Методы проектирования составов тяжелых бетонов

Расчет состава бетона заключается в установлении рационального соотношения между его составляющими, при котором обеспечиваются заданная подвижность (жесткость) бетонной смеси и проектируемые свойства бетона. Состав бетонной смеси выражают либо в виде соотношения по массе между количествами цемента, песка и гравия (или щебня) с указанием водоцементного соотношения, либо в виде расхода материалов по массе на 1 м³ бетонной смеси. Различают два состава бетона: номинальный (лабораторный), устанавливаемый для сухих материалов, и производственный (полевой) – для материалов в естественно-влажном состоянии.

Прочность цементных систем (бетона или раствора), прежде всего, зависит от качества структуры цементного камня, от его прочности, характера пор образующихся при твердении, степени гидратации. Все эти характеристики связаны с качеством цемента и количеством воды в цементном тесте. Впервые наиболее обоснованные выводы зависимости прочности бетона от водоцементного соотношения (В/Ц) высказал Фере в 1895 г. Зависимость прочности бетона от В/Ц объясняется тем, что максимальное количество воды способное вступить в реакцию с портландцементом не превышает 25 % остальная вода будет испаряться с образованием пор в цементном камне, т.е. по мере увеличения содержания воды в составе цементного теста в последствии будет увеличиваться и содержание пор в уже затвердевшем цементном камне, что ослабляет его структуру. Вместе с тем низкое значение В/Ц не позволяет получать удобообрабатываемую, плотную бетонную смесь, поэтому при очень низких В/Ц прочность бетона снижается.

В настоящее время известно множество способов расчета составов бетона с заданными техническими показателями, однако все они не позволяют в полной мере учесть все многообразие факторов, влияющих на его свойства. В рекомендациях НИИЖБ по расчету составов тяжелых бетонов предлагается использовать зависимость вида

Ц/В = (R_б / А  R_ц ) + 0,5

Графически эта зависимость может быть представлена в виде:

R_б

ЦЦ/В = (R_б / А  R_ц ) – 0,5

ЦЦ/В = (R_б / А  R_ц ) + 0,5

Ц/В

2,5

Данный способ определения Ц/В имеет ряд недостатков: так, при одной и той же активности цемента прочность бетона может изменяться в два раза, не учитываются режимы твердения бетона, условия уплотнения и т.д.

Существуют множество других способов оптимизации В/Ц в зависимости от: технологических параметров, режимов ТВО, качества отдельно взятых материалов, коэффициента вариации, степени гидратации и др. показателей. Общим недостатком всех указанных способов определения В/Ц отношения является односторонняя оценка его оптимального значения, т.е. только по одному из основных показателей бетона.

На сегодняшний день в РФ при расчете составов тяжелых бетонов чаще других используется метод абсолютных объемов предложенный Скрамтаевым. В котором сумма абсолютных объемов всех компонентов используемых при подборе состава бетона должна быть равна 1000 л. Расчет состоит из следующих этапов:

1. Определение В/Ц = f (R_б.сж.; R_ц; А)

2. Определение расхода воды В = f (Мах Кр.з.; Консистенция) /показать график/

3. Определение расхода Ц

4. Определение объема цементного теста V_ц.т. = f (Ц; В; g_ист; Вв)

5. Определение расхода Кр.з. = f (К.п; α; g_ср; g_ист)

6. Определение расхода песка

Коэффициент α определяет соотношение между песком и щебнем в бетоне. При слишком высоких значениях α бетонная смесь содержит избыточное количество песка. Такая смесь требует большего расхода воды и соответственно цемента. При слишком низких значениях α в бетонной смеси будет недостаток песка, что приведет к ее расслоению и ухудшению свойств бетона.

Рассчитанный состав бетона называют лабораторным. Для адаптации его к производственным условиям вносят поправки с учет влажности материалов, такой состав называют производственным.

Возможен другой способ расчета смеси с использованием метода абсолютных объемов. Он производится с учетом максимально допустимого расхода цемента установленного федеральными нормами.

1. Определение расхода цемента (не менее 19 факторов)

2. Определение расхода воды В = f (Мах Кр.з.; Консистенция) /показать график/

3. Определение объема цементного теста V_ц.т. = f (Ц; В; g_ист; Вв)

4. Определение расхода Кр.з. = f (К.п; α; g_ср; g_ист)

5. Определение расхода песка

Этот способ дает завышенные показатели расхода цемента, кроме того, основные физико-механические показатели весьма ограничены.

Лекция 11