Бетонные работы

При проектировании бетонных и железобетонных конструкций назначают требуемые характеристики бетона: марки морозостойкости и водонепроницаемости. При проектировании конструкций прочность бетона на сжатие характеризуется классами. Класс бетона определяется величиной гарантированной прочности на сжатие с обеспеченностью 0,95. Это значит, что установленное классом свойство обеспечивается не менее чем в 95 случаях из 100 и лишь в 5-ти случаях можно ожидать его не выполненным. Бетоны подразделяют на классы: В1; В 1,5; В 2; В 2,5; В 3,5; В 5; В7,5; В 10; В 12,5; В 15; В 25; В 30; В 35; В 40; В 50; В55; В 60.

На производстве контролируют среднюю прочность (марку) бетона. Между классом бетона и его средней прочностью имеется зависимость:

В = R_ср(1-tv),

где: В –класс бетона по прочности, МПа;

R_ср- средняя прочность, которую следует обеспечить при производстве конструкций, МПа;

t – коэффициент, характеризующий принятую при проектировании обеспеченность класса бетона;

v – коэффициент вариации прочности бетона.

Для перехода от класса бетона В к средней прочности бетона (МПа), контролируемой на производстве для образцов 15Х15Х15 см (при нормативном коэффициенте вариации 13,5 % и t = 0,95) следует применять формулу:

R_б^ср = В / 0,778.

Например, для класса В 5 получим среднюю прочность R_б^ср = 6,43 МПа, а для класса В 40 - R_б^ср = 51,4 МПА.

Средняя прочность тяжелого бетона определяют путем испытания образцов, которые изготавливают сериями. Поскольку образцы могут быть разной формы и размера, показатели прочности приводят к кубиковой прочности базового образца размером 15х15х15 см умножением на масштабный коэффициент. Для кубов с длиной ребра 10 см коэф. равен 0.95 для 20 см –1,05. Размер куба должен быть примерно в три раза больше наибольшей крупности зерен заполнителя. В строительстве могут использовать следующие марки тяжелого бетона по прочности на сжатие: М50, М75; М100; М150; М200; М250; М300; М350; М400; М450; М500; М600; М700; М800. На производстве необходимо обеспечить среднюю прочность бетона. Превышение допускается не более чем на 15 %, так как это ведет к перерасходу цемента.

За прочность бетона на сжатие принимают сопротивление осевому сжатию (кгс/см²) контрольных образцов.

За прочность бетона на осевое растяжение принимают сопротивление осевому растяжению (кгс/см²) контрольных образцов. Эта марка назначается тогда, когда она имеет главенствующее значение.

Соотношение марок и классов бетона представлено в таблице 1.

Таблица 1

Соотношение марок и классов бетона

Проектная марка бетона по морозостойкости характеризуется числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают образцы в условиях стандартного испытания. Назначается для бетона, подвергающегося многократному воздействию отрицательных температур.

Проектная марка бетона по водонепроницаемости характеризуется односторонним гидростатическим давлением (кгс/см²), при котором образцы бетона не пропускают воду в условиях стандартного испытания. Назначается для бетона, к которому предъявляются требования по плотности и водонепроницаемости.

В данной работе предусмотрено изучение свойств и подбор состава тяжелого бетона, одного из наиболее распространенных видов бетонов. Бетоны тяжелые (ГОСТ 26633) предназначены для изготовления бетонных и железобетонных сборных и монолитных изделий и конструкций для жилищно – гражданского сторительства, дорожных и аэродромных покрытий, мостовых конструкций, гидротехнических сооружений, шпал, труб, опор ЛЭП. Класс по прочности на сжатие В 3,5 – В 80, марки по прочности на сжатие М 50 – М 1000, марки бетона по морозостойкости F 50 – F 1000, марки бетона по водонепроницаемости W 2 – W 20.

В настоящее время существует несколько методов проектирования состава бетона, поэтому необходимо выбирать тот метод, который при принятой технологии производства обеспечивает получение наиболее достоверного состава и оптимальной структуры бетона.

При выборе цемента учитывают требования, предъявляемые к бетону, условия его эксплуатации, рекомендации нормативных документов (ГОСТов, СНиПов). Марка цемента (ГОСТ 10178) должна быть выше проектной марки бетона, определяемой по пределу прочности при сжатии (табл. 2).

Таблица 2

Выбор марки цемента в зависимости от класса (марки) бетона

Марка бетона / класс бетона	Марка цемента	Марка бетона / класс бетона	Марка цемента
100 / 7,5 150 / 10 200 / 15 250 /20	300 300,400 300, 400 300, 400	300 / 25 400 /30 500 / 40 700 / 50	500 500, 600 550, 600 550, 600

Крупный заполнитель для тяжелого бетона должен удовлетворять требованиям ГОСТ 10268, 8267, 8268, 10260. Наибольшее влияние на технологические свойства бетонной смеси и строительно-технические свойства бетона оказывают гранулометрический состава, марка по прочности, содержание пылевидных и глинистых частиц и глины в комках. При расчете состава бетона марка по прочности принимается по таблице 3.

