Объем вовлеченного воздуха в бетонной смеси должен составлять 5 – 7 % об. для верхнего слоя покрытия, 3 – 5 % об. – для нижнего слоя покрытия.
4.2.5. Подбор состава бетона производится расчетноэкспериментальным методом по методике, изложенной в ВСН 139-80.
Показатель подвижности бетонных смесей для дорожных бетонов ОК = 2 – 4 см. Для дорожных однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий В/Ц должно быть не более 0,50, а для нижнего слоя двухслойных покрытий – не более 0,60.
Ориентировочное содержание воды в смеси следует назначать не более 165 – 170 л/м3.
Минимальное значение коэффициента раздвижки щебня раствором принимают равным:
1,7 – для мелких песков с модулем крупности от 1,5 до 2; 1,8 – для средних песков с модулем крупности от 2 до 2,5; 1,9 – для крупных песков с модулем крупности более 2,5.
Максимальное значение коэффициента раздвижки не должно превышать минимального более чем на 0,2 – 0,3.
Основным показателем прочности дорожного бетона является предел прочности на растяжение при изгибе, который определяют при испытании образцов-балок размером 15х15х60 см по методике ГОСТ 10180-2012.
4.3. Дополнительные требования к бетонам для конструкций мостов
4.3.1. Для конструкций мостов следует применять тяжелый бетон классов по прочности на сжатие В20; В22,5; В25; В27,5; В30; В35;
В40; В45; В50; В55 и В60.
Марки бетонов по морозостойкости назначают в зависимости от климатических условий и расположения конструкции: F100, F200 – для районов со среднемесячной температурой воздуха наиболее холодного месяца до –10 °С; F100, F200, F300 – для районов со среднемесячной температурой воздуха наиболее холодного месяца от –10 до
–20 °С; F200, F300, F400 – для районов со среднемесячной температурой воздуха наиболее холодного месяца ниже –20 °С.
При приготовлении бетонов следует выполнять нормативные требования к минимальному и максимальному расходам цемента и водоцементному отношению (табл. П.8.11).
33
4.3.2.Для конструкций, расположенных в зоне переменного уровня воды и конструкций мостового полотна пролетных строений мостов, должны использоваться: щебень из изверженных пород марки по дробимости 1000 и выше; щебень из метаморфических и осадочных пород и щебень из гравия марки по дробимости 800 и выше; гравий марки по дробимости 800 и выше. Применение гравия не допускается для бетонов, эксплуатируемых в районах со средней температурой наиболее холодной пятидневки ниже –40 °С.
Содержание пылевидных и глинистых частиц в щебне из осадочных пород не должно превышать: для бетона пролетных строений мостов, мостовых конструкций зоны переменного уровня воды – 1,0
%мас.; для бетона монолитных опор мостов, расположенных вне уровня зоны переменного уровня воды, – 2 % мас.
Содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы в крупном заполнителе не должно превышать 35 % мас.
4.3.3.Для бетонов применяют природный песок мелкий, средний или крупный, а также смесь природного с дробленым песком из отсевов дробления изверженных горных пород. Применение дробленых песков без смешения с природным песком не допускается.
Содержание в мелком заполнителе пылевидных и глинистых частиц не должно превышать, % мас.: 1,0 – для бетона предварительно напряженных пролетных строений, эксплуатируемых в районах со средней температурой наружного воздуха наиболее холодной пятидневки ниже –40 °С; 2,0 – для бетона пролетных строений и мостовых конструкций, эксплуатируемых в условиях переменного уровня воды.
4.3.4.В бетонах для конструкций мостов следует использовать цемент по ГОСТ Р 55224-2012 (см. табл. П.7.4).
Требуемая морозостойкость бетонов марок по морозостойкости F100 и выше обеспечивается применением комплексных добавок. Оптимальную дозировку добавок устанавливают экспериментально при подборе состава бетона. Введение в бетонную смесь добавок – ускорителей твердения бетона – запрещается.
4.3.5.Подбор состава бетона производится технологическим методом по методике, изложенной в СП 46.1330.2012. Важнейшим этапом подбора состава бетона является выбор оптимального соотношения между количеством мелкого и крупного заполнителей r = П/Щ, которое дает наибольшую удобоукладываемость бетонной смеси при наименьшем расходе цемента и воды.
34
4.4. Примеры решения задач
1. Найти соотношение между песком и щебнем (по массе) в бетоне для получения плотной смеси заполнителей, если известны на-
сыпная плотность песка ρпн = 1500 кг/м3, насыпная плотность щебня
ρщн = 1550 кг/м3 и средняя плотность зерен щебня ρщm = 2650 кг/м3. Ко-
эффициент раздвижки зерен щебня α = 1,3.
