3. Определение параметров состава бетона I зоны

3.1а) Определение водоцементного отношения с помощью формулы Боломея

Для обычных бетонов (марок ниже М500-М550) в интервале Ц/В от 1,4 до 2,5 (В/Ц от 0,4 до 0,71) формула Боломея имеет вид:

R28 = К*Rц*(Ц/В – 0,5)

Для высокопрочных бетонов при Ц/В в пределах от 2,5 до 3,3 (В/Ц от 0,3 до 0,4):

R28 = К*Rц*(Ц/В + 0,5)

где R28 – прочность бетона в возрасте 28 дней, Rц - активность цемента, К – коэффициент, учитывающий вид и качество заполнителей, в нашем случае К при промытом щебне равен 0,65.

Активность цемента марки 550 Rц = 42,5 МПа.

Прочность бетона В35 в возрасте 28 дней составляет R28=35/0,78= 44,9 МПа

Отсюда найдем Ц/В:

Ц/В – 0,5 = R28/ (К*Rц)

Ц/В = 44,9/(0,65*42,5)+0,5 = 2,12

Следовательно, В/Ц = 0,47

3.1б) Определение водоцементного отношения

Используя выбранные материалы, описанные выше, устанавливаем зависимость прочности бетона при сжатии от водоцементного отношения R28=f(В/Ц), для чего готовим несколько бетонных смесей с различным В/Ц и постоянными Ц и r (Ц=250 кг/м³ и r=0,35). Из каждой бетонной смеси изготовляем образцы-кубы, которые храним в стандартных условиях и испытываем на прочность при сжатии в возрасте 28 суток. Результаты испытаний на сжатие бетона с различным водоцементым отношением и с постоянными значениями расхода цемента и доли песка (Ц=250 кг/м³ и r=0,35) приведены в таблице П.7, стр.147 [1]. Так как в виде крупного заполнителя используется промытый щебень, то в соответствии с примечанием к табл. П.7, прочность бетона увеличиваем на 18,2 %.

Пример вычислений:

Марка цемента для бетона I зоны – 550.

В/Ц = 0.40

По таблице П.7, стр.147 [1], предел прочности бетона при сжатии в возрасте 28 суток, R28= 54.2 МПа.

Так как в виде крупного заполнителя используется промытый щебень:

R’28 = 1.182*R28= 1.182*54.2 = 64.1 МПа.

Результаты испытаний сводим в табл. 6.

Таблица 6. Результаты испытаний бетона на сжатие в возрасте 28 суток.

В/Ц	0,40	0,43	0,44	0,46	0,47	0,48	0,49	0,50	0,51	0,52
R28, МПа	64,1	57,6	55,6	51,3	50,1	48,7	46,8	45,5	43,7	41,7

По данным табл. 6 строим график (рис.2.) и определяем искомое В/Ц. Среднее значение прочности для заданного класса бетона (В35) составляет:

R_зад=35/0,78= 44,9 МПа.

Результат округляем до сотых долей и получаем В/Ц= 0,50

Рис.1 График для определения В/Ц

3.2 Определение оптимальной доли песка rопт

Из выбранных материалов готовим 7 бетонных смесей с различным r (от 0,30 до 0,50). Остальные параметры сохраняем постоянными: В/Ц=0,50 (найдено ранее); расход цемента принимаем произвольно (пусть предварительно Ц=300 кг/м³). Устанавливаем зависимость ОК=f(r), для чего определяем ОК каждой бетонной смеси. ОК бетонной смеси в зависимости от r при Ц = const (Ц=300 кг/м³) и В/Ц = const (В/Ц=0,50) определяем по табл. П.8, стр.148 [1]. В таблице есть нужное нам водоцементоное отношение В/Ц=0,50. Результаты определения заносим в табл. 7.

Таблица 7. Результаты определения подвижности бетонной смеси в зависимости от r.

r	0,3	0,32	0,34	0,36	0,40	0,45	0,50
ОК, см	2,5	4	5,1	5	3	1	0,5

По данным табл. 7 строим график зависимости ОК=f(r) (рис.3), по которому определяем rопт, как значение, соответствующее наибольшей осадке конуса.

Рис. 3 ОК в бетонной смеси в зависимости от r при Ц=const и В/Ц = const

Из графика видно, что для наибольшей осадке конуса, ОК =5,1 см, соответствует rопт = 0,348. Округляем значение до сотых, получаем rопт = 0,35. Данное значение является предварительным и должно быть уточнено при фактическом расходе цемента.

3.3 Определение количества цемента

Опыт состоит в затворении 9 бетонных смесей, отличающихся расходом цемента. Смеси должны иметь одинаковые В/Ц и r, найденные выше. Определяют ОК каждой смеси и по данным опыта строят график ОК = f(Ц). Результаты экспериментального определения осадки конуса бетонной смеси в зависимости от расхода цемента определяем по табл. П.6, стр.146 [1].

Водоцементное отношение: В/Ц = 0,50;

Доля песка: rопт = 0,35;

Таблица 8. Результаты экспериментального определения осадки конуса бетонной смеси в зависимости от расхода цемента

ОК	0,46	1,38	2,76	4,6	6,9	9,66	12,42	14,72	16,56
Ц	100	150	200	250	300	350	400	450	500

По данным табл. 8 строим график зависимости ОК=f(Ц) (рис.4), по которому определяем Ц, как значение, соответствующее заданной осадке конуса ОК = 1 см.

Рис.4. График зависимости ОК=f(Ц)

Из графика видно, что при ОК = 1 см, Ц = 125 кг/м³.

3.4 Уточнение параметров оптимальной доли песка и цемента

При определении rопт был предварительно принят Ц=300 кг/м³ , однако, фактически получено 125 кг/м³. Для уточнения rопт повторяем испытания бетонных смесей с Ц= 125 кг/м³.

Результаты определения заносим в табл. 9.

Таблица 9. Уточненные результаты определения подвижности бетонной смеси в зависимости от r

r	0,34	0,36	0,38	0,40	0,44	0,49	0,54
ОК, см	-	0,5	1,5	2	2	0,5	0

Рис.5. График зависимости ОК=f(r)

Из графика видно, что для наибольшей осадке конуса, ОК =2,1 см, соответствует rопт = 0,42.

Учитываем теперь значение Ц при rопт = 0,42. Для этого готовим и испытываем на подвижность несколько бетонных смесей с уточненным значением rопт, прежним В/Ц = 0,50 и различным расходом цемента.

Результаты экспериментального определения осадки конуса бетонной смеси в зависимости от расхода цемента определяем по табл. П.6, стр.146 [1].

Водоцементное отношение: В/Ц = 0.50;

Доля песка: rопт = 0.42;

Результаты заносим в табл.10.

Таблица 10. Уточненные результаты экспериментального определения осадки конуса бетонной смеси в зависимости от расхода цемента

ОК	0,46	1,38	2,76	4,6	6,9	9,66	12,42	14,72	16,56
Ц	60	110	160	210	260	310	260	410	460

По данным табл. 10 строим график зависимости ОК=f(Ц) (рис.6), по которому определяем Ц, как значение, соответствующее осадке конуса ОК = 1 см.

Рис.6. График зависимости ОК=f(Ц)

Из графика видно, что при ОК = 1 см, Ц = 88 кг/м³. Таким образом, в результате уточнения rопт получена экономия цемента в 37 кг/м³.

3.5 Запроектированный состав бетона I зоны методом абсолютных объемов

Запроектированный состав бетона характеризуется следующими параметрами:

Расход цемента Ц = 88 кг/м³;

Доля песка в смеси заполнителя rопт = 0,42;

Водоцементное отношение В/Ц = 0,50.

Подсчитаем расход материалов на 1 м³ бетона методом абсолютных объёмов при ρц=3,15 г/см³, ρв=1,00 г/см³, ρп=2,77 г/см³, ρкр=2,68г/см³. Принимаем объём тщательно уплотнённой смеси равным сумме абсолютных объёмов составляющих её материалов.

Решаем систему:

В = (В/Ц)*Ц = 0,50*88 = 44 кг/м³

П + Кр =1059+1462= 2521 кг

Т.о. для приготовления 1 м³ бетона необходимо взять:

Цемент – 88 кг/м³;

Вода – 44 кг/м³;

Песок – 1059 кг/м³;

Крупный заполнитель – 1462 кг/м³.

Итого: 88 + 44 + 1059 + 1462 = 2653 кг/м³.