Тяжелые, плотные цементные бетоны на плотных заполнителях

Подбор состава бетона.
Подбор включает:
- выбор материалов;
- расчет состава;
- проверку и корректировку пробными замесами и испытанием контрольных образцов.

При этом не исключается проведение технико-экономических сравнений. В основе расчета лежит метод абсолютных объемов, по которому сумма объемов составляющих в плотном состоянии должна равняться объему бетона, а соотношение составляющих - обеспечивать получение бетона требуемых качеств.

Существует несколько приемов расчета состава бетона, применение которых обусловлено наличием данных об исходных материалах. Ниже приводится расчетно-экспериментальный метод расчета по формулам и графикам, когда имеются данные об активности (марке) цемента и качестве заполнителей.

Исходные данные. В задании на расчет состава бетона должны быть указаны:
1) требуемая марка бетона Rб (если дана прочность бетона в срок n, то по формуле (см. предыдущие страницы раздела сайта) определяют Rб);
2) подвижность ОК или жесткость Ж (при отсутствии данных их принимают по таблицам, приведенных на предыдущих страницах раздела сайта);
3) активность цемента Rц (марка цемента);
4) насыпные плотности цемента pнц, песка pнп, крупного заполнителя pнщ;
5) истинную плотность цемента Рц, песка Рп, крупного заполнителя Рщ. При необходимости эти данные могут быть определены в любой, даже малооснащеннойлаборатории (истинную плотность цемента можно принять 3,1 т/м3, насыпную плотность 1,1 ... 1,2 т/м3);
6) пустотность щебня Рщ крупного заполнителя. При однофракционном крупном заполнителе пустотность Рщ = (pщ - pнщ)/pщ при многофракционном крупном заполнителе. В лаборатории готовится смесь и определяется pнщ смеси, после чего подсчитывается пустотность.

Расчет состава бетона. Расчет производят в несколько этапов.
По таблице, приведенной ниже, исходя из принятой подвижности или жесткости, определяют расход воды.

Примечания:
1. Количество воды приведено для смеси на портландцементе с нормальной густотой цементного теста 26 ... 28 % и дна песке с модулем крупности Мкр - 2.
2. При изменении нормальной густоты цементного теста на каждый процент в меньшую или в большую сторону количество воды соответственно уменьшается или увеличивается на 3 ... 5 л.
3. При изменении Мкр песка на каждые 0,5 % в меньшую или большую сторону количество воды соответственно увеличивается или уменьшается на 3 ... 5 л.

Из формул, приведенных ниже, по заданному Rб, известному Rц и коэффициентам А и А1 находят значение Ц/В. По отношению Ц/В и найденному количеству В определяют расход цемента:


Расход крупного и мелкого заполнителей определяется исходя из двух следующих положений:
- в правильно подобранном свежеуплотненном бетоне сумма объемов составляющих (крупного и мелкого заполнителей, цемента, воды) в абсолютно плотном состоянии должна быть 1000 л (подбор состава бетона ведется на 1 м3 свежеуплотненного бетона), то есть:


Все пустоты между крупными зернами (щебня Щ) должны быть заполнены с некоторым избытком смесью песка П, воды В растворной смеси, то есть:

где Рщ - пустотность щебня; Кр - коэффициент раздвижки зерен.

Правая часть этого равенства представляет собой сумму объемов мелкого заполнителя, цемента и воды в плотном состоянии, т.е. объем растворимой смеси.

Расшифруем левую часть равенства. Взяв отношение расхода крупного заполнителя Щ, кг, и насыпной плотности крупного заполнителя, определим объем крупного заполнителя в 1 м3 бетона. Для получения объема межзерновых пустот необходимо полученный объем крупного заполнителя умножить на пустотность Рщ. Если бы количество растворной смеси равнялось объему межзерновых пустот, то такую бетонную смесь уложить и уплотнить было бы нельзя из-за большого трения между зернами заполнителя, а уложенная смесь не приобрела бы прочность, так как зерна заполнителя не склеивались бы между собой из-за отсутствия слоя цементного теста на поверхности зерен. Следовательно, каждое зерно должно обволакиваться цементным тестом или растворной смесью, но, будучи обмазанными растворной смесью, зерна раздвигаются, т.е. расстояние между ними увеличивается, следовательно, увеличиваются объем межзерновых пустот и необходимый для их заполнения объем растворной смеси. Это увеличение объема межзерновых пустот учитывается имеющимся в левой части равенства коэффициентом раздвижки Кр, который определяется из таблицы ниже:

Примечания:
1. При других значениях Ц и В/Ц значения Кр находят интерполяцией.
2. Значения Кр приведены для песков с водопотребностью 7 %. При использовании песков с отличающейся водопотребностью на каждый процент уменьшения или увеличения водопотребности песка Кр соответственно увеличивается или уменьшается на 0,03.
3. В таблице приведены значения Кр для подвижных бетонных смесей; для жестких бетонных смесей Кр принимают в зависимости от расхода цемента следующим: до 400 кг/м3 -1,05 ... 1,1; 400 ... 500 кг/м3 - 1,1 ... 1,2; 500 ... 600 кг/м3 -1,2 ... 1,25.

Подставив значения П\pп + Ц/pц + В из предыдущего уравнения в уравнение, показанное над ним, и решив его относительно Щ, определим расход крупного заполнителя:

Далее находят расход мелкого заполнителя:

Расчет состава бетона завершают определением его расчетной средней плотности в свежеуплотненном состоянии:


Экспериментальная проверка и уточнение состава бетона. Для экспериментальной проверки рассчитанного состава бетона изготовляют пробу и проверяют ее подвижность или жесткость. Пробу готовят в лабораторных бетоносмесителях. Если подвижность бетонной смеси окажется менее заданной, то в нее добавляют цемент и воду (порциями по 5 % от первоначальных), сохраняя В/Ц постоянным. Если же подвижность бетонной смеси окажется более заданной, то добавляют песок и щебень (также порциями по 5 % первоначальных). После получения бетонной смеси с заданными свойствами определяют среднюю плотность массы свежеуплотненного бетона и изготовляют контрольные образцы для испытания на прочность. По найденной средней плотности определяют объем приготовленного бетона и устанавливают фактический состав бетона.

Объем приготовленного бетона:

где ∆Щ, ∆П, ∆Ц, ∆B - соответственно количество крупного заполнителя, песка, цемента, воды, которое потребовалось добавить, чтобы получить бетонную смесь с заданными свойствами; pбс - найденная средняя плотность свежеуложенного бетона.

Фактические расходы материалов определяются из следующих соотношений:


Окончательное решение о составе бетона принимается после испытания на прочность при сжатии. Прочность образцов не должна отличаться от класса бетона более чем на ± 15 %.