ приготовления может изменять свойства раствора;
  • чрезмерное водоотделение может снижать точность результатов, т. к. при этом теряется контакт цемента с поверхностью верхней крышки ячейки и искажается сигнал, проходящий через образец;
  • присутствие крупных твердых частиц и пузырьков воздуха в цементном растворе отрицательно влияет на результаты испытания вследствие искажения сигнала;
  • степень чистоты датчиков-преобразователей и ответных отверстий в крышках ячейки влияет на интенсивность сигнала. Соответственно, перед каждым испытанием необходимо тщательно очищать все поверхности контакта датчиков-преобразователей и крышек ячейки;
  • правильный выбор типа геля, обеспечивающего надежный контакт крышек ячейки с датчиками-преобразователями. В комплекте с Ультразвуковым анализатором цемента (UCA) OFITE (кат. №120-50) поставляются два типа геля: низкотемпературный и высокотемпературный. Низкотемпературный гель следует использовать при температурах до 126,7°С (260°F). Неправильный выбор типа геля может привести к его подгоранию в процессе испытания и нарушению контакта.
Помимо одноячеечного Ультразвукового анализатора цемента компания OFI Testing Equipment, Inc. выпускает также Ультразвуковой анализатор цемента с двумя ячейками (UCA) OFITE (кат.№120-52) (рис. 4).

Рис. 4. Ультразвуковой анализатор цемента с двумя ячейками (UCA) OFITE (кат. №120-52)

Он представляет собой два одноячеечных прибора, совмещенных в одном корпусе. При этом оба прибора имеют общее электропитание, подачу сжатого газа и воды, дренаж, подключение к персональному компьютеру. Все остальные системы (нагрева, создания давления и т. д.) у них полностью разделены. Используемое с анализатором специализированное программное обеспечение позволяет одновременно отслеживать развитие прочности цемента при сжатии в обеих ячейках. Технические характеристики прибора аналогичны характеристикам Ультразвукового анализатора с одной ячейкой.

В сдвоенном ультразвуковом анализаторе цемента (кат. №120-51), выпускаемом компанией OFI Testing Equipment, Inc., реализована уникальная технология анализа формы волны и частот акустического сигнала, что обеспечивает более точное определение времени прохождения сигнала и, как следствие, получение более точных данных (рис. 5).

Рис. 5. Сдвоенный Ультразвуковой анализатор цемента (кат. №120-51)

Прибор построен на тех же принципах, что и предыдущие модели, однако имеет ряд существенных отличий. Так, компактный дизайн уменьшает габариты этой модели почти до размеров одноячеечного Ультразвукового анализатора цемента. Однако этот прибор позволяет одновременно тестировать два образца, а для обеспечения полной портативности он может использоваться с небольшим переносным компьютером. Более низкое максимальное рабочее давление (до 5000 PSI (34,5 МПа)) обеспечивает экономичность прибора. Максимальная рабочая температура – до 400°F (204,4°C).

Компания OFI Testing Equipment, Inc. приступила к выпуску Системы измерения расширения/усадки цементов, которая является дополнительной принадлежностью к Ультразвуковому анализатору цемента (UCA). Система непрерывно измеряет расширение или усадку образца цемента при температурах и давлениях, имитирующих условия внутри скважины, регистрирует и отображает данные в реальном времени.

Комментарии посетителей сайта

Авторизация

Чжу Д.П.

к.х.н., специалист отдела аналитического оборудования ЗАО «ЭПАК-Сервис»

ЗАО «ЭПАК-Сервис» (г. Омск) — официальный представитель OFI Testing Equipment, Inc. (США, г. Хьюстон) в России

Ключевые слова: ЭПАК-Сервис, OFI Testing Equipment, ультразвуковой анализатор цемента, тампонажные цементы

Keywords: EPAK-SERVICE, OFI Testing Equipment, ultrasonic cement analyzer, slurry cements

Просмотров статьи: 6859

на растяжение, при сжатии, как определить?

Прочность бетона – определяющий показатель бетонного раствора, который обуславливает задачи и условия его использования. Бетонная смесь используется повсеместно в проведении ремонтно-строительных работ частных и промышленных объектов. Рецептов приготовления бетона существует множество, состав и пропорции компонентов напрямую влияют на свойства и характеристики, а также сферу использования цементного раствора.

Прочность бетона – определяющая характеристика, которая отображается в маркировке. Непосредственно прочность определяет марку и класс раствора. Данные показатели указываются в различных ГОСТах, СНиПах, нормативных документах, определяют эксплуатационные качества и свойства бетонных элементов, конструкций, зданий и т.д.

Знание показателей прочности бетона очень важно при выполнении любых работ, так как позволяет точно выполнить расчеты, верно подобрать смесь подходящих марки и класса для конкретной задачи, будучи уверенным в прочности, надежности и долговечности элемента, конструкции. Застройщики в обязательном порядке проверяют прочность бетона на растяжение, сжатие, изгиб и т.д. прежде, чем начинать работы.

Какие показатели определяют прочность бетона:
  1. Марка – значение средней прочности, обозначается буквой М, находится в пределах 50-1000, зависит от объема и качества цемента в смеси. Отображает прочность на сжатие в кгс/м2 через 28 суток после заливки. Чем больше цифра рядом с индексом, тем более прочным считается бетон и тем дороже он стоит. Высокопрочный раствор обычно более сложен в работе: быстрее застывает, трудно укладывается.
  2. Класс – гарантируемая прочность на сжатие, которую бетонное изделие демонстрирует в 95% проверках, обозначается буквой В, находится в диапазоне 3.5-80, считается в МПа.

Любой класс приравнивается к определенной марке (то же правило действует и наоборот). Обычно в проектных документах указывают класс прочности, а в заказах на покупку – марку.

Что это такое и основные виды

Пытаясь разобраться, от чего зависит прочность бетона, что это такое и какие есть основные виды показателя, необходимо изучить все основные аспекты процесса приготовления смеси, состав, условия и особенности.

Факторы, влияющие на прочность бетона:
  • Качество цемента в составе – чем более высокая марка самого вяжущего, тем прочнее будет бетон.
  • Объем цемента в растворе – считается из расчета на 1 кубический метр. Качество и количество цемента взаимосвязаны – при условии большого объема и низкой марки или высокой марки и недостаточного количества результат будет не тем, который ожидается. Готовить нужно по рецепту, указанному в ГОСТе и из цемента подходящей марки.
  • Объем воды – также напрямую влияет на прочность: недостаточное количество приведет к невозможности правильно уложить смесь, превышение объема способствует более быстрому прохождению процесса гидратации, что делает бетон слабее за счет появляющихся пор и трещин.
  • Качество заполнителей – форма, фракция, чистота. Наполнители с шероховатой поверхностью неправильной формы обеспечивают лучшую адгезию материалов, входящих в бетон (прочность повышается), грязные частицы и гладкая поверхность понижают сцепляемость и прочность соответственно.

  • Качество перемешивания компонентов – продолжительность, способ также влияют: если раствор смешивали меньшее время, чем нужно, компоненты не занимают свое место в тесте и прочность понижается.
  • Порядок укладки, способ обработки стыка после перерыва в укладке – все это влияет на качество и прочность монолита.
  • Вибрация – очень важный процесс, который повышает предел прочности бетона в среднем на 10-30% в сравнении с тем, что уплотнялся вручную.
  • Условия твердения – температура, влажность, от чего во многом зависит прочность. Самые высокие показатели у смеси, которая твердеет во влажной среде со средней температурой, а вот в жаре и сухости раствор быстро теряет влагу, может покрываться трещинами. При температуре ниже нуля бетон вообще прекращает твердеть.
  • Замерзание – если твердение дошло до определенной точки, временное замерзание монолита просто приостанавливает процесс, потом он продолжается без потерь свойств. Если же бетон замерзает на ранней стадии прохождения реакции, конечная прочность существенно понижается.

Основные виды прочности бетона:
  1. Проектная – та, что указана в нормативных документах и предполагает способность монолита полностью выдерживать указанные нагрузки после того, как прошел полный срок твердения (28 суток).
  2. Нормативная – та, что указана в ТУ или ГОСТе.
  3. Фактическая – среднее значение, которое высчитывают по результатам проведенных испытаний.
  4. Требуемая – максимально допустимый показатель для эксплуатации, который устанавливает лаборатория предприятия.
  5. Распалубочная – та, при которой можно демонтировать опалубку, разбирать формы.
  6. Отпускная – показатель, при котором допускается отгружать изделие потребителю.

Виды прочности касательно марки и качества: прочность бетона при сжатии, на изгиб, осевое растяжение, а также передаточная прочность.

Прочность на сжатие

В контексте данной характеристики бетон можно сравнить с камнем – он намного лучше сопротивляется сжатию, чем с растяжением. Основной критерий прочности бетона – это предел прочности на сжатие.