Решение. Плотная смесь может быть получена, если объем песка будет равен объему пустот в щебне с учетом раздвижки зерен щебня
V =V пV α , |
(4.2) |
п щ щ |
|
где Vц, Vщ – объемы песка и щебня; Vщп – пустотность щебня (относи-
тельная); α – коэффициент раздвижки зерен щебня.
Выражая в приведенной формуле объемы щебня и песка через массы и насыпные плотности, имеем
|
|
П |
=V п Щ α ; |
||||
|
|
ρнп |
|||||
|
|
щ ρнщ |
|
||||
отсюда |
|
|
|
|
|||
|
П |
|
=V п |
ρнп |
|
α , |
|
|
Щ |
|
|||||
|
щ ρнщ |
|
|||||
где П и Щ – массы песка и щебня. Пустотность щебня
V п =1 |
− ρнщ |
= 1 – 1550 /2650 = 0,42. |
щ |
ρmщ |
|
|
|
При α = 1,3
ЩП = 0,42150015501,3 = 0,52.
(4.3)
(4.4)
2. Насколько увеличится объем 50 т песка при его увлажнении до 5 %, если нас ыпная плотность сухого песка составляет 1450 кг/м3, а увлажненного – 1200 кг/м3?
35
Решение. Масса песка при увлажнении 5 % mп = 50 000 ∙ 1,05 = 52 500 кг.
Объем сухого песка Vпс = 50 000 / 1450 = 34,5 м3.
Объем влажного песка Vпв = 52 500 / 1200 = 43,7 м3. Увеличение объема ∆V = 43,7 – 34,5 = 9,2 м3, или 26,6 %.
3. Номинальный состав цементного бетона (по объему) оказался Vц:Vп:Vщ = 1:2,2:3,1 при В/Ц = 0,45. Сколько необходимо материалов для приготовления 150 м3 бетона при расходе на 1 м3 бетона 390 кг цемента? Влажность песка 6 % мас., щебня – 2 % мас. Насыпная плотность цемента 1,3 т/м3; песка (в сухом) состоянии – 1,6 т/м3; щебня (в сухом состоянии) – 1,5 т/м3.
Решение. Находим объем цемента, расходуемого на 1 м3 бетона,
Vц = 390:1300 = 0,3 м3.
Объем сухого песка, расходуемого на 1 м3 бетона,
Vп = 0,3∙2,2 = 0,66 м3.
Объем сухого щебня
Vщ = 0,3∙3,1 = 0,93 м3.
Расход воды при В/Ц = 0,45 на 1 м3 бетона В = 390∙0,45=0,176 м3.
Расход воды при В/Ц = 0,45 на 150 м3 бетона В = 0,176∙150 = 26,4 м3.
Расход цемента на 150 м3 бетона составит Ц = 150∙0,390 = 58,5 т.
Расход песка с влажностью 6 % П = 150∙0,66∙1,6∙1,06 = 167,9 т, в том числе влаги 9,5 т.
Расход щебня с влажностью 2 %:
Щ = 150∙0,93∙1,5∙1,02 = 213,4 т, в том числе влаги 4,2 т. Всего вносится воды с заполнителями
Вз = 9,5+4,2 = 13,7 т.
Расход воды на 150 м3 бетона
В= 26,4 – 13,7 = 12,7 т.
4.На 1 м3 бетона расходуется цемента 320 кг, песка 580 кг, щебня 1320 кг и воды 160 л. Насыпная плотность цемента 1300 кг/м3, песка 1450 кг/м3, щебня 1550 кг/м3. Установить коэффициент выхода бетона.
36
Решение. Коэффициент выхода бетона
β = |
Vб |
= |
1000 |
=0,67 . |
Vц +Vп +Vщ |
320/1,3+580/1,45+1320/1,55 |
5.На бетонный завод передан лабораторный состав бетона: Ц =
=300, П = 650, Щ = 1300 кг, В = 150 л. Активность цемента Rц = 45 МПа. Насколько снизится прочность бетона, если не будут учтены влажность песка 2 % мас. и щебня 3 % мас.?
Решение. Содержание воды в щебне и песке:
Вп = П∙Wп = 630∙0,02 = 13 кг; Вщ = Щ·Wщ = 1300∙0,03 = 39 кг.
Содержание воды в бетоне в том случае, если не будет учтена влажность материалов,
В = 150 + (13 + 39) = 202 л.
Прочность бетона Rб при В/Ц ≥ 0,4 определяется по формуле
Rб = АRц(Ц/В – 0,5). |
(4.5) |
Отсюда отношение уменьшенной прочности бетона, приготовленного на влажных заполнителях Rбв к расчетной прочности бетона на сухих заполнителях, составит
Rбв / Rб = 300/202300/150 −−0,50,5 =0,65.
