Что такое активность цемента: Определение марки (активности) цемента

Определение марки (активности) цемента

Активность цемента определяется как показатель фактической прочности образцов, специально изготовленных для анализа и испытанных в заданных условиях, определенных нормативными документами.

Существует два параметра, определяющих активность (марку) цемента – это определение прочности на разрыв и на изгиб. Для таких испытаний необходимы специально созданные образцы из цементного теста нормальной консистенции, размерами 40*40*160 мм. Все этапы их изготовления и испытания определяются ГОСТом 310.4-81.

Для определения активности цемента применяют как прямые, так и косвенные методы. Прямые методы, самые действенные, но требуют длительного времени (процесс определения основан на твердении цемента), так что для оперативных задач используют косвенные, более быстрые методы. Здесь подходы могут быть различные: кто-то использует контракцию, кто-то оценивает активность через электропроводность цементной суспензии. Оценка активности через электропроводность – простой путь, который при этом нельзя назвать надежным. Прогнозируемые результаты не имеют методологического обоснования и потому рекомендацию для использования в серьезных случаях получить не могут.

Действие контракциометров основано на установлении связи активности цемента с процессом уменьшения объема цемента в результате гидратации специально изготовленного цементного раствора. Это единственный вид приборов, который может быть признан эффективным для оперативного определения активности цемента.

Существуют приборы контракциометры КД-07 и ВМ-7.7, которые могут дать методологически обоснованный результат, однако в данном случае в процессе определения активности (марки) цементов требуется визуальное наблюдение за технологическим процессом, а также проведение подсчета результатов вручную в соответствие с установленной методикой.

Приготовление цементного раствора нормальной консистенции для определения марки цемента

Определение марки цемента предполагает приготовление цементно-песчаного раствора заданным образом. Для смешивания раствора в пропорции 1:3 понадобится:

• 500 г цемента (непосредственно того образца, который назначен к исследованию).
• 1,5 кг песка. Для получения точного результата важно выбрать правильный песок – чистый (мытый) кварцевый песок, с содержанием SiO2 не менее 98%. Влажность материала – менее 0,2 % с потерями при прокаливании менее 0,05%.

Если не соблюсти эти условия, то оценку марки цемента нельзя будет признать корректной.

Оба компонента высыпают в чашу, внутренняя часть которой протерта мокрой тканью. Срок для промешивания – 1 минута. Затем в смеси делается лунка, в которую вливают 200 г воды. Время, выделяемое на впитывание – 0,5 минут, а затем в течение минуты перемешивают вручную. Далее смесь помещают в мешалку (ее чашу протирают влажной тканью) и мешают в течение 2,5 минут.По окончанию процесса нужно оценить консистенцию получившегося раствора. Для этого применяют встряхиватель, на котором имитируют виброуплотнение раствора.

Смесь закладывается в два этапа слоями равной толщины в стандартную форму-конус, установленную на диск встряхивающего столика, а после этого штыкуется по ГОСТу:

• нижний слой – 15 раз,
• верхний слой – 15 раз.

Затем, в указанной последовательности, выполняются следующие действия:

• Форму для загрузки снимают, излишки раствора срезают.
• Цементный конус встряхивают 30 раз в течение 30 ± 5 секунд.
• Основание конуса измеряют по перпендикулярным диаметрам и берут среднее значение.

Раствор нормальной консистенции и приемлем для измерений, если его расплыв 106-115 мм.

Изготовление образцов

Образцы для определения марки цемента изготавливают стандартных размеров в специальных формах. Формы должны быть разъемными и из прочного материала – к примеру, из чугуна или стали. Перед заполнением раствором форму смазывают машинным малом, а стыки – вазелином. Форму заполняют на 10 мм, устанавливают на вибростенд и после запуска установки форма заполняется окончательно – порционно в течение 2 минут. Через три минуты установка отключается, а излишки смеси снимают ножом, смоченным в воде. Образец сглаживают, маркируют и, оставляя его в форме, выдерживают в специализированной ванне с гидравлическим затвором 24 часа (в случае растрескивания образца, оставляют его в ванной еще на 48 часов). Затем их достают из ванны, извлекают из форм и укладывают в бассейн с водой. Вода должна быть 20 ± 2 градусов по Цельсию и накрывать образцы минимум на 20 мм. Воду в бассейне заменяют раз в две недели. И после 28 суток твердения их извлекают из ванной, испытания проводятся максимум за час.

