4. Проектирование состава бетонной смеси

В настоящее время закономерности, управляющие свойствами бетонной смеси и бетона как материала, изучены в такой степени, что созданы условия для проектирования их состава. Конечно, особенности применяемых для изготовления бетона материалов не всегда могут быть учтены с достаточной точностью, и поэтому расчетный состав часто приходится корректировать опытным путем. Но при работе с использованием материалов постоянного качества проектирование дает совершенно надежные результаты.

При проектировании состава бетонной смеси ставятся следующие задачи:

а) бетонный камень по стойкости должен удовлетворять условиям службы. Это достигается применением цемента соответствующего типа и заполнителей, не содержащих вредных примесей. Например, при службе бетона в водной среде недопустимо совместное применение цементов, содержащих более 0,6% щелочей и заполнителей, в состав которых входит аморфная кремневая кислота. При таком сочетании заполнитель набухает и вспучивается, что приводит к полной деструкции бетона. Объясняется это тем, что щелочи быстро переходят из цементных зерен в воду затворения и, взаимодействуя с аморфной кремневой кислотой, образуют растворимые силикаты. Эти силикаты, реагируя с Са(ОН)₂, образующейся при гидролизе С₃S, превращаются в гидросиликаты кальция. Поскольку щелочи подавляют растворимость Са(ОН)₂ и тем самым понижают ее концентрацию в растворе, то в порах заполнителя образуется сильно набухающий тоберморитовый гель, который действует аналогично замерзающей воде;

б) бетонный камень должен обладать необходимой прочностью, что достигается применением цемента соответствующей активности и правильности выбора водоцементного отношения;

в) бетонная смесь должна обладать пластичностью, обеспечивающей при данном способе укладки заполнение формы или опалубки. Пластичность бетонной смеси регулируется только количеством цементного теста при неизменном водоцементном отношении;

г) бетонная смесь, удовлетворяющая перечисленным выше требованиям, должна содержать минимальное количество цемента. Это требование обусловлено следующими причинами: 1) цемент является самой дорогой и дефицитной составляющей бетонного камня; 2) цементный камень – самая химически не стойкая часть бетонного камня; 3) цементный камень, содержащий гелевую составляющую, определяет наличие у бетонного камня усадки и набухания, а также ползучести. Расход цемента зависит от крупности применяемых заполнителей, соотношения между количеством крупного и мелкого заполнителя и густоты цементного теста, определяемой типом цемента и его активностью.

Т еоретически состав бетонной смеси определяется исходя из следующих соображений. Мелкий заполнитель (МЗ) должен заполнять пустоты между зернами крупного заполнителя (КЗ), следовательно, объем МЗ должен быть равен объему пустот КЗ. Цемент должен заполнять пустоты между зернами МЗ, следовательно, объем цемента должен быть равен объему пустот МЗ. Таким образом, если принять объем КЗ в бетоне равным единице, то состав его можно выразить следующим соотношением:

КЗ : МЗ : Ц= 1 : _кз : _кз _мз,

где _кз и _мз – пустотность заполнителей, определяемая по известной формуле

.

В действительности цементное тесто, прилипая к поверхности зерен заполнителей, раздвигает их, в результате чего приведенное выше соотношение изменяется в сторону уменьшения количества заполнителей и увеличения содержания цементного теста (рис. 4.1). Степень раздвижки зерен заполнителя цементным тестом (ее часто обозначают буквой «r») зависит также от величины пластичности бетонной смеси, так как цементное тесто выполняет функции смазки, и, очевидно, чем выше требуемая пластичность бетонной смеси, тем толще должен быть слой цементного теста, разделяющий зерна заполнителей. Применение мелких песков еще более увеличивает приращение объема за счет раздвижки зерен, поэтому при использовании песка с М_кр1,2 количество его по сравнению с расчетным следует уменьшать, чтобы снизить неизбежный перерасход цемента.

В практике бетонного дела существует большое количество способов проектирования состава бетона. Соотношение между компонентами смеси определяют расчетом по формулам; применяются графики и номограммы, учитывающие специфические особенности материалов. В процессе лабораторных работ слушатели ознакомятся с наиболее распространенным из них так называемым «методом абсолютных объемов», предложенным проф. Б. Г. Скрамтаевым, и наиболее простым и наглядным – «полевым способом». В их основу положены изложенные выше принципы, но необходимость корректировки расчетных составов является неизбежной. Поэтому проектирование состава бетона не исключает необходимость экспериментальной проверки полученных результатов, а только сокращает до минимума количество проверочных опытов.

Проектирование состава бетонной смеси и проверка его соответствия заданным требованиям производятся в специализированных лабораториях, которые проверенные составы передают непосредственным исполнителям. Состав бетонной смеси может выражаться по-разному:

а) в абсолютных единицах

по весу Ц : П : Щ = 310 кг : 780 кг : 1210 кг;

по объему Ц: П: Щ = 310 кг: 520 л: 930 л;

б) в относительных единицах

по весу Ц : П : Щ = 1 : 2,3 : 3,91;

по объему Ц : П : Щ = 1 : 1,68 : 3,00.