Расход воды в бетонной смеси тяжелого бетона на плотных заполнителях зависит от
Обновлено: 01.05.2024
1. Определяем средний контролируемый уровень прочности бетона:
- при нормировании по классам:
Rb = Кмп Кт В (3.1)
где В – требуемый класс бетона;
Кмп, Кт–коэффициент по таблице 3.1 в зависимости от коэффициента вариации прочности бетона VR. При отсутствии данных следует принимать значение VR = 0,09, при этом Кмп=1,1. Следует иметь в виду, что значения VR часто приводятся в %.
Характеристика некоторых цементов
Значения коэффициентов при VR
Примечание: Приведенные в таблице значения коэффициентов относятся к пределу прочности бетона в марочном возрасте при сжатии. При нормировании прочности бетона после тепловлажностной обработки значения коэффициента Кт, Кт* следует умножить на 1,15.
- при нормировании предела прочности бетона по маркам:
Rb = Кмп Кт (3.2)
где М- требуемая марка бетона.
2. Для обеспечения требуемого предела прочности при сжатии в возрасте 28 сут при нормальном твердении величина цементно-водного отношения определяется по формулам
= + 0,5 при Ц/В < 2,5 (3.3)
= Ц/В > 2,5 (3.4)
где Rу – средний контролируемый уровень прочности в марочном возрасте, МПа;
Rц – активность цемента в возрасте 28 сут при нормальном твердении, МПа;
α, α1 – коэффициенты, значения которых принимаются в зависимости от качества заполнителей, которые принимаются по таблицам 3.2, 3.3.
Значения коэффициентов в формулах прочности
Значения коэффициентов α в формулах (3.3) и (3.4) в зависисмости от качества заполнителей
Содержание ПГ в крупном и мелком заполнителе, до, %
Суммарное содержание ПГ в заполнителе, %
Значение коэффициента α для бетона на крупном заполнителе
* - не рекомендуется к применению
При расчете значения Ц/В используется (3.3), если значения Ц/В >2,5, то следует применять:
- цемент большей активности (марки);
- заполнители высокого качества.
Если невозможно реализовать указанные пункты, то используют формулу (3.4).
Для обеспечения требуемогот предела прочности при сжатии по окончании тепловлажностной обработки (ТВО) значение
(3.5)
где Rb,тво – средний контролируемый уровень прочности бетона после ТВО, МПа;
R ц,тво - активность цемент при пропаривании.
Если отсутствуют фактические данные об активности цемента при пропаривании величина R ц,тво может быть определена по формуле
где Кэф – коэффициент эффективности при пропаривании – паспортная характеристика цемента. Сведения о некоторых цементах, используемых в строительном комплексе Алматинской области представлены в таблице 3.4.
Активность цемента, МПа
Коэффициент эффективности при пропаривании
Группа эффективности при пропаривании
При определении величины Ц/В по условию обеспечения требуемой прочности бетона с учетом условий твердения следует руководствоваться данными таблицы 3.5.
Определение величины Ц/В
Условия твердения бетона
Для обеспечения требуемой марки бетона по морозостойкости значение Ц/В можно определить по формуле:
(3.7)
где F – пректная марка бетона по морозостойкости, циклы;
a – коэффициент принимаемый для М400-0,43, М500-0,45, М600-0,47 (Rц, кгс/см 2 ) или графику 3.1. Возможно принимать Ц/В по таблице 3.6.
По методу расчета
Значения Ц/В при марке бетона по морозостойкости F, циклы
Рисунок 3.1 График для определения поправок к коэффициенту α в формулу морозостойкости бетона
Для обеспечения требуемой марки бетона по водонепроницаемости W:
, (3.8)
где значение коэффициента a принимается в среднем равным 0,1 (размерность Rц -МПа), но может значительно изменяться в зависимости от качества заполнителя.
Для обеспечения расчетной долговечности железобетонной конструкции по критерию карбонизации защитного слоя значение Ц/В можно определить по одной из формул таблицы 3.7.
Если предъявляются ряд критериев, то выбирается
После выполнения расчетов следует проверить соответствует ли полученное значение Ц/В требованиям нормативных документов для бетонов изделий.
Если значение оказалось больше, то следует принять рекомендуемое в нормативных документах.
3. Количество воды на 1 м 3 бетонной смеси назначается из таблицы 3.8.
4. Расход цемента определяется по формуле
Ц=(Ц/В) В (3.9)
Цемент должен соответствовать нормативным требованиям таблиц 3.9-3.10, требованиям ГОСТ 26633 Цmin занижены, поэтому применяются в соответствии с EN 200-1.
