Проектирование и подбор состава бетона

Для повышения морозостойкости и водонепроницаемости бетона, улучшения технологических свойств бетонной смеси и экономного расходования цемента следует вводить в бетонную смесь химические добавки пластифицируюшего, пластифицирующе-воздуховлекающего, воздуховов- лекающего или газообразующего действия. Перечень рекомендованных добавок приведён в табл.28

Таблица 28

Вид добавок	Наименование добавок	Обозна чение	Стандарты и техни ческие условия на добавки
Пластифицирующие: суперпластификаторы сильнопластифицирующие   среднепластифицирующие   Пластифицирующе- воздухововлекающие     Воздухововлекающие   Газообразующие	Разжижитель С-3 Лигносульфонат техничес-кий модифицированный Лигносульфонат технический Щелочной сток производ-ства капролактама Этиленликонат натрия Метилсиликонат натрия Смола нейтрализованная Воздухововлекающая Смола древесная, омылен-ная Клей талловый пековый   Синтетическая поверхност-ноактивная добавка Полигидросилаксан 136-11 (кремнийорганическая жидкостьГКЖ-94)	С-3 ЛСТМ-2   ЛСТ   ЩСПК   ГКЖ-10 ГКЖ-11 СНВ   СДО   КТП   СПД   ГКЖ-94	ТУ 6-14-625-80** ОСТ 13-287-85   ОСТ 13-183-83   ТУ 113-03-488-84   ТУ 6-02-696-76 ТУ 6-02-696-76 ТУ 81-05-75-74*   ТУ 13-05-02-83   ОСТ 13-145-82 ОСТ 31-12-77 ТУ 38-101253-77   ГОСТ10834-76*

При проектировании состава бетона морозостойких бетонов марок F100-F500 учитывается ограничение максимального водоцементного отношения и назначение необходимого объема вовлечен­ного воздуха в бетонной смеси, устанавливаемых в зависи­мости от проектной марки морозостойкости бетона, условий эксплуатации конструкции (состава воды-среды) и условий твердения бетона в соответствии с пп. 1-4.

1. Максимально допустимые значения В/Ц для бетонов марок F100 - F300 принимаются по табл. 29 (для бетонов, оттаивающих в пресной или слабо минерализованной воде при общем содержании солей 5 и ме­нее г/л) и по таблице 3 (для бетонов, оттаивающих в морской или минерализованной воде при общем содержании соли бо­лее 5 г/л) при содержании в бетонной смеси вовлеченного воз­духа в соответствии с пп. 4-7,

Таблица 29

Допустимые В/Ц для морозостойких бетонов

Класс (марка) морозо­стой-кости	Максимально допустимые В/Ц для бетонов, оттаива­ющих в пресной или слабоминерализованной воде
твердевших в естествен­ных условиях	после тепловой обработки
F 100 F 150 F 200 F 300	0,60 0,57 0,55 0,47	0,55 0,52 0,50 0,45

Примечания. Обязательно применение воздухововлекающих и пластнфицирующе-воздуховов-лекающих добавок в бетонах марок F 200 и F 300.

2. В бетонах марок F 100 и F 150, приготовленных без добавок, повы­шающих морозостойкость, значение В/Ц уменьшают на 0,05.

Таблица 30

Класс (марка) морозо­стой-кости	Максимально допустимые В/Ц для бетонов, оттаива­ющих в минерали- ванной и в морской воде с общим содержанием солей более 5г/л
твердевших в естествен­ных условиях	после тепловой обработки
F 100 F 150 F 200 F 300	0,55 0,52 0,50 0,43	0,50 0,47 0,45 0,40

Примечание. Применение воздухововлекающнх и пластифициру­еще- воздуховов-лекающих добавок в бетонах класса (марок) F 100- F 300 обязательно.

2. Воздухосодержание уплотненной бетонной смеси для морозостойких бетонов марок F100-

F300, насыщаемых в условиях эксплуатации пресной или слабоминерализованной водой, должно составлять в среднем 3 -5% по объему, но быть не меньше 2%.

Воздухосодержание уплотненной бетонной смеси для моро­зостойких бетонов марок F100 – F300, насыщаемых в период эксплуатации морской или минерализованной водой при об­щем содержании солей более 5 г/л, должно соответствовать таблице 31.

