Примеры. Пример 5.8. При определении истинной плотности гранитного щебня взята навеска высушенного щебня тщ = 3 кг и всыпана в металлический сосуд

Пример 5.8. При определении истинной плотности гранитного щебня взята навеска высушенного щебня т _щ = 3 кг и всыпана в металлический сосуд. Этот сосуд со щебнем заполняется затем доверху водой. Общая масса сосуда, щебня и воды оказалась равной т _о.с = 7, 8 кг. После опорожнения сосуд снова был заполнен водой и взвешен. Масса воды и сосуда оказалась равной т _в.с = 5, 91 кг.

Вычислить истинную плотность щебня, если масса металлического сосуда т _с = 1 кг. Учитывая, что водопоглощение гранита в обычных условиях 0, 4 % по массе, а под давлением — 0, 8 %, установить точность определения истинной плотности таким способом. Вычислить среднюю плотность щебня в куске.

Решение: Масса воды, дополняющая объем щебня до полного объема сосуда

m_в.д = m_о.с – m_щ – m_с = 7, 8 – 3, 0 – 1, 0 = 3, 8 кг

Масса воды в сосуде

m^с_в = m_в.с - m_с = 5, 91 – 1, 0 = 4, 91 кг.

Масса воды, вытесненная щебнем

m^щ_в = m^с_в – m_в.д = 4, 91 – 3, 8 = 1, 11 кг,

равная объему щебня V_щ =1, 11 дм³.

Истинная плотность гранитного щебня

p_и.щ = кг/дм³.

При водопоглощении гранитного щебня 0, 4 % масса поглощения воды

m_в.щ = кг или 0, 012 дм³,

что составляет примерно 1, 08 % объема щебня.

Следовательно, ошибка в определении истинной плотности щебня составляет примерно 1, 08 %.

Тогда истинная плотность гранитного щебня

p’_щ = p_и.щ ∙ 1, 08 = 2, 7 ∙ 1, 08 = 2, 92 кг/дм³.

Если принять пористость гранита равной его полному водопоглощению, т. е. 0, 8 %, то средняя плотность сухого щебня в кусуе

p_с.щ = p_и.щ ∙ (1 – 0, 008) = 2, 73 (1 – 0, 008) = 2, 68 кг/дм³.

Пример 5. 9. Зерновой состав щебня № 1 и № 2 в виде частных остатков на ситах приведен в табл. 5.4.

Таблица 5.4. Зерновой состав щебня в виде частных остатков, %

Определить полные остатки на ситах, а также наибольшую и наименьшую крупность зерен щебня, которые необходимы для ус­тановления его зернового состава.

Решение: Полные остатки на ситах определяются, %:

для щебня № 1

А₁₀ = 48; А₅ = 48 + 35; А₃ = 83 + 13 = 96;

для щебня № 2

А₄₀ = 3; А₂₀ = 3 + 7 = 10; А₁₀= 10+ 26 = 36;

А₅ = 36 + 44 = 80; А₃ = 80+ 20 = 100.

Наибольшая крупность зерен щебня Д_наиб соответствует размеру отверстий сит, полный остаток которых не превышает 5 %. Для щебня № 1 и № 2 Д_наиб соответственно равна 20 и 40 мм. Наименьшая крупность зерен щебня Д_наим соответствует размеру отверстий сит, полный остаток на котором составляет не менее 95 %. Для щебня № 1 и № 2 Д_наим = 3 мм.

Для щебня № 1 0, 5(Д_наиб + Д_наим) = 0, 5(20 + 3) = 11, 5 мм.

Принимаем сито с отверстием 10 мм. Для щебня № 2 0, 5(Д_наиб + Д_наим) = 0, 5(40 + 3) = 21, 5 мм. Принимаем сито с отверстием 20 мм. Для щебня № 1 1, 25 Д_наиб = 1, 25 ∙ 20 = 25 мм и щебня № 2 1, 25Д_наиб = 1, 25 ∙ 40 = 50 мм. Принимаем соответственно сита с отверстиями 40 и 70 мм.

