4.4. Определение коэффициента раздвижки зерен заполнителя

Значение коэффициента раздвижки зерен заполнителя устанавливают по справочным данным. Рекомендуется воспользоваться графиком зависимости б от абсолютного объема цементного теста, представленным на рис. 4.

Коэффициент раздвижки зерен заполнителя

Объем цементного теста, л

Рис. 4. Зависимость коэффициента раздвижки зерен заполнителя (б) от объема цементного теста(V_ЦТ):

1 – для жестких смесей; 2 – для пластичных смесей на мелком песке; 3 – то же на среднем песке; 4–то же на крупном песке

Объем цементного теста V_ЦТ, л, рассчитывают по формуле

. (13)

В дальнейших расчетах соотношение между мелким и крупным заполни­телем (П/К) варьируют путем изменения значения коэффициента раздвижки зе­рен заполнителя.

4.5. Определение расхода крупного заполнителя на 1м³ бетона

Расход крупного заполнителя (кг) на 1 м³ бетона определяют по формуле:

, (14)

где V_K – пустотность крупного заполнителя;

б – коэффициент раздвижки зерен заполнителя.

4.6. Определение расхода песка на 1м³ бетона

Расход песка (кг) на 1 м³ бетона определяют по формуле:

. (15)

4.7. Определение расчетной плотности бетонной смеси

Расчетная плотность бетонной смеси (кг/м³) определяется по формуле:

. (16)

5. Расчет состава бетона дорожных и аэродромных покрытий

5.1. Определение расхода воды на 1м³ уплотненной бетонной смеси

Бетонные покрытия автомобильных дорог и аэродромов изготавливают при обязательном использовании добавок поверхностно-активных веществ (ПАВ) пластифицирующего, воздухововлекающего, газообразующего или ком­плексного действия. Поэтому расход воды определяют по графику водопотребности бетонной смеси в зависимости от ее удобоукладываемости, представлен­ному на рис. 3, с учетом пластифицирующего действия применяемых добавок.

5.2. Определение значения цементно-водного отношения

Для бетонов дорожных и аэродромных покрытий, нормируемым показателем качества которых является класс бетона по прочности на растяжение при изгибе, при определении цементно-водного отношения используют формулу СоюзДорНИИ:

; (17)

; (18)

где – средний уровень прочности бетона при изгибе в проектном возрасте или, если отсутствуют данные о фактической однородности бетона, тре­буемая прочность бетона при изгибе при коэффициенте, вариации равном 13,5 % (см. разд. 1), МПа (кгс/см²);

R_ЦИ – активность цемента при изгибе, МПа (кгс/см²);

А₂ – эмпирический коэффициент, зависящий от принятого содержания во­влеченного в бетонную смесь воздуха, определяемый по табл. 9;

Ц, В – расходы соответственно цемента и воды на 1м³ бетона, кг.

Значение Ц/В – отношения для бетонов дорожных и аэродромных одно­слойных и верхнего слоя двухслойных покрытий, в соответствии с ГОСТ 26633–91, должно быть больше 2,0 (В/Ц<0,5), а для нижнего слоя двухслойных покрытий больше 1,67 (В/Ц≤0,6). Если рассчитанное цементно-водное отношение окажется меньше требуемого, то его принимают равным указанным значениям.

Таблица 9 – Объем вовлеченного воздуха и значения коэффициента А₂

Назначение бетона	Наименование добавки	Объем вовлеченного воздуха в 1м3 бетона, л	Коэффициент А2
Для однослойного и верхнего слоя двухслойного покрытия	Воздухововлекающая или комплексная	50–60	0,34
	Газообразующая или комплексная	30–40	0,36
Для нижнего слоя двухслойного покрытия	Воздухововлекающая или комплексная	34–45	0,36
	Газообразующая или комплексная	20–25	0,37
Для основания под асфальтобетонные покрытия	Пластифицирующая	10–15	0,38
	Без добавок	5–10	0,39

5.3. Определение коэффициента раздвижки зерен заполнителя

Для бетонов дорожных и аэродромных покрытий принимают повышен­ные значения коэффициента раздвижки зерен заполнителя (для обеспечения удобоукладываемости бетонных смесей и отделываемости поверхности). В случае использования мелких песков б принимают равным 1,7–1,9; средних песков – 1,8–2,0; крупных песков – 1,9–2,1

.

5.4. Определение расхода цемента и крупного заполнителя на 1м³ бетона

Расчет расхода цемента Ц и крупного заполнителя К производят по формулам соответственно (12) и (14) (см. разд. 4).

5.5. Определение расхода песка на 1м³ бетона

Расход песка (кг) на 1 м³ бетона определяют по формуле:

, (19)

где V_В – объем вовлеченного воздуха в 1м³ бетона, значение которого для до­рожного и аэродромного бетона принимается в зависимости от вида при­меняемой поверхностно-активной добавки по табл. 9.