Таблица 3

Минимальная марка крупного заполнителя по прочности

Породы	Класс бетона
	В 12,5	В 15	В 20	В 25	В 30	В 35	В 40	В 45
изверженные	800	800	800	800	800	1000	1000	1200
метаморфические	600	600	600	600	800	1000	1000	1200
осадочные	300	300	400	600	800	1000	1000	1200
Показатель дробимости	Др 16	Др 16	Др 16	Др 12	Др 12	Др 8	Др 8	Др 8

Крупность заполнителей и марка конструкций дана в таблице 4.

Таблица 4.

Рекомендуемая крупность заполнителей в зависимости от марки бетона

Вид конструкции	Наибольшая крупность заполнителя, мм	Марка бетона
Шпалы Опоры контактной сети и ЛЭП Блоки пролетного строения мостов Плиты покрытий Фермы, балки покрытий Колонны Панели внутренних стен жилых домов Панели перекрытий жилых домов Трубы Стеновые панели Тюбинги Элементы подпорных стенок Плиты для дорожных покрытий Плиты для креплений откосов земляного полотна Опоры мостов	10 20 20 20 20 20 20 20 10 20 10 40 20 20 80	500 400 500 300, 400, 500 300, 400, 500 200, 300, 400 150, 200 200 400, 500 400 400, 500 300 300 150 300

Содержание пылевидных и глинистых частиц (ПГ) в крупном заполнителе для бетонов классов выше В 20 не должно превышать 2 %, а для бетонов классов ниже В 20 – 3 %.

Мелкий заполнитель – песок для строительных работ – должен удовлетворять требованиям ГОСТ 10268, 8736. Наибольшее влияние на технологические свойства бетонной смеси и строительно-технические свойства бетона оказывает гранулометрический состав (модуль крупности песка), содержание пылевидных и глинистых частиц (ПГ), водопотребность. Пески с модулем крупности 1,5 – 2 повышают расход цемента до 5 %, а с модулем крупности менее 1,5 – до 12. При содержании в песке ПГ свыше 3% расход цемента возрастает на 5 % и более.

Программа выполнения работы

Подбор состава тяжелого бетона расчетным способом по формуле Боломея - Скрамтаева

Требуется подобрать состав тяжелого бетона заданного класса (марки) расчетным способом для определенного вида конструкции (таблица 4).

Состав бетона определяют расчетно-экспериментальным способом. Для этого предварительно в лаборатории проводят испытания заполнителей с целью определения показателей их свойств, которые необходимы для расчета состава бетона. Исходные данные по заполнителям включают: плотность зерен цемента, песка и щебня, насыпную плотность и пустотность щебня.

Расчето – экспериментальный способ предусматривает определение предварительного состава бетона расчетом с последующей корректировкой состава в пробных замесах испытанием контрольных образцов.

Порядок расчета состава бетона следующий:

1. Определяют В/Ц по формулам:

а) для обычного бетона (В/Ц0,4)

(1)

б)для высокопрочного бетона (В/Ц0,4)

, (2)

где R_б – марка бетона по прочности при сжатии;

R_ц – активность цемента, кгс/см² (МПа) (таблица 2);

А и А₁ – эмпирические коэффициенты, учитывающие влияние заполнителей на прочность бетона (таблица 7).

Рекомендуемая удобоукладываемость (подвижность в см осадки конуса, жесткость в сек по техническому вискозиметру) бетонной смеси для сборных железобетонных конструкций указана в таблице 5.

Таблица 5.

Рекомендуемая удобоукладываемость бетонной смеси

Наименование изделия	Способ уплотнения
	на виброплощадке		на стенде наружными или внутренними в неподвижных формах	вибрирование в кассетных установках	центрифурование
	без пригруза	с пригрузом
Плоские изделия с повышенными требованиями к качеству их поверхности (стендовые панели, панели внутренних стен, плиты и панели перекрытия)	1 – 3 см	20 – 40 сек	1 – 3 см	6 – 10 см	–
То же при обычных требованиях к качеству поверхностей (плиты покрытий зданий, плиты для дорожных покрытий, плиты креплений откосов земляного полотна и плотин, элементы подпорных стенок)	20 – 40 сек	50 – 80 сек	1 – 3 см	–	–
Шпалы	–	50 – 80 сек	–	–	–
Балки, колонны, сваи	20 – 40 сек	–	1 – 3 см	–	–
Трубы, опоры контактной сети и ЛЭП	–	–	–	–	4 – 6 см
Опоры контактной сети и ЛЭП, фермы	1 – 3 см	–	4 – 6 см	–	–

Рекомендуемая удобоукладываемость бетонной смеси для изготовления монолитных конструкций представлена в таблице 6.

Таблица 6.

