8.5. Расчет состава тяжелого бетона

Одной из основных технологических задач является проектиро­вание состава бетонной смеси. Целью проектирования (расчета) со­става бетона является определение расхода материалов (цемента, во­ды, песка, гравия или щебня) на 1 м³ бетонной смеси, при котором обеспечивается требуемая удобоукладываемость бетонной смеси, за­данная прочность бетона, а в некоторых случаях необходимая морозо­стойкость, водонепроницаемость или специальные свойства бетона, при этом заданная прочность бетона приобретается в назначенный срок при наименьшем расходе вяжущего.

Состав бетонной смеси можно задать двумя способами.

1. В виде массового (реже объемного, менее точного) соотноше­ния между количеством цемента, песка, гравия (или щебня) с указа­нием водоцементного отношения. Количество цемента принимают за единицу, поэтому состав бетонной смеси задают соотношением цемент : песок : щебень = 1 : х : у при В/Ц = Z. Например, 1: 2,3 : 4,8 при В/Ц = 0,5.

2. В виде расхода материалов на 1 м³ уложенной и уплотненной бетонной смеси, например:

цемент песок щебень вода всего

260 кг 520 кг 1420 кг 175 л 2375 кг/м³

Расход материалов указывают с точностью, которую может обес­печить принятый способ дозирования составляющих бетонной смеси.

Различают два состава бетона: номинальный (лабораторный), принимаемый для материалов в сухом состоянии, и производствен­ный (полевой) — для материалов в естественно-влажном состоянии. Обусловленное при расчете состава бетона рациональное соотноше­ние составляющих его материалов должно обеспечить:

1. приобретение бетоном в установленный срок прочности, на­зываемой классом бетона;

2. необходимую подвижность бетонной смеси с учетом конст­рукции, способа транспортировки смеси и метода ее уплотнения;

3. экономичность состава бетонной смеси, т.е. возможно мень­ший расход цемента на 1 м³ бетона.

Действующими стандартами установлен следующий наимень­ший допускаемый расход цемента на 1 м³ бетона: для сооружений, находящихся на открытом воздухе или в воде, 250 кг; для конструк­ций, находящихся внутри зданий, 220 кг; для бетона, уплотняемого вибрированием, 200 кг.

Л Существует несколько методов расчета состава бетона. В на­стоящее время наиболее распространен расчет и подбор сб5Т§ва тя­желого бетона по методу «абсолютных объемов», разработанный про­фессором Б.Г. Скрамтаевым и его научной школой. В основу этого метода положено условие, что тяжелый бетон, уложенный в свежем состоянии, приближается к абсолютной плотности, т.е. сумма абсо­лютных объемов исходных материалов равна 1 м³ уплотненной бе­тонной смеси:

(8.1)

рц Рв Рп рщ(г) где Ц, В, П, Щ(Г) — масса материалов, кг в 1 м³ бетона; р_тг; р - р •

^г Ц * В 'И

р_щ — истинная плотность материалов, кг/м³; Ц/р_ц; В/р_в; Щ/р_щ —

абсолютные объемы материалов, м³.

Состав бетона по методу Б.Г. Скрамтаева подбирают в два эта­па: рассчитывают ориентировочный состав бетона, затем уточняют со­став бетона пробными замесами и испытанием контрольных образ- цов-кубов.

Ориентировочный расчет состава бетона. Исходными дан­ными для расчета являются: заданная марка (класс) бетона ха­рактеристика бетонной смеси по степени подвижности или жесткости; характеристика исходных материалов — активность цемента R

(марка цемента), насыпная и истинная плотность цемента, песка, гравия или щебня, пустотность гравия или щебня и наибольшая крупность их зерен.

Порядок расчета:

1. определяют цементоводное или водоцементное отношение;

2. определяют расход воды на 1 м³ бетона;

3. рассчитывают расход цемента, щебня или гравия, песка на 1 м³ бетонной смеси;

4. пересчитывают номинальный состав бетонной смеси на про­изводственный с учетом влажности заполнителей;

5. определяют расход материалов на один замес бетоносмесителя. Цементно-водное отношение вычисляют по заданной марке

(классу) бетона, активности цемента и качества заполнителей по формулам, приведенным ранее:

а) для бетонов с водоцементным отношением В/Ц > 0,4 (Ц/В < 2,5)

^Ц - ,05/'^В •

В Ай_ц ' Ц (Й_б + 0,5АД_Ц)'

6. для бетонов с водоцементным—оззкопением В/Ц <0,4 (Ц/В > 2,5)

— = — 0,5 или — = .

В- ЩЩ Ц (^-0,5^)

Расход воды или водопотребностъ определяют ориентировочно по таблице с учетом заданной удобоукладываемости бетонной смеси, вида и крупности зерен заполнителя (табл. 8.5).

*асход цемента (в кг/м³ бетона) определяют по формуле, зная ^^величину Ц/В или расход воды:

Ц = ВЙ, или Ц = —.