Определение расчетной плотности бетонной смеси производят по форму­ле (16).

6. Индивидуальные задания

При выполнении домашнего задания студент получает индивидуальное задание по порядковому номеру в журнале посещаемости занятий. Индивидуальные задания приведены в прил. 1, 2.

7.Примеры расчета начального состава бетона

Пример 1

Рассчитать состав бетона марки М300 для изготовле­ния железобетонной балки. Марка бетонной смеси по удобоукладываемости П2, уплотнение бетона – вибрированием. Коэффициент вариации прочности бетона V_n=14 %.

Исходные материалы:

• цемент – шлакопортландцемент марки 400, активность цемента при сжатии R_Ц=422 кгс/см² , истинная плотность с_ИЦ=3,0 кг/л;

• песок – кварцево-полевошпатный, мелкий, истинная плотность с_ИП=2,59 кг/л;

• крупный заполнитель – щебень гранитный с наибольшей крупностью 20 мм, насыпная плотность с_НК=1,4 кг/л; плотность зерен с_ЗК=2,61 кг/л, пустотность V_K=0,46.

1. Определяем требуемую прочность бетона по формуле (3). Значение коэффициента требуемой прочности бетона К'_Т принимаем по табл. 3. в зависи­мости от величины коэффициента V_n (см. разд. 1), К'_Т=104:

кгс/см².

2. Определяем средний уровень прочности бетона по формуле 1. При этом значение коэффициента К_М.П. принимаем по табл. 2 в зависимости от величины коэффициента V_n. К_М.П=1,10:

кгс/см².

3. Определяем ориентировочный расход воды на 1 м³ уплотненной бетонной смеси из графика на рис. 3. Марка бетонной смеси по удобоукладываемости П2, следовательно, она характеризуется осадкой конуса ОК=5÷9см (см. табл. 5). Принимаем осадку конуса ОК=6 см, тогда расход воды составляет В_О=185 л. Из примечаний к графику принимаем поправки, обусловленные свой­ствами применяемых материалов: на вид крупного заполнителя – (+10 л); на вид цемента – (+10 л); на вид песка – (+10 л). Таким образом, ориентировочный расход воды на 1м³ уплотненной бетонной смеси составляет:

л.

4. Определяем значение цементно-водного отношения по формуле (9). Для этого по табл. 7, в зависимости от качества применяемых материалов, опреде­ляем значение коэффициента А=0,60:

.

5. Определяем расход цемента на 1м³ бетона по формуле (12):

кг.

5. Определяем абсолютный объем цементного теста по формуле (13):

л.

5. Определяем коэффициент раздвижки зерен заполнителя по графику на рис. 4. В нашем случае (подвижная бетонная смесь на мелком песке; V_ЦТ=348 л), ко­эффициент раздвижки зерен принимаем б=1,32.

8. Определяем расход крупного заполнителя на 1м³ бетона по формуле (14):

кг.

9. Определяем расход песка на 1м³ бетона по формуле (15):

кг.

10. Определяем расчетную плотность бетонной смеси по формуле (16):

кг/м³.

Таким образом, расход материалов на приготовление 1м³ бетона соста­вит: цемента – 400 кг, воды – 215 л, щебня – 1224 кг, песка – 473 кг; расчетная плотность бетонной смеси – 2312 кг/м³.

Пример 2

Рассчитать состав бетона класса В25 (В_НОРМ=25МПа), для бетонирования фундамента промышленного здания. Марка бетонной смеси по удобоукладываемости Ж1, уплотнение бетона – вибрированием. Данные о фактической од­нородности бетона отсутствуют.

Исходные материалы:

• цемент – портландцемент без добавок марки 400, активность цемента при сжатии R_Ц=44,6 МПа, истинная плотность с_ИЦ=2,8 кг/л;

• песок – кварцевый, крупный, истинная плотность с_ИП=2,65 кг/л;

• крупный заполнитель – фракционированный сиенитовый щебень с наибольшей крупностью 20 мм, насыпная плотность с_НК=1,41 кг/л; плотность зерен с_ЗК=2,66 кг/л, пустотность V_K=0,47.

1. Определяем требуемую прочность бетона по формуле (4). Значение коэффициента К_б для тяжелого бетона равно 0, 78:

МПа.

2. Определяем средний уровень прочности бетона. Так как данные о фактической однородности бетона отсутствуют, средний уровень прочности бетона принимаем равным требуемой прочности ( = =35,3 МПа) при коэффициенте вариации V_n=13,5 (см. разд. 1).

3. Определяем ориентировочный расход воды на 1м³ уплотненной бетонной смеси из графика на рис. 3. Марка бетонной смеси по удобоукладываемости Ж1, следовательно, она характеризуется временем уплотнения на стандартном приборе 5–10 с (см. табл. 5). Принимаем Ж=7 с, тогда расход воды составляет В_О=170 л. Из примечаний к графику принимаем поправки обусловленные свойствами применяемых материалов: на вид крупного заполнителя – (+10 л); на вид песка – (–10 л). Таким образом, ориентировочный расход воды на 1м³ уплотненной бетонной смеси составляет:

л.