3. Объем вовлеченного воздуха в бетонных смесях для мостовых конструкций должен составлять 2- 4%, а для одеж­ды проезжей части мостов 5-6 % .

4. Указанное в п. 2,3 воздухосодержание бетонных смесей должно достигаться при обя-зательном введении в них воздухововлекающих или пластифицируюше-воздухововлекающих добавок или комплексных на их основе с целью распределения нормируемого объема вовлечен-ного воздуха в виде замкнутых пузырьков мельчайших размеров.

Таблица 31

Воздухосодержание уплотненной бетонной смеси для бетонов,

насыщаемых морской или минерализованной водой

Наибольшая крупность круп­но-го заполни­теля, мм	Воздухосодержание в % по объему при В/Ц
менее 0,40	0,41-0,60	более 0,50
	2-4 2-3 2-3 2-3	3-5 2-4 2-3 2-3	5-7 4-6 3-5 2-4

5. Комплексные добавки, состоящие из пластификатора и воздухововлекающего или пласти-фицирующе-воздухововлекающего компонентов, следует применять для повышения морозо-стойкости бетона и одновременного улучшения свойств бетонной смеси и уменьшения расхода цемента.

6. Рекомендованные дозировки добавок, в том числе комплексных, приведены в таблице 32

Таблица 32

Рекомендованные виды добавок и их дозировки

для повышения морозостойкости

Условное обозначение добавок	Количество добавок в Расчете на сухое вещес- тво, % массы цемента
ЛСТ+(СКВ, СДО, КТП,СПД) ЛСТ+ГКЖ-94 С-3+ (СНВ, СДО, КТП, СПД) ЛСТМ-2+(СНВ, СДО, КТН) С-З+ЛСТ С-З+ЩСПК ЩСПК ГКЖ-10 ГКЖ-11	(0,1-0,2) + (0,003-0,05) (0,1-0,2) + 0,15кг (0,3-0,7) + (0,002-0,05) (0,1-0,3) + (0,003-0,03) 0,45 + (0,07-0,2) (0,3-0,7) + (0,15-0,30) 0,15 + 0,35 0,05 + 0,2 0,05 + 0,2

7. При применении пластифицированного портландцемен­та в бетонную смесь следует вводить одну из воздухововлекающих добавок, соответствующих табл. 28. При применении гидро-фобного портландцемента в бетонную смесь следует вво­дить добавку ЛСТ.

Применение добавки С-3 в бетонах на пластифицированном или гидрофобном цементе не допус­кается.

Применение добавки ЛСТМ-2 в бетонах на пластифициро­ванном или гидрофобном цементе допускается только после экспериментального исследования.

8. Дозировки добавок, в том числе и компонентов комп­лексных добавок, уточняются при подборе состава бетонной смеси на конкретных материалах с обеспечением минималь­ной водо-потребности бетонной смеси, необходимого воздухосодержания у места ее укладки, достиже-ния заданной прочности бетона и отсутствия повреждения структуры бетона при принятом в производстве режиме тепловлажностной обработки.

9. Воздухосодержание бетонной смеси следует регулиро­вать при подборе состава изменением дозировки воздухово­влекающий или пластифицирующе-воздухововлекающей добавки в пределах, указанных в таблице 32.

При этом должны быть учтены возможные потери вовле­ченного воздуха бетонной смесью в зависимости от условий и длительности ее транспортирования, от интенсивности вибро­уплотнения.

Должно быть также учтено, что:

а) воздухосодержание бетонной смеси увеличивается с возрастанием дозировки добавки, с ростом подвижности бетонной смеси, с увеличением доли песка в смеси заполнителей при бо-лее эффективном перемешивании бетонной смеси:

б) воздухосодержание понижается с увеличением расхода цемента и с повышением темпера-ту-ры бетонной смеси.

Окончательно дозировка воздухововлекающей или пластифицирующе-воздухововлекаю-щей добавки, в том числе в со­ставе комплексной добавки, должна быть уточнена в пробном замесе, приготовленном в производственном смесителе.

10. Добавки ГКЖ-10 и ГКЖ-11рекомендуется приме­нять в бетонах марок не выше F200, оттаивающих в пресной воде.Добавку ЩСПК рекомендуется применять в бетонах ма­рок не выше F 300, оттаивающих в пресной воде.

11. При выборе вида добавок следует исходить из целе­сообразности применения на одном бетонном заводе только одного вида добавки (или одной комплексной добавки) с уче­том воз-можности ее использования для всей продукции, к бетону которой предъявляется требование морозостой­кости.

12. Назначаемая подвижность бетонной смеси должна со­ответствовать принятому в произ-водстве способу ее уплотне­ния. При этом должна быть учтена повышенная удобоукладывае-мость бетонных смесей с вовлеченным воздухом в количест­ве более 2% по объему, позволя-ющая снижать осадку конуса по сравнению со смесью без добавок или содержащей вовле­ченный воздух до 2% в соответствии с таблицей 33.

13. С целью предупреждения водоотделения в бетонных смесях и снижения морозостойкости бетона рекомендуется ограмичивать подвижность смесей осадкой конуса не более 6см для бе-тонов марки F 300 и для бетонов зоны переменного уровня морских гидротехнических соору-жений.

Таблица 33

Подвижность бетон-ной смеси без возду-хововлекающих до-бавок или с со­держа-нием вовлеченного воздуха до 2% по объему, см	Подвижность бетонной смеси, см, при содержании вовлечен-ного воздуха в % по обьему
2 - 4	4-6
2- 4 4-6 6- 8 8-10 10-12 12-14	1-3 3- 4 4-6 6-8 8-10 10-12	1- 2 2- 4 3-5 4-6 5-7 6 -8

При соответствующем обосновании подвижность бетонной смеси для морозостойких бетонов может быть более 6см по осадке конуса.

Допускается применение высокоподвижных и литых бетон­ных смесей с комплексными до-бавками по таблице 32.

14. Для уменьшения расхода цемента в морозостойких бетонах следует снижать водопо-требность бетонных смесей путем:

1) введения в них комплексных добавок, содержащих наи­более эффективные пластификаторы;

2) использования пластифицирующего действия вовлечен­ного воздуха, каждый процент кото-рого в объеме бетона поз­воляет снизить расход воды на 3- 4л.

15. Необходимая прочность морозостойких бетонов дол­жна быть обеспечена соответст-вую-щим выбором соотношения количества цемента, объемов воды и вовлеченного воздуха при использовании линейной зависимости:

где Ц-расход цемента, кг/м³, В-расход воды, л/м³, Д-объем вовлечен­ного воздуха в уплот-ненной бетонной смеси, %,

Указанная зависимость может быть получена путем пред­варительного испытания бетонов на выбранных для примене­ния цементе и заполнителях, в том числе приготовленных без воздухововлекающих добавок.

16. Подбор состава морозостойкого бетона с химически­ми добавками следует производить пу-тем установления опти­мального соотношения между компонентами бетонной смеси, обес-печивающего выполнение требований, предъявляемых к бетонной смеси (подвижность, воз-духосодержание) и к бетону (морозостойкость, прочность, водонепроницаемость) и требований пп. 1-15.

5.1. Примеры подборов составов бетона с комплексной добавкой типа СНВ+ЛСТ

1. К бетонам с комплексной добавкой типа СНВ+ЛСТ относятся бетоны с добавками СПД + ЛСТ, СДО+ ЛСТ, КТП+ЛСТ.

2. При подборе конкретного состава бетона предварительно определяютт оптимальную дозу ЛСТ. Для бетонов естественного твердения дгозировка ЛСТ выбирается в диапазоне от 0,07 до 0,4% от массы цемента, а для бетонов, подвергающихся тепловой обработке-от 0,07 до 0,2%.

Оптимальная дозировка выбирается путем испытания бетонных смесей и бетонов с В/Ц, выбранным в соответствии с табл.29 и значениях дозировки ЛСТ по табл.32. Бетонные смеси при этом должны иметь задан­ную подвижность, а прочность образцов бетона контролируется в заданные сроки (например, в возрасте 7 и 28 суток или сразу после ТВО).

Для всех приготовленных смесей определяют содержание вовлеченного воздуха. По кон-тролируемой объемной массе бетонной смеси расчетным путем определяют расход воды.

Оптимальная дозировка, ЛСТ соответствует минимальному расходу и достижению наиболь-шей прочности при одинаковом расходе цемента

3. При расчете состава бетона с комплексной добавкой СНВ + ЛСТ определяют по табл. 34 ориентировочную водопотребность бетонных смесей с учетом примечаний к табл..

Таблица 34

Водопотребность бетонных смесей

Наибольший размер круп-ного заполни-теля, мм	Расход воды на 1м3 при осадке конуса 5см, л
бетон на гравии	бетон на щебне

Примечания. 1. Расход воды установлен для бетонных смесей с 0,15% ЛСТ при воздухосо-держании уплотненной смеси 2% и с осадкой конуса 5см.

2. При осадке конуса больше или меньше принятой расход воды соответственно увеличива-ют или уменьшают на 3л на каждый сантиметр осадки конуса.

3. При назначении содержания вовлеченного воздуха более 2% расход воды уменьшают на 3л на каждый дополнительный процент воздуха.

4. С учетом заранее установленной для применяемых материалов зависимости прочности бето-на от состава бетона в виде:

(13)

где Rц- активность цемента, кгс/см1; Ц и В- расход цемента и воды, кг/м³;

Д- воздухосодержанне бетонной смеси, % по объему; А и а- коэффициенты, зависящие от качества заполнителей, определяют расход цемента

(14)

При построении зависимости (1), полученной на бетонах без воздухововлекающей добав-ки, принимается Д = 0.

При отсутствии заранее полученных данных о прочности бетона в зависимости от его сос-тава принимаются следующие ориентировочные эначения коэффициентов: А = 0,55, а = 0,5,

5. Сверяют ожидаемое водоцементное отношение, полученное при использовании данных, полученных с максимальным значением, установленным по табл.30.

Если ожидаемое В/Ц больше значения, установленного табл.30: то расход цемента изменяют в соответствии с формулой:

(15)

где Ц¹- расход цемента, откорректированный с учетом требования морозостойкости бетона, В - водопотребность бетонной смеси, установленная п.3, (В/Ц)мрз - максимально допустимое водоцементное отношение, соответствующее табл.30.

6. Дальнейший расчет состава бетона производят в соответствиии методом абсолютных объемов. Определяют объем заполнителей:

(16)

где А - абсолютный объем заполнителей, л/м³; Ц¹, В - расход цемента, воды, кг/л; γ_ц- удельная масса цемента; Д - воздухосодежание уплотнённой бетонной смеси, %.

7. По табл. 35 определяют ориентировочную долю песка от общего количества заполнителей (по объему).

Таблица 35

Наиболь- ший раз­мер круп­ного за-полните­ля, мм	Объемная доля песка в смеси заполнителей, %
в бетоне на гравии при воздухосодер- жании, %	в бетоне на щебне при воздухосодержании, %
					56 46 33	53 43 36 32	41 35 31

Примечания. 1. Процент песка установлен для бетонных смесей на природном песке с Мк = 2,5 при В/Ц=0,55.

2. При увеличении или уменьшении модуля крупности песка на 0,1 содержание песка соответственно увеличивается или уменьшается на 0,5%.

3. При увеличении или уменьшении В/Ц на 0,05 содержание леска соответственно увеличивается или уменьшается на 1%.

8. Определяют количество песка и щебня (гравия) в бетонной смеси:

(17)

(18)

где П и Щ - расход песка и щебня (гравия) на 1м³ бетонной смеси, кг; r - процент песка в смеси заполнителей по п. 7; А – абсолютный объем заполнителей по п. 6, л; γ_п и γ_щ - удельные массы соответственно песка и щебня (гравия), кг/л.

9. Путем пробных замесов в лабораторном смесителе при оптимальной дозировке ЛСТ и при изменяющейся дозировке СНВ от 0,003 до 0,03% от массы цемента выбирают количество СНВ, обеспечивающую необходимое воздухосодержание бетонной смеси.

10. В случае необходимости корректируют расход воды с целью получения заданной подвижности бетонной смеси.

11. После уточнения расхода воды производят повторный расчет по пп. 4 -7.

12. Кроме принятого по п..7 количества песка, назначают еще отличающиеся на ±1 - 2%

доли песка и аналогично рассчитывают еще 2 состава бетона для опытных замесов. При этом расход воды и количество СНВ принимают как в первом составе.

13. Экспериментальным путем пробных замесов выбирают состав с наибольшей подвижнос-тью при хорошей связности и нерасслаиваемости бетонной смеси.

14. Осуществляют пробные замесы бетона выбранного состава в производственном смесителе с целью уточнения количества воздухововлекающего вещества для получения необходимого воздухововлечения. При этом добавка ЛСТ вводится в оптимальной дозе.

5.1.2. Бетон с комплексной добавкой ГКЖ-94+ЛСТ

1. Вначале путем пробных замесов на смесях с В/Ц, принимаемым по табл.29, устанавливают дозировку ЛСТ, обеспечивающую наилучший пластифицирующий эффект. При этом вместе с ЛСТ в бетонную смесь вводится добавка ГКЖ-94 в количестве 150 г/м³ (или 300г 50%-ной эмульсии ГКЖ-94).

2. Эмульсия ГКЖ-94, готовится заблаговре­менно. У поступающей в готовом виде от промышленности (марки КЭ-30-64 по ТУ I I-154-69) проверяется стабильность.

3. В/Ц определяют по принятым расчетным формулам, например (13), как для бетона без добавок. Оно не должно превышать значений, установленных в табл. 29.

4. Установив по табл. 34 настоящего приложения или по пробным замесам необходимый для заданной подвижности расход воды, рассчитывают по известным методам проектиро-вания состава бетона расходы цемента и заполнителей.

5. Осуществляют пробный замес бетона, состав которого определён в соответствии с пп. 1-3.

Откорректировав расход воды и цемента с целью достижения заданной подвижности смеси при сохранении назначенного В/Ц, формуют опытные образцы для контроля прочности бетона в установленные сроки (после ТВО и в возрасте 28 суток),

6. При заниженных значениях прочности корректируют состав бетона с уменьшением В/Ц.

5. 1.3. Бетон с комплексной добавкой СНВ + суперпластификатор С-3

1. К добавкам этого типа СНВ+С-3 относятся и добавки СДО+С-3, КТП+С-3, СПД+С-3.

2. При подборе конкретного состава бетона предварительно определяют оптимальную дозиров-ку С-3 в диапазоне от 0,3 до 0,7% от массы цемента.

Оптимальная дозировка выбирается путем испытания бетонных смсей и бетонов с В/Ц, выбранным по табл.29. Бетонные смеси при этом должны иметь заданную подвижность. Прочность образцов бетона контролируется в заданные сроки. Бетонные смеси должны быть нерасслаиваемыми. Для всех приготовленных смесей устанавливают содержание вовлеченного воздуха. По контролируемой плотности расчетным путем определяют расход воды.

Оптимальная дозировка С-3 опрелеляет минимальный расход воды и достижение наиболь-шей прочности при одинаковом расходе цемента.

3. При оптимальной дозировке С-3 и установленном экспериментальном расходе воды, соот-ветствующем заданной подвижности бетонной смеси, определяют расход цемента по формуле (14) при значении воздухосодержания бетонной смеси 4-5%, но неменее 2%.

4. Дальнейшие расчеты состава бетона по методу абсолютных обьемов и его подбор производят в соответствии с пп. 5-12 раздела 4.1.

5. Для снижения водоотделения н предупреждения расслоенния бетонных смесей рекомен-дуется повышать долю песка в смеси заполните лей на 3-15%. При этом приращение доли песка увеличивается с ростом назначаемой подвижности бетонной смеси.

Бетон с добавкой ЩСПК

Состав бетона с добавкой ЩСПК назначается путем корректировки состава без добавок, подобранного проверенным способом, обеспечивающнм заданную подвижность бетонной смеси и получение требуемой прочности.

Дозировку ЩСПК выбирают в диапазоне от 0,15 до 0,.15% от массы цемента. При этом рас-ход воды может быть уменьшен на 3- 6%.

В составах требуемой морозостойкости величина В/Ц должна быть не выше значений, приведенных в табл.29, а величина воздухосодержання бетонной смеси-соответствовать требованиям 3-5%, но не менее 2%.

При выбранных параметрах бетонной смеси (расход воды, В/Ц, содержание вовлеченного воздуха) и заданной прочности бетона может быть определен расход цемента в соответствии с формулой 14.

Дальнейший расчет сотава бетона производят по методу абсолютных объемов, а правильность его проверяют испытанием бетонной смесей и бетона.