Виды определения пределов прочности

В зависимости от особенностей дальнейшего использования цемента и бетона на его основе существует несколько различных подходов к определению активности. Рассмотрим несколько методик.

Определение прочности на изгиб

Суть метода в постепенном увеличении нагрузки на образец посредством специального пресса (скорость нагружения — 50±10Н/с). При этом испытание образцов производится при их расположении поперечной гранью – продольно. Итоговый результат берут как среднее арифметическое между двумя самыми высокими показателями испытаний образцов из трех.

Определение прочности при сжатии

Этот метод требует равномерной нагрузки с предельной силой — 200-500кН. Для этого три образца, разделенных на половины, располагают между специальными полированными металлическими пластинами. Площадь соприкосновения образца в продольном положении и пластины – 25 см2. После центровки на опорной плите в качестве результата принимается среднее значения четырех самых высоких показателей.

Определение прочности цемента при пропаривании

Для изготовления конструкций из бетона или железобетона подчас необходимо сократить срок твердения. Для этого используют тепловлажную пропарку. Именно поэтому для таких случаев целесообразно использовать определение активности цемента при пропаривании.

Подготовка образцов и все процедуры проводятся в стандартных условиях, однако пропаривание необходимо производить в специализированной камере. Стандартизированная температура — 20±3 градусов по Цельсию при выключенном обогреве в течение 2 часов. Значение прочности определяется в соответствие с ГОСТом.

Однако все эти методы требуют очень длительного времени. Самый скорый метод определения марки цемента без потери точности измерений – контракциометрический. Он использует для оценки показатели уменьшения объема раствора при гидратации материала. Именно эти данные ложатся в основу расчетов активности цемента. Именноэтот метод лег в основу нового прибора предприятия «Интерприбор».

Этот прибор позволяет исследования по определению активности цемента проводить в ускоренном режиме – то есть фактически в течение 3 часов. Также «Цемент-прогноз» позволяет работать с такими измерениями как сроки схватывания цемента, морозостойкость, прочность и водонепроницаемость бетона.

Новый прибор для определения активности цемента

В 2009 году компания «Интерприбор» разработала и запатентовала прибор «Цемент-Прогноз», основанный на контракциометрическом методе измерений. Этот прибор автоматический. В его стандартную комплектацию входят: электронный блок, стакан для проб цементного образца, камера измерения и сервисное ПО, нацеленное на обработку данных по методике. Именно программное обеспечение позволяет все результаты перенести на компьютер, заархивировать и, при необходимости, конвертировать в Exсel.

Принцип работы прибора основан на регистрации изменения объема воды в герметичной камере, дополнительно можно фиксировать температуру пробы. Камера заполняется водой, а в нее помещается образец в специальном мерном стакане. Измерение занимает в минимальном варианте три часа, по факту которых все измерения переносятся в компьютер. Но существует и 7-суточный контракционный цикл измерений.

Электронный блок позволяет через соединительную коробку подключать и одновременно производить измерения в трех камерах, регистрируя результаты на дисплее прибора и компьютере. Сервисное ПО предлагает обширный объем функций по обработке результатов. Прибор внесен в Государственный реестр средств измерений.

Использование «Цемент-Прогноза» в рабочем процессе облегчит и другие технологические измерения, в частности оценку водоцементного отношения и прочность бетона (МИ 2488-98), морозостойкость (МИ 2489-98), водонепроницаемость бетона (МИ 2625-2000).

Активность цемента: методы определения активности

О прочности цемента обычно судят по его марке, которая определяется сразу после выпуска материала. Но в результате транспортировки или при длительном хранении цемент начинает взаимодействовать с частицами воды, происходит реакция гидратации, и прочность цемента падает.