Формулы для определения времени карбонизации защитного слоя
Расчетное время карбонизации, лет, при В/Ц=0,5 и толщине защитного слоя, мм
Ориентировочный расход воды на 1 м 3 бетонной смеси на плотных заполнителях при температуре смеси 20 ºС
Марка смеси по удобоукладываемости
Расход воды, л/м 3 при крупности, мм
Примечания: 1 Смеси на цементе с нормальной густотой теста 27 % и модулем крупности песка – 2.
2 При изменении нормальной густоты цементного теста на каждый % следует изменять расход на 3-5 л/м 3 .
3 В случае изменения модуля крупности песка на 0,5 следует изменять расход воды на 3-5 л/м 3 .
Минимальный расход цемента для бетонов железобетонных конструкций по ГОСТ 26633
Вид и расход цемента, кг/м 3
Армированные с ненапрягаемой арматурой
Армированные с преднапряженной арматурой
Минимальный расход цемента для бетонов железобетонных конструкций
Минимальный расход цемента, кг/м 3
5. Расход крупного заполнителя (щебня) определяется по формуле:
Щ(Г) = (3.10)
Vпщ = 1 - (3.11)
где коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя;
Vпщ – пустотность крупного заполнителя;
ρнщ – насыпная плотность крупного заполнителя, т/м 3 ;
ρщ – плотность крупного заполнителя в куске, т/м 3 .
Данные о плотности в куске для некоторых заполнителей в зависимости от песка и армирования изделий 3.11, отсюда Vпщ .
Плотность некоторых заполнителей в куске
Плотность в куске, г/см 3
6. Расход песка определяется по формуле
П= (3.12)
7. Определяется объем пустот в песке
Vпп = П (3.13)
8. Определяется объем цементного теста
Vцт = (3.14)
9. Проверяется выполнимость условия слитности структуры бетона
Vцт пп (3.15)
Если не соответствует, то перерасчет с увеличением ЦТ и уменьшение объема пустот в песке. Проверку проводят при П/Ц .
10. Плотность бетонной смеси расчетная расчет в уплотненным состоянии.
кг/м 3 .
Сэндвич-панели производство и продажа
Тяжелые, плотные цементные бетоны на плотных заполнителях
Нередко при определении свойств жестких смесей (особенно в полевых условиях, непосредственно на стройплощадке) используют упрощенный прием. В этом случае в металлическую форму для приготовления кубов размером 20 х 20 х 20 см вставляют стандартный конус, нижнее основание которого уменьшено и имеет наружный диаметр 196 мм. Конус наполняют за три приема со штыкованием бетонной смесью, снимают конус и подвергают форму с бетонной смесью вибрированию на стандартной виброплощадке. Вибрация прекращается по заполнению бетонной смесью всех углов куба и тогда, когда поверхность бетонной смеси станет горизонтальной. Продолжительность вибрирования в секундах для приведения к показателю жесткости в стандартном приборе необходимо умножать на коэффициент 0,7.
В зависимости от нормы удобоукладываемости по показателю жесткости и подвижности бетонные смеси подразделяются на следующие марки:
Марки бетонных смесей по по показателю жесткости и подвижности
Не являясь показателем, непосредственно определяющим длительность вибрирования или режим другого метода уплотнения, показатели подвижности или жесткости дают возможность рекомендовать смеси с такими свойствами, которые позволяют при оптимальных затратах энергии уплотнения получать бетоны с заданными свойствами.
В таблице ниже приведены рекомендуемые показатели подвижности и жесткости бетона:
Рекомендуемые показатели подвижности и жесткости бетона
Зависимость свойств смеси от различных факторов. Способность не расслаиваться, растекаться и хорошо заполнять форму придает бетонной смеси, главным образом, цементное тесто. Чем больше в смеси цементного теста, тем больше подвижность ее, но тем больше и расход цемента, дороже бетон. Минимальный расход цемента на 1 м3 бетона (минимальное количество цемента, кг на 1 м3 бетона) зависит от характеристики смеси, крупности заполнителя (см. таблицу ниже):
Минимальный расход цемента на 1 м3 бетона
На свойства бетонной смеси существенное влияние оказывают свойства и вид цемента. Применение цемента с меньшей нормальной густотой при том же расходе воды увеличивает подвижность или уменьшает жесткость. Использование пуццолановых портландцементов или цементов с активной кремнеземистой добавкой уменьшает подвижность, увеличивает жесткость.