4. Определяем значение цементно-водного отношения по формуле (9). Для этого по табл. 7, в зависимости от качества применяемых материалов, принимаем значение коэффициента А=0,65:

.

5. Определяем расход цемента на 1м³ бетона по формуле (12):

кг.

6. Определяем абсолютный объем цементного теста по формуле (13):

л.

6. Определяем коэффициент раздвижки зерен заполнителя по графику на рис. 4. В нашем случае (жесткая бетонная смесь; V_ЦТ=266 л), коэффициент раздвижки зерен принимаем б=1,08.

7. Определяем расход крупного заполнителя на 1м³ бетона по формуле (14):

кг.

9. Определяем расход песка на 1м³ бетона по формуле (15):

кг.

10. Определяем расчетную плотность бетонной смеси по формуле (16):

кг/м³.

Таким образом, расход материалов на приготовление 1м³ бетона соста­вит: цемента – 293 кг, воды – 170 л, щебня – 2413 кг, песка – 590 кг; цементно-водное отношение – 1,73; расчетная плотность бетонной смеси – 2310 кг/м³.

Пример3

Рассчитать состав бетона класса B_tb4,0 (В_НОРМ=4 МПа) для однослойного дорожного покрытия дороги I категории. Коэффициент вариации прочности бе­тона V_n=10 %. Марка бетона по морозостойкости F200. Марка бетонной смеси по удобоукладываемости П1.

Исходные материалы:

• цемент – портландцемент марки 400, активность цемента при изгибе R_ЦИ=5,4 МПа, истинная плотность с_ИЦ=3,05 кг/л;

• песок – кварцевый, мелкий, истинная плотность с_ИП=2,62 кг/л;

• крупный заполнитель – щебень гранитный с наибольшей крупностью 40 мм, насыпная плотность с_НК=1,45 кг/л; плотность зерен с=2,55 г/см³, пустотность V_K=0,43;

• поверхностно-активные добавки – ЛСТ и СНВ.

1. Определяем требуемую прочность бетона по формуле (2). Значение коэф­фициента К_Т принимаем в зависимости от величины коэффициента V_n, по табл. 3. (см. разд. 1) К_Т=1,14:

МПа.

2. Определяем средний уровень прочности бетона по формуле (1). Значение коэффициента К_М.П. принимаем по табл. 2. К_М.П.=1,09:

МПа.

3. Определяем ориентировочный расход воды на 1м³ уплотненной бетонной смеси из графика на рис. 3. Марка бетонной смеси по удобоукладываемости П1, следовательно, она характеризуется осадкой конуса ОК=1÷4 см (см. табл. 5). Принимаем осадку конуса ОК=2 см, тогда расход воды составляет В_О=155 л. Из примечаний к графику принимаем поправки обусловленные свойствами применяемых материалов: на вид крупного заполнителя – (+10 л); на вид песка – (+10 л). За счет применения поверхностно активных добавок (ЛСТ и СНВ), расход воды может быть снижен примерно на 10–15% (см. п. 3.4.). Принимаем 12 %. Таким образом, ориентировочный расход воды на 1м³ уплотненной бетонной смеси составляет:

л.

4. Определяем значение цементно-водного отношения по формуле (18). Для этого по табл. 12 принимаем значение коэффициента А₂=0,34:

.

5. Определяем расход цемента на 1м³ бетона по формуле (12):

кг.

6. Определяем коэффициент раздвижки зерен заполнителя. В нашем случае (бетонная смесь на мелком песке) б=1,7–1,9 (см. п. 5.3.). Принимаем б=1,8.

7. Определяем расход крупного заполнителя на 1м³ бетона по формуле (14):

кг.

8. Определяем расход песка на 1 м3 бетона по формуле (19). Для этого по табл. 12 принимаем количество вовлеченного в бетонную смесь воздуха V_В=50л:

кг.

9. Определяем расход добавок на 1м³ бетона. По рекомендациям (см. п. 3.4.) принимаем расход добавок в пересчете на сухое вещество: ЛСТ – 0,2 % от массы цемента, и СНВ – 0,02 % от массы цемента. Тогда расход добавки ЛСТ составит 0,87 кг, а добавки СНВ – 0,087 кг.

10. Определяем расчетную плотность бетонной смеси по формуле (16):

кг/м³.

Таким образом, расход материалов на приготовление 1м³ бетона соста­вит: цемента – 433 кг, воды – 154 л, щебня – 1080 кг, песка – 610 кг, добавки ЛСТ – 0,87 кг, добавки СНВ – 0,087 кг; цементно-водное отношение – 2,8; рас­четная плотность бетонной смеси – 2277 кг/м³.