Основы технологии бетона. Подбор состава тяжелого бетона.

1.Подбор состава бетона производят с целью получения бетона с требуемыми качественными показателями, установленными в проектной документации на изделия или конструкции, при минимальном расходе цемента или другого вяжущего

Общая схема расчета следующая:

1. Расчет состава бетона начинают с определения цементно-водного отношения по формулам . R_б=АR_Ц. (Ц\В – 0,5) или R_б=А₁R_Ц.(Ц\В+0,5) исходя из заданного класса (марки) бетона. Выбор марки цемента производят по таблице:

Марка	М 150	М 120	М250	М300	М350	М400	М450	М500	М600
Бетона
Марка
цемента

При расчете состава бетона для конструкций, не подвергающихся агрессивным воздействиям, принимают вычисленное водоцементное отношение, обеспечивающее требуемую прочность бетона. Однако к гидротехническим и другим конструкциям могут предъявляться дополнительные требования (по морозостойкости, водонепроницаемости, стойкости против химической коррозии и т.п.). Поэтому расчет состава гидротехнического и дорожного бетонов необходимо производить с учетом установленного нормами ограничения В/Ц.

2. Количество воды затворения находят в зависимости от заданной подвижности или жесткости бетонной смеси по графикам или таблицам с учетом водопотребности мелкого заполнителя.

3. Расход цемента находят, зная количество воды затворения и водоцементное отношение: Ц ,=-В/(В/Ц). Если расход цемента на ] м" бетона окажется меньше допускаемого по нормам, то количество его следует увеличить до требуемой нормы, сохранив прежнее В/Ц. Расход воды при этом пересчитывают, исходя из увеличенного расхода цемента. Минимальный расход вяжущего для бетонных конструкций - 200 кг/м , для железобетонных - 220 кг/м и конструкций, работающих в агрессивных средах - 250 кг/м.

4. Расход крупного и мелкого заполнителей определяют исходя из следующих положений:

а) объем плотно уложенного бетона (принимают в расчете равным 1 м³ или 1000 дм без учета воздушных пустот) слагается из объема зерен мелкого и крупного заполнителей и объема цементного теста, заполняющего пустоты между зернами заполнителей. Уравнение, выражающее это положение и называемое уравнением абсолютных объемов, может быть представлено в следующем виде:

Ц/ρц + В/ρв +П/ρ_п+ Щ/ρщ = 1000

б) пустоты между зернами крупного заполнителя должны быть заполнены растворной частью с учетом некоторой раздвижки зерен, величина которой определяется коэффициентом раздвижки Кразд.

Ц/ρц + П/ρп + В/ρв = К/ρнщ Vпуст Кразд.

Где Ц,В,П,Щ – расходы соответственно цемента, воды, песка и крупного заполнителя кг/м³; ρ_ц ρ_в ρ_п ρ_{щ -} плотности этих материалов; ρ_{н к} - насыпная плотность крупного заполнителя;Vпуст_щ - относительный объем пустот (пустотность) крупного заполнителя, определяемый по формуле Vпуст_щ = (ρ_н щ/ρ_щ) Кразд.- коэффициент раздвижки: для жестких бетонных смесей, Кразд. – 1,05 – 1,15, в среднем 1,1 для подвижных смесей – по графику (рис.1) в зависимости от объема цементного теста V_ц.т.=Ц/ρц + В/ρв. С учетом водопотребности песка (Вп) Кразд.= К’разд. + (7 + Вп) х 0,03.

Решая совместно приведенные выше два уравнения, получаем формулы для определения расходов (кг/м3): крупного заполнителя;

1000

Щ= V_{пуст *} К_разд + 1

ρ_нщ ρщ

и песка;

П = [1000 – ( Ц + В + Щ ) ] ρ_ц

ρ_ц ρ_щ

Полученный состав бетона может быть выражен двумя способами:

А) количеством составляющих (кг) для получения 1м³ бетона (например, цемент — 300, вода — 200, песок — 650 и щебень — 1250);

Б) соотношением компонентов в частях по массе или по объему; при этом количество цемента принимают за 1 (например, запись 1:2:4 при В/Ц = 0,7 означает, что на 1 ч. цемента берется 0,7 ч. воды, 2 ч. песка и 4 ч. крупного заполнителя).

