Коэффициент раздвижки зерен щебня

Обновлено: 02.05.2024

2. Определяют из формулы прочности бетона цементно-водное (Ц/В) отношение, необходимое для получения заданной марки бетона:


, где

R28 – прочность бетона в возрасте 28 суток кгс/см 2 ;

RЦ – активность цемента, кгс/см 2 ;

A – коэффициент, зависящий от качества заполнителей и Ц/В, определяется по табл.4.

Знак (+) в формуле берётся при Ц/В более 2,5, т.е. при проектировании высокопрочных бетонов марок 500 и выше. Для бетонов марки 500 (цементно- водное отношение Ц/В<2,5) берется знак (-):


Таблица 4 - Коэффициенты, учитывающие качество заполнителей

Характеристика заполнителей бетона

а) к высококачественным материалам относятся: щебень из плотных горных пород высокой прочности; песок оптимальной крупности по ГОСТ и портландцемент высокой активности без добавок или с их минимальным количеством; заполнители чистые, промытые, фракционированные с оптимальным зерновым составом.

б) рядовые материалы – это заполнители среднего качества, отвечающие требованиям ГОСТ, портландцемент средней активности или высокомарочный портландцемент.

в) материалы пониженного качества: крупные заполнители низкой прочности и мелкие пески, цементы низкой активности.

3. Определяют расход цемента 1 м 3 бетонной смеси, исходя из формулы:

, кг или

В соответствии с требованиями СН 386 минимальный расход цемента в бетоне принимается равным 200кг/м 3 , для железобетонных конструкций с расчётом рабочей арматурой минимальной нормой является 220кг/м 3 , для бетонов, работающих в агрессивных средах, минимальный расход цемента составляет 250кг/м 3 .

Если расход цемента на 1м 3 бетона окажется меньше минимально допустимого, то из условия получения плотного бетона расход цемента увеличивают до требуемой нормы или вводят тонкомолотую добавку.

4. Определяют расход крупного и мелкого заполнителей. Содержание заполнителей определяют по формулам, составленным из условия, что сумма абсолютных объёмов всех компонентов, расходуемых на 1м 3 бетона, равняется 1000 л уплотнённой бетонной смеси, а объём песчаного раствора несколько больше объёма пустот крупного заполнителя, что обеспечивает некоторую раздвижку его зёрен:


, где

Щ[Гр] – содержание крупного заполнителя (щебня или гравия);

VПУСТ – пустотность крупного заполнителя (в долях его объёма);

rН – насыпная плотность крупного заполнителя, кг/м 3 ;

r0 – истинная плотность зёрен крупного заполнителя, кг/м 3 ;

КРАЗД – коэффициент, учитывающий увеличение объёма раствора с учётом раздвижки крупного заполнителя в смеси и зависящий от расхода цемента и вида заполнителей (коэффициент раздвижки зёрен), принимается по табл.5.

Таблица 5 - Коэффициент раздвижки зёрен КРАЗД для пластичных

Проектирование состава имеет цель установить такой расход материалов на 1 м 3 бетонной смеси, при котором наиболее экономично обеспечивается получение удобоукладываемой бетонной смеси и заданной прочности бетона, а в ряде случаев необходимой морозостойкости, водонепроницаемости и специальных свойств бетона.

Состав бетонной смеси выражают в виде соотношения по массе (реже по объему) между количествами цемента, песка и щебня (или гравия) с указанием водоцементного отношения.

Различают два состава бетона: номинальный (лабораторный), принимаемый для материалов в сухом состоянии, и производственный (полевой) — для материалов с естественной влажностью. К моменту расчета состава бетонной смеси нужно определить качество исходных материалов: цемента, воды, песка и щебня (гравия) — согласно требованиям ГОСТов.

Состав тяжелого бетона рассчитывают по методу «абсолютных объемов», разработанному проф. Б.Г. Скрамтаевым и его школой. В основу этого метода положено условие, что тяжелый бетон, уплотненный в свежем состоянии, приближается к абсолютной плотности, т.е. сумма абсолютных объемов исходных материалов в 1 м 3 равна объему уплотненной бетонной смеси. Исходными данными для расчета состава бетона являются заданная прочность бетона R6, характеристика бетонной смеси по степени подвижности или жесткости, а также характеристика исходных материалов — активность цемента Rц, плотности песка, Щебня или гравия и пустотность щебня или гравия.

В зависимости от условий, в которых будет находиться бетон в сооружении или конструкции, к нему могут предъявляться также и другие требования, например степень морозостойкости, стойкость к воздействию агрессивных вод, водонепроницаемость. Высокая морозостойкость и непроницаемость плотно уложенного бетона регулируются водоцементным соотношением и расходом вяжущего, отсюда вытекает необходимость нормирования В/Ц в гидротехническом, дорожном и других специальных бетонах. Состав бетонной смеси, т.е. количество цемента, воды, песка и щебня (гравия), вначале устанавливают ориентировочно методом расчета, а затем уточняют испытанием пробных замесов бетонной смеси.

Расчет состава бетона производят в следующем порядке - определяют водоцементное соотношение, обеспечивающее получение бетона заданной прочности и расход воды; рассчитывают потребный расход цемента, а затем щебня (или гравия) и песка проверяют подвижность (жесткость) бетонной смеси при отклонениях этих показателей от проекта; производят корректирование состава бетонной смеси; приготовляют образцы для определения прочности и испытывают в заданные сроки; пересчитывают номинальный состав бетонной смеси на производственный. Определение расхода воды. Оптимальное количество воды в бетонной смеси (водосодержание, л/м 3 ) должно обеспечивать необходимую подвижность (или жесткость) бетонной смеси. Количество воды для затвердения 1 м 3 бетонной смеси для всех расчетов в соответствии с ОНТП 07—85 принимается равным 200 л независимо от вида, жесткости и подвижности бетонных смесей.

Определение расхода цемента. Расход цемента на 1 м 3 бетона должен быть не ниже минимального. Если расход цемента на 1 м 3 бетона окажется менее допустимого, то необходимо довести его до нормы или ввести тонкомолотую добавку. Определение расхода заполнителей (песка и щебня или гравия) на 1 м 3 бетона. Проверка подвижности бетонной смеси. После произведенного предварительного расчета состава бетона делают пробный замес и определяют осадку конуса или жесткость. Если бетонная смесь получилась менее подвижной, чем требуется, то увеличивают количество цемента и воды без изменения цементно-водного отношения. Если подвижность будет больше требуемой, то добавляют небольшими порциями песок и крупный заполнитель, сохраняя соотношения их постоянными. Таким путем добиваются заданной подвижности бетонной смеси.

Уточнение расчетного состава бетона на пробных замесах. Производят опытные замесы бетона при трех значениях водоцементного отношения, из которых одно принимают расчетное, а два других больше или меньше на 10. 20%. Количество цемента, воды, песка и щебня (гравия) для бетона с водоцементным отношением, не равным расчетному, определяют по вышеизложенному методу. Из каждой приготовленной смеси готовят по три образца куба размером 20×20×20 см, которые выдерживают в нормальных условиях и испытывают в возрасте 28 сут при определении класса бетона (или в другие сроки). По результатам испытаний строят график зависимости прочности бетона от цементно-водного отношения, с помощью которого выбирают Ц/В, обеспечивающее получение бетона заданной прочности.




При пробных замесах проверяют также подвижность или жесткость бетонной смеси (она должна удовлетворять проектной), определяют ее плотность и по результатам испытания пробных замесов вносят соответствующие коррективы в рассчитанный состав бетона. При изменении содержания песка и щебня(гравия) учитывают их влажность. Количество влажных заполнителей изменяется настолько, чтобы содержание в них сухого материала было равно расчетному, а количество вводимой в замес воды уменьшалось на величину, равную содержанию воды в заполнителях.

При перемешивании бетонной смеси мелкие зерна компонентов ее располагаются между более крупными, а пустоты в песке заполняются цементным тестом. Объем бетонной смеси поэтому будет всегда меньше, чем сумма насыпных объемов составляющих его сухих материалов. Коэффициент выхода бетона является технико-экономической характеристикой качества заполнителей и бетона. Чем выше коэффициент выхода, тем экономичнее бетон. Обычно для крупнозернистых бетонов р = 0,67. 0,70 и для мелкозернистых р = 0,70. 0,80.

Проектирование состава бетона проводится по расчетно-экспериментальному методу, предлагаемому «Руководством по проектированию составов тяжелого бетона» (М., Стройиздат, 1979 г.).

Состав бетона для пробных замесов рассчитывают в следующей последовательности: вычисляют В/Ц отношение, расход воды, расход цемента, после чего определяют расход крупного и мелкого заполнителя на 1 м 3 бетонной смеси.

Водоцементное отношение В/Ц вычисляют исходя из требуемой марки бетона, активности цемента и с учетом вида и качества составляющих по следующим формулам:

Для бетонов с водоцементным отношением В/Ц ≥ 0,4

В/Ц = A × RЦ /(Rб + 0,5 А × RЦ ) (3.1)

Для бетонов с водоцементным отношением В/Ц < 0,4

В/Ц = A1 × RЦ /(Rб – 0,5 ×A1 × RЦ ), (3.2)

где Rб – марка бетона, кг/см 2 ,

Rц – активность цемента, кг/см 2 ,

А и А1 – коэффициенты, учитывающие качество материалов, принимаются по таблице 3.1

Качество заполнителей и цемента А А1
Высококачественные 0,65 0,43
Рядовые 0,6 0,4
Пониженного качества 0,55 0,37

Примечание: 1. К высококачественным материалам относятся щебень из плотных горных пород высокой прочности, песок оптимальной крупности и портландцемент высокой активности без добавок или с минимальным количеством добавок, заполнители должны быть чистые и фракционные. 2. К рядовым материалам относятся заполнители среднего качества, в т.ч. гравий, портландцемент средней активности или высокомарочный шлакопортландцемент. 3. К материалам пониженного качества относятся заполнители низкой прочности, мелкие пески, цемент низкой активности.

Расход воды (водопотребность), л/м 3 , ориентировочно определяют исходя из заданной удобоукладываемости бетонной смеси по таблице, которая составлена с учетом вида и крупности зерен заполнителя:

Таблица 3.2 – Определение расхода воды по заданной удобоукладываемости

Жесткость стандартн., с

Расход воды, л/м 3 при крупности, мм на 1 м 3 бетона

Примечание: Таблица составлена для цемента с нормальной густотой теста 26-28 % и песка Мкр = 2. При изменении нормальной густоты цементного теста на каждый процент в меньшую сторону расход воды следует уменьшать на 3-5 л/м 3 , в большую сторону – увеличивать на то же значение. В случае изменения модуля крупности песка в меньшую сторону на каждые 0,5 его значения – необходимо увеличивать, а в большую сторону – уменьшать расход воды на 3-5 л/м 3 .

Если применяют песок с водопотребностью свыше 7 %, то расход водыувеличивают на 5 л. на каждый процент увеличения водопотребности, если ниже 7% - то уменьшают на 5 л. за каждый процент. При расходе цемента свыше 400 кг расход воды увеличивают на 100 л. на каждые 100 кг. цемента. В целом водопотребность песка и щебня можно посчитать по методике, предложенной в (1, стр.42).

Водопотребность легкого песка и щебня определяют в растворе и бетоне через 30 мин после их изготовления. Водопотребность легких заполнителей колеблется в широких пределах и может достигать для песка 30%, а для щебня —20%. Влияние заполнителя на прочность раствора и бетона можно приблизительно оценить по результатам испытаний раствора и бетона, приготовленных на исследуемых заполнителях (при прочих равных условиях), и по значению коэффициента прочности А в известной формуле прочности бетона

По расходу воды определяется расход цемента:

Если расход цемента на 1 м 3 бетона снижается меньше минимально допустимого (см. таблицу), то из условия получения плотного нерасслаиваемого бетона расход цемента увеличивают до нормы или вводят тонкомолотую добавку:

Минимальный расход цемента, кг/м 3 , при крупн. запол.

В качестве тонкомолотых добавок рекомендуется использовать молотую золу, молотый кварцевый песок, известняковую муку и др. Для экономичного расходования цемента необходимо, что бы его марка превышала заданную марку бетона (см. гл. 2). Расход заполнителей (песка, щебня или гравия), кг/м 3 бетона вычисляют исходя из двух условий:

- сумма абсолютных объемов всех компонентов бетона равна 1 м 3 уплотненной бетонной смеси, т.е.:

- цементно – песчаный раствор заполняет пустоты в крупном заполнителе с некоторой раздвижкой зерен, т.е.:

где Q – коэффициент раздвижки зерен щебня (гравия).