Количество воды оказывает влияние на свойства бетонной смеси. С повышенным содержанием воды ее подвижность увеличивается. Однако если количество цемента при этом не возрастает, то прочность бетона снижается. Значительное увеличение содержания воды может привести к водоотделению, что недопустимо. Максимально допустимое количество воды зависит от многих факторов и определяется опытным путем. Большое влияние на подвижность оказывают форма, крупность и количество заполнителя. Окатанная форма гравия или речного песка имеет меньшую, чем щебень или горный песок, поверхность. С увеличением крупности зерен заполнителя суммарная поверхность их уменьшается, увеличивается толщина слоя обмазки каждого зерна и подвижность смеси. Повышение количества заполнителей приводит к увеличению смазываемой поверхности.
На подвижность (жесткость смеси) оказывает также влияние чистота заполнителя. Пыль, илистые, глинистые и другие загрязняющие заполнитель примеси обычно снижают (особенно при большом количестве цемента) подвижность бетонной смеси.
Общее представление о влиянии различных факторов на свойства смеси можно проследить на схеме ниже:
Водопотребность бетонной смеси
а - пластичной; б - жесткой, изготовленной на портландцементе, песке средней и гравии средней крупности: 1 - 80 мм; 2 - 40 мм; 3 - 20 мм; 4 - 10 мм.
Как видно из графиков, расход воды увеличивается, если используется ще6ень, - на 30 л; пуццолановый цемент - на 15 . 20 л; мелкий песок- на 10 . 20 л; расход цемента свыше 450 кг/м3 - на 10 . 15 л.
Прочность бетона определяют испытанием контрольных образцов. Класс тяжелого бетона определяется пределом прочности при сжатии стандартных бетонных кубов размеров 15 х 15 х 15 см, изготовленных из бетонной смеси в металлических формах и испытанных в возрасте 28 суток после твердения в нормальных условиях (температура 15 . . 20 ° С, относительная влажность 95 . 100 %). Нередко в качестве контрольных изготовляют образцы других размеров. В гидротехническом строительстве при широком использовании крупного заполнителя с максимальным размером 70 - мм и более в качестве контрольных приняты кубы 20 х 20 х 20 см.
В условиях заводов железобетонных конструкций, где для изготовления целого ряда конструкций применяют крупный заполнитель с максимальной крупностью до 20 мм и ниже, в качестве контрольных приняты кубы размером 10 х 10 х 10 см и даже 7 х 7 х 7 см (если позволяет крупность заполнителя). Размер контрольного куба должен быть не менее чем в 3 раза больше максимального размера крупного заполнителя. Однако в этих случаях при испытании получаются завышенные или заниженные результаты, которые тем выше, чем меньше размер образца. Для приведения результатов испытаний образцов меньшего или большего размера к результатам испытаний образцов 15 х 15 х 15 см, принятых за эталон, используют специальные переходные коэффициенты.
Класс бетона при растяжении или изгибе определяется согласно ГОСТ испытанием специальных образцов-балочек, размер которых зависит от крупности зерен заполнителей. Так, при крупности зерен до 30 мм изготовляют балочки 10 х 10 х 40 см, а при крупности зерен 70 мм - 20х20х80 см. Размер балочек аналогично размеру куба оказывает влияние на показатель прочности и учитывается соответствующим коэффициентом.
При производстве работ или определении состава бетона бывает необходимо знать прочность бетона как в ранние (раньше 28 дней), так и в более поздние сроки. Марочная прочность бетона и прочность бетона в другие сроки связаны следующей зависимостью:
где Rn - предел прочности бетона при сжатии в любом возрасте; n - возраст в днях; R 28 - предел прочности бетона при сжатии в возрасте 28 дней (марочная прочность); lg n - десятичный логарифм возраста бетона. Эта формула применима для обычного портландцемента и дает удовлетворительные результаты при возрасте n ≥ 3.
Следует отметить, что увеличение срока твердения, необходимого для достижения заданной проектом прочности бетона, ведет к экономии цемента. Прочность бетона зависит от ряда факторов, из которых основные - активность цемента, количество воды и цемента, характер заполнителей. На прочность бетона оказывают влияние также качество укладки и уплотнения бетонной смеси и условия твердения. Влияние качества и количества исходных материалов может быть выражено следующей закономерностью:
где R б - прочность бетона в возрасте 28 суток; А и С - эмпирические коэффициенты, из которых А зависит от качества исходных материалов, а С без больших погрешностей принимается равным 0,5; R ц - активность цемента (фактическая прочность образцов при определении марки цемента); Ц/В - цементно-водное отношение (отношение количества цемента к количеству воды, необходимых для приготовления бетона).
Как видно из формулы, прочность бетона тем выше, чем больше активность (марка) цемента, чем больше расход цемента, чем меньше воды или больше цементно-водное отношение (меньше водоцементное отношение). Большое количество опытов позволило выявить зависимость прочности бетона от цементно-водного отношения (см. схему ниже):
Зависимость прочности бетона от цементно-водного отношения
Из схемы видно, что для бетонов с Ц/В ≤ 2,5 или В/Ц ≥ 0,4
а для бетонов с Ц/В > 2,5 или В/Ц < 0,4
Зависимость коэффициентов А и А 1 от характеристики материалов приведена в таблице ниже:
К высококачественным материалам относятся: щебень из плотных горных пород высокой прочности; песок оптимальной крупности; портландцемент высокой активности без добавок или с минимальным количеством добавок; заполнители чистые фракционированные с оптимальным составом смеси фракций.
Рядовые материалы включают: заполнители среднего качества, в том числе гравий, портландцемент средних марок или высокомарочный шлакопортландцемент. Материалы пониженного качества - это крупные заполнители низкой прочности, пески мелкие, цементы низкой активности (низкой марки).
Подбор состава бетонной смеси производится с целью получения смеси с заданными свойствами, обеспечивающими необходимую прочность бетона в требуемые сроки при минимально возможном содержании цемента в 1 м 3 объема, а также в отдельных случаях определенную водонепроницаемость, стойкость против коррозии и т. д. Подбор состава осуществляется с учетом режимов приготовления, уплотнения смеси при формовании и условий твердения отформованных изделий.
Наиболее простым и удобным методом определения состава обычного бетона является метод расчета по абсолютным объемам, разработанный проф. Б. Г. Скрамтаевым. Расчет и подбор бетона после испытания сырьевых материалов ведут в следующей последовательности: 1) определение оптимального водосодержания, обеспечивающего требуемые показатели удобоукладываемости смеси, и цементно-водного отношения; 2) установление расхода цемента на 1 м 3 смеси, обеспечивающего требуемую прочность бетона в заданный срок при определенных режимах уплотнения и твердения; 3) определение расхода заполнителей на 1 м 3 уложенной и уплотненной смеси, выбор рационального зернового состава заполнителей и соотношения между ними; 4) уточнение опытного состава смеси и расчет производственного состава.
Используя сухие материалы, сначала определяют так называемый номинальный (лабораторный) состав бетона:
1. Ориентировочный расход воды на 1 м 3 смеси требуемой удобоукладываемости на портландцементе М400 определяют по графикам или таблице в зависимости от размера, формы и состояния поверхности зерен заполнителей.
Расход воды в бетонной смеси на песке средней крупности с водопотребностью 7% и портландцементе М400
| Осадка конуса, см | Жесткость, с | Расход воды (л/м 3 ) при наибольшей крупности зерен заполнителя, мм | |||||
| гравия | щебня | ||||||
| 10 | 20 | 40 | 10 | 20 | 40 | ||
| — | 150-200 | 135 | 130 | 128 | 150 | 145 | 135 |
| — | 80-120 | 145 | 140 | 135 | 160 | 155 | 140 |
| — | 60-80 | 155 | 150 | 140 | 165 | 160 | 150 |
| — | 30-50 | 165 | 160 | 150 | 175 | 170 | 160 |
| 1-2 | — | 185 | 170 | 155 | 200 | 185 | 170 |
| 3-5 | — | 195 | 180 | 165 | 210 | 195 | 180 |
| 6-8 | — | 205 | 190 | 175 | 220 | 205 | 190 |
| 9-12 | — | 215 | 200 | 185 | 230 | 215 | 200 |
При расходе цемента свыше 400 кг/м 3 расход воды увеличивают на 10 л на каждые 100 кг цемента.
2. При использовании пуццолановых портландцементов расход воды увеличивают на 15-20 л.
3. В случае применения мелкого или крупного песка с водопотребностью, отличающейся от 7%, расход воды соответственно увеличивают или уменьшают на 5 л на каждый процент понижения или повышения водопотребности песка.
