Строительные материалы и изделия

Проектирование состава бетона

Ф Проектирование состава имеет цель установить такой расход материалов на 1 м3 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. Количество цемента принимают за единицу. Поэтому в общем виде состав бетонной смеси выражают соотношением цемент: песок:щебень = 1: х:у при В/Ц =2 (например, 1:2,4:4,5 при В/Ц = 0,45).

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 м3 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 Ru, 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 плот - ноуложенного бетона регулируются В/Ц 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 мето-

дом расчета, а затем уточняют испытанием пробных замесов бетонной смеси.

Расчет состава бетона производят в следующем порядке - определяют цементно-водное отношение, 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 цементно-водного отношения производят по сле­дующим формулам:

для бетонов с Ц/В ^2,5

Re = ARa(l/B — 0,5), откуда Ц/В= Re/(ARn) +0,5;

для бетонов Ц/В>2,5

Яв = ;4іЯц(Ц/В + 0,5), откуда Ц/В = R6/(A, R„) —0,5.

• Определение расхода воды. Оптимальное количество воды в бетонной смеси (водосодержание, л/м3) должно обеспечивать необходимую подвижность (или жесткость) бетонной смеси. Ко­личество воды для затвердения 1 м3 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. При определенном из формулы значении Ц/В и принятой водопотребности бетонной смеси В рас­считывают ориентировочный расход цемента, кг/м3 бетона:

Ц=(Ц/В)В.

Расход цемента на 1 м3 бетона должен быть не менее мини­мального. Если расход цемента на 1 м3 бетона окажется ниже допустимого, то необходимо довести его до' нормы или ввести тонкомолотую добавку.

• Определение расхода заполнителей (песка и щебня или гра­вия) на 1 м3 бетона. Для определения расхода песка и щебня (гравия) задаются двумя условиями:

1) сумма абсолютных объемов всех составных частей бетона (л) равна 1 м3 (1000 л) уплотненной бетонной смеси:

Ц/би + B/Qb + П/Qii + Щ/рщ,

где Ц, В, П, Щ — содержание цемента, воды, песка и щебня (гравия)*, кг/м3; qu, qb, q„, рщ — плотности этих материалов/ кг/м3;

2) цементно-песчаный раствор заполнит пустоты в крупном заполнителе с некоторой раздвижкой зерен:

решая эти два уравнения, находят формулу для определения потребности в щебне или гравии:

щ _ 1000 ^

^пуст. ]Ц ( г)а/Єн ш (г) + 1/бщ (г) ’

где Упуст іа(г)—пустотность щебня или гравия в стандартном ыхлом состоянии (в формулу подставляется в виде относитель­ной величины); а — коэффициент раздвижки зерен щебня (или избытка раствора); для жестких смесей а= 1,05...1,20, для подвижных смесей а= 1,2...1,4 и более; qh. щ(г> — насыпная плот­ность щебня (гравия), кг/л; рщ (г) — плотность щебня (гравия), кг/л.

Коэффициент а определяет отношение между песком и щеб­нем В бетоне.

После определения расхода щебня или гравия рассчитывают расход песка (кг/м3) как разность между проектным объемом бетонной смеси и суммой абсолютных объемов крупного заполни­теля, цемента и воды:

П = [1000— (Ц/рц - J - В - f - Щ (г)/рщ (Г)] дп.

Если гравий или щебень составляют из нескольких фракций, то необходимо заранее установить оптимальное соотношение между ними, пользуясь графиком наилучшего зернового состава или подбирая смесь с минимальным количеством пустот.

• 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 20X20X20 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 соответствующий коррективы в рассчи­танный состав бетона. При изменении содержания песка и щебня! (гравия) учитывают их влажность. Количество влажных запод-' нителей 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 Кб поэто­му будет всегда меньше, чем сумма насыпных объемов состав­ляющих его сухих материалов. В связи с этим вводят понятие «коэффициент выхода бетона» р. Он равен отношению объема полученной смеси Кб в уплотненном состоянии к сумме насыпных объемов сухих исходных компонентов:

Р = Кб/(Ки + Кп + Кщ(г)).

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.

Пользуясь значением р, рассчитывают потребность (кг) материалов на замес бетоносмесителя определенной емкости К или для выполнения заданного объема строительно-монтажных работ:

000 Пу = 1шо"П’ = 1000 U^v'== 1000 Щ

где Цг, Вг, Пі/, Щт(Гг)—соответственно количества цемента, воды, песка, щебня (гравия), требуемые на замес бетоносмеси­теля, кг; р—коэффициент выхода бетона; Ц, В, П, Щ (Г) — расходы соответственно цемента, воды, песка и щебня (гравия), кг/м3 бетонной смеси.