Пример 5.10. Определить расход щебня на 1 м³ бетона, если в заполненных бункерах склада завода с суточным выпуском бетонной смеси V_сут=300 м³ хранится V_о = 1800м³ щебня, рассчитанного на Т = 7 суток работы, насыпной плотностью р_н.щ = 1450 кг/м³. Коэффициент производственных потерь щебня при транспортировке 1, 02.

Решение: Суточный расход щебня на заводе

кг.

Для выпуска 1 м³ бетонной смеси расходуется щебня

кг.

Расход щебня на 1 м³без учета производственных потерь при транспортировке

кг.

Пример 5.11. Расход щебня на 1 м³ бетона составляет т_щ = 1450 кг. Насыпная плотность щебня р_н.щ = 1550 кг/м³. Истинная плотность горной породы, из которой получен щебень, р_и.щ = 2650 кг/м³. Определить расход щебня в бетоне по объему в естественном состоянии и в абсолютно плотном состоянии.

Решение: Расход щебня по объему

м³.

Объем щебня в абсолютно плотном состоянии

м³.

Пример 5.12. Определить оптимальное соотношение между песком и гравием по массе для получения наиболее плотной смеси заполнителей для бетона, если известна истинная плотность песка р_и.п = 2600 кг/м³, насыпная плотность гравия р_н.г = 1670 кг/м³ и истинная плотность гравия р_и.г = 2620 кг/м³. Коэффициент раздвижки зерен гравия принять равным а = 1, 1.

Решение: Оптимальным будет соотношение между песком и гравием, когда песок заполнит пустоты вгравии с раздвижкой а = 1, 1, т.е.

.

Отсюда

где П и Г – масса песка и гравия, кг; p _и.п и p _и.г – истинная плотность соответственно песка и гравия; V_пуст – пустотность гравия.

V_пуст =

Пример 5.13. Бетонная смесь, приготовленная на кварцевом песке и гранитном щебне, состава 1: 2: 3, 5 при (В/Ц)_б = 0, 55, имела осадку стандартного конуса такую же, как и растворная смесь состава 1: 2 при (В/Ц)_р = 0, 43. Прочность бетона в возрас­те 28 суток, определенная по результатам испытания стандартных образцов R₆ - 43, 2 МПа. Активность цемента R_ц = 56, 0 МПа. Опре­делить водопотребность и коэффициент прочности щебня.

Решение: Водопотребность щебня

В_щ = %.

Коэффициент прочности щебня

где

Пример 5.14. Подобрать крупный заполнитель для изготовления сборных железобетонных колонн и плит покрытия сельскохозяйственного здания. Сечение колонн 400 х 600мм, марка бетона 500, минимальное расстояние между арматурными стержнями 50 мм. Толщина плиты покрытия 100мм, марка бетона 300, минимальное расстояние между арматурными стержнями 40 мм. Свойства щебня приведены в табл. 5.5.

Таблица 5.5. Свойства щебня

Решение: Для изготовления железобетонных колонн выбираем щбень № 2, так как его марка 1000в два раза больше марки бетона 500, а наибольшая крупность 20 мм — меньше минимального расстояния между арматурными стержнями. Плиты покрытия следует изготовить на щебне № 4, так как его марка 700больше чем в два раза превышает марку бетона 300, а наибольшая крупность 20 мм - меньше минимального расстояния между арматурными стержнями плиты.

Задачи

5.13. Определить наибольшую и наименьшую крупности зерен щеб­ня, которые необходимы для установления его зернового состава при следующих значениях частных остатков на стандартных ситах:

5.14. Зерновой состав щебня № 1 в виде частных остатков на ситах приведен в табл. 5.6. Построить график зернового состава и дать оценку щебня по гранулометрическому составу.

Таблица 5.6. Зерновой состав щебня в виде частных остатков, %

5.15. Определить полные остатки на ситах, построить графики зернового состава и дать оценку состава щебня № 2 и № 3. Зерновой состав щебня № 2 и № 3 в виде частных остатков принять по данным табл. 5.6.

5.16. Найти состояние между песком и щебнем (по массе) в бетоне для получения плотной смеси заполнителей, если известны насыпная плотность песка, равная 1500 кг/м³, насыпная плотность щебня — 1550 кг/м³ и истинная плотность зерен щебня — 2650 кг/м³.

5.17. Проба щебня массой 10 кг была последовательно просеяна через набор сит, причем частные остатки на каждом сите были соответственно равны:

Определить модуль крупности щебня, а также размеры контрольных сит.

5.18. В пробе щебня массой 5 кг обнаружены пластинчатые (лещадные) зерна, общая масса которых равна 810 г, и игловатые зерна общей массой 217 г.

Удовлетворяет ли щебень требованию ГОСТ 8267-93 по содержанию пластинчатых и игловатых зерен?

5.19. Навеска щебня из изверженных пород в сухом состоянии до отмучивания составляла 4000 г, а после отмучивания и сушки - 3954 г.

Удовлетворяет ли щебень требованию ГОСТ 8267-93 по содержанию пылевидных и глинистых (илистых) частиц для бетона М 200?

5.20. Гранитный щебень, высушенный до постоянной массы, равной 3, 5 кг, всыпан в металлический сосуд, масса которого составляет 1, 2 кг.

Затем этот сосуд со щебнем был доверху заполнен водой. Общая масса сосуда со щебнем и водой составила 8, 6 кг. После опорожнения от щебня с водой сосуд снова был заполнен водой и взвешен. Масса сосуда с водой оказалась равной 6, 38 кг.

Определить истинную, а также среднюю плотности гранитного щебня. Учитывая, что водопоглощение гранита в обычных условиях составляет 0, 5 % по массе, а под давлением - 0, 9 %, установить точность определения истинной плотности таким способом.

5.21. Бетонная смесь, приготовленная на кварцевом песке и известняковом щебне, состава 1: 2: 3, 5 (по массе) при (В/Ц)₆ = 0, 63 имела осадку стандартного конуса такую же, как и растворная смесь состава 1: 2 при (В/Ц)_р = 0, 42. Прочность бетона в возрасте 28 суток, определенная по результатам испытания стандартных образцов, 26, 2 МПа. Активность цемента 44 МПа. Определить водопотребность и коэффициент прочности щебня.

5.22. Для приготовления бетона имеются два вида щебня, гранулометрический состав которых приведен в табл. 5, 7 (частные остатки, %). У щебня № 1 (№ 2) насыпная плотность 1500 (1300) кг/м³ и средняя плотность зерен 2650 (2700) кг/м³. Определить пустотность щебня и построить графики гранулометрического состава. Дать заключение о пригодности щебня для использования в бетоне.

Таблица 5.7. Гранулометрический состав щебня

Расчет состава тяжелого бетона. Целью расчета состава бетона является определение наиболее рационального соотношения между составляющими бетон материалами, обеспечивающими при наименьшем расходе цемента получение бетонной смеси требуемой подвижности (жесткости), а также бетона с заданными физико-механическими свойствами в установленные сроки.

При расчете состава бетонной смеси должны учитываться всевозможные факторы, влияющие на конечное качество бетона, с целью обеспечения надежности и долговечности бетонной или железобетонной конструкции.

Пример 5.15. Рассчитать номинальный (лабораторный) состав тяжелого бетона М 300 для массивных армированных конструкций. Материалы: портландцемент М 400 с истинной плотностью р_и.ц = = 3, 1 кг/л; песок средней крупности с водопотребностью 7 % и истинной плотностью р_и.п = 2, 63 кг/л; гранитный щебень с предельной крупностью D_n = 40 мм, истинной плотностью р_и.щ = 2, 6 кг/л и насыпной плотностью р_н.щ = 1, 48 кг/л. Заполнители рядовые.

Решение: Водоцементное отношение находят из эмпирических формул

R_б = АR_ц (Ц/В – 0, 5)

или R_б = А₁R_ц (Ц/В + 0, 5).

Значения коэффициентов Аи А₁принимают по данным табл. 5.8.

Таблица 5.8. Характеристика заполнителей бетона

Формулу (1) рекомендуется применять в следующих случаях:

А = 0, 65, то при R_б ≤ 1, 3 R_ц;

А = 0, 60 R_б ≤ 1, 2 R_ц;

А = 0, 55 R_б ≤ 1, 1 R_ц

Если требуется более высокая прочность бетона, следует пользоваться формулой (2).

Для бетонов с В/Ц ≥ 0, 4 применима формула (1), для бетонов с В/Ц< 0, 4 — формула (2).

В данном случае R₆ = R_ц поэтому воспользуемся формулой (1) с

А = 0, 60.

Преобразуем формулу (1) относительно

В/Ц =

принимаем В/Ц = 0, 57.

Ориентировочный расход воды определяется по рекомендациям [6], в зависимости от требуемой подвижности или жесткости (удобоукладываемости) бетонной смеси, наибольшей крупности гравия (щебня) и других факторов.

Степень подвижности или жесткости бетонной смеси зависит от вида конструкций или изделий, густоты их армирования, способа укладки и уплотнения бетонной смеси и характеризуется осадкой конуса ОК. В данном случае осадка конуса принимается равной 2-4 см.

Тогда расход воды В = 178 л.

Расход цемента

Ц = В: кг/м³ бетона.

Расход щебня вычисляется по формуле

Щ = кг/м³ бетона,

где П_щ – пустотность щебня

П_щ = ;

α - коэффициент раздвижки зерен щебня, принимается по данным табл. 5.9 [10] в зависимости от расхода цемента и водоцементного отношения (а = 1, 36).

Таблица 5.9. Коэффициент раздвижки зерен

Примечание. При применении мелкого песка с водопотребностью свыше 7 % коэффициент а уменьшается на 0, 03 на каждый процент увеличения водопотребности песка; при применении крупного песка с водопотребностью ниже 7 % коэффициент а увеличивается на 0, 03 на каждый процент уменьшения водопотребности песка.

Расход песка

П = 1 - кг/м³ бетона.

p_с.б.см = Ц + В + П + Щ = 312 + 178 + 601 + 1283 = 2374 кг/м³.

Пример 5.16. Рассчитать производственный (полевой) состав тяжелого бетона, лабораторный состав которого принять по предыдущей задаче. Влажность песка и щебня равна соответственно W_п = 2 и W_щ = 1 %.

Решение: Содержание воды в песке

В_п = л.

Содержание воды в щебне

В_щ = л.

Производственный расход воды

В_пр = В - (В_п + В_щ) = 178 - (12 + 12, 83) = 153, 17 - 153 л.

Производственный расход песка

П_пр = П + В_п = 601 + 12 = 613 кг/м³.

Производственный расход щебня

Щ_пр =Щ + В_щ = 1283+ 12, 83= 1295, 83 = 1296 кг/м³.

Производственный расход цемента

Ц_пр = 312 кг/м³, т. е. остается без изменения.

Средняя плотность бетонной смеси производственного состава

р_с.пр =Ц + В_пр+П_пр+Щ_пр = 312 + 153+ 613 + 1296 = 2374 кг/м³,

т. е. равна средней плотности бетонной смеси

Пример 5.17. Вычислить расход материалов на один замес бетономешалки с емкостью смесительного барабана V_б = 1200 л, если расход материалов на 1 м³ производственного бетона следующий Ц — 312 кг, В — 153 л, П — 613 кг, Щ — 1296 кг. Насыпные плотности влажных песка и щебня соответственно принять p_н.п.пр = 1, 60 и p_н.щ.пр = 1, 49 кг/л, насыпная плотность цемента р_н.ц = 1, 30 кг/л. По лабораторным данным наиболее плотная смесь крупного заполнителя состоит из 40 % щебня крупностью 10-20 мм и 60 % щебня крупностью 20-40 мм.

Решение: Коэффициент выхода бетонной смеси

.

Расходы материалов на один замес бетономешалки цемента

кг,

где ;

воды

В₃ - к В_пр=0, 80 ∙ 153 = 122, 4 л;

щебня

Щ_з = кЩ_пр = 0, 80 • 1296= Ю36, 8кг

(414, 7 кг крупностью 10-20 мм и 622, 1 кг крупностью 20-40 мм).

Пример 5.18. Используя результаты расчетов, полученные в примерах 5.15 и 5.16, выразить номинальный и производственный составы бетона по массе и объему соотношениями между цементом, песком и щебнем (1: X: Y). Насыпную плотность сухого песка принять р_н.п = 1, 63 кг/л.

Решение: Номинальный состав бетона по массе

1: Х: У = 1: 1, 93: 4, 11.

Номинальный состав бетона по объему

1: Х₁: У₁ = 1:

Производственный состав бетона по массе

1: Х_пр: У_пр = 1: 1, 96: 4, 15.

Производственный состав бетона по объему

1: Х_1пр: У_1пр = 1:

Пример 5.19. Вычислить расход материалов на 1 м³ бетонной смеси со средней плотностью р_с.б.см = 2300 кг/м³ и водоцементным отношением В/Ц = 0, 42, если производственный состав бетона выражен соотношением по массе 1: X: Y = 1: 2: 4 (цемент: песок: щебень).

Решение: Средняя плотность бетонной смеси

р_с.б.см = Ц + П + Щ + В = Ц(1 + Х+ Y + В/Ц).

Отсюда

Ц = кг.

Тогда

П = ХЦ = 2 ∙ 310 = 620 кг;

Щ= YЦ = 4 ∙ 310= 1240 кг;

В = В/Ц ∙ Ц = 0, 42 ∙ 310 = 130 кг (л).

Пример 5.20. Рассчитать состав высокопрочного бетона М 500 для массивного сооружения с редко расположенной армату­рой. Требуемая подвижность бетонной смеси 2-3 см. Материалы: портландцемент М 500 с истинной плотностью р_и.ц =3100 кг/м³; гранитный фракционированный щебень с наибольшей крупностью 40 мм, истинной и насыпной плотностью соответственно р_и.щ = = 2600 и р_н.щ = 1560 кг/м³. Содержание фракций 10-20 мм — 40 %, 20-40 мм — 60 %. Крупный песок с истинной и насыпной плотностью соответственно р_и.п = = 2600 и р_н.п = 1620 кг/м³ и водопотребностью 7 %. Дополнительный помол цемента повысил его активность до 60, 0 МПа.

Решение: Водоцементное отношение бетонной смеси

Расход воды В = 175 л.

Расход цемента Ц = = 407 г/м³.

В высокопрочном бетоне для массивных сооружений максимальный расход цемента не рекомендуется превышать: при применении белитового портландцемента — 430 кг/м³; при применении обычного портландцемента — 375 кг/м³; для всех остальных слу­чаев — 500 кг/м³. Расход цемента сверх указанного количества не экономичен, поскольку дальнейшее его повышение мало изме­няет прочность бетона.

В связи с тем что расчетный расход цемента Ц = 407 > 375 кг/м³, применяем его дополнительный помол до активности 600, тогда

В/Ц = = 0, 496,

а расход цемента Ц = = 353 кг/м³ < 375 кг/м³.

В дальнейшем, используя методику расчета, приведенную в примере 5.15, определяем расход цемента, песка и среднюю плотность бетонной смеси

Щ = 1343 кг/м³, П = 506 кг/м³, p_с.б.см = 2377 кг/м³.

Пример 5.21. Определить расход материалов в состоянии естественной влажности на замес бетоносмесителя вместимостью V_б = 1200 л (по объему загружаемых материалов). Влажность песка W_п = 4 %, влажность щебня – W_щ = 1 %. Номинальный состав бетона на 1 м³: Ц = 285 кг, В = 190 кг, П = 651 кг, Щ = 1194 кг. Насыпная плотность цемента p_н.ц = 1300 кг/м³; песка - p_н.п = 1450 кг/м³; p_н.щ = 1400 кг/м³.

Решение: Производственный состав бетона (расход материалов) с учетом влажности материалов составляет:

а) по массе

Ц_пр = Ц = 285 кг/м³;

кг/м³;

кг/м³;

кг/м³;

б) по объему

л;

л;

л.

Коэффициент выхода бетона

Расход материалов на замес бетоносмесителя V_б вместимостью 1200 л составляет

кг;

кг;

кг.

В_з = Ц_з = 222 ∙ 0, 67 = 149 кг.

Пример 5.22. Сколько потребуется замесов бетоносмесителя емкостью V_б= 1200 л для приготовления У_б.см = 20 м³ бетонной сме­си, если коэффициент выхода бетона равен β = 0, 65?

Решение: Объем бетона, производимого за один замес

V_б.з = V_б ∙ β = 1200 ∙ 0, 65 = 780 л.

Тогда количество замесов

≈ 26/

Пример 5.23. Определить расход цемента и щебня на один замес крупнопористого бетона в бетономешалке емкостью V₆ - 500 л, если состав бетона по массе 1: п = 1: 10, 5 при расходе цемента Ц = 147 кг/м³. Насыпная плотность цемента и щебня равны соответственно р_н.ц = 1250 и р_н.щ = 1520 кг/м³.

Решение: Определяем коэффициент выхода бетона

Расход цемента

кг.

Расход щебня

кг.

Учитывая высокий коэффициент выхода, расход материалов на один замес следует уменьшить на 15 – 20 %.

Пример 5.24. Вычислить коэффициент выхода крупнопористого бетона состава по объему 1: n = 1: 10 с расходом цемента Ц = 120 кг/м³. Насыпная плотность p_н.ц = 1210 кг/м³.

Решение: Коэффициент выхода бетона

Пример 5.25. Для дорожу покрытий, устраиваемых бетоно-укладочными машинами, используется бетон М 350. Показатель подвижности бетонной смеси ОК - 2-4 см. В смесь входят следующие материалы: цемент активностью 40 МПа, истинной плотностью р_и.ц = 3100 кг/м³и насыпной плотностью р_н.ц = 1300 кг/м³; песок кварцевый мелкозернистый с водопотребностью 9 % и М_к.р = = 1, 0, истинной плотностью р_{и.п =} 2630кг/м³и насыпной плотностью р_и.п = 1400 кг/м³; щебень гранитный с предельной крупностью 40 мм, истинной плотностью р_и.щ = 2650 кг/м³, насыпной плотностью р_н.щ. = 1480 кг/м³ и пустотностью П_щ = 44 %.

Каков состав бетона?

Решение: Учитывая, что заполнители рядовые, принимаем значение коэффициента А= 0, 6 (табл. 5.8).

Определяем В/Ц из уравнения

R_б = А R_ц (Ц/В – 0, 5).

Тогда

Расход воды для заданной qk с учетом свойств заполнителей

В= 175 + (5 ∙ 2)= 185 л.

Расход цемента

= 370 кг

Расход щебня

кг

Здесь α = 1, 42 – (0, 03 ∙ 2) = 1, 36 (табл. 5.9).

Расход песка

кг

Предварительный состав бетона: Ц = 370 кг/м³; В = 185 л/м³; Щ = 1287 кг/м³; П = 553 кг/м³. Рассчитанный состав уточняют, приготовляя пробные замесы и корректируя расход воды и цемента, в соответствии с заданным показателем подвижности.

Пример 5.26. Определить состав бетона для дорожного покры­тия с прочностью при изгибе R_б.изг =4, 0 МПа. Осадка конуса бетон­ной смеси 1-2 см. Материалы: портландцемент активностью R_ц.сж = 44, 0 МПа и истинной плотностью р_и.ц = 3100 кг/м³; песок сред­ней крупности с истинной и насыпной плотностями соответствен­но р_и.п = 2650 и р_н.ц = 1650 кг/м³; щебень гранитный с истинной и насыпной плотностями – р_и.щ = 2650 и р_н.щ = 1540 кг/м³.

Решение: Прочность цемента при изгибе

R_ц.изг = 0, 08 R_ц.сж + 1, 1 = 0, 08 ∙ 44, 0 + 1, 1 4, 6 МПа.

Водоцементное отношение определяют по формулам

В/Ц = 0, 45

для бетонов на известняковом щебне

В/Ц = 0, 45

Для рассматриваемого в задаче случая

В/Ц = 0, 45

Для обеспечения достаточной морозостойкости бетона и долговечности дорожных покрытий рекомендуют следующие водоцементные отношения: для сурового климата (t < -15⁰ С) В/Ц = 0, 5; для среднего климата ((t = - 5 … -15⁰ С) - В/Ц = 0, 53; для мягкого климата (t > -5⁰ С) В/Ц = 0, 55; для теплого климата (t ≥ -0 ⁰ С) В/Ц ≤ 0, 6.

Для расчета принимаем В/Ц = 0, 54.

Расход воды принимаем по данным табл. 5.10.

Таблица 5.10. Расход воды для разных видов заполнителя

Принимаем В = 155 л.

Расход цемента

кг;

расход щебня

кг,

где коэффициент раздвижки зерен α = 1, 3 - 1, 36 (табл. 5.7); пустотность щебня П_щ = 0, 42.

Расход песка

кг.

Окончательный состав бетона устанавливается на основе пробных замесов и результатов контрольных испытаний.

Пример 5.27. Подобрать состав бетона для плит пролетного строения мостового переезда. Марка бетонной смеси по удобоукладываемости П1 (осадка конуса ОК = 3 см). Класс бетона по прочности после пропаривания и последующего твердения в нормальных условиях – В 25 (В_б = 25: 0, 778 = 32 МПа), марка по морозостойкости – F 150, марка по водонепроницаемости – W 4.Отпускная прочность – 70 % от предела прочности в возрасте 28 суток: 32 ∙ 0, 7 = 22, 4 МПа.

Материалы: портландцемент среднеалюминатный активностью 38, 5 МПа с НГЦТ – 26 %, крупный заполнитель – гранитный щебень с содержанием фракций 5 – 10 мм – 20 %, 10 -20 мм – 25 %, 20 – 40 мм – 55 %; мелкий заполнитель – кварцевый песок средней крупностью М_к = 2, 1; насыпная плотность сухих материалов соответственно: цемента, песка и щебня – p_н.ц = 1200 кг/м³, p_н.п = 1400 кг/м³, p_н.щ = 1500 кг/м³, а истинная плотность материалов: p_и.ц = 3100 кг/м³, p_и.п = 2500 кг/м³, p_и.щ = 2550 кг/м³.

Решение: Выполняем расчет ориентировочного состава бетона согласно литературе [19].

1. Определяем В/Ц по прочности на сжатие по формуле

.

2. Ориентировочно определяем расход воды

В = 175 л.

3. Определяем расход цемента

кг.

Уточним расход цемента с учетом требований СТБ 1182-99.

Для бетона класса по прочности на сжатие В25 с отпускной прочностью 70 % проектной марки в условиях тепловой обработки при ОК бетонной смеси 3 см, приготовленного на портландцементе марки 400, расход его не должен превышать 335 кг/м³. С учетом поправки на применение щебня с D = 40 мм расход не должен превышать 335 ∙ 0, 93 ≈ 312 кг. Согласно данным таблицы 20 упомянутого СТБ для бетона марки по морозостойкости F150 расход цемента не должен превышать 300 кг/м³, а для бетона марки по водонепроницаемости W4 – 328 кг. Примем Ц = 315 кг/м³.

4. Определяем расход щебня

кг.

Пустотность щебня составляет

Коэффициент α принимаем равным 1, 36.

5. Определяем расход песка

кг.

В результате проведения расчетов получим следующий ориен­тировочный номинальный состав бетона, кг/м³:

цемент 315; песок 541;

вода 175; щебень 1309;

итого 2340.

Экспериментальная проверка и корректировка состава бетона осуществляется в следующей последовательности.

1. Вычисляем расход материалов на пробный замес исходя из номинального состава бетона. Объем пробного замеса примем 12 л. Тогда расход материалов составит, кг:

цемента — 315 ∙ 0, 012 = 3, 78;

воды— 175 • 0, 012 = 2, 10;

песка — 541 ∙ 0, 012 = 6, 49;

щебня— 1309 • 0, 012 =15, 71.

2. Вычисляем расход материалов в килограммах на пробный замес бетона после корректировки содержания материалов.

Допустим, что после проверки удобоукладываемости бетонной смеси оказалось, что вместо принятой осадки конуса 3 см фактическая осадка конуса составила 6 см. Для обеспечения требуемой осадки конуса добавим 5 % песка и щебня. Бетонную смесь дополнительно перемешиваем и опять проверяем осадку конуса. Если она остается принятой, опыт заканчиваем и делаем перерасчет действительного расхода материалов (табл.5.11).

3. Определяем абсолютный объем откорректированного состава

бетонной смеси, м³:

предварительно определив среднюю плотность бетонной смеси р_{, б.см} =2325, 0 кг/м³.

5. Уточняем В/Ц из условия получения бетона необходимой прочности. Для этого приготавливаем дополнительно два замеса, один с В/Ц, большим на 20 %, второй - меньшим на 20 %, чем у основного. За основной примем состав 1, откорректированный по удобоукладываемости бетонной смеси. Величину В/Ц изменяем, уменьшая или увеличивая расход цемента. Изменяем также расход песка. Расход щебня остается неизменным. Образцы пропариваем по принятому режиму. Определяем предел прочности после пропаривания и через 28 суток от начала изготовления образцов при хранении их после пропаривания в нормальных условиях.

Составы и прочность бетонов с разными В/Ц сводим в табл. 5.12.

Таблица 5.12. Уточнение расчетного состава бетона по прочности

По полученным значениям прочности строим график R₆ = f (В/Ц) (рис. 5.1).

По графику определяем, что для бетона с R _проч= 22, 4 МПа соответствует В/Ц = 0, 592. Предел прочности этого бетона через 28 суток составил 33 МПа.

Окончательный номинальный состав бетона, следующий, кг/м³: Ц = 284, В = 168, П = 557, Щ = 1316.

Расчет производственного состава бетона и расхода материалов на замес бетономешалки выполняем в следующей последовательности.

1. Рассчитываем состав бетона на влажных заполнителях. Условно примем, что щебень имеет влажность 1 %, песок — 4 % по массе. Тогда количество воды в щебне составит 1316 ∙ 0, 01 = 13 кг, а количество воды в песке 557 ∙ 0, 04 = 22 кг.

Из общего количества воды бетона номинального состава следу­ет вычесть воду, содержащуюся в заполнителях. Ее расход соста­вит 168 - 13 - 22 = 133 кг. Количество же заполнителей следует увеличить. Тогда расход щебня станет 1316 + 13 = 1329 кг, а рас­ход песка 557 + 22 = 579 кг.

Таким образом, откорректированный состав бетона на влажных заполнителях будет следующий, кг/м³: цемент — 284, вода — 133, щебень — 1329, песок — 579.

Состав бетона можно выразить в виде соотношения

при В/Ц = 0, 592

2. Определяем расход материалов на замес бетономешалки. Пусть бетономешалка имеет вместимость барабана 0, 25 м³. Тогда расход материалов на один замес в килограммах составит

цемент - 284 ∙ 0, 25 = 71;

вода - 133 ∙ 0, 25 = 33, 25;

песок - 579 ∙ 0, 25 = 144, 75;

щебень - 1329 ∙ 0, 25 = 332, 25.