При использовании влажных заполнителей необходимо учитывать содержащуюся в них воду и соответственно уменьшать количество воды затворения, чтобы суммарное количество воды было равно расчетному.

2.Способы приготовления, транспортирования, укладки и уплотнения бетонной смеси

Бетонные смеси приготовляют в бетоносмесительных цехах пред­приятий сборного железобетона или на автоматизированных бетонных заводах.

Приготовление бетонной смеси должно обеспечит получение од­нородной массы. Оно состоит из точного дозирования и смешивания исходных материалов. Составляющие материала дозируют по массе (исключение допускается для воды). Применяют дозаторы с автома­тическим и ручным управлением - последние для малых бетоносмесительных установок. В автоматических дозаторах с центрального пульта управления осуществляется установка аппаратуры на требуемую массу. Допускаются отклонения при дозировании цемента и воды ±1%, для заполнителей ±2% (по массе).

Бетоносмесительные машины циклического действия подразделяют на гравитационные и с принудительным смешиванием. Для получения подвижных бетонных смесей применяют гравитационные бетоносмесители, работающие по принципу свободного падения пере­мешиваемого материала. При вращении барабана смесителя (рис. 1.) внутренние лопасти захватывают бетонную смесь, поднимаю ее, затем бетонная смесь свободно падает с некоторой высоты и при этом перемешивается. Время перемешивания, необходимое для получения однородной бетонной смеси, зависит от емкости барабана и подвижности смеси и составляет: для смесителей емкостью до 500 дм³ 1- 1,5 мин; ёмкостью 1200 дм³ – около 3 мин и ёмкостью 2400 дм³ около 3 мин.

Рис.1. Схема конусного барабана гравитационного бетоносмесителя:

1 – корпус; 2 – обечайка; 3 и 4 – лопасти; 5 – с грелки показывают перемещение бетонной смеси.

Жесткие бетонные смеси лучше перемешивать в смесителях при­нудительного действия. В этих смесителях; бетонная смесь при­нудительно перемешивается в смесительной чаше или барабане при помощи смешивающих устройств: лопастей, лопаток, гребков и т.п. Широко применяют два типа бетоносмесителей с принудительным перемешиванием: противоточные с горизонтальной чашей, вращаю­щейся в направлении, противоположном вращению смешивающих устройств, размешенных в горизонтальной плоскости, перемешанная смесь выгружается через люк в днище чаши; роторные турбинного типа с горизонтальной неподвижной чашей и вращающимся в центре ротором, на котором насажены смешивающие устройства, рас­положенные в горизонтальной плоскости.

Для жестких мелкозернистых смесей с низкими В/Ц эффективно виброперемешивание, при котором частицы совершают колебательные движения.

Бетоносмесители непрерывного действия требуют меньших удельных затрат электроэнергии и имеют значительно большую производительность (30, 60, 120 м³/ч бетонной смеси) по сравнению с гравитационными смесителями циклического действия.

Автоматизация бетонных заводов основана на применении авто­матических дозаторов, а также на программном управлении всеми стадиями процесса перемешивания. Предусматривается оптимизация с помощью ЭВМ состава бетона и режима работы соответственно программе, базирующейся на информации о качестве сырья и ходе технологического процесса

Бетонный завод должен выдать на каждую партию бетонной смеси паспорт, в котором указывается марка бетона, удобоукладываемость бетонной смеси и др.

Транспортирование бетонной смеси к месту укладки должно обеспечит, сохранение ее однородности и степени подвижности. При длительной перевозке бетонная смесь загустевает вследствие гидратации цемента, поглощения воды заполнителями и испаре­ния, однако подвижность смеси к моменту укладки ее должна быть не меньше проектной.

