4. Принципы определения состава бетона на легких заполнителях с воздухововлекающими добавками и крупнопористых бетонов.
Сложность подбора состава легких бетонов состоит в необходимости получения при минимальном расходе вяжущего, кроме требуемой прочности, также наименьшей объемной массы, а иногда и коэффициента теплопроводности бетона.
Подбор состава смеси для легкого бетона существенно отличается от подбора состава обычной бетонной смеси, что связано с рядом характерных особенностей легких бетонов.
При использовании пористых заполнителей задача подбора состава бетона усложняется еще и тем, что трудно установить истинное водоцементное отношение и определить требуемую удобоукладываемость смеси. Кроме того, вследствие небольшой массы и обычно угловатой формы зерен заполнителя, а также развитого характера их поверхности и большого внутреннего трения при укладке смеси для легкого бетона компактность составляющих, как правило, достигается при большой работе уплотнения.
Особенности легкого бетона
Основные показатели |
Требования, предъявляемые к бетонам |
|
легким |
тяжелым |
|
Основной фактор прочности бетона |
Расход цемента при оптимальном расходе воды на 1 м3 бетона |
Водоцементное или цементно-водное отношение |
Объемная масса |
Должна быть не более заданной |
Может быть любой |
Прочность заполнителя |
Обычно в несколько раз меньше проектной марки бетона |
Должна быть в 1,5-2 раза выше проектной марки бетона (но это спорно) |
Зерновой состав заполнителя |
Сильно влияет на объемную массу и прочность бетона, а также на расход цемента |
Влияет на расход цемента |
Расход вяжущего |
Влияет на объемную массу и стоимость бетона |
Влияет на стоимость бетона |
Подбор состава легких бетонов наиболее целесообразно проводить расчетно-экспериментальным методом, который состоит из следующих этапов:
1) выбора предельной крупности заполнителя; 2) назначения зернового состава заполнителей; 3) определения расхода вяжущего и добавок для опытных замесов; 4) определения оптимального количества воды для выбранных расходов вяжущего и принятых параметров уплотнения смеси; 5) установления зависимости между расходом вяжущего и прочностью бетона при заданных условиях его уплотнения и твердения; 6) расчета производственного состава бетона.
Подбор состава легкобетонной смеси с оптимальным расходом воды. Наибольший допустимый размер зерен крупного заполнителя выбирают в зависимости от размеров конструкции и расположения арматурных стержней. Кроме того, при выборе предельной крупности пористых заполнителей необходимо учитывать, что с ее уменьшением повышается подвижность и связность бетонной смеси, а ее увеличение приводит к снижению объемной массы бетона. В большинстве случаев крупность пористого щебня принимается не более 20 мм, а пористого гравия — 40 мм.
Для определения зернового состава пористых заполнителей, обеспечивающего получение бетона заданной объемной массы и прочности при наименьшем расходе вяжущего, используют следующие способы:
1. а) исходя из заданной объемной массы сухого бетона и принятого расхода цемента, определяют требуемое количество заполнителей (кг/м3) по формуле
З ≤ ( γоб.б. - 1,15Ц) ,
где γоб.б. - требуемая объемная масса сухого бетона, кг/м3; Ц— расход цемента, кг/м3;
б) в зависимости от вида и назначения бетона выбирают ориентировочные зерновые составы заполнителей по таблицам или графикам нормативных документов;
в) опытным путем уточняют выбранный зерновой состав заполнителей, для чего изготавливают и испытывают контрольные образцы из бетонных смесей, отличающихся содержанием песка на ± 15%. Причем эту операцию производят одновременно с уточнением количества вяжущего и воды.
2. Подбирают несколько составов бетонов, в которых зерновые заполнителей отличаются различным содержанием песчаных в смеси заполнителей. Как минимум, проверяют три состава, состав, в котором отсутствует мелкий заполнитель, получение бетона с наименьшей объемной массой, но требует наибольшего расхода вяжущего. Другие два состава с содержанием песчаных фракций в смеси заполнителей 30 и 60% находятся в области меньших расходов вяжущего, но по сравнению с первым составом приводят к повышению объемной массы бетона. В целях повышения точности определения зернового состава заполнителей испытывают промежуточные составы с содержанием песчаных фракций в смеси заполнителей 15 и 45%. Для каждого зернового состава заполнителя изложенными ниже методами назначают расход вяжущего и воды.
По результатам испытаний бетонов с различным зерновым составом и расходом вяжущего строят кривые зависимости объемной массы бетона и расхода цемента от зернового состава заполнителей. По второй кривой устанавливают зерновой состав, при котором данный заполнитель обеспечивает получение наиболее прочного бетона с наименьшим расходом вяжущего, а по первой кривой находят, какую объемную массу будет иметь бетон при этом зерновом составе. Если же объемная масса бетона окажется больше требуемой, то по первой кривой выявляют точку, соответствующую заданной объемной массе, а по второй — необходимый зерновой состав заполнителей для этой точки. Выявленный таким образом зерновой состав заполнителей обеспечит получение бетона с заданной объемной массой и прочностью при наименьшем расходе вяжущего. Если кривая объемной массы располагается выше ординаты с заданной объемной массой, то на данном заполнителе не может быть получен бетон требуемой объемной массы и прочности.
3. Расход вяжущего и добавок для опытных замесов при подборе состава бетона с определенной прочностью и объемной массой устанавливают по таблицам нормативных документов с учетом поправочных коэффициентов, отражающих влияние марки цемента и заполнителей, вида и количества тонкомолотых и поверхностно-активных добавок и других факторов, а затем уточняют его опытным путем, изготавливая бетоны с пониженным на 25% и повышенным на 35% расходом вяжущего.
При необходимости подбора состава бетона различного вида и назначения с отличными прочностью и объемной массой для каждого из принятых зерновых составов заполнителей назначают по 3-5 расходов вяжущего в пределах от минимально допустимого количества до наибольшего (400-450 кг на 1 м3 уплотненной бетонной смеси).
4. Оптимальный расход воды для бетона с выбранными зерновым составом и расходом вяжущего находят путем изготовления 3-5 серий бетонных образцов с различным расходом воды.
Первый (исходный) расход воды устанавливают по таблицам нормативных документов или опытным путем. При опытном определении готовят смесь, которая комкуется при сжатии в руке, не прилипая к ней, и имеет характерный блеск. Кроме того, приготавливают замесы с большим и меньшим на 10-20%, чем в первом замесе, содержанием воды. Изготовив из всех замесов образцы, определяют объемную массу уложенной смеси и коэффициент выхода бетона или после пропаривания устанавливают объемную массу и прочность бетона.
Построив графики зависимости коэффициентов выхода или прочности бетона от расхода воды, для каждого расхода вяжущего находят оптимальное содержание воды по наименьшему коэффициенту выхода или наибольшей прочности бетона.
Для уменьшения количества изготавливаемых образцов определение оптимального водосодержания производят только при наибольшем и наименьшем расходах вяжущего, а при других расходах Цх оптимальное количество воды Вх (л или см3 на 1 м3 бетона) рассчитывают по формуле:
где В1 — оптимальный расход воды на 1 м3 бетона (или на замес) при меньшем расходе цемента Ц1, л или см3; В2 — оптимальный расход воды на 1 м3 бетона (или замес) при большем расходе цемента Ц2, л или см3.
5. Определив оптимальные зерновые составы заполнителей и содержание воды при различных расходах вяжущего, устанавливают зависимость прочности бетона от расхода вяжущего, для чего строят график (см. рис. 3), по оси абсцисс которого откладывают расходы вяжущего в кг на 1 м3 бетона, а по оси ординат — предел прочности бетонных образцов при сжатии для каждого из расходов цемента с оптимальным расходом воды. По графику определяют требуемый расход цемента для получения бетона заданной прочности при данных условиях уплотнения и твердения. Расход воды на 1 м3 бетона заданной прочности определяют путем построения кривой зависимости оптимального расхода воды от расхода вяжущего или расчетным путем по вышеприведенной формуле.
6. Назначение производственных составов бетонных смесей производят путем корректировки подобранных в лаборатории составов, для чего в последние вносят поправки, учитывающие разницу в степени дробления и истирания заполнителей при перемешивании смеси в лабораторном и производственном смесителях. Уточненный расход компонентов на 1 м3 бетона устанавливают по выходу бетона.
Особенности подбора легкобетонных смесей с заданной подвижностью. Подбор состава легкобетонных смесей с требуемой подвижностью и определение предельной крупности заполнителей осуществляют тем же методом и в той же последовательности, что и примесей с оптимальным расходом воды. Однако с уменьшением крупности заполнителей увеличивается подвижность смеси, наибольшую крупность заполнителя рекомендуется принимать для смесей с осадкой конуса 3-8 см - не выше 20 мм, а при осадке конуса более 8 см - 10 мм.
Зерновой состав заполнителей назначают теми же способами, что при подборе бетона с оптимальным расходом воды. Если при выбранном по графикам зерновом составе заполнителей и требуемой подвижности смесь расслаивается или же требуется больший расход вяжущего для получения бетона заданной прочности, то принимают следующие меры: в смеси заполнителей увеличивают содержание песчаных фракций, в основном мелких, размером до 1,2 мм; уменьшают предельную крупность заполнителя до 10 мм. Если же даже при очень большом расходе вяжущих и песка не достигается заданная подвижность смеси, в нее вводят микропенообразующие добавки (легкие бетоны с поризованным раствором).
Подвижные смеси на ряде пористых заполнителей (например, шлаковой пемзе) практически можно получить только при введении микропенообразующих добавок.
Расход воды для получения требуемой подвижности смеси подбирают опытным путем отдельно для каждого зернового состава данного заполнителя и количества вяжущего.
Расход вяжущего, обеспечивающего получение бетона требуемой прочности при заданной подвижности бетонной смеси, а также расход воды и заполнителей на 1 м3 бетона, определяют таким же путем, как и при подборе составов легких бетонов с оптимальным расходом воды.
Проектирование состава поризованного легкого бетона
Состав легкого бетона, поризованного воздухововлекающими добавками, подбирают в такой последовательности.
Расход цемента, воды и крупного пористого заполнителя определяют по таблицам.
Таблица – Ориентировочный расход цемента (кг) для расчета состава бетонов на пористых заполнителях с предельной крупностью 20 мм и плотном песке с жесткостью бетонной смеси 20-30 с.
Таблица – Коэффициенты изменения расходов цемента при изменении его марки, вида песка, предельной крупности заполнителя и подвижности бетонной смеси.
Таблица – Ориентировочный начальный расход воды (л/м3) для приготовления бетонной смеси с использованием плотного песка и природного крупного заполнителя.
Таблица – Объемная концентрация ф крупного заполнителя для легких бетонов на плотном песке.
Таблица - Оптимальная объемная концентрация крупного заполнителя.
Расход крупного заполнителя определяют по формуле
,
где γз.к — плотность зерен крупного: заполнителя в цементном тесте, кг/л.
Для трех расходов цемента (уточненного табличного значения и отличающегося от него на ±20%) устанавливают расход песка для получения заданной массы бетона по формуле:
Ориентировочно необходимый объем вовлеченного воздуха для получения поризованного бетона слитной структуры подсчитывают по формуле
По полученным данным определяют ориентировочный расход микропенообразователя. (Таблица – Ориентировочный расход воздухововлекающих добавок для приготовления поризованных легких бетонов, % от массы цемента).
Готовят опытные замесы и корректируют расход воды по заданным значениям подвижности бетонной смеси. По результатам испытания образцов строят графики зависимости прочности и плотности легкого бетона при заданных расходах цемента от расхода добавки и устанавливают оптимальный состав бетона. Этот состав проверяют в производственных условиях, вводя поправки на расход керамзита (с учетом его частичного раздробления в смесителе).
Проектирование состава крупнопористого легкого бетона
Состав крупнопористого конструктивно-теплоизоляционного бетона на легких заполнителях определяют расчетно-экспериментальным методом. При этом задаются маркой и плотностью бетона. Крупнопористые бетоны на легких заполнителях отличаются высокой жесткостью, поэтому при определении их состава контролируют нерасслаиваемость бетонной смеси.
Расход цемента для получения крупнопористого бетона устанавливают по Таблице – Ориентировочный расход цемента марки 300 для крупнопористого бетона на легких заполнителях.
Расход крупного заполнителя Щ принимают в зависимости от его пустотности ПЩ: при ПЩ=40 % Щ = 1,1 м3/м3; при ПЩ =50% Щ=1,15 м3/м3; при ПЩ =60%, Щ=1,25 м3/м3. Для производственного состава расход заполнителя увеличивают на 5-15 % в зависимости от особенностей смесителя и прочности заполнителя (при перемешивании часть его зерен может разрушиться).
Расход воды (л) определяют по формуле
где НГ — нормальная густота цементного теста, %;
ω30 — водопоглощение по массе сухого крупного заполнителя за 30 мин, %.
Плотность сухого бетона вычисляют по формуле
γб = 1,5Ц + Щ.
Для уточнения расхода цемента и воды изготовляют три опытных замеса: один с расчетным количеством цемента и два, отличающихся от первого расходом цемента на ±15-20 %. Оптимальное количество воды принимают по составу смеси, имеющей наибольшую плотность и показатель расслаиваемости менее 10%. Если бетонная смесь имеет плотность больше заданной, в нее добавляют крупный заполнитель или заменяют его более легким. Оптимальный состав бетона устанавливают по результатам испытания образцов на прочность