Проектирование состава тяжелого бетона

    Проектирование состава бетона проводится по расчетно-экспериментальному методу, предлагаемому «Руководством по проектированию составов тяжелого бетона» (М., Стройиздат, 1979 г.).

    Для расчета состава тяжелого бетона необходимо иметь следующие данные: заданную марку бетона R_б, требуемую укладываемость бетонной смеси, определяемую осадкой конуса (ОК, см), либо жесткостью (Ж,с), а также характеристику исходных материалов – вид и активность цемента R_ц , насыпную плотность составляющих: цемента, песка, щебня (гравия) и их истинные плотности, пустотность щебня или гравия, наибольшую крупность их зерен и влажность заполнителей.

    Состав бетона для пробных замесов рассчитывают в следующей последовательности: вычисляют В/Ц отношение, расход воды, расход цемента, после чего определяют расход крупного и мелкого заполнителя на 1 м³ бетонной смеси.

    Водоцементное отношение В/Ц вычисляют исходя из требуемой марки бетона, активности цемента и с учетом вида и качества составляющих по следующим формулам:

Для бетонов с водоцементным отношением В/Ц > = 0,4

В/Ц = A * R_Ц /(R_б + 0,5 А * R_Ц )

Для бетонов с водоцементным отношением В/Ц < 0,4

В/Ц = A1 * R_ц /(R_б – 0,5 * A1 * R_Ц ), где

    R_б – марка бетона, кг/см²

    R_ц – активность цемента, кг/см²

    А и А1 – коэффициенты, учитывающие качество материалов, принимаются по таблице:

    Примечание:

1.     К высококачественным материалам относятся щебень из плотных горных пород высокой прочности, песок оптимальной крупности и портландцемент высокой активности без добавок или с минимальным количеством добавок, заполнители должны быть чистые и фракционные. 

2.     К рядовым материалам относятся заполнители среднего качества, в т.ч. гравий, портландцемент средней активности или высокомарочный шлакопортландцемент.

3.     К материалам пониженного качества относятся заполнители низкой прочности, мелкие пески, цемент низкой активности.

    Расход воды (водопотребность), л/м³ , ориентировочно определяют исходя из заданной удобоукладываемости бетонной смеси по таблице, которая составлена с учетом вида и крупности зерен заполнителя:

Примечание: Таблица составлена для цемента с нормальной густотой теста 26…28 %

                       и песка М_кр = 2.

    При изменении нормальной густоты цементного теста на каждый процент в меньшую сторону расход воды следует уменьшать на 3…5 л/м³ , в большую сторону – увеличивать на то же значение. В случае изменения модуля крупности песка в меньшую сторону на каждые 0,5 его значения – необходимо увеличивать, а в большую сторону – уменьшать расход воды на 3…5 л/м³ .

    Если применяют песок с водопотребностью свыше 7 %, то расход воды увеличивают на 5 л. на каждый процент увеличения водопотребности, если ниже 7% - то уменьшают на 5 л. за каждый процент. При расходе цемента свыше 400 кг расход воды увеличивают на 100 л. на каждые 100 кг. цемента.

    Водопотребность песка и щебня можно посчитать по методике, предложенной в (1, стр.42).

     По расходу воды определяется расход цемента:

Ц = В / (В/Ц)

    Если расход цемента на 1 м³ бетона снижается меньше минимально допустимого (см. таблицу), то из условия получения плотного нерасслаиваемого бетона расход цемента увеличивают до нормы или вводят тонкомолотую добавку:

       Примечание: жесткость указана по стандартному вискозиметру.

    В качестве тонкомолотых добавок рекомендуется использовать молотую золу, молотый кварцевый песок, известняковую муку и др.

    Для экономичного расходования цемента необходимо, что бы его марка превышала заданную марку бетона (см. гл. 2). Расход заполнителей (песка, щебня или гравия), кг на м³  бетона вычисляют исходя из двух условий:

    - сумма абсолютных объемов всех компонентов бетона равна 1 м³  уплотненной бетонной смеси, т.е.:

(Ц/пл_ц ) + (В/пл_в ) + (П/пл_п ) + (Щ_или(Г)/пл_щ(г) ) = 1     (А)

    - цементно – песчаный раствор заполняет пустоты в крупном заполнителе с некоторой раздвижкой зерен, т.е.:

(Ц/пл_ц) + (В/пл_в ) + (П/пл_п ) = V_ПЩ(Г) * Q * (Щ/пл_ПЩ(Г) )  (Б)

    где Q – коэффициент раздвижки зерен щебня (гравия).

    Коэффициент раздвижки зерен щебня (гравия) принимается по таблице в зависимости от расхода цемента на 1 м³  бетонной смеси и В/Ц отношения:

Примечание:

1.         При других значениях Ц и В/Ц коэффициент Q находят интерполяцией

2.         Значения коэффициента Q даны при водопотребности песка равном 7%; если водопотребность используемого мелкого песка более 7 %, коэффициент Q уменьшают на 0,03 на каждый процент увеличения водопотребности, если водопотребность крупного песка менее 7 %, коэффициент Q увеличивается на 0,03 на каждый процент уменьшения водопотребности песка.

    Для жестких бетонных смесей при расходе цемента менее 400 кг/м³ коэффициент Q следует принимать 1,05…1,15 (в среднем 1,1). Меньшее значение – 1,05 принимается в случае использования мелких песков.

    Решая совместно уравнения Аи Б, находят формулу для определения расхода щебня (гравия) в кг на 1 м³ бетона:

Щ(г) = 1/[(Q*V_пщ(г))/пл_пщ(г) ) + (1/пл_щ(г) )]

После определения расхода щебня (гравия) рассчитывают расход песка, кг,/м³ :

П = [1 – (Ц/пл_ц + В/пл_в + Щ(Г)/пл_щ(г) )] пл_п

    После выполнения расчета состава бетона готовят пробный замес и определяют его подвижность или жесткость. Если бетонная смесь получилась менее подвижной, чем требуется, то увеличивают количество цемента порциями по 10 % первоначального и добавляют в соответствии с В/Ц необходимое количество воды. В том случае, когда подвижность смеси получилась более требуемой, добавляют небольшими порциями песок и крупный заполнитель, сохраняя соотношение их постоянным.

    Для уточнения состава бетона рекомендуется готовить по два пробных замеса при изменении В/Ц на 15...30 % в большую сторону и соответственно два замеса – в меньшую сторону. Для этих четырех дополнительных составов производят расчет аналогично приведенному выше. Затем из бетонных смесей каждого замеса изготавливают по три контрольных образца, которые испытывают на сжатие через 28 сут. нормального твердения. По результатам испытаний строят график R_б = f( В/Ц), по которому выбирают В/Ц, обеспечивающее получение бетона заданной марки.

    Пример. Определить состав бетона марки М 300 при жесткости бетонной смеси 15 по стандартному вискозиметру.

    Материалы: портландцемент активностью 375 кг/см² , истинной плотностью 3100 кг/см³ , песок средней крупности с водопотребностью 7 % и истинной плотностью 2630 кг/см³ , гранитный щебень крупностью 40 мм, пустотностью 0,43, насыпной плотностью 1480 кг/см³ и истинной плотностью 2600 кг/см³ . Определяем водоцементное отношение для В/Ц >= 0,4:

В/Ц = А * R_Ц /(Rб + 0,5А * R_Ц )

    В зависимости от качества материалов по таблице принимаем коэффициент

А = 0,6,  тогда

В/Ц = 0,6 * 375 /(300 + 0,5*0,6 * 375) = 0,54

    По таблице определяем расход воды для данной жесткости и крупности щебня – 155 л.

    Определяем расход цемента:

Ц = В:В/Ц / 155:0,54 = 287 кг/м³

    Коэффициент раздвижки для жесткой бетонной смеси принимаем равным Q = 1,1.

    Определяем расход щебня:

Щ = 1/[(Q*V_ПЩ /пл_пщ ) + 1/пл_ПЩ] = 1/[(1,1*0,43/1480) + 1/2600] = 1428,6 КГ/м³

    Определяем расход песка:

П = [1-(Ц/пл_Ц + В/пл_В + Щ/пл_Щ )] * пл_П = [1-(287/3100 + 155/1000 + 1428,6/2600)]*2630 = 534 кг/м³

Расчетная масса бетонной смеси составляет:

Ц + В + П + Щ = 287+155+1429+534=2405 кг/м³

8.1.1. Подбор состава тяжелого бетона по таблицам.

    Для подбора состава бетона в первом приближении можно использовать таблицы.

    Оптимальное содержание песка в смеси заполнителей:

Расход цемента для тяжелого бетона с отпускной прочностью 70 %:

Примечание:

1.     Расход цемента дан для бетона на щебне крупностью 5...20 мм, песке М_кр 2,1, портландцементе с нормальной густотой 25...27 %, при общей длительности тепловой обработки 12 ч и более.

    При ином количестве материалов или изменении технологии применяются следующие коэффициенты расхода цемента:

     - применение гравия вместо щебня                                          0,91...1,0

     - изменение крупности заполнителя, мм: 10                           1,1

                                                                           20                           1,0

                                                                           40                           0,93

                                                                           70                           0,9

     - содержание зерен лещадной и

       игловатой формы в щебне. % менее       25                            0,98

                                                                           25...35                     1,0

                                                          более       35                             1,03

     - использование щебня пониженной

       прочности и дробленных песков                                             1,05

     - модуль крупности песка:                         2,1 и более              1,0

                                                                           1,5...2                       1,05

                                                              менее   1,5                            1,07...1,12

     - повышенное содержание пылевидных или

        глинистых частиц                                                                      1,05

     - сокращение длительности тепловой

        обработки до: час                                     10...11                       1,02...1,05

                                                                              8...9                        1,03...1,1

                                                                     менее 8                            1,07...1,15

    Для учета изменения вида и марок цемента, активности, нормальной густоты цементного теста применяются следующие коэффициенты изменения расхода цемента:

*   - увеличивается с уменьшением класса бетона

** - увеличивается с повышением класса бетона.

    Для учета расхода цемента в тяжелом бетоне применяются следующие коэффициенты, в зависимости от отпускной прочности бетона при ТВО (тепло – влажностной обработке):