Коэффициент раздвижки зерен щебня (гравия) принимается по таблице в зависимости от расхода цемента на 1 м 3 бетонной смеси и В/Ц отношения:

Таблица 3.4 – Зависимость коэффициента раздвижки зерен щебня (гравия) от расхода цемента

Расход цемента, кг/м 3

Оптимальное значения коэфф. Q при В/Ц

Примечание:1. При других значениях Ц и В/Ц коэффициент Q находят интерполяцией. 2. Значения коэффициента Q даны при водопотребности песка равном 7 %; если водопотребность используемого мелкого песка более 7 %, коэффициент Q уменьшают на 0,03 на каждый процент увеличения водопотребности, если водопотребность крупного песка менее 7 %, коэффициент Q увеличивается на 0,03 на каждый процент уменьшения водопотребности песка.

Для жестких бетонных смесей при расходе цемента менее 400 кг/м 3 коэффициент Q следует принимать 1,05-1,15 (в среднем 1,1). Меньшее значение – 1,05 принимается в случае использования мелких песков.

Решая совместно уравнения 3.5 и 3.6, находят формулу для определения расхода щебня (гравия) в кг на 1 м 3 бетона:

После определения расхода щебня (гравия) рассчитывают расход песка, кг,/м 3 :

После выполнения расчета состава бетона готовят пробный замес и определяют его подвижность или жесткость. Если бетонная смесь получилась менее подвижной, чем требуется, то увеличивают количество цемента порциями по 10% первоначального и добавляют в соответствии с В/Ц необходимое количество воды. В том случае, когда подвижность смеси получилась более требуемой, добавляют небольшими порциями песок и крупный заполнитель, сохраняя соотношение их постоянным.

Для уточнения состава бетона рекомендуется готовить по два пробных замеса при изменении В/Ц на 15. 30 % в большую сторону и соответственно два замеса – в меньшую сторону. Для этих четырех дополнительных составов производят расчет аналогично приведенному выше. Затем из бетонных смесей каждого замеса изготавливают по три контрольных образца, которые испытывают на сжатие через 28 сут. нормального твердения. По результатам испытаний строят график Rб = f(В/Ц), по которому выбирают В/Ц, обеспечивающее получение бетона заданной марки.

Пример. Определить состав бетона марки М 300 при жесткости бетонной смеси 15 по стандартному вискозиметру.

Материалы: портландцемент марки 375 кг/см 2 , истинной плотностью 3100 кг/см 3 , песок средней крупности с водопотребностью 7 % и истинной плотностью 2630 кг/см 3 , гранитный щебень крупностью 40 мм, пустотностью 0,43, и истинной плотностью 2600 кг/см 3 .

Насыпная плотность гранитного щебня определяется по формуле

плпщ= (1-VПЩ)×плПЩ =(1-0,43)×2600 = 1482≈1480 кг/см 3 . (3.9)

По формуле 3.1 определяем водоцементное отношение для В/Ц≥0,4:

В зависимости от качества материалов по таблице 3.1 принимаем коэффициент
А = 0,6, тогда

В/Ц = 0,6 × 375 /(300 + 0,5×0,6 × 375) = 0,54

По таблице 3.2 определяем расход воды для данной жесткости и крупности щебня 155 л.

Определяем расход цемента по формуле 3.4:

Ц = В : В/Ц = 155 : 0,54 = 287 кг/м 3

Коэффициент раздвижки для жесткой бетонной смеси принимаем равным Q = 1,1.

Определяем расход щебня по формуле 3.7:

Щ = 1/[(Q×VПЩ /плпщ ) + 1/плПЩ] = 1/[(1,1×0,43/1480) + 1/2600] = 1428,6 кг/м 3

Определяем расход песка по формуле 3.8:

П = [1-(Ц/плЦ + В/плВ + Щ/плЩ )] × плП = [1-(287/3100 + 155/1000 +1428,6/2600)]*2630 = 534 кг/м 3

Основная цель расчета состава - определение полного соотношения составляющих, которое обеспечит требуемые свойства бетонной смеси и бетона при минимальном расходе цемента. Выбрав материалы надлежащего качества, рассчитывают состав - расход цемента, воды, песка и щебня на 1 м 3 бетона. Исходными данными являются заданная марка бетона R6 и требуемая подвижность ОК (осадка конуса) или удобоукладываемость смеси. В необходимых случаях задаются показатели морозостойкости, водонепроницаемости и другие свойства бетона.