СодержаниеСвернуть

• Что такое активность цемента
• Активная фаза
• Перспективная фаза
• Фаза деградации
• Факторы, влияющие на активность цемента
• Процесс проведения испытаний активности цемента
• Методы определения пределов прочности
• Определение пределов прочности на изгиб
• Определение прочности при сжатии
• Определение прочности при пропаривании
• Ускоренный метод
• Приборы для определения активности цемента
• Заключение

Для нахождения остаточной прочности проводят испытания аналогичные испытаниям по установлению марки. Так осуществляется определение активности цемента.

Что такое активность цемента

Активность цемента (ГОСТ 310.4-81) – прочность при испытании на сжатие образца из цементного раствора. После проведения лабораторных испытаний материалу присваивается марка (производители должны указать ее на упаковке). Например, ЦЕМ 32,5 (М400), ЦЕМ 42,5 (М500) или др.

Цемент может вступать в реакцию с влагой, находящейся в воздухе, при этом образуется твердый цементный камень, что впоследствии отрицательно сказывается на прочности изготавливаемого цементного или бетонного теста. Активность цемента измеряется в МПа, как и его марка.

Особенностью бетона и цемента является то, что эти строительные материалы при эксплуатации со временем становятся только прочнее. Это связано с тем, что процесс гидратации происходит непрерывно. Выделяют три этапа гидратации цемента: активную фазу, перспективную и фазу деградации.

Активная фаза

Длится 28 суток – срок полного застывания цементного раствора. Вступает в реакцию с водой и кристаллизуется за этот период большая часть компонентов.

Перспективная фаза

На протяжении года идет полная кристаллизация, а прочность цемента при этом приближается к максимальному показателю.

Фаза деградации

Кристаллизованные минералы разрушаются в процессе коррозии, в изделии появляются трещины, нарушается структура бетона. Химическая активность цемента может быть меньше его марки даже в полтора-два раза. Например, активность цемента ЦЕМ 32,5 (М400) обычно составляет 200-330 МПа, а активность цемента ЦЕМ 42,5 (М500) – 250-420 МПа.

Активность цемента таблица (представлены несколько заводов изготовителей):

Факторы, влияющие на активность цемента

На активность цемента оказывают воздействие условия хранения, химический состав материала и дисперсность частиц, которая определяется степенью помола компонентов.

Процесс проведения испытаний активности цемента

Испытания по определению активности цемента по ГОСТу 310.4-81 проводятся в несколько этапов:

1. Приготовление цементного теста. Смешивают вяжущее вещество и песок в соотношении примерно один к трем, затем смесь выкладывают горкой и начинают наливать воду. В/Ц отношение составляет от 0,4 до 0,5, но количество воды в смеси может корректироваться в зависимости от результатов второго этапа.
2. Определение расплыва конуса смеси. Чтобы испытания по определению активности бетонной смеси, показали максимально точный результат, смесь должна быть нужной консистенции. Испытания по определению подвижности смеси проводят с помощью конуса и встряхивающего стола, диаметр расплыва должен лежать в пределах 105-115 миллиметров.
3. Укладка раствора в формочки. Формы имеют размер 4х4х16 сантиметров, их стенки необходимо смазать машинным маслом. После заливки раствора его необходимо уплотнить, то есть провибрировать.
4. Твердение цемента. В первый день процесс твердения происходит в емкости с раствором гидравлических веществ, затем 27 суток резервуаре с холодной водой.
5. Проведение испытаний. На прочность испытывают три балочки, после чего результаты экспериментов суммируют и находят среднее значение.

Методы определения пределов прочности

Выбор метода определения активности цемента зависит от того, для каких целей цемент будет использоваться в дальнейшем, какой вид и класс бетона будет из него изготавливаться.

Определение пределов прочности на изгиб

Испытание проводят на гидравлических прессах. Образец располагают продольно на двух опорах, постепенно начинают его нагружать. Предел прочности в данном случае определяется по формуле:

Р – нагрузка, l – расстояние между двумя опорами, b и h – ширина и высота балки. Полученное значение измеряется в МПа.

Определение прочности при сжатии

Испытания на прочность при сжатии также проводятся на гидравлических прессах. Чтобы получить значение , надо разделить силу, при которой балка разрушилась (Р) на исходную площадь поперечного сечения бетонного образца.