При выборе способа транспортирования необходимо учиты­вать дальность и скорость перевозки, подвижность смеси и экономичность способа. На заводах бетонные смеси транспорти­руют бетонораздатчиками. самоходными тележками, ленточными транспортерами; в цехах малой и средней мощности — электротельферами и электрокарами. Подвижные смеси можно транс­портировать на большие расстояния по трубам с помощью пневматических установок. На строительные площадки, где ведутся бетонные работы, бетонную смесь доставляют в авто-бетон осмеем гелях, в которых бетонную смесь перемешивают при­мерно за 5 мин до прибытия на место. Качество и долговечность бетона во многом зависит от правильности укладки. Методы укладки и уплотнения определяются видом бетонной смеси (пластичная или жесткая, тяжелый или лёгкий бетон) и типом конструкции. В результате уплотнения бетонная смесь заполняет форму или опалубку, причем уплотненная бетонная смесь должна иметь однородное строение и минимальный объем воздушных пустот, после уплотнения остается не более2 – 3% воздуха ( т.е. 20 – 30 дм³ на 1 м³ бетона).

Вибрирование – наиболее эффективный метод укладки, основанный на использовании тиксотропных свойств бетонной смеси. При вибрировании частицами бетонной смеси передаются быстрые колебательные движения от источника колебаний – вибратора. При вибрировании жесткая бетонная смесь как бы превращается в тяжелую жидкость, которая плотно заполняет все части формы, а воздух, содержащийся в бетонной смеси, при этом поднимается вверх и выходит из смеси. Бетонная смесь приобретает плотную структуру. При недостаточном времени вибрирования бетонная смесь уплотняется не полностью, при слишком долгом — она может расслоиться: тяжелые компоненты — щебень, песок концент­рируются внизу, а вода выступает сверху.

Плотность укладки бетонной смеси контролируют по величине коэффициента уплотнения, который равен отношению фактической плотности свежеуплотненного бетона к его расчетной плотности. Уплотнение считается "полным" при коэффициенте уплотнения .0,98-1.

В зависимости от вида и формы бетонируемой конструкции применяют различные типы вибраторов. При бетонировании конструкции большой площади и небольшой толщины (до 200.. .300 мм), например бетонных покрытий дорог, полов промышленных зданий и т. п., используют поверхностные вибраторы массивных элементов значительной толщины — глубинные вибраторы с наконечниками различной формы и размеров. Часто применяют одновременно несколько вибраторов, которые собирают в пакеты. Тонкостенные бетонные конструкции, насыщенные арматурой (колонны, несущие стены), уплотняют навесными вибраторами, прикрепляемыми к поверхности опалубки. В заводских условиях при изготовлении бетонных камней, крупных блоков, панелей и других изделий пользуются виброплощадками на которые, устанавливают формы с бетонной смесью.

На практике часто используют комбинированные способы уплотнения бетонной смеси. Так, при формовании железобетонных изделий из жестких бетонных смесей применяют вибрирование под на­грузкой. При величине прессующего давления поверхности изделия

0,05-0,15 МПа можно способом вибропрессования плотно уложить особо жесткие бетонные смеси с количеством воды затворения 120-130кг/м³ и В/Ц= 0.3-0,35.

Виброштампование часто применяют для формования коробчатых и ребристых плит, лестничных маршей со ступеньками и других профилированных изделий. Бетонная смесь, уложенная в форму, формуется и уплотняется при помощи погружаемого е нее виброштампа.

Вибропрокат осуществляется на специальных вибропрокатных станах. Этим способом изготовляют изделия из тяжелого и легкого бетонов (например, вибропрокатные керамзкгобетонные панели).

При центробежном способе формования для уплотнения бетонной смеси используют центробежную силу возникающею при вращении формы с уложенной в нее бетонной смесью. Скорость вращения формы 400-900 об/мин. При этом бетонная смесь равномерно распределяется по стенкам формы и хорошо уплотняется. Часть воды затворения (20-30%) отжимается к внутренней поверхности изделия и тем самым понижается величина В/Ц. Это способствует уменьшению пористости и водопроницаемости бетона Центробежное формование применяют для изготовления полых изделий: железобетонных труб, полых колонн, опор и др.

Вибровакуумирование позволяет извлечь из свежеуложенной бе­тонной смеси 10-20% от общего количества воды затворения и получить более плотный бетон. Вакуумирование осуществляют специальным оборудованием (вакуум-щитами, вакуум-вкладышами и т.п.). Основной его частью является вакуум-полость, в которой создается разрежение. Вакуум-щиты укладывают своей рабочей поверхностью, снабженной фильтровальной тканью, на бетон. Фильтр предотвращает отсос частиц цемента в процессе вакуумирования.