Данный показатель считается самым важным среди всех технических характеристик раствора – именно он влияет на сферу использования конструкции или элемента, обеспечивает надежность и долговечность.

Для определения значения из раствора заливают образцы в виде куба, их помещают под специальный пресс. Давление постепенно увеличивается и в момент, когда образец трескается, экран прибора фиксирует значение. Расчетный показатель прочности на сжатие определяет присвоение бетону класса. Высыхает и твердеет смесь в течение 28 суток (и больше), по завершению этого срока осуществляют проверку, так как смесь уже должна достичь расчетной/проектной прочности.

Прочность на сжатие представляет собой характеристику механических свойств материала, стойкости к нагрузкам и давлению. Это показатель границы сопротивления, которое оказывает застывший раствор механическому воздействию сжатия, отображенному в кгс/см2. Наименьшей прочностью на сжатие обладает смесь М15, наибольшей – М800.

Прочность на сжатие отображается и в марке, и в классе. Класс В – это кубиковая прочность, обозначается в МПа. Марка М – предел прочности на сжатие в кгс/см2. Данные соответствия марок, классов и показателей указаны ниже в таблице.

Прочность на изгиб

Данный показатель повышается по мере увеличения цифрового обозначения марки. Обычно показатели прочности на изгиб и растяжение меньше в сравнении с нагрузочной способностью бетона. Молодой бетон демонстрирует значение 1/20, старый – 1/8. Прочность на изгиб обязательно учитывается в проектировании перед строительством.

Чтобы понять, какой уровень прочности на изгиб демонстрирует бетон, заливают заготовку в виде бруса с размерами, к примеру, 60 х 15 х 15 сантиметров (эталонный образец). Бетон заливают в формы, штыкуют, оставляют на несколько дней, потом извлекают из форм и дают полностью застыть в течение 28 суток при оптимальных условиях: температура минимум 15-20 градусов и влажность до 80-90%. Периодически образцы обкладывают сырыми опилками (их увлажняют регулярно) или поливают водой.

Когда заготовка полностью затвердевает, ее устанавливают на подпорки, которые находятся на определенном расстоянии, в центре же размещают нагрузку, постепенно ее увеличивая до тех пор, пока образец не будет разрушен.

Для этого может использоваться специальный гидравлический пресс. Размеры балки и расстояния между двумя подпорками могут отличаться.

Формула для подсчета прочности на изгиб: R изг = 0.1 PL / bh3.

Тут:
  • L – это расстояние между подпорками
  • Р – масса нагрузки + масса образца
  • b и h – ширина и высота сечения образца (бруса)

Существенно повысить значение до определенной величины можно с помощью армирования – это сравнительно недорогой и эффективный метод.

Осевое растяжение

Данный параметр при проектировании несущих конструкций, как правило, не учитывается вовсе. Он важен для определения способности бетона не покрываться трещинами в случае резких перепадов температуры/влажности. Растяжение – это некоторая составляющая прочности на изгиб.

Значение осевого растяжения определяется довольно трудно. Один из используемых способов – растяжение образцов балок на предусмотренном для этого специальном оборудования. Бетонный монолит разрушается и от воздействия двух противоположных растягивающих сил. Способность противостоять осевому растяжению играет важную роль в приготовлении бетона, который используется для дорожного покрытия и резервуаров, где трещины просто недопустимы.

Как правило, мелкозернистые составы демонстрируют более высокий показатель прочности на растяжение в сравнении с крупнозернистыми (при условии аналогичного показателя прочности сжатия).

Данный показатель обозначается буквами Bt, находится в диапазоне 0.4-6 МПа.

Передаточная прочность

Данный вид прочности – это нормируемый показатель напряженных элементов при передаче на него напряжения от армирующих деталей. Прочность передаточная указывается в нормативных документах и ТУ для отдельного вида изделий. Обычно назначается минимум 70% проектной марки, напрямую зависит от свойств арматуры.

Рекомендуемым значением считается минимум 15-20 МПа с учетом вида армирования. Если обозначать передаточную прочность, то это показатель, который демонстрирует уровень, при котором армировочные стержни не проскальзывают с кондукторов при снятии.

Минимальная величина Rbp обеспечивает трещиностойкость и прочность изделия при обжатии, перевозке и подъеме. Чем ниже Rbp, тем большими будут потери от ползучести и выше сила обжатия. Но чем выше Rbp, тем длительнее должна быть термообработка, тем дороже обходится конструкция. По опыту многие мастера указывают, что оптимальной Rbp считается 0.7 В.

Методы определения прочности

Понимая, как определить прочность бетона, можно более точно составлять проектную документацию, выполнять расчеты для тех или иных конструкций. Как правило, прочность бетона определяют в условиях лаборатории, с использованием специальных приборов, на контрольных образцах и отобранных пробах. Испытания контролируются и регламентируются по ГОСТу, принятому для того или иного вида бетонной смеси.

Кроме того, прочность бетона определяется на строительном объекте в процессе выполнения работ, что позволяет контролировать качество смеси.

Основных методов определения прочности бетона существует два: разрушающие и неразрушающие. Обычно прочность бетона в промежуточном возрасте не определяется, чаще всего используют уже застывшие образцы или куски монолита.

Разрушающий способ

Данная группа методов требует разрушения опытного образца, который готовится из контрольной пробы бетонного раствора либо же изымается из монолита алмазным буром. Выпиленные цилиндры или залитые кубики раздавливаются под прессом. Нагрузку повышают непрерывно, равномерно в течение не очень длительного времени, пока контрольный образец не разрушится. Результаты критических нагрузок фиксируют, дальше считают показатели.

Разрушающий метод – наиболее точный из всех, используемых для определения прочности бетона. Так, обследование здания способом раздавливания бетонных проб позволяет определить прочность монолита на сжатие. По действующим СНиПам, это обязательная процедура до сдачи сооружения в эксплуатацию.

Неразрушающий способ

Эта группа методов не требует разрушения образцов и вообще может не предполагать их использования. Испытания осуществляют с применением разных инструментов и приборов.

Виды неразрушающих методов исследования по типу применяемых инструментов:
  1. Ударное воздействие
  2. Частичное разрушение
  3. Ультразвуковое обследование

Способ ударного воздействия базируется на применении силового воздействия ударного типа к бетонной поверхности.

Три основных способа исследования прочности ударом:
  • Упругий отскок – определяется величина отскока от монолита бойка ударника.
  • Метод ударного импульса – фиксируется сила удара и появляющаяся при этом энергия.
  • Пластическая деформация – силовое воздействие на бетонный монолит прибором с закрепленными на его ударной поверхности штампов в виде диска или шарика. В соответствии с глубиной отпечатков удара считают прочность.

Частичное разрушение предполагает местное воздействие на бетонный монолит и повреждает его несильно.

Методы частичного разрушения:
  • Скалыванием – предполагает механическое скользящее воздействие на ребро конструкции с фиксацией усилий, которые провоцируют откалывание участка.
  • На отрыв – заключается в прикреплении к участку монолита металлического диска на специальный клей, а потом его отрыв. Необходимое для разрушения материала усилие фиксируют, используют для вычислений показателя прочности.
  • Отрыв со скалыванием – дает больше точности: на участке монолита закрепляют анкерные устройства, потом их отрывают.

Ультразвуковое исследование предполагает использование специального прибора, который выдает ультразвуковые волны. В процессе определяется скорость ультразвука, который проходит через бетонную конструкцию. Таким образом исследуются как поверхность бетона, так и его глубинные слои. Но есть погрешность в расчетах.

Классификация и применение бетонов

Деление бетона на виды достаточно условное. Как правило, легкими считают бетоны марок М10-М200, обычными М250-М400, тяжелыми М450 и выше.

На классы бетон делится не только по прочности, но и по морозостойкости, плотности. Существуют и особые бетоны, используемые для конкретных задач и сфер. Наиболее распространенные марки бетона и его применение:
  • М100 – обычно выбирают для подбетонки, различных подготовительных работ, когда важно просто сцепить между собой зерна гравийно-песчаной подушки.
  • М150 – состав более крепкий, из него делают отмостки, тротуары, цементные стяжки, ЖБИ малого размера.
  • М200 – популярная марка для произведения работ в частном строительстве, подходит для небольших фундаментов, ненагруженных стен в малоэтажном строительстве.
  • М250 – актуален для создания лестничных маршей, опорных/несущих конструкций.
  • М300 – самый популярный бетон в строительстве, используется в любых работах (от создания основания для тяжелых домов до заливки монолитных перекрытий, стен).
  • М350 – прочный бетон, который подходит для создания конструкций с повышенными нагрузками (балки, колонны и т.д.).
  • М400 и выше марки применяются для создания особых конструкций специальных объектов – гидротехнические сооружения, военные объекты и т.д.

