Подбор состава тяжелого бетона

Меняя расход воды и цемента, марку используемого цемента, вид и количество крупного и мелкого заполнителя, можно получить бето­ны, значительно различающиеся между собой по строительным свой­ствам — прочности, морозостойкости, водопоглощению, усадке и стоимости. Оптимальным для конкретных условий строительства и последующей эксплуатации будет такой состав бетона, который, удов­летворяя техническим требованиям строительства, имеет наименьшую стоимость. Наиболее дефицитной и дорогостоящей частью бетона является цемент. Поэтому обычно стремятся подобрать состав с минимальным расходом цемента.

Оптимальный состав бетона определяют расчетно-эксперименталь­ным методом в три этапа:

1. Проектирование состава бетона на основе исходных данных с помощью формул, графиков и таблиц.

2. Уточнение состава бетона на пробных замесах.

3. Определение фактического расхода составляющих материалов на 1 м³ бетона, исходя из расхода материалов на оптимальный пробный замес и объема этого замеса, вычисленного по экспериментально определенной средней плотности бетонной смеси.

Окончательно состав бетона может быть выражен в виде расхода материалов на 1 м³ бетона или в частях по массе или по объему по отношению к цементу (В/Ц при этом всегда выражается по массе).

Для проектирования состава бетона необходимо иметь следующие исходные данные: назначение бетона; требуемую марочную прочность бетона на сжатие (в возрасте 28 дн); требуемую удобоукладываемость бетонной смеси; вид и марку (активность) цемента; плотность истин­ную, среднюю и насыпную всех компонентов; зерновой состав запол­нителей и пустотность крупного заполнителя(для проведения учебного замеса в лабораторных условиях целесообразно принять расчетную прочность бетона (марку) 200 кгс/см², а подвижность бетонной смеси (ОК) - 2...4 см.).

Рассчитывают состав тяжелого бетона в следующем порядке.

1. Обеспечение требуемой прочности бетона. Зависимость прочности бетона через 28 сут. твердения от его состава имеет вид:

R_б = АR_ц (Ц / В ± 5), (45)

где R_ц — активность (марка) цемента, кгс/см²;

Ц/В—соотношение цемента и воды;

А—коэффициент, зависящий от вида бетона и качества заполнителей.

При возможности выбора марки (активности) цемента рекоменду­ется, чтобы его марка (активность) была в 2...2,5 раза выше требуемой прочности бетона. Меньшая разница в этих показателях ведет к увеличению расхода цемента, при большей разнице необходимо в цемент вводить тонкомолотые минеральные добавки (молотые грану­лированные шлаки, золы ТЭС, молотый известняк и т. п.).

Указанная формула позволяет определить соотношение воды и цемента В/Ц, которое при данном качестве заполнителей А и данной активности цемента R_ц обеспечивает получение требуемой прочности бетона: для пластичных смесей (при В/Ц ≥ 0,4) В/Ц = AR_ц /(R_б + 0,5А₁R_ц), для особо жестких смесей (при В/Ц < 0,4) В/Ц = AR_ц (R_б – 0,5А₂ R_ц).

2. Расход воды определяют, исходя из заданной удобоукладываемости (подвижности или жесткости) бетонной смеси по графикам или справочным таблицам (табл. 14). Расход воды выражают в л (кг) на 1 м³ бетонной смеси.

3. Расход цемента (Ц (кг). Зная расход воды, определяют Ц = В : (В/Ц).

Если рассчитанный расход цемента окажется ниже допустимого (табл. 30), его увеличивают; при этом добавляют соответствующее количество воды с таким расчетом, чтобы сохранилось принятое значение В/Ц.

4. Расход заполнителей (песка и крупного заполнителя) рассчиты­вают, решая совместно два уравнения, характеризующие строение бетонной смеси.

Таблица 30. - Расход воды, л, на 1 м³ бетонной смеси

Характеристика бетонной смеси	Наибольшая крупность заполнителя, мм
гравия	щебня
Осадка конуса (OK), см	жесткость, с
—	40. ..50
—	25. ..35
—	15. ..20
—	10. ..15
2…4	—
5…7	—
8…10	—
10…12	—
12…16	—
16…20	—

П р и м е ч а н и я : 1. Табличные данные справедливы для бетона с песком средней крупности М_к = 2,25 и водопотребностью 7 %. При применении песка иной крупности и водопотребности расход воды увеличивают (или уменьшают) на 5 л на каждый процент увеличения (или уменьшения) водопотребности:

Модуль крупности Мк	. . . . .	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5
Водопотребность Вп , %	. . . . .

2. При применении пуццолановых цементов расход воды увеличивается на 15...20 л.

3. При расходе цемента свыше 400 кг на 1 м³ бетона расход воды увеличивают на 1 л на каждые 10 кг цемента сверх 400 кг.

Объем 1 м³ (1000 дм³) плотно уложенной бетонной смеси слагается из абсолютных (без воздушных пустот) объемов цемента, воды, мелкого и крупного заполнителя:

Ц / р_ц + В + П / р_п + К / р_к = 1, (46)

где Ц, В, П, К — расходы соответственно цемента, воды, песка и крупного заполнителя, кг;

р_ц, р_п, р_к — соответственно истинные плот­ности цемента, песка, крупного заполнителя, кг/м³.

Таблица 31. - Минимально допустимые расходы цемента, кг, в бетоне и зависимости от способа его уплотнения и условий эксплуатации

Условия эксплуатации бетона	Уплотнение вибрацией	Без вибрации
Постоянно соприкасается с водой, подвержен частому замораживанию и оттаиванию
Не защищен от атмосферных воздействий
Защищен от атмосферных воздействий

Пустоты между зернами крупного заполнителя должны быть заполнены растворной смесью с учетом некоторой раздвижки зерен, значение которой определяется коэффициентом раздвижки:

α К_раз К / р^нас_к = Ц / р_ц + П / р_п + В, (47)

где р^нас_к — насыпная плотность крупного заполнителя;

α — межзерновая пустотность крупного заполнителя;

К_раз — коэффициент раздвижки зерен заполнителя.

Коэффициент раздвижки зерен для жестких бетонных смесей принимают равным 1,05...1,15, в среднем — 1,1; для пластичных смесей К_раз принимают по табл. 32.

Таблица 32. - Коэффициент раздвижки зерен К_раз в зависимости от расхода цемента и В/Ц

Расход цемента, кг, на 1 м3 бетона	В/Ц
0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
	—	—	—	1,26	1,32	1,38
	—	—	1,30	1,36	1,42	—
	—	1,32	1,38	1,44	—	—
	1,31	1,40	1,46	—	—	—
	1,44	1,52	1,56	—	—	—
	1,52	1,56	—	—	—	—

Решая совместно приведенные выше уравнения, получаем формулы для определения расхода (в кг на 1 м³ бетона):

крупного заполнителя:

К = 1 / (α К_раз / р_нас + 1 / р_к), (48)

Песка:

П = [1 - (Ц / р_ц + В + К / р_к)] р_п. (49)

Таким образом, получают расчетный состав бетона в виде расхода материалов Ц, В, П, К в кг для получения 1 м³ бетона. Расчетная плотность бетонной смеси (кг/м³):

р^р_б.с = Ц + В + П + К, (50)

Часть II