Определение прочности при пропаривании

Для конструкций, в которых бетон будет подвержен пропариванию с целью сокращения сроков твердения, целесообразно находить активность цемента при пропаривании. В этом случае цемент предварительно проходит обработку в специальной пропарочной камере.

Ускоренный метод

Все стандартные методы по измерению прочности требуют времени, но можно определить активность цемента и ускоренным методом. Для этого применяются специальные приборы, они помогают установить активность материала контракциометрическим методом. В основе работы приборов лежит свойство цемента изменять свой объем при гидратации.

Приборы для определения активности цемента

Существуют различные приборы для определения активности цемента, вот некоторые из них:

• Индикатор активности цемента ИАЦ-04М. Система позволит определить активность образца за 5 минут. Активность цемента вычисляется на основании найденной удельной проводимости В/Ц раствора. Прибор дает большую погрешность – до 5 % в ту или иную сторону, поэтому полностью заменить стандартные испытания им не получится. Индикатор позволит вовремя обнаружить сбои в работе оборудования по изготовлению цемента, неправильный химический или минеральный состав, недопустимые условия хранения.

• Цемент-прогноз 2. Позволяет определить активность цемента в ускоренном режиме за 3 часа, измерения производятся за счет нахождения величины конракции цементного теста. В обычных случаях определение активности производится в 1, 3, и 7-суточных режимах.

Индикаторы активности цемента не могут давать очень точных результатов, но их использование целесообразно, когда нет времени на стандартные лабораторные испытания.

Заключение

Активность цемента является показателем прочности цемента. Она напрямую зависит от условий транспортировки и хранения, а также от продолжительности хранения. Определить активность цемента можно при проведении стандартных лабораторных испытаний, порядок которых описан в ГОСТ 310. 4-81.

При необходимости можно провести быстрое тестирование на прочность измерителем активности цемента, но будет получаться результат с низкой точностью.

Строительная площадка из пластилина и строительных блоков

Строительная площадка из пластилина и строительных блоков

Цементный пластилин и кирпичное здание! Включите насыпи пластилина с игрушками для строительных площадок. и открыть мир новых возможностей. «Склеить» деревянные блоки вместе, чтобы строить стены и дороги, гонять колесные машины по мягкому серому тесту и наблюдайте за отпечатками шин, когда машины движутся вперед, назад и повернись. С миксерами наготове, очередь, сбор, доставка и разлив или заложить цементный раствор для следующего проекта ..   Нет бетономешалки? сделай сам из пластиковых горшков и прицепов для игрушечных автомобилей и грузовики. Для получения дополнительной строительной площадки — ресурсы для печати на строительной площадке пожалуйста, посетите 5 Рифма с цифрами строительных машин на silkysteps.com Снежный цемент! Вашему Санте нужна помощь в строительстве здания на Северном полюсе? M руда Идеи новогоднего пластилина в картинках!

Урок: Бетон для детей Алессандро и Мэтью Суэнти из Военного института Вирджинии, кафедра гражданской и экологической инженерии. )

Обзор:

Бетон для детей — это увлекательное практическое занятие, которое знакомит учащихся с инженерным делом и бетоном как инженерным материалом. Бетон можно найти во всей нашей инфраструктуре (дорогах, мостах, зданиях, стадионах и т. д.), что делает его привычной средой для студентов, с которыми они могут изучать инженерное дело. Упражнения могут быть адаптированы для всех возрастных категорий от K-12 и предназначены для того, чтобы дать учащимся практический опыт работы с бетоном; узнать, как это делается, как это инженерный материал и как инженеры используют этот материал для создания конструкций, которые мы используем каждый день, включая мосты, здания и дороги.

Класс : K -12

Время: Два урока. (Бетон должен схватиться и затвердеть, прежде чем его можно будет испытать.)