Виды бетона по плотности:
  1. Легкий (облегченный) – производится с включением в состав пористых заполнителей (туф, пемза, керамзит): крупнопористый, ячеистый бетоны, газо/пенобетон и т.д. Плотность до 1200 кг/м3, используются в малоэтажном строительстве, актуальных для утепления, отличаются сравнительно невысокой прочностью.
  2. Тяжелый бетон – производится с введением в состав горных пород (диабаз, гранит, известняк), плотность равна 1800-2500 кг/м3. Применяется для железобетонных, бетонных конструкций гражданских, промышленных зданий, для создания транспортных и гидротехнических объектов в том числе.
  3. Особо тяжелый бетон – готовится с использованием железной руды, опилок, стружки. Актуальна смесь для строительства специальных объектов, способных противостоять радиоактивному излучению, плотность выше 2500 кг/м3.
Виды бетона по классу морозостойкости:
  • F15 – подходит для внутренних работ (создание перегородок, заливка пола и т.д.)
  • F25 – самое малое значение для кладки внешних стен отапливаемых зданий.
  • F50 и более – подходит для фундамента в регионах со средним морозом.

Водостойкость бетона обозначается буквой W, может варьироваться в пределах W2-W20, говорит о максимальном давлении водяного столба, которое способен выдержать бетон, единицы измерения атм•10-1.

ГРАЖДАНСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ: ПРОЧНОСТЬ ЦЕМЕНТА НА СЖАТИЕ

Прочность цемента при сжатии — это способность воспринимать сжимающие нагрузки цемента.

Определяется испытанием прочности на сжатие кубиков раствора, уплотненных с помощью стандартной вибрационной машины. Стандартный песок (IS: 650) используется для приготовления цементного раствора. Образец имеет форму куба 70,6 мм * 70,6 мм * 70,6 мм.

APPRATUS : —

1. Кубическая форма размером 70.6 мм X 70,6 мм X 70,6 мм (согласно IS: 10080)

2. Вибрационная машина (согласно IS: 10080)

3. Машина для испытаний на сжатие

4. Измерительный цилиндр

5. Весы

ПРОЦЕДУРА: —

1. Условия окружающей среды для испытаний цемента должны быть при температуре 27 ± 2⁰C.

2. Возьмите 200 г цемента и 600 г стандартного песка и тщательно перемешайте их насухо.

3. Добавьте (P / 4 + 3) X8 [P -% воды, необходимой для приготовления пасты стандартной консистенции] к сухой смеси цемента и песка и в течение 3-4 минут тщательно перемешайте их, чтобы они образуют смесь однородного цвета.Если через 4 минуты смесь не станет однородной, откажитесь от нее и повторите процедуру еще раз.

4. Тщательно очистите кубические формы от цемента и поместите их в вибрационную машину. Его следует правильно удерживать с помощью зажимов, имеющихся на машине.

5. Заполните форму всем количеством раствора, используя подходящий бункер, прикрепленный к верхней части формы для облегчения заполнения, и потрясите ее в течение 2 минут с указанной скоростью 12000 ± 400 в минуту для достижения полного уплотнения.

6. Снимите форму с машины и держите ее в месте с температурой 27 ± 2 0 C и относительной влажностью 90% в течение 24 часов.

7. Через 24 часа выньте кубик из формы и немедленно погрузите в свежую чистую воду в резервуар для отверждения кубов с регулируемой температурой, где его темп. хранится в 27 ± 2 0 C. Их следует погружать в сточные воды до проведения испытаний.

8. Приготовьте не менее 9 кубиков, как описано выше.

9. Поместите испытательный куб на платформу машины для испытаний на сжатие так, чтобы центральная линия куба и центральная линия платформы совпадали.Между кубиками и загрузочными плитами нельзя использовать упаковочные материалы.

10. Со скоростью 35 Н / мм 2 / мин прилагайте нагрузку равномерно и равномерно.

11. 3 Кубика необходимо протестировать по завершении 3,7 и 28 дней тестирования и сообщить о них, как показано ниже.

РАСЧЕТЫ: —

Прочность на сжатие = P / A

[P = максимальная нагрузка, приложенная к кубу. (Н)

A = Площадь поперечного сечения (рассчитанная из средних размеров) (мм 2 )]

  • Прочность на сжатие указывается с точностью до 0.5 Н / мм 2
  • Образцы с явным дефектом или с прочностью, отличающейся более чем на 10% от среднего значения для всех образцов для испытаний, не должны рассматриваться.
  • Испытайте три кубика на прочность на сжатие для каждого периода отверждения.

ОТЧЕТ О РЕЗУЛЬТАТАХ: —

Результаты испытаний цементного куба представлены следующим образом.

Испытания для проверки прочности цемента на сжатие

Хемали Патель, автор контента в GharPedia.Она имеет степень бакалавра гражданского строительства в Технологическом институте Пателя, Бхопал, Мадхья-Прадеш. Она страстно любит делиться знаниями. Имеет 3-летний опыт преподавания в инженерном колледже. Любит читать и путешествовать. Вы можете связаться с ней в LinkedIn, Facebook, Twitter и Quora.

Основы прочности на сжатие цемента

Прочность на сжатие затвердевшего цемента является важным свойством при добавлении воды в цемент.Цемент гидратирует, демонстрирует когезию и прочность. Он связывает все компоненты вместе, т.е. цемент, песок, заполнитель и т. д. Прочность состава на основе цемента, такого как раствор / бетон, зависит от типа и природы цемента.

В основном, из-за прочности и природы цемента, раствор и бетон очень прочны на сжатие и слабы при растяжении, поэтому испытание цемента на прочность на сжатие является наиболее важным, потому что это основная цель, для которой он используется. очень важно знать прочность цемента на сжатие, и самое главное, чтобы была достигнута минимальная удельная прочность.Цемент испытывается на прочность при сжатии, чтобы гарантировать прочность и долговечность конструкции.

Высокое содержание извести или глинозема является причиной быстрого набора прочности. На прочность цемента также влияют степень обжига, тонкость помола и аэрация, которую он получает после окончательного помола.

Цементный раствор используется при испытании на прочность, потому что чистый цемент вызывает усадку и растрескивание и, следовательно, его трудно испытать.

Также читайте: Какой цемент лучше всего для жилищного строительства?

Почему важна прочность цемента на сжатие

Прочность цемента на сжатие дает представление об основной прочности цемента.Это дает уверенность в использовании. Из этого теста вы можете узнать, сколько требуется цемента и какую прочность он получит. Прочность цемента на сжатие также является основными данными, необходимыми для расчета смеси.

Цемент, в основном, известен своей прочностью на сжатие. Цемент идентифицируется по его марке как 53, 43, 33 марки. Эта марка указывает на прочность цемента на сжатие, то есть марка цемента 53 указывает, что прочность на сжатие цементного куба после 28 дней выдержки будет 53 Н / мм 2 (МПа) или 530 кг / см 2 .

  • IS4031 (Часть 6) -1988,
  • ASTM C 109,
  • BS EN 196-1: 2005

Испытание цемента на прочность при сжатии согласно IS 4031 (Часть 6) 1988

  • Машина для испытаний на сжатие или универсальная испытательная машина.
  • Форма для куба: размер 70,6 мм * 70,6 мм * 70,6 мм
  • Вибрационная машина
  • Весовая машина
  • Измерительный шпатель
  • Измерительный цилиндр
  • Лоток

Машина для испытания на сжатие с формой

Подготовка к испытанию Образцы

  • Материал для испытаний — цемент, песок и вода.
  • Необходимый материал для каждого куба:
  1. Цемент — 200 г,
  2. Песок — 600 г,
  3. Количество воды (P / 4 + 3)% от общей массы цемента и песка. Где P — стандартная консистенция цемента.
  • Прежде всего, смешайте цемент и песок в сухом состоянии с помощью шпателя в течение одной минуты, затем добавьте воду и перемешайте до получения однородного цвета.
  • Время перемешивания должно быть не менее 3 минут и не более 5 минут.
Также читайте: Тест для определения времени схватывания цемента
  • Сразу после смешивания раствор помещается в кубическую форму. Перед нанесением раствора нанесите масло на внутреннюю поверхность кубической формы.
  • Для удаления увлеченного воздуха и предотвращения образования ячеек раствор следует толкать 20 раз примерно за 8 с, а затем уплотнять вибрацией.
  • Период вибрации должен составлять 2 минуты при указанной скорости 12 000 ± 400 полуколебаний в минуту.
  • После этого обработайте верхнюю поверхность куба в форме, разгладив поверхность лезвием кельмы.
  • После завершения вибрации храните заполненные формы во влажном туалете или в сыром помещении в течение 24 часов.
  • По истечении этого периода выньте кубик раствора из форм, немедленно погрузите его в чистую пресную воду и держите там, пока не вынимете непосредственно перед испытанием.
  • Кубики не должны высыхать после того, как они были извлечены, и до тех пор, пока они не будут проверены.
  • Для испытаний используется машина для испытания на сжатие или универсальная испытательная машина.
  • Испытайте 3 куба на прочность на сжатие для каждого периода времени в соответствии с подробными спецификациями. Например, 3 кубика для 3-дневного теста, 3 кубика для 7-дневного теста и 3 кубика для 28-дневного теста.
  • Испытания кубов должны проводиться на их сторонах. При проведении испытаний не использовать какие-либо уплотнения между кубом и стальными пластинами машины для испытания на сжатие.
  • Нагрузка должна прилагаться равномерно и равномерно, а скорость нагрузки должна составлять 35 Н / мм. 2 / мин.
  • Для экспериментов должны использоваться чистые приборы.
  • Испытания на температуру и влажность должны проводиться при температуре 27 ± 2 ° C и 65 ± 5% относительной влажности лаборатории
  • Вода, в которую погружаются кубики, должна обновляться каждые 7 дней и должна поддерживаться при температуре 27 ± 2 ° C
  • При определении прочности на сжатие не учитывайте образцы с заметными дефектами.
  • Не рассматривать образцы, прочность которых отличается более чем на 10% от среднего значения всех образцов для испытаний.
  • Запишите нагрузку, при которой куб сломался.
  • Прочность кубиков на сжатие рассчитывают путем деления максимальной нагрузки, приложенной к кубам во время испытания, на площадь поперечного сечения.

Рекомендуемые результаты по прочности на сжатие для различных типов цемента, указанные в стандартных инструкциях, следующие:

Результат испытания цемента на сжатие

Что делать, если результат не входит в диапазон критериев приемлемости ?

Если результат вашего теста не соответствует критериям приемлемости, может быть много причин, таких как неправильное смешивание, отверждение и соотношение цемента и песка, наличие основного дефекта в цементе или песке, ошибка в процедуре эксперимента и т. Д.

В этом случае точно проведите тест еще раз. Если результаты теста по-прежнему не верны, не используйте такой дефектный материал и обратитесь к поставщику / производителю цемента для его замены. Если использовать такой цемент, будет суицидно. Также проверьте, сколько лет цементу. Он очень старый или может быть гидратирован по тем или иным причинам; это может случиться. Поэтому не используйте такой цемент. Проконсультируйтесь со своим архитектором / инженером-строителем, чтобы проверить, можно ли его использовать для неструктурных целей, таких как PCC, внутренняя штукатурка, раствор для пола и т. Д.Это опять же будет зависеть от результата теста. Пожалуйста, не принимайте решение самостоятельно.

Что делать, если прочность не соответствует нормативам

Обратите внимание, что прочность цемента на сжатие является очень важным свойством, и если цемент не выдерживает этого испытания, вам не следует использовать такой цемент.

Обычно прочность цемента на сжатие проверяется в течение 3 и 7 дней. Для каждого теста требуется 3 кубика, для одного кубика используется 200 г цемента и 600 г песка. Следовательно, для одного испытания требуется 600 г цемента и 1800 г песка.

Стоимость испытания цемента на сжатие составляет около рупий. От 200 до 400. Цена может обычно меняться в зависимости от различных факторов, например, от области, в которой проводится тест, количества тестов, отношений с клиентом, срочности результатов тестирования и т. Д.

Хемали Патель, автор контента в GharPedia. Она имеет степень бакалавра гражданского строительства в Технологическом институте Пателя, Бхопал, Мадхья-Прадеш. Она страстно любит делиться знаниями. Имеет 3-летний опыт преподавания в инженерном колледже.Любит читать и путешествовать. Вы можете связаться с ней в LinkedIn, Facebook, Twitter и Quora.

Продемонстрируйте свои лучшие разработки

Навигация по сообщениям

Еще из тем

Используйте фильтры ниже для поиска конкретных тем

Как проводить испытания на сжатие цементного раствора ASTM C109

ASTM C109 | Бетон | Испытания на сжатие

Гидравлические цементные растворы обычно образуются из смеси цемента, песка и воды, но могут включать в себя множество других материалов.Прочность окончательного раствора сильно зависит от типа материалов и соотношения компонентов, и требуется тестирование, чтобы определить правильные пропорции для каждого применения. ASTM C109 описывает методику испытаний строительных растворов на сжатие с использованием кубиков материала со стороной 2 дюйма.

Для испытания используется механическая испытательная машина, оснащенная соответствующими сжимающими плитами. Одна из плит должна быть посажена сферически, чтобы можно было легко регулировать наклон, если грани образца не идеально параллельны.Испытательная машина работает на сжатие при низких испытательных скоростях в диапазоне значений нагрузки, указанном в спецификации. После достижения соответствующей скорости нагрузки постоянная скорость движения поддерживается за счет разрыва образца. Требуется точный контроль скорости, чтобы поддерживать скорость движения после того, как образец начинает уступать и в конечном итоге ломается. Гидравлические тестеры сжатия предпочтительнее для этих испытаний из-за их высокой прочности. Результаты теста могут быть записаны вручную или в электронном виде, в зависимости от системы, используемой для теста.

Здесь приводится краткое изложение ASTM C109. Если вам необходимо провести эти испытания, прочтите всю спецификацию из соответствующей публикации ASTM.

ASTM C109 | Бетон | Испытание на сжатие
  1. Тщательно подготовьте образец в соответствии с инструкциями в спецификации, измерьте и запишите размеры образца перед испытанием
  2. Поместите образец на компрессионную плиту, убедившись, что она отцентрирована и что сферически установленная плита установлена. свободно двигаться.
  3. Запустите тест при указанных значениях нагрузки.
  4. Запишите и укажите общую максимальную нагрузку и рассчитайте прочность на сжатие на основе нагрузки и размеров образца.

Расчеты:

ASTM C109 | Бетон | Испытания на сжатие
Другая испытательная система, оснащенная MegaForce для испытаний ASTM C109

ASTM C109 | Бетон | Испытания на сжатие

Влияние размера на кубическую и призматическую прочность цементного теста на сжатие

  • [1]

    BAZANT Z P.Размерный эффект [J]. Международный журнал твердых тел и структур, 2000, 37 (4): 69–80.

    MathSciNet Статья МАТЕМАТИКА Google Scholar

  • [2]

    NEVILLE A. M. Влияние размера бетонных кубов для испытаний на среднюю прочность и стандартное отклонение [J]. Журнал конкретных исследований, 1996, 21 (8): 31–37.

    Google Scholar

  • [3]

    MALHOTRA V M. Бетонные цилиндры 4 × 8 дюймов, как цилиндры 6 × 12 дюймов для контроля качества бетона [J].ACI Material Journal, 1996, 73 (1): 14–19.

    MathSciNet Google Scholar

  • [4]

    LESSARD M, OMAR C. Испытание высокопрочного бетона на прочность на сжатие [J]. Журнал материалов ACI, 1993, 90 (4): 17–23.

    Google Scholar

  • [5]

    Ли Цзя-кан. Размерный эффект кубической прочности на сжатие высокопрочного бетона [Дж]. Журнал строительных материалов, 2004, 7 (3): 81–84.(на китайском языке)

    Google Scholar

  • [6]

    ЦЯНЬ Цзюэ-ши, ЯН Цзай-фу, ХУАН Юй-бин. Экспериментальное исследование размерного эффекта высокопрочного бетона [J]. Журнал Университета науки и технологий Хуачжун, 2004 г., 21 (1): 1–4. (на китайском языке)

    Google Scholar

  • [7]

    Ли Чжэнь-бао, СОН Цзя, ДУ Сю-ли. Размерный эффект ограниченного бетона, подвергнутого осевому сжатию [Дж].Журнал Центрального Южного Университета, 2014 г., 21 (3): 1217–1226.

    Артикул Google Scholar

  • [8]

    ШАО Бинг, Ван Сян-дон, Ван Юэ-фэн. Анализ размерного эффекта параметра повреждения бетона при сжатии [J]. Журнал Университета Цзинань, 2012, 26 (3): 315–319. (на китайском языке)

    Google Scholar

  • [9]

    ХЭ Си-си, ЛИН Шэ-юн, Чжэнь Сюэ-чэн. Экспериментальное исследование прочности на сжатие и деформационных свойств крупногабаритного бетона из золы-уноса [J].Ключевые технические материалы, 2011, 47 (4): 319–324.

    Артикул Google Scholar

  • [10]

    СУ Цзе, ФАН Чжи, Ян Цзюань. Размерный эффект прочности бетона на сжатие при различной степени армирования [J]. Ключевые технические материалы, 2010, 400 (3): 831–835.

    Google Scholar

  • [11]

    СУ Цзе, ФАН Чжи, Ян Цзуань. Размерный эффект прочности бетона на сжатие с различным составом заполнителя [J].Ключевые технические материалы, 2010, 400 (3): 837–841.