Состав тяжелых и дорожных бетонов рассчитывают по методу абсолютных объемов (разработан проф. Б.Г. Скрамтаевым), который сводится к решению следующих четырех уравнений с четырьмя неизвестными - расход воды В (л), цемента Ц (кг), песка П (кг) и щебня Щ (кг). Ориентировочные дозировки поверхностно-активных добавок назначают от массы цемента. Для сульфитно-спиртовой барды (ССБ) - 0,2 %, абиетина натрия (СНВ) - 0,02 %.

1. Зависимость прочности бетона от его структуры и активности цемента

Rб = A1·A2·K·(Ц/B - С)Rц (6.4.4)

Решая это уравнение, определяют

Коэффициенты К, С, А1, А2 определяют по табл. 6.4.3. 6.4.5.

Значение коэффициентов К, С, зависящих от свойств цемента технологии приготовления цементобетонной смеси

Коэффициенты Цемент испытывался в растворе пластичной консистенции
сжатие изгиб растяжение
К С 0,58 0,50 0,42 0,30 0,21 0,30

Численные значения коэффициента А1, учитывающего влияние макроструктуры

Щебень А1 при сжатии А1 при изгибе
пластичные смеси жесткие смеси пластичные смеси жесткие смеси
Известняковый и шлаковый щебень 1,08 1,13 1,17 1,22
Фракционированный гранитный щебень 1,08 1,13 1,08 1,13
Фракционированный гравии 1,00 1,05 1,00 1,05

Численные значения коэффициента А2, учитывающего влияние мезоструктуры

Песок А2 при сжатии и водопотребности песков, % А2 при изгибе
7. 9 9. 12
Искусственный (высевки) 1,10 1,05 1,15
Чистый кварцевый 1,00 0,95 1,00
С сильно окатанными зернами, а также загрязненный 0,95 0.90 0,93

Материалы для бетона должны соответствовать требованиям ГОСТов, СНиПов, эксплуатационным условиям работы изделий. Материалы выбирают с учетом особенностей технологического процесса. В ряде случаев, чтобы обеспечить это соответствие, вносят коррективы в выбор исходных материалов или в технологию производства бетонных изделий.

2. Определяют водоцементное (В/Ц) отношение в зависимости от марочной прочности бетона. Для дорожных бетонов, используемых для устройства покрытий, водоцементное отношение принимают равным 0,5, а для оснований - 0,6. Зная В/Ц и расход цемента (320. 350 кг/м 3 ), определяют расход воды

В = Ц:В/Ц, (6.4.6)

3. Сумма абсолютных объемов исходных материалов в 1 м 3 бетона близка к 1000 л, поэтому пренебрегая содержанием воздуха в смеси принимают

где Ц, В, П, Щ - расход цемента, воды, песка, щебня, кг/м 3 ;

gц, gв, gп, gщ - соответственно плотность цемента, воды, песка и щебня, кг/м 3 .

4. Абсолютный объем пустот в щебне равен абсолютному объему растворной составляющей с некоторым избытком, т.е.

где gощ - объемная (насыпная) плотность щебня, кг/дм 3 ;

Vщ - пустотность щебня в относительных величинах, равная 0,4. 0,45;

a - коэффициент раздвижки зерен щебня.

Решая совместно уравнения 6.4.7 и 6.4.8, определяют потребность щебня и песка на 1 м 3 цементобетонной смеси.

Рассчитываемый состав бетона уточняют экспериментальным путем, определяют в пробных замесах подвижность (удобоукладываемость) смеси, а также в установленные сроки прочность стандартных бетонных образцов, изготовленных из рассчитанной смеси.

В производственных условиях при водоцементном отношении 0,6, соотношение составляющих бетона можно принять как

цемент : песок : щебень = 1 : 2 : 4.

В процессе приготовления цементобетонной смеси необходимо учитывать естественную влажность щебня и песка.

Читайте также: