Проектирование состава бетона

Цель проектирования состава бетона — установить такое соотношение между его компонентами, которое позволяет обеспечить требуемые технологические свойства бетонной смеси и нормируемые показатели качества бетона в установленные сроки при минимальных материальных и энергетических затратах. Для обеспечения экономичности бетона, как правило, стремятся получить бетон с минимальным расходом цемента, так как последний является самым дорогостоящим компонентом.

Проектирование состава производят расчетно-экспериментальным методом, который предусматривает следующий порядок:

  • ? выполнение предварительного расчета состава бетона с использованием формул, графиков, таблиц;
  • ? корректировка состава на опытных замесах.

Состав бетона выражают в виде расхода материалов по массе на 1 м3 уложенной и уплотненной бетонной смеси. Например: Ц = 320 кг/м3; П = 680 кг/м3; Щ = 1240 кг/м3; В = 180 л/м3.[1]

Иногда состав бетона выражают в виде количественного соотношения по массе между составляющими материалами относительно единицы массы цемента (например, Ц : П : Щ = = 1 : 2 : 4 при В/Ц = 0,5).

Принято различать лабораторный (номинальный) состав бетона, который определяют для сухих материалов, и производственный — на основе минеральных заполнителей с естественной влажностью.

Проектирование состава бетона выполняется в следующей последовательности:

  • 1) назначают требования к бетону на основе информации о виде конструкции, для которой он предназначен; условий ее эксплуатации и технологии изготовления;
  • 2) осуществляют выбор материалов для бетона;
  • 3) производят определение расчетного состава бетона;
  • 4) уточняют состав на пробных замесах;
  • 5) назначают производственный состав бетона.

Требования к прочности бетона (одно из основных), а также к другим свойствам исходя из условий эксплуатации бетонных изделий (морозостойкости, водонепроницаемости, коррозионной стойкости и др.) обычно назначают в соответствии с проектно-технической документацией на конкретную конструкцию.

Удобоукладываемость бетонной смеси, если она задана, следует назначать по СНиП 3.09.01-85 «Производство сборных железобетонных конструкций и изделий» в соответствии со способом формования и видом конструкции. Значения удо- боукладываемости для некоторых наиболее распространенных случаев приведены в табл. 5.11.

Таблица 5.11

Требования к удобоукладываемости бетонной смеси

Конструкция и способ уплотнения

Марка по удобоукладываемости

Жесткость, с

Подвижность, см

Плиты дорожные, аэродромные, формуемые на виброплощадке

Ж1

5...10

То же, на роликовой установке

Ж4

31...60

Центрифугированные изделия

П2

5...9

Аэродромные, дорожные плиты, формуемые роликовым без- вибрационным способом

СЖ1

50 и менее

Выбор материалов производится с учетом рекомендаций, приведенных в § 5.3.

Если использовать более низкие марки цемента, его расход повысится, а если слишком высокие — расчетный расход цемента может оказаться меньше минимальных значений, требуемых для получения нерасслаиваемой бетонной смеси и бетона заданной плотности. В обоих случаях составы бетона не будут отвечать требованиям экономичности.

Расчет лабораторного состава бетона производится по методу абсолютных объемов. Согласно этому методу расход всех четырех компонентов бетонной смеси должен быть таким, чтобы сумма их абсолютных объемов составляла 1000 л (при этом не учитывается объем вовлеченного воздуха):

где Ц, В, П, Щ — соответственно расход цемента, воды, песка и щебня, кг; рц, рп, рщ — соответственно истинная плотность цемента, песка и щебня, кг/м3.

Расход материалов определяют в следующем порядке.

1. Вычисляют цементно-водное отношение:

? для Ц/В < 2,5

? для Ц/В > 2,5

Если к бетону предъявляются дополнительные требования по морозостойкости и водонепроницаемости, то полученные значения Ц/В сравнивают с нормированными и для дальнейших расчетов принимают большее из них.

2. Ориентировочный расход воды (В) принимают по табл. 5.12 в зависимости от требуемой удобоукладываемости бетонной смеси, вида и крупности заполнителя.

Ориентировочный расход воды на 1 м3 бетонной смеси на плотных заполнителях, л

Таблица 5.12

Марка бетонной смеси по удобо- укладываемости

Крупность заполнителя, мм

Гравий

Щебень

10

20

40

70

10

20

40

70

СЖ1

140

125

115

110

150

140

125

120

Ж4

150

135

125

120

160

150

135

130

жз

160

145

130

125

170

160

145

140

Ж2

165

150

135

130

175

165

150

155

Ж1

175

160

145

140

185

175

160

165

П1

190

175

160

155

200

190

175

170

П2

200

185

170

165

210

200

185

180

ПЗ

215

200

190

180

225

215

200

190

П4

225

220

205

190

235

230

215

200

П5

235

230

220

220

245

240

225

210

Примечания: 1. Расход воды дан для смесей на цементе с нормальной густотой теста 27 % и песка с модулем крупности Мкр = 2.

  • 2. При изменении нормальной густоты цементного теста на каждый процент в меньшую сторону количество воды следует уменьшить на
  • 3...5 л/м3, в большую сторону — увеличить на ту же величину.
  • 3. В случае изменения модуля крупности песка в меньшую сторону на 0,5 его значения, расход воды следует увеличить на 3...5 л/м3, а при изменении Мкр в большую сторону — уменьшить на ту же величину.
  • 3. Расход цемента определяют уже с учетом найденных значений Ц/В и В:

Полученное значение расхода цемента необходимо сверить с нормативными требованиями ГОСТ 26633-91 по минимальному расходу цемента, назначаемому в зависимости от характера армирования конструкции, условий эксплуатации и вида цемента. Так, например, при использовании бездобавочного портландцемента минимальный расход составляет: для неар- мированных конструкций — 150 кг/м3, для армированных ненапрягаемой арматурой, подверженных атмосферным воздействиям, — 200 кг/м3, для конструкций с предварительно напряженной арматурой, подверженных атмосферным воздействиям, — 240 кг/м3. Если в результате расчета по формуле (5.11) получилась величина меньше требуемой по норме, следует принять нормативное минимальное значение расхода цемента.

  • 4. Для определения расхода крупного и мелкого заполнителей задаются двумя условиями:
  • 1) сумма абсолютных объемов всех компонентов в уплотненном состоянии равна 1000 л (1 м3);
  • 2) цементно-песчаный раствор должен заполнить все пустоты между крупным заполнителем с учетом некоторой раздвижки зерен этим раствором. Величина раздвижки задается коэффициентом раздвижки зерен крупного заполнителя (щебня или гравия), который показывает, на сколько объем раствора превышает объем пустот.

Избыток растворной части необходим для получения удо- бообрабатываемой бетонной смеси и хорошего (полного) связывания зерен заполнителя в единый прочный монолит. Это условие можно записать уравнением

где рц и рп — истинная плотность соответственно цемента и песка; Уищ — пустотность крупного заполнителя

(Vn щ = 1 - рн / рщ); — насыпная плотность крупного заполнителя; а — коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя.

Значение коэффициента а для жестких бетонных смесей принимается равным 1,05...1,15. В подвижных бетонных смесях значение коэффициента раздвижки зерен изменяется в более широком интервале: а = 1,25... 1,55. Величина а принимается тем больше, чем выше требуемая подвижность бетонной смеси, так как для увеличения пластичности смеси зёрна крупного заполнителя должны быть более отдалены друг от друга.

Для расчета состава бетона может быть использована зависимость а от объема цементного теста Vn r (рис. 5.7).

Объем цементного теста рассчитывается по формуле

Решая систему уравнений (5.8) и (5.12), можно рассчитать необходимое количество щебня (гравия) на 1 м3 бетона:

где р“ , рщ — соответственно насыпная и истинная плотность щебня (гравия), кг/м3.

Зависимость коэффициента раздвижки а от объема цементного теста для подвижных смесей

Рис. 5.7. Зависимость коэффициента раздвижки а от объема цементного теста для подвижных смесей

Расчет расхода мелкого заполнителя (песка П) на 1 м3 бетона выполняется по формуле

Для обычных тяжелых бетонов расчетная плотность бетонной смеси в уплотненном состоянии, определяемая по формуле

находится в пределах 2350...2450 кг/м3.

Расчетный состав бетона уточняется на пробных замесах. Вначале готовится замес бетонной смеси для проверки удобо- укладываемости. Вследствие особенностей применяемого цемента и местных заполнителей возможно отличие величины осадки конуса или жесткости бетонной смеси от принятой в расчете. Если смесь оказывается более подвижной, добавляют небольшое количество песка и крупного заполнителя (примерно по 5... 10 %) до обеспечения требуемой удобоукладываемо- сти; если менее подвижной — добавляют небольшое количество воды (5... 10 %) и на столько же увеличивают расход цемента, чтобы сохранить расчетное цементно-водное отношение.

Пробные замесы повторяют до тех пор, пока не получат требуемые показатели удобоукладываемости.

В обоих случаях производят перерасчет состава по фактической плотности бетонной смеси, полученной при способе уплотнения, принятом в производственных условиях.

Из бетонной смеси, откорректированной по удобоукладываемости, изготовляют контрольные образцы, которые после твердения в нормальных условиях в течение 28 сут. испытывают на прочность на сжатие. Если прочность контрольных образцов отличается от заданной более чем на 15 %, количество цемента корректируют, изготовляют контрольные образцы и снова их испытывают. Результатом экспериментальной проверки расчетного состава бетона является новый уточненный состав, учитывающий свойства конкретных материалов.

В производственных условиях для приготовления бетонных смесей зачастую используются влажные заполнители.

Дополнительная вода, содержащаяся в заполнителях, приводит к необходимости корректировки составов. В результате пересчета расхода материалов с учетом фактической влажности заполнителей получают производственный (рабочий) состав бетона.

Вначале рассчитывают количество воды, привнесенное заполнителями:

где Wn, Wm — влажность песка и крупного заполнителя, %; АВ„ и ДВЩ — количество воды, содержащееся соответственно в песке и щебне, кг/м3.

Затем устанавливают расход воды с учетом влажности заполнителей:

Чтобы сохранить расчетное количество заполнителей в смеси, их расход увеличивают на то количество воды, которое в них содержится. В производственном составе расходы песка и щебня, с учетом влажности, будут:

Расход цемента при пересчете в производственном составе остается неизменным.

Объем бетонной смеси всегда меньше суммарного объема ее компонентов в насыпном состоянии. Это объясняется тем, что в процессе перемешивания более мелкие зерна заполняют пустоты в более крупных, цементное тесто заполняет пустоты в самых мелких зернах. Для оценки объема получаемой смеси рассчитывается коэффициент выхода бетонной смеси:

где — насыпная плотность цемента, песка, щебня, кг/м3.

Коэффициент (3 используется также для оценки качества уплотнения бетонной смеси и расчета производительности бетоносмесителей. Среднее значение коэффициента выхода для тяжелых бетонов составляет 0,67, для легких — 0,75.

  • [1] Здесь и далее Ц — цемент, П — песок, Щ — щебень, В — вода.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >