Порядок расчета состава бетона

Требование к подвижности и жесткости бетонной смеси

Бетонная смесь обладает необходимой удобоукладываемостью только при содержании в ней достаточного количества цемента. Уменьшение количества цемента до определенных значений повышает опасность расслоения бетонной смеси и может привести к появлению в смеси микропустот и снижению прочности и долговечности бетона.

Минимальный расход цемента зависит от консистенции бетонной смеси и крупности заполнителя (табл. 7.2.). Если при определении состава бетона окажется, что расход цемента, требуемый из условия получения заданной прочности, ниже указанных значений, то в расчет принимают минимальный расход цемента.

Таблица 7.2

Минимальный расход цемента для получения нерасслаиваемой плотной бетонной смеси

Примечание: жесткость указана по стандартному вискозиметру

Для экономного расходования цемента необходимо, что бы его марка по возможности превышала требуемую прочность бетона:

Прочность бетона, МПа……….10 15 20 30 40 50

Марка цемента………………….300 400 400 500 600 600

При использовании для бетона более низких марок цемента требуется слишком большой его расход. Наоборот, когда марка цемента излишне высока, может оказаться, что расход цемента будет меньше минимального значения, требуемых техническими условиями для получения бетона необходимой прочности. В этом случая для экономии цемента в бетон целесообразно вводить тонкомолотую добавку (золу, молотый кварцевый песок, известняковую муку и др.).

Порядок расчета состава бетона

Состав бетонной смеси выражают двумя способами:

первым – соотношением по массе между цементом, песком, гравием (или щебнем) с обязательным указанием водоцементного отношения и активности цемента. Количество цемента принимает за 1, поэтому соотношение между составными частями бетона записывают в виде 1:х:у с указанием В/Ц (например, 1:2:4 по массе при В/Ц=0,6);

вторым – расходом материалов по массе (кг) на 1м³ уложенной и уплотненной бетонной смеси, например: цемента – 280; песка – 700; щебня – 1250; воды – 170; итого 2400 кг.

Различают лабораторный состав бетона, устанавливаемый для сухих материалов, и производственный (полевой) – для материалов в естественно-влажном состоянии. Лабораторный состав бетона определяют расчетно-экспериментальным путем. Состав бетона предварительно рассчитывают по абсолютным объемам, используя формулы для определения расхода воды, цемента, песка, щебня (гравия), а затем уточняют пробными затворениями.

Рекомендуется следующий порядок расчета состава бетона.

1. Определяют В/Ц (или Ц/В) в зависимости от требуемой прочности, срока и условия твердения бетона. Водоцементное или цементно-водное отношение находят путем предварительных опытов, устанавливающих зависимость прочности бетона от этого фактора и активности цемента (с применением местных заполнителей) или ориентировочно по формулам:

а) для обычного бетона при В/Ц > 0,4 (Ц/В < 2,5)

В/Ц=АR_u/(R_б+А·0,5R_u); (7.1)

б) для высокопрочного бетона при В/Ц < 0,4 (Ц/В > 2,5)

В/Ц=А₁R_u/(R_б - А₁·0,5R_u). (7.2)

Значения коэффициентов А и А₁ принимают из таблицы 7.3.

Таблица 7.3

Значения коэффициентов А и А₁

Примечание. Формулы (7.1) и (7.2) получены в результате аппроксимации экспериментальной зависимости R_б/R_ц = f(Ц/В), показанной на рисунке:

При расчете состава бетона иногда необходимо учитывать требования к нему по морозостойкости, водонепроницаемости, прочности на растяжение при изгибе и пр. в этом случае для назначения В/Ц используют соответствующие зависимости, но способ определения состава бетона в принципе сохраняется.

2. Определяют расход воды в зависимости от требуемой подвижности бетонной смеси на основании результатов предварительных испытаний или ориентировочно по графикам на рис. 7.1. При этом необходимо учитывать водопоглощение крупного заполнителя, если оно более 0,5 % по массе. Кроме того, графики на рис. 7.1 составлены для расхода цемента до 400 кг/м³ с применением гравия и песка средней крупности с водопотребностью 7 %. В случае использования других заполнителей необходимо вносить соответствующие поправки, указанные в примечании к графикам.

а) б)

Рис. 7.1. Графики для определения водопотребности В пластичной (а) и жесткой (б) бетонной смеси, изготовленной с применением портландцемента, песка средней крупности (водопотребность 7 %) и гравия наибольшей крупности: 1 - 80 мм; 2 - 40 мм; 3 - 20 мм; 4 - 10 мм;

у₁ - удобоукладываемость по стандартному вискозиметру

(Примечания: 1. Если применяют мелкий песок с водопотребностью свыше 7%, то расход воды увеличивают на 5 л на каждый процент увеличения водопотребности; при применении крупного песка с водопотребностью ниже 7% расход воды уменьшают на 5 л на каждый процент уменьшения водопотребности. 2.При применении щебня расход воды увеличивают на 10 л. 3. При применении пуццолановых цементов расход воды увеличивают на 15-20 л. 4. При расходе цемента свыше 400 кг расход воды увеличивают на 10 л на каждые 100 кг цемента)

3. Определяют расход цемента:

Ц=В:В/Ц. (7.3)

Если расход цемента на 1 м³ бетона окажется ниже допускаемого по СНиПу (см. табл. 7.2), то следует увеличить его до требуемой нормы или ввести тонкомолотую добавку. Последнюю применяют в случае, если активность цемента слишком высока для бетона данной марки.

4. Устанавливают коэффициент раздвижки α для пластичных бетонных смесей по табл. 7.4.

Таблица 7.4

Оптимальные значения коэффициента α для пластичных бетонных смесей (В_n = 7 %)

Примечание: при других значениях Ц и В/Ц коэффициент α находят интерполяцией. 2. При использовании мелкого песка с водопотребностью более 7 % коэффициент α уменьшают на 0,03 на каждый процент увеличения водопотребности песка. Если применяется крупный песок с В_n меньше 7 %, коэффициент α увеличивают на 0,03 на каждый процент уменьшения В_n.

Проведенные результаты исследований, установившие влияние различных факторов на коэффициент α, показывают, что для жестких бетонных смесей при расходе цемента Ц менее 400 кг/м³ α следует принимать равным 1,05-1,15 (в среднем 1,1). Меньшее значение принимают в случае использования мелких песков.

Для жирных составов жестких смесей с расходом Ц больше 400 кг/м³ коэффициент α назначают по графику (рис 7.2), при этом уменьшая его значение на 0,05-0,1, а расход цементного теста вычисляя по формуле:

ЦТ = В + Ц/ρ_ц. (7.4)

Рис 7.2 Зависимость коэффициента раздвижки зерен α от

расхода цементного теста ЦТ на 1 м³ бетона

(при уменьшении модуля крупности песка М_кр на 1 коэффициент α

уменьшится на 0,1-0,15, однако он не должен быть менее 1.1)

5. Определяют расход щебня Щ или гравия по формуле:

Щ = 1000/(αП_щ/ρ^н_щ+1/ρ_щ).(7.5)

6. Определяют расход песка по формуле:

П=ρ_п(1000 - Ц/ρ_ц - В - Щ/ρ_щ) (7.6)

(Примечание: формулы (7.5), (7.6) получены на основании решения системы уравнений, составленной из условий абсолютных объемов

Ц/ρ_ц + В + П/ρ_п + Щ/ρ_щ = 1000;

и обеспечения требуемой раздвижки зерен щебня

Ц/ρ_ц + В + П/ρ_п = П_Щα(Щ/ρ^н_щ).

где Ц, В, П, Щ - соответственно расходы цемента, воды, песка, щебня, кг/м³; ρ_ц,, ρ_п, ρ_щ - истинные плотности цемента, песка, щебня, кг/л; П_щ - пустотность щебня; α - коэффициент раздвижки зерен щебня раствором; ρ^н_щ - насыпная плотность щебня, кг/л.

Первое уравнение выведено из условия, что сумма абсолютных объемов компонентов бетона равна 1м³ плотного бетона без вовлеченного воздуха, а второе - из условия, что цементно-песчаный раствор должен заполнить все пустоты между щебнем (в стандартно-рыхлом состоянии) с некоторой раздвижкой его зерен, что необходимо для получения удобообрабатываемой бетонной смеси и хорошего связывания зерен заполнителя в единый прочный монолит).

7. Проверяют на пробных замесах подвижность (осадку конуса) или жесткость бетонной смеси, при необходимости вносят поправки в расчет состава бетона. Если применяют воздухововлекающие добавки, то количество вовлеченного воздуха учитывают при подсчете расхода песка.