Удобоукладываемость бетонной смеси для изготовления монолитных конструкций

Вид конструкции	Осадка конуса, см	Жесткость, сек
Покрытия дорог и аэродромов, подпорные стенки	1-5	15-30
Плиты, колонны большого и среднего сечений, арочные и балочные мосты, опорные части	5-10	5-15
Тонкостенные конструкции (тонкие стенки и колонны) с содержанием арматуры до 1%	10-15	2-5
Конструкции, выполняемые методом подводного бетонирования	5-12	5-10

Значения коэффициентов А и А₁ даны в таблице 7, в формулах (1), ( 2)

Таблица 7.

Значения коэффициентов А и А₁

Характеристика заполнителей бетона	А	А1
Высококачественные	0,65	0,43
Рядовые	0,60	0,40
Пониженного качества	0,55	0,37

2. Определяют расход воды в зависимости от вида крупного заполнителя (щебень или гравий), крупности его и от удобоукладываемости бетонной смеси по таблице 8.

Таблица 8

Расход воды в зависимости от вида крупного заполнителя и удобоукладываемости бетонной смеси

Характеристика бетонной смеси		Наибольшая крупность, мм
Осадка конуса, см	Жесткость, сек	Г р а в и я			Щ е б н я
		10	20	40	10	20	40
-	150-200	145	130	120	155	145	130
-	90-120	150	135	125	160	150	135
-	60-80	160	145	130	170	160	145
-	30-50	165	150	135	175	165	150
-	20-30	175	160	145	185	175	160
1	15-20	185	170	155	195	185	170
2-2,5	-	190	175	160	200	190	175
3-4	-	195	180	165	205	195	180
5	-	200	185	170	210	200	185
7	-	205	190	175	215	205	190
8	-	210	195	180	220	210	195
10-12	-	215	200	190	225	215	200

П р и м е ч а н и я. 1) При использовании пуццолановых портландцементов расход воды надо увеличивать на 15-20 л/м³.

2) Если водопоглощение крупного заполнителя более 0,5 % по массе, то расход воды должен быть увеличен на величину водопоглощения заполнителя за 30 мин.

3. Определяют расход цемента по формуле

Ц=ВВ/Ц (3)

Если расход цемента окажется меньше допускаемого по СНиП, то необходимо увеличить его до требуемой нормы. Минимальный расход цемента для получения нерасслаивающейся плотной бетонной смеси указан в таблице 9.

Таблица 9

Вид смеси	Подвижность, см	Жесткость, сек	Предельная крупность заполнителя, мм
			10	20	40	70
Особо жесткая Жесткая Малоподвижная Подвижная Литая	0 0 1-3 4-15 15	200 30-200 15-25 - -	160 180 200 220 250	150 160 180 200 220	140 150 160 180 200	130 140 150 160 180

4. Устанавливают значение коэффициента раздвижки . Для особо жестких бетонных смесей значение принимают равным 1,05 – 1,1 (меньшее значение для мелких песков). Для других видов жестких смесей значение принимают 1,15 – 1,2. В подвижных смесях величину выбирают по таблице 10.

Таблица 10

Значение коэффициента раздвижки зерен в зависимости от расхода цемента

Расход цемента, кг/м3	Б е т о н
	На щебне	На гравии
250 300 350 400	1,30 1,36 1,42 1,47	1,34 1,42 1,48 1,52

П р и м е ч а н и е. Значения приведены для песка средней крупности (М_кр=2,4-2,7) с водопотребностью 7 %. При использовании мелкого песка с водопотребностью более 7 % коэффициент уменьшают на 0,03 на каждый процент увеличения водопотребности песка. Если применяется крупный песок, то коэффициент увеличивают на 0,03 на каждый процент уменьшения водопотребности.

4. Находят расход крупного заполнителя

, (4)

где V – пустотность щебня в относительных единицах= 0.3;

– объемная насыпная плотность щебня, 1,4 кг/м³;

– плотность в куске щебня, 2,75 кг/л.

4. Определяют расход песка

, (5)

где Ц, В, Щ, П – расходы цемента, воды, щебня и песка, кг/м³;

_ц, _п – плотность зерен цемента (1,3) и песка(2), кг/л;

– плотность щебня в куске, кг/л.

Выше дан порядок расчета обычного тяжелого бетона, к которому не предъявляют специальные требования. Состав тяжелых бетонов, к которым предъявляют специальные требования, рассчитывают таким же способом. Однако необходимо иметь в виду определенные граничные условия.

Так, для высокопрочного бетона:

• марка цемента должна быть не ниже 500;

• заполнители должны быть чистыми и обладать хорошим зерновым составом и малой пустотностью;

• предел прочности при сжатии исходных каменных пород для щебня должен быть не менее 1000 кгс/см² (100 МПа) у изверженных и 800 кгс/см² (80 МПа) у осадочных;

• песок должен иметь пустотность менее 40%.

(Пример)