Зная расход воды, ориентировочно определяют В/Ц (Ц/В) по формулам:
для смесей с В/Ц ≥ 0,4 (Ц/В ≤ 2,5)
для смесей с В/Ц < 0,4 (Ц/В >2,5)
где Rб — расчетная марка бетона, кг/см 2 ; Rц — активность цемента (ГОСТ 310—60); А и А1 — эмпирические коэффициенты, для заполнителей высококачественных А = 0,65, А1 = 0,43; рядовых А = 0,6; А1 = 0,4; пониженного качества А = 0,55; А1 = 0,37.
Эти формулы действительны для умеренно-жестких и пластичных смесей, уплотняемых вибрированием, а также не учитывают минералогического состава и тонкости помола цемента, свойств заполнителей и условий твердения бетона. Более точное значение Ц/В рекомендуется определять опытным путем, для чего из местных материалов изготавливают серию бетонных образцов с четырьмя-пятью Ц/В (1;5; 2; 2,5; 3) и выявляют зависимость прочности бетона от Ц/В.
Определив цементно-водное отношение и количество воды, вычисляют расход цемента Ц = (Ц/В)·В. Если полученное значение окажется меньше допустимого по условию плотности бетона согласно СН 386—74, то его увеличивают или вводят тонкомолотые добавки.
Содержание заполнителей определяют по формулам, составленным из условия, что сумма абсолютных объемов всех компонентов, расходуемых на 1 м 3 бетона, равняется 1000 л уплотненной бетонной смеси, а объем песчаного раствора несколько больше объема пустот крупного заполнителя, что обеспечивает некоторую раздвижку его зерен (при этом небольшой объем воздуха, вовлеченный в смесь при его перемешивании, укладке и уплотнении, в расчет не принимают)
где Vпуст — пустотность крупного заполнителя, доли от его, объема; α — коэффициент, учитывающий увеличение объема раствора с учетом раздвижки зерен крупного заполнителя в смеси и зависящий от расхода цемента и вида заполнителей, для жестких смесей α= 1,05-1,1; для подвижных с В/Ц = 0,4o6. н.кр, ρкр — объемная насыпная масса и плотность зерен крупного заполнителя, кг/л;
где ρц, ρкр и ρп — соответственно плотности цемента, крупного заполнителя и песка.
Оптимальный зерновой состав крупного заполнителя, обеспечивающий наименьший расход раствора (и, следовательно, меньший расход цемента), определяют опытным путем. Ориентировочно соотношение между фракциями крупного заполнителя принимают: при наибольшей крупности щебня (гравия) 20 мм: 30% фракции 3(5)-10 мм и 70% фракции 10-20 мм; при наибольшей крупности 40 мм: 15% фракции 3(5)-10 мм, 25% фракции 10-20 мм и 50% фракции 20-40 мм. Для жестких смесей в ряде случаев целесообразно применять крупный заполнитель без мелкой фракции 3(5)—10 мм (прерывистый зерновой состав). Из имеющихся видов песка выбирают такой, который имеет наименьшие удельную поверхность и объем межзерновых пустот.
Наилучшее соотношение между крупным и мелким заполнителями, при котором получается смесь с наименьшей пустотностью, определяют по графикам или формуле
где П и Зкр — расчетное количество песка и крупного заполнителя в 1 м 3 бетонной смеси по массе, кг; k — коэффициент увеличения потребного объема песка с учетом раздвижки зерен крупного заполнителя в смеси, для жестких смесей k=0,9÷1,0, для подвижных k= 1,1÷1,2.
4. По окончании предварительных расчетов производят проверку удобоукладываемости бетонной смеси, для чего берут 1/10 (по массе) от общего количества подсчитанных материалов, приготовляют 10 л бетонной смеси и определяют ее удобоукладываемость. Если она оказалась меньше требуемой, то уменьшают содержание песка на 15%, соответственно увеличивая количество щебня. Если и в этом случае удобоукладываемость оказалась меньше требуемой, то добавляют цемент порциями по 10% от первоначальной навески до тех пор, пока не будет достигнута необходимая удобоукладываемость. Одновременно с цементом добавляют и соответствующее количество воды. Если же смесь, исходного состава оказалась слишком подвижной, то уменьшают расход цемента (до нормативного предела) и воды. Если это оказывается недостаточным, то постепенно уменьшают количество воды, проверяя каждый раз удобоукладываемость смеси.
Для оценки экономичности бетонной смеси приготавливают дополнительно два замеса с увеличенным содержанием песка (на 10 и 20% от принятой навески) и выбирают тот состав, при котором потребовалось меньшее количество цемента для обеспечения заданной удобоукладываемости смеси. Замерив получаемый объем смеси и зная расход материалов на пробный замес, определяют расход материалов на 1 м 3 бетонной смеси и выражают ее состав в виде соотношения 1 : х : у по массе или объему с указанием величины В/Ц (Ц/В).
Уплотнение бетонной смеси в лаборатории осуществляется теми же способами, которые применяются на заводах при формовании изделий. Бетонные образцы, изготовленные из смеси уточненного состава, испытывают на сжатие. Испытания производят через 28 суток или в другие установленные сроки. При тепловлажностной обработке образцов испытание ведут через 4 ч после окончания обработки.
Пересчет номинального состава бетонной смеси на рабочий (полевой) производят путем уменьшения количества вводимой воды и увеличения расхода заполнителей на величину, равную содержанию влаги в песке и крупном заполнителе.
От правильности проектирования состава тяжелого бетона зависят его плотность и прочность, которые, в свою очередь, во многом определяют такие важные свойства, как морозостойкость, водонепроницаемость и др. Рациональным считается тот состав тяжелого бетона, в котором расход вяжущего минимален при условии получения заданной прочности и других свойств бетона и необходимой удобоукладываемости бетонной смеси.
Состав бетона выражают двумя способами: на стройках в виде соотношения по массе (реже по объему, что менее точно) между расходами цемента, песка и щебня с обязательным указанием В/Ц; на бетонных заводах в виде расхода всех материалов в килограммах на 1 м 3 уложенной и уплотненной бетонной смеси. В первом случае массу или объем цемента принимают за единицу, поэтому соотношение между составными частями бетона имеет вид 1:X:Y при определенном В/Ц (где X – количество частей песка; Y – количество частей щебня или гравия).
Сначала определяют номинальный (лабораторный) состав бетона без учета влажности заполнителей, затем производственный (полевой) – с учетом влажности заполнителей.
Подбор состава включает в себя как расчетные операции (определение предварительного состава), так и его проверку на опытных замесах.
Расчет предварительного состава тяжелого бетона производят на основе зависимости прочности бетона от активности цемента, цементно-водного фактора и качества заполнителей, а также зависимости подвижности бетонной смеси от расхода воды и других факторов.
Водопотребность бетонной смеси (расход воды на 1 м 3 бетона) назначают в зависимости от ее удобоукладываемости (подвижности или жесткости). Удобоукладываемость смеси, если она не задана, выбирается в зависимости от вида конструкции и способа формования.
Определение расходов песка и крупного заполнителя основано на формулах, которые вытекают из физических основ структурообразования бетона (принципы метода абсолютных объемов):
а) сумма абсолютных объемов всех компонентов бетонной смеси равна 1 м 3 свежеуложенного уплотненного бетона, т.е.
б) цементно-песчаный раствор занимает промежутки между зернами крупного заполнителя с определенной их раздвижкой:
где Ц, В, П, Щ – расходы соответственно цемента, воды, песка и щебня в килограммах на 1 м 3 бетона; Vп – пустотность щебня в долях единицы; rщ, rп и rц – истинные плотности соответственно щебня, песка и цемента, кг/дм 3 ; rнщ – насыпная плотность щебня, кг/дм 3 ; a – коэффициент раздвижки зерен щебня раствором (a = 1,05. 1,1 для жестких смесей; a = 1,25. 1,4 для подвижных смесей).
Решая совместно эти два уравнения, получаем формулы для определения расхода заполнителей на 1 м 3 бетона:
Полученный расчетом состав проверяют в лаборатории и при необходимости вносят в него соответствующие поправки.
Полевой состав бетона определяют с учетом влажности заполнителей. Для этого находят содержание воды в заполнителях по формулам
где Вп, Вщ – содержание воды в песке и щебне, кг; Wп, Wщ – влажность песка и щебня (в долях единицы).
Расход заполнителей увеличивают соответственно с массой содержащейся в них воды. Расход воды уменьшают на величину . Расход цемента не изменяют.
Коэффициент выхода бетона, который представляет собой степень уменьшения объема бетонной смеси по сравнению с суммарным объемом исходных материалов и обычно равен 0,6 – 0,7, вычисляют по формуле
При определении состава бетона с химическими добавками учитывают их воздействие на свойства бетона соответствующими коэффициентами. Например, если в бетонную смесь вводят пластификатор (ЛСТ и др.) или суперпластификатор (С-3 и др.), то расход воды уменьшают соответственно на 10 или 20 %. В остальном порядок определения состава бетона не изменяют.
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
Читайте также: