Проектирование состава бетона.

Состав бетона выражают в виде расхода материалов по мас­се на 1 м³ бетона (например, Ц=320 кг/м³; П = 680 кг/м³; Щ = 1240 кг/м³; В= 180 л/м³) или в виде количественного соот­ношения по массе между составляющими материалами на еди­ницу массы цемента (например, Ц: П: Щ = 1: 2: 4 при В/Ц=0, 6). Различают ла-бораторный (номинальный) состав бетона, уста­навливаемый для сухих материа-лов, и производственный — для материалов с естественной влажностью.

Проектирование состава бетона выполняется в следующем порядке:

- назначение требований к бетону, исходя из вида конст­рукции, условий ее эксплуа-тации и технологии изготов­ления;

- выбор материалов для бетона;

-определение расчетного состава бетона;

- уточнение состава на пробных замесах;

- назначение производственного состава бетона.

Требования к прочности бетона, а в некоторых случаях, в соответствии с условиями эксплуатации, и к другим свой­ствам бетона — морозостойкости, во-донепроницаемости, кор­розионной стойкости и др. указываются в проектно-тех-нической документации на конструкцию.

Удобоукладываемость бетонной смеси, если она не зада­на, следует назна-чать по СНиП 3.09.01 «Производство сбор­ных железобетонных конструкций и из-делий» в соответствии со способом формования и видом конструкции.

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

(8.1)

где Ц, В, П, Щ — соответственно расход цемента, воды, песка и щебня, кг/м³;

— соответственно истинная плотность цемента, песка и щебня, г/см³.

Расходы материалов определяются в следующем порядке:

1) Вычисляется цементно-водное отношение из формулы, отражающей основной закон прочности бетона:

В случае Ц/В> 2, 5, что характерно для высокопрочного бетона, для расче-та используется формула:

Если к бетону предъявляются дополнительные требования по морозостойкос-ти, водонепроницаемости, то полученные значения Ц/В сравнивают с нормиро-ванными и для дальней­ших расчетов принимают большее из них.

2) Ориентировочный расход воды (В) принимается по табли­це 8.1, в зави-симости от требуемой удобоукладываемости бетонной смеси, вида и крупности заполнителя.

Таблица 8.1.

3) Расход цемента определяется уже с учетом найденных начений Ц/В и В:

Ц=(Ц/В)В.

Полученное значение расхода цемента необходимо сверить с нормативными требованиями ГОСТ 26633 по минимально­му расходу цемента. Если в результа-те расчета по формуле получилась величина меньше требуемой по нормам, то следует принять нормативное минимальное значение расхода цемента.

4) Для определения расхода крупного и мелкого заполните­лей задаются двумя условиями:

а) сумма абсолютных объемов всех компонентов в уплот­ненном состоянии равна 1000 л (1 м³), что выражается уравнением (8.1);

б) цементно-песчаный раствор должен заполнить все пус­тоты в крупном за-полнителе с учетом некоторой раз­движки зерен этим раствором. Величина раздви-жки за­дается коэффициентом раздвижки зерен крупного запол­нителя (щебня или гравия), который показывает, на сколько объем раствора превышает объем пус-тот. Из­быток растворной части необходим для получения удобообрабатываемой бетонной смеси и хорошего (полно­го) связывания зерен заполнителя в единый прочной монолит. Это условие можно записать уравнением:

(8.2)

где V_п.щ — пустотность крупного заполнителя,

— истинная плотность соответственно цемента и песка, кг/л;

— насыпная плотность крупного заполнителя, кг/л;

— коэффициент раздвижки зерен крупного запол­нителя.

Значение коэффициента для жестких бетонных смесей принимается рав-ным 1, 05-1, 15. В подвижных бетонных сме­сях значение коэффициента раздвижки зерен изменяется в бо­лее широком интервале: = 1, 25-1, 55. Величина прини-ма­ется тем больше, чем выше требуемая подвижность бетонной смеси, так как для увеличения пластичности смеси зерна круп­ного заполнителя должны быть более от-далены друг от дру­га. Коэффициент раздвижки зависит от многих факторов: рас­хо-да цемента, объема цементного теста, пустотности запол­нителей и др. Для расчета состава бетона может быть исполь­зована зависимость от объема цементного теста (рис. 8.4).

Рис. 8.4. Зависимость коэффициента раздвижки а от объема цементного теста для подвижных смесей.

Объем цементного теста рассчитыва-ется по формуле

Решая систему двух уравнений (8.1) и (8.2), можно рассчитать необходимое количество щебня (гравия) на 1 м³ бетона:

где ― соответственно насыпная и истинная плотность щебня (гравия), кг/л.

Расчет расхода мелкого заполнителя на 1м³ бетона вы­полняется по форму-ле

Для обычных тяжелых бетонов расчетная плотность бе­тонной смеси в уп-лотненном состоянии, определяемая как находится в преде-лах 2350 - 2450 кг/м³.

Расчетный состав бетона уточняется на пробных замесах. Вначале готовится замес бетонной смеси для проверки удобоукладываемости. Пробные замесы повто-ряют до тех пор, пока не получат требуемые показатели удобоукладываемости и производят перерасчет состава по факти­ческой плотности бетонной смеси, получен-ной при способе уплотнения, принятом в производственных условиях.

Из бетонной смеси, откорректированной по удобоукладываемости, изготов-ляют контрольные образцы, которые после твердения в нормальных условиях в течение 28 суток испыты вают на прочность при сжатии. Если прочность конт-рольных образцов отличается от заданной более чем на ±15%, то кор­ректируют состав цемента в большую или меньшую сторону, 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 за-частую используются влажные заполнители. Дополнительная вода, содержа-щаяся в заполнителях, приво­дит к необходимости корректировки составов. В результате пересчета расхода материалов с учетом фактической влажно­сти заполнителей получают производственный (рабочий) со­став бетона.

Вначале рассчитывается количество воды, привнесенное заполнителя-ми, по формулам

где — влажность песка и крупного заполнителя, %;

— количество воды, содержащееся соответ­ственно в песке и щебне, кг/м³.

Затем устанавливается расход воды с учетом влажности заполнителей:

Чтобы сохранить при этом расчетное количество заполни­телей в смеси, необ-ходимо увеличить их расход 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 не-изменным.

Объем бетонной смеси всегда меньше суммарного объема ее компонен-тов в насыпном состоянии. Это объясняется тем, что в процессе перемешива-ния 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 используется также для оценки качества уплотнения бетон-ной смеси и расчета производительности бе­тоносмесителей. Среднее значение ко-эффициента выхода для тяжелых бетонов составляет 0, 67, для легких — 0, 75.