Цели обучения:

После участия в мероприятиях учащиеся должны уметь делать следующее:

• Определять отдельные компоненты бетона : вода, цемент, крупный заполнитель (скала), мелкий заполнитель (песок) и химические добавки.
• Опишите, как эти компоненты взаимодействуют и влияют на свойства бетона.
• Определите области применения бетона, влияющие на повседневную жизнь.
• Опишите процесс проектирования бетонного смешения.
• Продемонстрировать умение смешивать и укладывать бетон.
• Опишите роли инженеров в проектировании бетона.
• Дополнительные цели обучения могут быть созданы путем включения дополнительных действий/информации в занятия по химии, науке об окружающей среде, физике или промышленным технологиям.

Стандарты

Национальные стандарты научного образования:

Наука как исследование; Свойства материалов.

Международная ассоциация технологического образования :

• F. В производственных системах используются механические процессы, которые изменяют форму материалов посредством процессов их разделения, формирования, объединения и кондиционирования. (6-8 классы)
• F. Выбор конструкций конструкций основывается на таких факторах, как строительные нормы и правила, стиль, удобство, стоимость, климат и функциональность. (6-8 классы) [2000]

Иллюстрация №1 (вверху): ОБРАЗЕЦ ОПАЛУБКИ ДЛЯ БАЛОК для формовки бетона

Материалы:

• Одноразовые алюминиевые формы для выпечки или 5-галлонные ведра для смешивания бетона и 4 ведра для смешивания бетона (по 1 на группу)
• Ведро на 5 галлонов для проверки балок
• 1-галлонные малярные ведра (3 на группу) для измерения заполнителя, цемента и воды
• Цемент (2 фунта/0,9 кг на группу) для изготовления бетона
• Крупный (каменный) заполнитель размером 1 дюйм или менее (4 фунта/1,8 кг на группу) для изготовления бетона
• Мелкий заполнитель (песок) (4 фунта/1,8 кг на группу) для изготовления бетона + 50 фунтов для испытательной балки
• Вода (2 фунта на группу) + дополнительно для приготовления бетона и чистых ведер
• Ложка (1 на группу) для смешивания бетона
• Перчатки для защиты рук
• Бумажные маски для защиты от вдыхания цементной пыли
• Защитные защитные очки для испытаний лучом
• Пластик для защиты стола
• Веревка (дополнительно) 25 футов/8 м для испытания балок
• Щетка (дополнительно) для очистки инструментов
• Большие весы для измерения ковша + веса при испытании балок
• Малая шкала для измерения материалов
• Опалубка для балок (1 на группу) для заливки балок – см. рис. №1 выше для образца рамы

Процедура:

Следующие шаги описывают основные действия Concrete for Kids. Учащиеся будут смешивать бетон, помещать бетонные балки в формы для балок и ломать бетонные балки. Мероприятия рассчитаны на два дня, потому что бетон должен схватиться и затвердеть, прежде чем его можно будет извлечь из форм и испытать. Возможно, вам придется провести небольшое исследование самостоятельно, чтобы начать этот проект, но подготовка окупится, когда вы увидите, как ваши ученики увлечены применением инженерных концепций!

Упражнения:

День 1:

1. Познакомьте учащихся с инженерным делом и с тем, как инженерные материалы окружают их. Попросите их привести примеры инженерных материалов и дайте им примеры. Презентация Технологического института Вирджинии включает слайд-шоу и поп-викторину с несколькими удивительными примерами.
2. Познакомить учащихся с бетоном: как долго он используется, кто проектирует и строит из бетона, этапы бетонного строительства (монолитные и сборные конструкции), основные компоненты бетона (крупный заполнитель, мелкий заполнитель, цемент и вода). ), и составы бетонных смесей (инженерные бетоны). Для этого шага вы можете найти полезную информацию на веб-сайте Portland Cement Association, посвященном основам цемента и бетона.
3. Познакомьте учащихся с практическими заданиями на день: замешивание бетона и укладка бетонных балок. Для базовой конструкции бетонной смеси мы предлагаем использовать 3 части крупного заполнителя (камень), 2 части мелкого заполнителя (песок), 1 часть цемента и 0,5 части воды по весу.
4. Для младших школьников предварительно отмерьте крупный заполнитель, мелкий заполнитель, цемент и воду для учащихся, чтобы они были готовы к смешиванию. Сухие ингредиенты можно разложить по пакетам и приготовить заранее.
5. Для учащихся старшего возраста дизайн миксов может быть заранее определен учителем, или учащиеся могут играть роль инженера, создавая свои собственные дизайны миксов. Если вы позволяете учащимся быть инженерами, мы предлагаем вам по-прежнему предоставлять им предложенный выше базовый дизайн микса в качестве руководства. Используя весы, учащиеся могут взвесить свои собственные материалы перед смешиванием.
6. Для учителей это занятие может стать грязным! Если вы находитесь в помещении, вы можете постелить пластик на стол перед смешиванием.
7. Меры предосторожности: Цемент представляет собой мелкий порошок, который может нанести вред при попадании на кожу или при вдыхании. Цемент сушит кожу. При смешивании надевайте защитные перчатки и наносите лосьон на участки кожи, на которые попал цемент. Бумажные маски следует использовать для предотвращения вдыхания цемента. Защитные очки также можно использовать для защиты глаз от брызг цементного теста и мелких частиц цемента. Обувь с закрытыми носками также рекомендуется для этого занятия.

Приступайте к практическим занятиям:

Старшие школьники – создайте дизайн смеси, определив соотношение различных материалов.

Старшие школьники – взвесьте все материалы в соответствии с заданными расчетными соотношениями смеси: камень, песок, цемент и вода.

Перед замешиванием бетона смажьте опалубки балок WD-40, моторным маслом, маслом канолы или смазкой для опалубки. Это обеспечит плавное удаление балки после ее затвердевания или схватывания.

Бетонная смесь в поддоне

• и. Используя ложку, сначала смешайте крупный заполнитель и мелкий заполнитель.
• ii. Смешайте цемент с заполнителями.
• III. Продолжайте перемешивать, медленно добавляя воду.
• iv. Смешивайте, пока все материалы не станут влажными в течение примерно 3 минут.
• v. Дайте бетону отстояться в течение 1 минуты.
• в.и. Снова перемешать в течение 2 минут.

Место бетонных балок:

• i. Аккуратно перенесите смешанный бетон в опалубку.
• ii. Используйте ложку, чтобы заполнить бетоном углы и края формы.
• III. Как только бетон заполнит форму, удалите лишний материал и разгладьте верхнюю часть балки с помощью ложки.

Чистый инструмент:

• i. Очистите ложку, емкость для смешивания и любые другие инструменты, покрытые влажным бетоном, до того, как он затвердеет.
• ii. Не мойте их в раковине, потому что цемент может затвердеть в трубах. Вместо этого используйте водяной шланг снаружи или 5-галлонное ведро воды, чтобы промыть и очистить инструменты.

Хранить бетон для отверждения.

Либо оставьте бетонные балки на открытом воздухе, либо накройте их влажными бумажными полотенцами перед помещением в безопасное место для отверждения.

Дайте бетону высохнуть, прежде чем переходить ко второму дню.

Балки можно вынимать из форм через 1-2 дня. Предпочтительно подождать одну неделю между размещением в День 1 и тестированием в День 2; однако минимальное время между Днем 1 и Днем 2 должно составлять ТРИ дня.

Фотографии мероприятий первого дня см. на странице студенческого отделения Технологического института Вирджинии ASCE на веб-сайте Concrete for Kids.

День 2:

1. Просмотрите предыдущие задания «Бетон для детей» и попросите их проверить балки.
2. Тестовые бетонные балки:
   1. Снимите балки с опалубки, если это еще не сделано.
   2. Разместите два стола на расстоянии 18 дюймов друг от друга.
   3. С 5-галлонным ведром, подвешенным к средней точке балки, поместите балку так, чтобы она проходила через столы с одинаковым количеством на каждом конце. Балка теперь действует как мост между столами, а ковш будет удерживать вес, когда мы нагружаем мост в середине пролета, в центральной точке. Обеспечьте зазор не менее 6 дюймов между дном ковша и полом.
3. Установив балку и ковш, медленно засыпайте песок или гравий в ковш, пока балка не выйдет из строя. Луч выйдет из строя внезапно и без предупреждения! Эта часть должна быть выполнена учителем, потому что луч внезапно выйдет из строя, и учащиеся должны держаться подальше от пути луча. Носите обувь с закрытыми носками. При использовании песка следует надевать маску и защитные очки, поскольку мелкие частицы могут нанести вред при вдыхании или попадании в глаза. В любом случае следует надевать защитные очки для защиты от осколков бетона.

Иллюстрация 2: Возможная установка для тестирования луча .

1. После того, как балка сломалась, взвесьте 5-галлонное ведро перед удалением материалов, чтобы определить разрушающую нагрузку балки. Запишите эту нагрузку для каждой балки, чтобы определить, какая группа имеет самую прочную балку.
   • Анализ результатов испытаний:
   • Если все смеси одинаковые, создайте гистограмму, чтобы показать разрушающую нагрузку каждой балки. Вы должны увидеть, что даже если все смеси одинаковы, балки будут разрушаться при разных нагрузках. Это связано с тем, что бетон сильно различается в зависимости от точных размеров материалов, методов смешивания и методов укладки. Посмотрите, видите ли вы какие-либо физические различия в балках — возможно, одна группа не уплотняла свой материал по форме так же хорошо, как другая группа.
   • Если смеси разные – можно сравнить разрушающую нагрузку с количеством цемента и количеством воды в смеси. Инженеры используют соотношение воды и цемента для быстрого сравнения смесей. Предложите учащимся разделить количество воды на количество цемента и построить график отношения воды к цементу (ось X) по разрушающей нагрузке (ось Y). Как правило, чем меньше водоцементное отношение, тем прочнее будет бетон, что приведет к увеличению разрушающей нагрузки. Недостатком является то, что по мере уменьшения водоцементного отношения удобоукладываемость бетона также снижается, что затрудняет его смешивание и укладку в формы.
   • Можно провести дальнейший анализ, чтобы определить стоимость по сравнению с прочностью. Свяжитесь с местными бетонными компаниями/дистрибьюторами, чтобы определить стоимость единицы бетонной смеси. Затем попросите учащихся сравнить стоимость своей смеси с прочностью бетона, чтобы определить, какая смесь была наиболее рентабельной.

   Инженерное отражение:

   • Инженеры постоянно анализируют то, что они сделали, чтобы внести улучшения в будущем. Зная то, что они знают сейчас, спросите учащихся, как они могли бы улучшить свои проекты бетонных смесей.
   • Попросите учащихся посмотреть на сломанные бетонные балки и определить, могли ли методы строительства ослабить их балки. Если балка имеет отверстия в одной области (что часто называют сотовой структурой), это может создать слабое место в балке в этой области. Бетон — хрупкий материал, и бетонные балки в этом упражнении должны были выйти из строя внезапно и без предупреждения.
   • Попросите учащихся описать тип отказа их балок: был ли он внезапным или у них было предупреждение? Обсудите разницу между хрупким и вязким разрушением. Спросите учащихся, как бы они классифицировали разрушение балки: пластичное или хрупкое?
   • Армирование бетона может сделать его более пластичным. Спросите учащихся, знают ли они, как сделать бетон более пластичным? Спросите их, видели ли они когда-нибудь арматурные стержни (или арматуру) в бетоне? Обсудите, как армирование (часто стальную арматуру) можно разместить в бетоне для создания «железобетона». Другие типы армирования включают дискретное армирование волокном, предварительно напряженную сталь и полимеры, армированные волокном.

Помимо ознакомления учащихся с инженерным делом и бетоном, вышеперечисленные задания можно адаптировать для включения более конкретных задач в классе. Например, с дополнительной информацией о материаловедческих аспектах бетона, принципах проектирования конструкций или методах строительства из бетона эти модули могут быть адаптированы специально для занятий по химии, науке об окружающей среде, физике или промышленным технологиям.

Если у вас есть вопросы или дополнительная информация о программе «Бетон для детей», см. слайд-шоу, представленное на семинаре ASEE по инженерному образованию K-12 в 2011 г., или свяжитесь с нами по телефону:

• Кейси Д’Алессандро — аспирант Технологического института Вирджинии ([email protected])
• Уильям Коллинз – аспирант Технологического института Вирджинии (wncollins@vt.