-Щ В/Ц

Примечание. Данные таблицы справедливы для бетона на портланд­цементе при использовании песка средней крупности. При других условиях расход воды увеличивается: при применении пуццоланового цемента — на 15...20 л/м³, при мелком песке— на 10 л/м⁸; в случае крупного песка расход воды уменьшается — на 10 л/м³.

Расход цемента на 1 м³ бетона должен быть не ниже мини­мального, допускаемого. Если расход цемента окажется ниже допус­каемого, то необходимо довести его до нормы.

Расход заполнителей на 1 м³ бетона определяют исходя из двух условий:

1. сумма абсолютных объемов исходных материалов бетона рав­на 1 м³ уплотненной бетонной смеси (8.1);

2. цементно-песчаный раствор заполнит пустоты в крупном за­полнителе с некоторой раздвижкой зерен:

Ц П в Щ(Г)

— + — + к _т - а, (8.2)

Рц Рп Рв Рн.щ(г)

где К _т — пустотность щебня (или гравия) в рыхлом состоянии (в формулу подставляют в виде относительного значения); р_нщ(_г) —

насыпная плотность, кг/м³; а — коэффициент раздвижки зерен щебня (гравия); для пластичных смесей а = 10...20 см а = 1,25...1,6 в зависи­мости от расхода цемента, для низкопластичных смесей (П1, П2 — а = 1...9 см) а = 1,62...1,5; для жестких смесей а = 1,05...1,1.

Решая совместно уравнения (8.1) и (8.2), получают формулу для определения расхода щебня (гравия), кг:

щ(г)= -i .

^Кпуст. щ(г)^{а /} Рн.щ(г) ⁺¹¹ Рщ(г)

Расход песка вычисляют из уравнения (8.1) как разность между проектным объемом бетонной смеси и суммой абсолютных объемов цемента, воды и крупного заполнителя по формуле

_п L.

; Рц Рв рщ(г) )

Определив расход материалов Ц, В, П, Щ(Г) на 1 м³ бетонной смеси, вычисляют ее расчетную плотность(кг/м³) по формуле

р_б.см=Ц^+в+п₊Щ(Г) и коэффициент выхода бетона — |3.

Коэффициент выхода бетона — это отношение объема бетонной смеси в уплотненном состоянии к суммарному объему сухих исходных материалов:

в* 1 о о.см ₌ ±

Рн.Ц Рн.П Рн.щ(г) где р_{н ц}, р_{н п}, Р_нлц/_Г) — соответственна насыпная плотность цемента,

песка и щебня (гравия), кг/м³.

При приготовлении бетонной смеси происходит как бы умень­шение общего объема материалов, так как зерна мелкого заполните­ля располагаются между зернами крупного заполнителя, а пустоты в песке заполняются цементным тестом. Поэтому если насыпать ис­ходные материалы в определенную емкость и начать их перемеши­вать, то получается объем бетонной смеси меньше объема емкости/ Коэффициент выхода бетона и характеризует степень уменьшения объема. Для крупнозернистых бетонов (3 = 0,6...0,7, для мелкозерни­стых — р ■= 0,7...0,8. Коэффициент выхода бетона — важная технико- экономическая характеристика качества заполнителей и бетона: чем он выше, тем экономичнее бетон.

Расход материалов на один замес бетоносмесителя рассчитывают, пользуясь значением коэффициента выхода бетона. Для этого расход материалов на 1 м³ бетона умножают на объем барабана бетоносмесителя и коэффициент выхода бетона:

^v 1000 ^v 1000

п Щ,(Г) = -^-Щ(Г),

^v 1000 ^{v v} 1000

где Ц_у, П_у, Щ_у(Г_у), В_у — соответственно количества цемента, пес­ка, щебня (гравия), кг, и воды, л, требуемое на замес бетономешалки объемом У, м³; р — коэффициент выхода бетона; Ц, В, П, Щ(Г) — рас­ход соответственно цемента, воды, песка, щебня (гравия) на 1 м³ бе­тонной смеси, кг.

На производстве необходимо, кроме этого, пересчитать номи­нальный состав на производственный (полевой) с учетом влажности заполнителей.

Количество воды затворения следует уменьшить на количество воды, содержащейся в мелком и крупном заполнителе:

зи = I/I_пр, 10

3.4. ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ 33

3.5. МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ 34

3.6. РАЗРАБОТКА, ОБРАБОТКА И ЗАЩИТА 35

КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ ОТ РАЗРУШЕНИЯ 35

3.7. ВИДЫ И СВОЙСТВА ПРИРОДНЫХ 35

КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ 35

3.8. ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ ПРИРОДНЫХ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ 37

4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ 38

4.2. ГЛИНА КАК СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ 38

4.3. ПРОИЗВОДСТВО КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ 39

4.4. СТЕНОВЫЕ КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ 41

4.5. КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ 43

И ИЗДЕЛИЯ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ 43

4.6. КЕРАМИЧЕСКИЕ ОБЛИЦОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ 45