    Google Scholar

  • [12]

    СУ Цзе, ФАН Чжи. Влияние смеси заполнителя и класса прочности на размерный эффект поведения бетона при одноосном сжатии [J]. Журнал строительных конструкций, 2014, 35 (5): 120–127. (на китайском языке)

    Google Scholar

  • [13]

    СУ Цзе, ФАН Чжи. Экспериментальное исследование влияния смеси заполнителя на размерный эффект кубической прочности бетона на сжатие [J].Журнал строительных конструкций, 2014, 35 (2): 152–157. (на китайском языке)

    Google Scholar

  • [14]

    СУ Цзе, ФАН Чжи. Масштабный эффект на кубическую прочность на сжатие обычного и высокопрочного бетона [J]. Журнал строительных материалов, 2013, 16 (6): 1078–1081. (на китайском языке)

    Google Scholar

  • [15]

    JGJ / T 70-2009. Министерство жилищного строительства и градостроительства Китая.Стандарт на методику испытаний основных свойств строительного раствора [S]. 2009. (на китайском языке)

  • [16]

    BAZANT Z P, CHEN Er-ping. Масштабирование разрушения конструкции [J]. Американское общество инженеров-механиков, 1997, 50 (10): 593–627.

    Google Scholar

  • [17]

    BAZANT Z P, LE J L. Влияние размера на распределение прочности и вероятности срока службы квазихрупких структур [J]. Журнал прикладной механики, 2012, 79 (3): 155–177.

    Google Scholar

  • Прогноз прочности бетона на сжатие с использованием машинного обучения | by Pranay Modukuru

    Применение машинного обучения в гражданском строительстве

    Прочность бетона на сжатие определяет качество бетона. Обычно это определяется стандартным испытанием на раздавливание бетонного цилиндра. Это требует от инженеров создания небольших бетонных цилиндров из различных комбинаций сырья и испытания этих цилиндров на изменение прочности при изменении каждого вида сырья.Рекомендуемое время ожидания для проверки цилиндра составляет 28 дней, чтобы гарантировать правильные результаты. Это отнимает много времени и требует много труда для подготовки различных прототипов и их тестирования. Кроме того, этот метод подвержен человеческой ошибке, и одна небольшая ошибка может привести к резкому увеличению времени ожидания.

    Одним из способов сокращения времени ожидания и уменьшения количества пробных комбинаций является использование цифрового моделирования, при котором мы можем предоставить компьютеру информацию о том, что мы знаем, а компьютер пробует различные комбинации для прогнозирования прочности на сжатие.Таким образом, мы можем уменьшить количество комбинаций, которые мы можем опробовать физически, и сократить время на эксперименты. Но чтобы разработать такое программное обеспечение, мы должны знать отношения между всем сырьем и то, как один материал влияет на прочность. Можно вывести математические уравнения и запустить моделирование на основе этих уравнений, но мы не можем ожидать, что отношения будут такими же в реальном мире. Кроме того, эти тесты проводились уже много раз, и у нас есть достаточно реальных данных, которые можно использовать для прогнозного моделирования.

    В этой статье мы собираемся проанализировать набор данных Конкретной прочности на сжатие и построить модели машинного обучения для прогнозирования прочности на сжатие. Этот блокнот, содержащий весь код, можно использовать параллельно.

    Набор данных состоит из 1030 экземпляров с 9 атрибутами и не имеет пропущенных значений. Есть 8 входных переменных и 1 выходная переменная. Семь входных переменных представляют количество сырья (измеряется в кг / м³), а одна представляет возраст (в днях). Целевая переменная — прочность бетона на сжатие, измеряемая в (МПа — мегапаскаль).Мы исследуем данные, чтобы увидеть, как входные характеристики влияют на прочность на сжатие.

    Первым шагом в проекте Data Science является понимание данных и анализ данных перед выполнением любого моделирования. Это включает в себя проверку любых пропущенных значений, построение функций по отношению к целевой переменной, наблюдение за распределением всех функций и так далее. Давайте импортируем данные и приступим к анализу.

    Давайте проверим корреляции между входными характеристиками, это даст представление о том, как каждая переменная влияет на все другие переменные.Это можно сделать, вычислив корреляции Пирсона между функциями, как показано в приведенном ниже коде.

     corr = data.corr () sns.heatmap (corr, annot = True, cmap = 'Blues') 

    Мы можем наблюдать высокую положительную корреляцию между Прочностью на сжатие (CC_Strength) и Cement . это верно, потому что прочность бетона действительно увеличивается с увеличением количества цемента, используемого для его приготовления. Кроме того, Age и Super Plasticizer являются двумя другими факторами, влияющими на прочность на сжатие.

    Есть и другие сильные корреляции между характеристиками,

    • Сильная отрицательная корреляция между суперпластификатором и Water .
    • положительная корреляция между суперпластификатором и золой-уносом , мелкозернистым заполнителем .

    Эти корреляции полезны для детального понимания данных, поскольку они дают представление о том, как одна переменная влияет на другую. Далее мы можем использовать парный график в морском судоходстве, чтобы построить парные отношения между всеми элементами и распределением элементов по диагонали.

     sns.pairplot (data) 

    Парный график дает визуальное представление корреляций между всеми функциями.

    Мы можем построить графики разброса между CC_Strength и другими функциями, чтобы увидеть более сложные отношения.

    CC_Strength vs (цемент, возраст, вода)

     sns.scatterplot (y = "CC_Strength", x = "Cement", hue = "Water", size = "Age", data = data, ax = ax, sizes = (50, 300)) 

    Наблюдения, которые мы можем сделать из этого графика,

    • Прочность на сжатие увеличивается с увеличением количества цемента , поскольку точки перемещаются вверх, когда мы перемещаемся вправо по оси x.
    • Прочность на сжатие увеличивается с возрастом (поскольку размер точек представляет возраст), это не всегда так, но может быть до некоторой степени.
    • Цемент с меньшим возрастом требует больше цемента для большей прочности , поскольку меньшие точки перемещаются вверх, когда мы движемся вправо по оси x.
    • Чем старше цемент, тем больше воды ему требуется , это можно подтвердить, наблюдая за цветом точек. Более крупные точки темного цвета указывают на преклонный возраст и больше воды.
    • Прочность бетона увеличивается, когда используется меньше воды при его приготовлении, поскольку точки на нижней стороне (ось y) темнее, а точки на верхней стороне (ось y) ярче.

    CC Прочность по сравнению с (мелким заполнителем, суперпластификатором, летучей золой)

     sns.scatterplot (y = "CC_Strength", x = "FineAggregate", hue = "FlyAsh", 
    size = "Superplasticizer", data = data , ax = ax, sizes = (50, 300))

    Наблюдения,

    • Прочность на сжатие уменьшается Летучая зола увеличивается , поскольку более темные точки сосредоточены в области, представляющей низкую прочность на сжатие.
    • Предел прочности на сжатие увеличивается с суперпластификатором , поскольку чем больше точка, тем выше она на графике.

    Мы можем визуально понимать 2D, 3D и максимальные до 4D графики (функции, представленные цветом и размером), как показано выше, мы можем дополнительно использовать функции построения строк и столбцов с помощью морского анализа для дальнейшего анализа, но все же , нам не хватает возможности самостоятельно отследить все эти корреляции. По этой причине мы можем обратиться к машинному обучению, чтобы зафиксировать эти отношения и лучше понять проблему.

    Прежде чем мы подгоним модели машинного обучения к данным, нам нужно разделить данные на обучающие, тестовые разбиения. Функции можно масштабировать, чтобы получить среднее значение, равное нулю, и стандартное отклонение, равное 1, то есть все функции попадают в один и тот же диапазон.

     X = data.iloc [:,: - 1] # Функции 
    y = data.iloc [:, - 1] # Целевой X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split (X, y, test_size = 0.2, random_state = 2) sc = StandardScaler () X_train = sc.fit_transform (X_train)
    X_test = sc.transform (X_test)

    После подготовки данных мы можем подогнать разные модели к обучающим данным и сравнить их производительность, чтобы выбрать алгоритм с хорошей представление.Поскольку это проблема регрессии, мы можем использовать RMSE (среднеквадратическую ошибку) и оценку $ R² $ в качестве показателей оценки.

    1. Линейная регрессия

    Мы начнем с линейной регрессии, поскольку это лучший алгоритм для любой задачи регрессии. Алгоритм пытается сформировать линейную связь между входными характеристиками и целевой переменной, то есть он соответствует прямой линии, заданной как,

    Линейная регрессия

    , где w_i соответствует коэффициенту характеристики x_i.

    Величину этих коэффициентов можно дополнительно контролировать, используя условия регуляризации для функций затрат.Добавление суммы величин коэффициентов приведет к тому, что коэффициенты будут близки к нулю, этот вариант линейной регрессии называется Lasso Regression. Добавление суммы квадратов коэффициентов к функции стоимости приведет к тому, что коэффициенты будут в одном диапазоне, и это изменение называется регрессией Ridge . Оба этих варианта помогают снизить сложность модели и, следовательно, снизить вероятность переобучения данных.

     # Импорт моделей 
    из sklearn.linear_model import LinearRegression, Lasso, Ridge # Linear Regression
    lr = LinearRegression () # Lasso Regression
    lasso = Lasso () # Ridge Regression
    ridge = Ridge () # Подгонка моделей к данным обучения
    lr.fit (X_train, y_train)
    lasso.fit (X_train, y_train)
    ridge.fit (X_train, y_train) # Создание прогнозов на основе тестовых данных y_pred_lr = lr.predict (X_test)
    y_pred_lasso = lasso.predict (X_test)
    y_16_predict = ridge3 from sklearn.metrics import mean_squared_error, mean_absolute_error, r2_score print ("Модель \ t \ t \ t RMSE \ t \ t R2")
    print ("" "LinearRegression \ t {:.2f} \ t \ t {:. 2f} "" ". Format (np.sqrt (mean_squared_error (y_test, y_pred_lr)), r2_score (y_test, y_pred_lr))) print (" "" LassoRegression \ t {: .2f} \ t \ t {:. 2f} "" ". format (np.sqrt (mean_squared_error (y_test, y_pred_lasso)), r2_score (y_test, y_pred_lasso))) print (" "" RidgeRegression \ t {: .2f} \ t \ t {:. 2f} "" ". format (np.sqrt (mean_squared_error (y_test, y_pred_ridge)), r2_score (y_test, y_pred_ridge)))

    Выходные данные

    Между этими тремя алгоритмами нет большой разницы в производительности , мы можем построить коэффициенты, назначенные тремя алгоритмами для функций, с помощью следующего кода.

     coeff_lr = lr.coef_ 
    coeff_lasso = lasso.coef_
    coeff_ridge = ridge.coef_ labels = req_col_names [: - 1]
    x = np.arange (len (labels))
    width = 0.3 fig, ax = plt.subplots (figsize = (10,6))
    rects1 = ax.bar (x - 2 * (width / 2), coeff_lr, width, label = 'LR')
    rects2 = ax.bar (x, coeff_lasso, width, label = 'Лассо')
    rects3 = ax.bar (x + 2 * (ширина / 2), coeff_ridge, width, label = 'Ridge') ax.set_ylabel ('Coefficient')
    ax.set_xlabel ('Features')
    ax.set_title ('Коэффициенты признаков')
    ax.set_xticks (x)
    ax.set_xticklabels (labels, rotation = 45)
    ax.legend () def autolabel (rects):
    "" "Прикрепите текстовую метку над каждой полосой в * rects *, отображающую ее высоту.
    для прямоугольника в прямоугольниках:
    height = rect.get_height ()
    ax.annotate ('{:. 2f}'. Format (height), xy = (rect.get_x () + rect.get_width () / 2, height ), xytext = (0, 3), textcoords = "точки смещения", ha = 'center', va = 'bottom') autolabel (rects1)
    autolabel (rects2)
    autolabel (rects3)
    fig.tight_layout ()
    plt.show ()

    Как видно на рисунке, регрессия Лассо подталкивает коэффициенты к нулю, а коэффициенты с нормальной линейной регрессией и регрессией по гребню почти одинаковы.

    Далее мы можем увидеть, как выглядят прогнозы, построив график истинных и прогнозируемых значений,

     fig, (ax1, ax2, ax3) = plt.subplots (1,3, figsize = (12,4)) ax1.scatter (y_pred_lr, y_test, s = 20) 
    ax1.plot ([y_test.min (), y_test.max ()], [y_test.min (), y_test.max ()], 'k--', lw = 2)
    ax1.set_ylabel ("True")
    ax1.set_xlabel ("Predicted")
    ax1.set_title ("Linear Regression")
    ax2.scatter (y_pred_lasso, y_test, s = 20) ax2.plot ([y_test.min (), y_test .max ()], [y_test.min (), y_test.max ()], 'k--', lw = 2) ax2.set_ylabel ("True")
    ax2.set_xlabel ("Predicted")
    ax2. set_title ("Регрессия лассо")
    ax3.scatter (y_pred_ridge, y_test, s = 20) ax3.plot ([y_test.min (), y_test.max ()], [y_test.min (), y_test.max () ], 'k--', lw = 2)
    ax3.set_ylabel ("True")
    ax3.set_xlabel ("Predicted")
    ax3.set_title («Регрессия гребня»)
    fig.suptitle («Истина или прогноз»)
    fig.tight_layout (rect = [0, 0,03, 1, 0,95])

    Если прогнозируемые значения и целевые значения равны, то точки на диаграмме разброса будут лежать на прямой. Как мы видим здесь, ни одна из моделей не предсказывает прочность на сжатие правильно.

    2. Деревья решений

    Алгоритм дерева решений представляет данные с древовидной структурой, где каждый узел представляет решение, принятое по функции.Этот алгоритм даст лучшую производительность в этом случае, поскольку у нас много нулей в некоторых входных функциях, как видно из их распределений на парном графике выше. Это поможет деревьям решений строить деревья на основе некоторых условий для функций, которые могут еще больше повысить производительность.

     из sklearn.tree import DecisionTreeRegressor 
    dtr = DecisionTreeRegressor ()
    dtr.fit (X_train, y_train)
    y_pred_dtr = dtr.predict (X_test) print ("Модель \ t \ t \ t \ t RMSE \ t ")
    print (" "" Регрессор дерева решений \ t {:.2f} \ t \ t {:. 2f} "" ". Format (np.sqrt (mean_squared_error (y_test, y_pred_dtr)), r2_score (y_test, y_pred_dtr))) plt.scatter (y_test, y_pred_dtr)
    plt.plot ( [y_test.min (), y_test.max ()], [y_test.min (), y_test.max ()], 'k--', lw = 2)
    plt.xlabel ("Прогнозируемый")
    plt. ylabel ("True")
    plt.title ("Decision Tree Regressor") plt.show ()

    Среднеквадратичная ошибка (RMSE) снизилась с 10,29 до 7,31, поэтому регрессор дерева решений улучшил производительность на значительная сумма.Это можно увидеть на графике, так как больше точек находится ближе к линии.

    3. Случайные леса

    Использование регрессора дерева решений улучшило нашу производительность, мы можем еще больше повысить производительность за счет объединения большего количества деревьев. Random Forest Regressor обучает случайно инициализированные деревья со случайными подмножествами данных, выбранных из обучающих данных, это сделает нашу модель более надежной.

     из sklearn.ensemble import RandomForestRegressor rfr = RandomForestRegressor (n_estimators = 100) 
    rfr.fit (X_train, y_train) y_pred_rfr = rfr.predict (X_test) print ("Модель \ t \ t \ t \ t RMSE \ t \ t R2") print ("" "Регрессор случайного леса \ t {: .2f} \ t \ t {:. 2f} "" ". format (np.sqrt (mean_squared_error (y_test, y_pred_rfr)), r2_score (y_test, y_pred_rfr))) plt.scatter (y_test, y_pred_rfr)
    plt.plot. ( min (), y_test.max ()], [y_test.min (), y_test.max ()], 'k--', lw = 2)
    plt.xlabel ("Прогнозируемый")
    plt.ylabel (" True ")
    plt.title (" Регрессор случайного леса ")
    plt.show ()

    RMSE дополнительно уменьшился за счет объединения нескольких деревьев.Мы можем построить график важности функций для древовидных моделей. Важность функции показывает, насколько важна функция для модели при прогнозировании.

     feature_dtr = dtr.feature_importances_ 
    feature_rfr = rfr.feature_importances_ labels = req_col_names [: - 1]
    x = np.arange (len (labels))
    width = 0.3
    fig, ax = plt.subplots (figsize (figsize) , 6))
    rects1 = ax.bar (x- (width / 2), feature_dtr, width, label = 'Decision Tree')
    rects2 = ax.bar (x + (width / 2), feature_rfr, width, label = 'Случайный лес')
    топор.set_ylabel ('Importance')
    ax.set_xlabel ('Features')
    ax.set_title ('Feature Importance')
    ax.set_xticks (x)
    ax.set_xticklabels (labels, вращение = 45)
    ax.legend (loc = "верхний левый", bbox_to_anchor = (1,1))
    autolabel (rects1)
    autolabel (rects2)
    fig.tight_layout ()
    plt.show ()

    Цемент и возраст рассматриваются как наиболее важные характеристики tree- на основе моделей. Летучая зола, грубые и мелкие заполнители являются наименее важными факторами при прогнозировании прочности бетона.

    Сравнение

    Наконец, сравним результаты всех алгоритмов.

     models = [lr, lasso, ridge, dtr, rfr] 
    names = [«Линейная регрессия», «Регрессия лассо», «Регрессия гребня», «Регрессор дерева решений», «Регрессор случайного леса»] rmses = [] для модели в моделях:
    rmses.append (np.sqrt (mean_squared_error (y_test, model.predict (X_test)))) x = np.arange (len (names))
    width = 0.3
    fig, ax = plt.subplots (figsize = (10,7))
    rects = ax.bar (x, rmses, width)
    ax.set_ylabel ('RMSE')
    ax.set_xlabel ('Models')
    ax.set_title ('RMSE with Different Algorithms')
    ax.set_xticks (x)
    ax.set_xticklabels (names, Rotation = 45)
    autolabel (rects)
    fig.tight_layout ()
    plt.show ()

    Мы проанализировали данные о прочности на сжатие и использовали машинное обучение для прогнозирования прочности бетона на сжатие. Мы использовали линейную регрессию и ее варианты, деревья решений и случайные леса, чтобы делать прогнозы и сравнивать их эффективность.Регрессор случайного леса имеет самый низкий RMSE и является хорошим выбором для этой проблемы. Кроме того, мы можем дополнительно улучшить производительность алгоритма, настроив гиперпараметры, выполнив поиск по сетке или случайный поиск.

    1. И-Ченг Йе, «Моделирование прочности бетона с высокими эксплуатационными характеристиками с использованием искусственных нейронных сетей», Исследование цемента и бетона, Vol. 28, №12, с. 1797–1808 (1998).
    2. Ахсанул Кабир, М.Д. Монджурул Хасан, Хасро Миа, «Модель прогнозирования прочности для бетона», ACEE Int.J. по гражданской и экологической инженерии, Vol. 2, №1, август 2013 г.
    3. https://archive.ics.uci.edu/ml/datasets/Concrete+Compressive+Strength

    Прочность на сжатие цементного раствора, смешанного с кокосовыми волокнами и человеческими волосами

    Несколько проблем возникло из-за повышения температуры использования раствора и бетона в последние несколько лет, когда это в значительной степени угрожает характеристикам раствора и бетона. Точно так же количество не поддающихся биологическому разложению отходов также увеличилось, что привело к антигигиеничным условиям.Необходимы усилия по информированию общественности о важности волокон и их последствиях как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе [1]. Волокна — это отходы, которые получают из различных источников и, следовательно, обрабатываются как отходы, поскольку представляют серьезную угрозу для окружающей среды.

    Кокосовые волокна представляют собой длинные нитевидные структуры, полученные из внешней оболочки кокосового ореха. Эти волокна очень прочные и жесткие. Волокна кокоса обладают самой высокой прочностью среди натуральных волокон. Кокосовое волокно демонстрирует отличную устойчивость к поражению грибами.Волокна кокоса действуют как отличные изоляторы от тепла и звука. Волокна кокоса легкие. Волокна кокоса действуют как огнестойкий материал. Кокосовые волокна не содержат каких-либо опасных материалов, поэтому с ними легко обращаться. Они имеют грубую структуру и поэтому образуют правильную и прочную связь с бетоном. Обладают водопоглощающей способностью. Точно так же человеческие волосы также являются отходами, и, поскольку они не поддаются биологическому разложению, они также представляют опасность для окружающей среды, поэтому их использование в строительном растворе может не только минимизировать его опасность для окружающей среды, но также может сыграть важную роль в повышении прочности раствора на сжатие.Он легко и дешево доступен во всем мире, поэтому его можно использовать в бетоне как самый дешевый ингредиент. Он обладает хорошей прочностью на разрыв, поэтому может играть важную роль в увеличении прочности раствора. Удельный вес колеблется от 1,2 до 1,35 [2]. Он легкий, поэтому строительный раствор из него также будет легким. Плотность кокосовых волокон колеблется в пределах 0,67–1 г / см 3 [3]. Волокна, используемые в строительном растворе и бетоне, безопасны для окружающей среды, а также являются экономичными, поскольку эти волокна доступны на местном уровне [4].

    Из-за глобального потепления озоновый слой истощается, из-за чего температура земли постоянно увеличивается, что угрожает характеристикам бетона, используемого в наших конструкциях. 2009 год был объявлен Генеральной Ассамблеей Организации Объединенных Наций Международным годом натурального волокна, чтобы подчеркнуть его важность для мира и рассказать миру о его последствиях [5]. Более 500 000 тонн кокосового волокна производится во всем мире, включая Шри-Ланку, Филиппины, Непал и Индонезию.Пакистан также входит в число тех стран, где в прибрежных районах выращивают достаточное количество кокосовых орехов [5]. Цементные материалы, таким образом, снижают опасность для окружающей среды вместе с улучшением бетона с полезными свойствами. В настоящем исследовании кубики строительного раствора были приготовлены с различным процентным содержанием кокосовых волокон и волокон человеческого волоса и выдерживались до 28 дней. Испытания на прочность при сжатии проводились в разное время для наблюдения за характеристиками раствора, армированного волокном.

    3.1. Физические свойства кокосовых волокон
    1. Длина: длина кокосовых волокон обычно составляет от 27 см до 35 см.
    2. Диаметр: Диаметр кокосового волокна почти такой же и колеблется в пределах 12-25 микрон.
    3. Плотность: Плотность кокосовых волокон колеблется от 0,67 до 1 г / см. 3 [3].
    4. Прочность: волокна кокоса способны выдерживать дополнительную нагрузку в 4-6 раз больше, чем другие волокна.
    5. Удельный вес: Диапазон удельного веса от 1.2-1,35 [2].

    3.2. Физические свойства человеческого волоса

    1. Удлинение до 5%, волосы эластичные

    2. Волосы самые прочные, выдерживают вес 100 грамм и удлинение 55%

    3. Волосы человека на 65-95% состоят из белков, более 32% — из воды, липидных пигментов и других компонентов. Химически около 80% человеческого волоса образовано белком, известным как кератин [6].

    4.Кератин имеет особое сродство с водой. Это поглощение зависит от уровня относительной влажности воздуха и сильно влияет на все свойства волос, такие как способность к растяжению, диаметр и внутренняя вязкость волокон.

    5. Трение во влажных волосах выше, чем в сухих.

    6. Волосы также имеют тенденцию быть проницаемыми для воды в жидкой форме. Это поглощение сопровождается набуханием волос с увеличением диаметра нити на 15-10% и длины на 0,5-1,0%.

    7. Он имеет высокую прочность на разрыв, равную прочности медной проволоки аналогичного диаметра [7].

    8. Человеческие волосы не опасны, но не подвержены биологическому разложению, что создает угрозу для окружающей среды. Каждое использование человеческих волос не снижает количество отходов человеческого волоса, потому что в некоторых случаях утилизация волос после использования может вернуть их в потоки отходов. Например, даже несмотря на то, что в париках и наращивании волос используются человеческие волосы в больших количествах, волосы не расходуются во время использования, после чего их снова выбрасывают вместе с твердыми отходами.

    9. Волосы не гниют и не оставляют их нетронутыми для безопасного повторного использования или переработки. Существуют применения, которые связаны либо с загрязнением волос токсичными химическими веществами, либо с необратимым смешиванием с некоторыми небиоразлагаемыми или экологически опасными материалами. Волосы, загрязненные токсичными органическими загрязнителями, являются одним из таких случаев. Другим таким применением могут быть композиты человеческого волоса с небиоразлагаемой смолой. Переработка или безопасная утилизация этих продуктов требует дальнейшей обработки для удаления конкретных загрязнений или отделения других материалов.Например, композиты для волос с небиоразлагаемой смолой потребуют метода разделения двух материалов или метода безопасного разложения, такого как горение при очень высоких температурах, чтобы гарантировать безопасное разрушение.

    Эксперимент был запланирован для определения прочности на сжатие растворов с использованием кокосовых волокон и волокон человеческого волоса в дополнение к цементу в качестве отходов. Добавки волокон в различных процентных долях использовались в этом исследовании для изучения и наблюдения влияния различных уровней волокон в строительном растворе на их прочность на сжатие при разном возрасте отверждения.

    4.1. Цемент В качестве связующего материала использовали портландцемент

    ASTM типа I, соответствующий стандарту ASTM C-150. Физические свойства и химический состав OPC приведены в Таблице-1 и Таблице-2 соответственно.

    Таблица 1: Физические свойства цемента Таблица 2: Химический состав Cherat Cement
    Физические свойства Цемент ASTM типа 1 Оксиды Процент (%)

    % проба возраста

    (проходное сито # 200)

    93 Al 2 O 3 21.24
    Время начальной схватывания 30 минут SiO 2 5,56
    Окончательное время схватывания 45 минут Fe 2 O 3 3,24
    3 дня Прочность на сжатие 2233,581 фунтов на квадратный дюйм CaO 65,53
    7 дней Прочность на сжатие 2886,251 фунтов на квадратный дюйм MgO 0.93
    28 дней Прочность на сжатие 4380.14 фунтов на квадратный дюйм СО 3 2,55
    Удельный вес 3,15 LOI 1,24
    IR 0,64
    лайм свободный 0,55

    4.2. Песок

    Местный природный песок, проходящий через 4.В этом исследовании использовалось сито 75 мм и оставалось на сите 0,015 мм. Градация этого песка приведена в Таблице-3.

    Сито

    Сито

    Размер

    (мм)

    Остаточная масса (г) Оставшиеся (%) Успешно (%) Совокупный остаток в процентах
    8 2.36 12,91 4,30 95,60 4,30
    16 1,18 9,51 3,17 92,53 7,47
    30 0,6 50,19 16,73 75,80 24,20
    50 0,3 111,0 37 38,80 61,20
    100 0.15 77,90 25,90 12,80 87,16
    200 0,075 28,57 9,50 3,30 96,6
    Поддон 9,92 100

    Модуль дисперсности песка рассчитывается как

    4.3. Дозирование смеси

    Четыре различных пропорции смеси кубиков фиброцементного раствора (0%, 2%.4% и 6%) были получены размером 50 мм x 50 мм x 50 мм. Отношение цемента к песку сохранялось равным 1: 3 в качестве эталонного раствора для сравнения свойств раствора с добавлением волокон, в то время как отношение воды к цементу оставалось равным 0,6. Фибровый раствор означает раствор, изготовленный с использованием цемента и волокон в качестве добавочного материала с песком и водой. Подробная информация о пропорции смеси и материалах представлена ​​в Таблице 3.

    Таблица 4: Дозирование смеси

    S. No. Материал Кол. Акций
    1 Длина волокна 50 мм
    2 Цемент 500 грамм
    3 Песок 1500 грамм
    4 с / с 0.6
    5 Вода 300

    4.4.

    Мытье человеческих волос

    После сортировки волосы были вымыты водой с шампунем, так как мытье волос только водой вредно для волос. Он особенно подчеркивает негативное воздействие солнечного света, другого заклятого врага волос. Поощряется разложение меланина и усиливается обесцвечивание, связанное с солнцем. Сам кератин изменяется, делая волосы ломкими и легко повреждаемыми [8].

    Затем волосы сушили на солнце. После высыхания волосы использовались в цементном растворе.

    4,5 Среда отверждения и испытания

    Всего в лаборатории отлито 140 образцов минометов. После литья образцы выдерживали при температуре 27 ° C и относительной влажности 90% в течение 24 часов. После извлечения из форм все образцы выдерживали в воде при комнатной температуре в течение 3, 7 и 28 дней. После определенного периода воздействия образец был испытан на прочность на сжатие в соответствии с процедурой испытаний (ASTM C109-87) [9].

    Кубики для всех строительных растворов были испытаны на прочность на сжатие через 3, 7 и 28 дней. Результаты для минометов MC, MH, MCH показаны в таблице 4.

    Таблица 5: Средняя прочность строительных смесей на сжатие

    Миномет Тип Средняя прочность на сжатие (фунт / кв. Дюйм)
    3 дня 7 дней 28 дней
    MC-0 843 1342 2315
    MH-0 843 1342 2315
    МСН-0 843 1342 2315
    МС-2 1293 2150 2822
    MH-2 1391 1506 2114
    МСН-2 944 1471 2080
    МС-4 1519 2334 3121
    MH-4 745 1136 1523
    МСН-4 908 1103 1530
    МС-6 1439 2870 3270
    MH-6 513 778 1209
    МСН-6 1161 1583 1902

    На рисунке 1 показано, что с добавлением кокосовых волокон в смесь прочность на сжатие увеличивается.Однако с дальнейшим увеличением процентного содержания кокосовых волокон в смеси прочность на сжатие увеличилась через 7 дней.

    Рисунок 1: Результат испытания на сжатие

    Однако через 3 дня отверждения не было разницы в прочности на сжатие раствора между 4% и 6% отверждения, в то время как на 28 день прочность на сжатие при 4% была выше 2% и ниже 6%. кокосовых волокон.

    Рисунок 2: Результат испытания на сжатие

    Рисунок 2 показывает, что с добавлением 2% человеческого волоса в смесь прочность на сжатие увеличилась.Однако при дальнейшем увеличении количества человеческих волос более чем на 2% прочность на сжатие постепенно снижалась, при этом самые низкие значения наблюдались при максимальной скорости 6% во все дни отверждения.

    Рисунок 3: Результат испытания на сжатие

    На рисунке 3 показано, что при добавлении 2% смешанных волокон (кокосовые волокна и человеческие волосы) в смесь прочность на сжатие увеличивалась через 3, 7 и 28 дней отверждения. Однако с дальнейшим увеличением количества смешанных волокон в смеси прочность на сжатие постепенно снижается с наименьшим значением 4% смешанных волокон на 7 и 28 дни отверждения, но прочность на сжатие была выше на 3 день для 4% смешанных волокон, чем 0% на 3 rd день отверждения, в то время как сжатие на 6% увеличивается на 3 дня и 7 дней отверждения, однако на 28 день отверждения прочность на сжатие была ниже на 6% более 2% смешанных волокон.

    Эта исследовательская работа является дальнейшим расширением использования смешанных материалов под влиянием использования кокосовых волокон и человеческих волос, чтобы можно было увеличить прочность, а также уменьшить неблагоприятное воздействие этих отходов, чтобы сохранить нашу окружающую среду в чистоте от воздействия такие отходы.

    • Кокосовое волокно, содержащее 4% в смеси, дает высокую прочность за 3 дня, а 6% дает высокую прочность на сжатие через 28 дней отверждения при комнатной температуре.
    • За счет увеличения процентного содержания кокосовых волокон прочность раствора увеличивалась во все дни отверждения.
    • Использование человеческих волос до 2% изначально давало высокую прочность. Однако при дальнейшем увеличении процентного содержания человеческих волос в смеси наблюдалось снижение прочности раствора на сжатие во все дни отверждения.
    • Добавление 6% смешанных волокон (кокосовое волокно и человеческий волос) в цементный раствор показало более высокую прочность на сжатие на 3 день , чем 2% и 4%, в то время как прочность на сжатие раствора была на 2% выше на 28 th день, чем прочность на сжатие раствора для 4% и 6% волокон смеси.

    Знаете ли вы, что средняя прочность раствора на сжатие будет для стандартного песка и цемента?

    ВОПРОС

    Прочность на сжатие слоя раствора — архитектор потребовал, чтобы прочность слоя раствора на сжатие составляла не менее 4000 фунтов на квадратный дюйм. Знаете ли вы, в среднем, какой был бы типичный TCA F-111 со стандартным сырым песком и
    ? цемент? Любая информация будет оценена по достоинству.

    ОТВЕТ

    ОТВЕТ — Laticrete 226/3701 и Mapei Mapicem — это строительные растворы, которые говорят, что они могут достичь прочности на сжатие 5000 фунтов на квадратный дюйм или больше.Обратите внимание, что указанные значения основаны на лабораторных результатах, а не на полевых испытаниях. Полевые испытания всегда ниже. Вы должны указать на это архитектору заранее.

    ANSI не имеет стандартов прочности на сжатие для слоев раствора. Модифицированный раствор A118.7 имеет прочность на сжатие 3000 фунтов на квадратный дюйм.

    Я не уверен, какой будет прочность на сжатие для обычного раствора. Я предполагаю, что обычный слой раствора должен иметь давление более 2000 фунтов на квадратный дюйм при правильном сжатии в зависимости от соотношения цемента, песка и воды.

    Автобетоносмесители redimix могут создавать расчетную смесь определенной стоимости за счет использования большего количества цемента и меньшего количества воды для достижения более высокой прочности.

    Есть несколько ключевых факторов для достижения высокой прочности на сжатие. Более высокое содержание цемента добавляет больше прочности, но не выше, чем смесь цемента с песком в соотношении 1: 3. Чем меньше воды вы используете, тем выше будет прочность, вплоть до содержания влаги 25%, что не будет подходящей смесью. Вот почему правильно перемешанный слой раствора с сухой набивкой даст вам большую прочность, что относится к типу, упомянутому в ANSI, что подразумевает необходимость утрамбовывать слой раствора для его сжатия.Я думаю, что наиболее важной частью является правильное сжатие сухого раствора для достижения высокой прочности на сжатие.

    У большого проекта возникла проблема с этим, потому что установщики не уплотняли раствор. Они просто бросали камни на непостоянный объем раствора и не забивали камни полностью. Они использовали раствор на 5000 фунтов на квадратный дюйм, но поскольку они не полностью сжали слой раствора, они получили значения 1200 фунтов на квадратный дюйм из образцов, взятых на работе.

    То, что я обычно делаю на нашей работе, — это либо установщики предварительно всплывают и проверяют, чтобы сухой пакет был хорошо сжат, либо при установке отдельных плиток большого формата по одной мокрой укладке у нас есть установщик, который насухо разбивает плитку свежий сухой строительный раствор, чтобы сжать его и убедиться, что он находится в полном контакте.После того, как раствор будет полностью сжат и достигнет нужной высоты по отношению к соседним плиткам, смажьте обратную сторону плиток маслом и вбейте плитки. Этот метод дает очень плотную и прочную основу раствора.

    Надеюсь, что это поможет.