Прочность бетона снизится на 35 %.
6. Подобрать состав бетона для строительства однослойного цементобетонного покрытия дороги III технической категории в III до- рожно-климатической зоне. Среднемесячная температура воздуха наиболее холодного месяца в районе строительства –14 °С. Покрытие будет устраиваться бетоноукладочной машиной на гусеничном ходу со скользящими формами со скоростью до 2 м/мин.
Для строительства покрытия получены следующие материалы:
–портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н ДП ГОСТ Р 55224-2012 (марка
ПЦ400-Д-0 по ГОСТ 10178-85) с прочностью на растяжение при изгибе 6 МПа, истинной плотностью 3100 кг/м3;
–гранитный щебень из смеси фракций: фракции 5 – 10 мм – 30 %; фракции 10 – 20 мм – 70 %; истинная плотность 2600 кг/м3; насыпная плотность 1470 кг/м3; пустотность межзерновая 43,5 %;
–песок с модулем крупности 2,2, истинной плотностью 2600
кг/м3;
37
–химические добавки – ПАВ: пластифицирующая добавка ЛСТ
ивоздухововлекающая добавка СНВ.
Решение. Согласно требованиям СП 34.13330.2012 (актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги») и ВСН 139-80, для однослойного покрытия на дороге III технической категории в районе со среднемесячной температурой самого холодного месяца от –5 до –15 °С должен быть приготовлен бетон с маркой по морозостойкости F150, с минимальным проектным классом по прочности на сжатие В30, минимальным проектным классом по прочности на растяжение при изгибе Btb4.
Требуемую прочность бетона на растяжение при изгибе определяют по формуле (4.1). При КТ = 1,28
Rб = 1,28 ∙ 4 = 5,12 МПа.
Подвижность бетонной смеси должна быть не более 2 см, объем вовлеченного воздуха 5 %.
Коэффициент раздвижки зерен для среднего песка α = 1,8 (см.
пп. 4.2.5).
Расчет ведем на 1 м3 (1000 л) бетонной смеси.
Для бетона с содержанием вовлеченного воздуха определяем водоцементное отношение по формуле
|
В |
= |
0,34Rц |
|
|
|
; |
(4.6) |
|
|
Ц |
б |
ц |
||||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
R +0,034R |
|
|
|
|
||
В/Ц = |
|
|
0,34 ×6 |
|
|
|
|
= 0,38. |
|
|
5,12 +0,034 × |
6 |
|
||||||
Это меньше предельного значения В/Ц = 0,5. Количество воды принимаем 165 л (см. пп. 4.1.1).
Расход цемента составит Ц = |
В |
= 165 / 0,38 = 434 кг. |
|
В/ Ц |
|||
|
|
Расход химических добавок при расходе ЛСТ = 0,2 % и СНВ = = 0,01 % от массы цемента составит:
ЛСТ = 0,002 ∙ 434 = 0,868 кг; СНВ = 0,0001 ∙ 434 = 0,0434 кг.
Содержание щебня определяем по формуле
Щ = |
|
1000 |
|
; |
(4.7) |
||
|
Пщα |
− |
1 |
|
|||
|
|
ρнщ |
ρщ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
38
1 |
|
|
|
|
|
|
Щ = |
|
|
|
|
= 1089 кг. |
|
1,8 ×0,435 |
+ |
1 |
|
|
||
1470 |
2600 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|||
Расход песка составит |
|
|
|
|
|
|
П = ρп [1000 – (Ц / ρц + В + Щ / ρщ + Vв )], |
(4.8) |
|||||
где объем вовлеченного воздуха Vв = 0,05 м3 = 50 л.
П = 2600[1 – (384 / 3100 + 165 + 1089 / 2600 +0,05)] = 630 кг.
Получился следующий номинальный состав бетонной смеси:
Ц/Ц:П/Ц:Щ/Ц = 1:1,45:2,5 при В/Ц = 0,38.
Расчетная средняя плотность бетонной смеси составляет
ρmр = (Ц + В + Щ + П) / Vбс = (165 + 434 + 1089 + 630) / 1 = 2318 кг/м3.
7. Бетон на заполнителях рядового качества в возрасте 14 суток показал предел прочности на сжатие R14 = 20,0 МПа. Определить активность цемента, если водоцементное отношение равно 0,5.
Решение. Предел прочности при сжатии в возрасте 28 суток R28 вычисляется по формуле
R28 = Rn∙lg28 / lgn, |
(4.9) |
где n – время твердения, сут. При n = 14 суток
R28 = R14∙lg28 / lg14 = 20,0∙1,447 / 1,146 = 25,25 МПа.
Прочность бетона при В/Ц ≥ 0,4 определяется по формуле (4.5): принимаем А = 0,6 (заполнители рядового качества, табл. П.8.6). Активность цемента выражаем из формулы (4.5):
Rц = |
Rб |
= |
25,25 |
=28,05 МПа . |
||
А(Ц/В −0,5) |
0,6(2 |
−0,5) |
||||
|
|
|
||||
8. При испытании кубов с размером ребра 10 см из тяжелого бетона в возрасте 7 суток, твердеющих в нормальных условиях, разрушающая нагрузка Р была равна 260 кН. Бетон приготовлен на портландцементе. Определить прочность бетона.
Решение. Предел прочности при сжатии в возрасте 7 суток
39
R7 = кP/S = 0,95·260 000 Н / 0,01 м2 = 247·105 Па = 24,7 МПа,
где к = 0,95 – масштабный коэффициент, учитывающий отличие размеров ребра образца от эталонного (15 см), выбирают по табл. П.8.10; S – площадь образца, м2.
Предел прочности в возрасте 28 суток
R28 = R7∙lg28 / lg7 = 24,7∙1,447 / 0,845 = 42,3 МПа.
9. Подобрать состав бетона класса В20 для массивной бетонной конструкции моста, расположенной в подземной незатопляемой зоне. Климатические условия района строительства суровые. Марка бетона по морозостойкости F100, марка по водонепроницаемости W4. Сред-
нее значение коэффициента вариации прочности бетона Vm за анали-
зируемый период составило 13,5 %. Твердение бетона в естественных условиях при температуре воздуха 15 – 20 °С.
Материалы для бетона:
–портландцемент с активностью RЦ = 40 МПа, истинной плотностью 3100 кг/м3;
–гранитный щебень с маркой по дробимости М1200, истинной плотностью 2640 кг/м3, содержанием пылевидных и глинистых частиц 2 %. Щебень имеет наибольшую крупность зерен 40 мм, состоит из смеси фракций: фракции 5 – 10 мм – 20 %, 10 – 20 мм – 30 %, 20 –
40 мм – 50 % мас.;
–песок природный среднезернистый с модулем крупности 2,2, истинной плотностью 2620 кг/м3;
–химические добавки – пластифицирующая ЛСТ и воздухововлекающая СНВ. Плотность добавки ЛСТ равна 1730 кг/м3, СНВ –
1370 кг/м3.
Решение. По табл. П.8.11, П.8.12 и П.8.13 определяем: 1) В/Ц
бетона с добавками для массивной конструкции должно быть не более 0,6; 2) минимальный расход цемента должен составлять не менее 230, максимальный – не более 450 кг/м3 бетона; 3) объем вовлеченного воздуха в бетонной смеси должен составлять (3,5 ±1,5) %.
По табл. П.8.14 уточняем зерновой состав крупного заполнителя с учетом наличия фракций. Требования к ограничению наибольшей крупности щебня не предъявляются, так как конструкция бетонная массивная.
40
Назначаем расходы добавок (ЛСТ – 0,2 %, СНВ – 0,001 % от массы цемента), объем вовлеченного воздуха 2 %, осадку конуса 3 см (табл. П.8.5).
Расчет состава бетона ведем на 1 м3 (1000 л) уплотненной бетонной смеси в следующем порядке.
Определяем требуемую прочность тяжелого бетона RТ по формуле (4.1) при Vm = 13,5 % (табл. П.8.3) и нормируемой прочности
Внорм = 20 МПа |
|
|
|
|
|
RТ = 1,305 · 20 = 26,1 МПа. |
|
||||
Определяем В/Ц по формуле |
|
|
|||
В/Ц = |
|
|
0,45Rц |
; |
(4.10) |
R |
т |
+0,18R |
|||
|
|
ц |
|
|
|
В/Ц = 0,45·40 / (26,1 + 0,18·40) = 0,54.
Такая величина меньше предельного значения В/Ц = 0,6. Устанавливаем по табл. П.8.15 расход воды в бетонной смеси
при осадке конуса ОК = 3 см и наибольшей крупности щебня 40 мм. Расход воды равен 160 л. Принимаем расход воды 150 л, так как в бетонной смеси используется пластифицирующая добавка.
Определяем расход цемента Ц = В / В/Ц = 150/0,54 = 278 кг. Согласно табл. П.8.12 такой расход допустим.
Определяем расход химических добавок:
ЛСТ = 0,002 · 278 = 0,5560 кг; СНВ = 0,00001 · 278 = 0,0278 кг.
Находим соотношение масса/плотность для смеси добавок по формуле
Д/ρД = Д/ρД1 + Д/ρД2; |
(4.11) |
Д/ρД = 0,5560/1,73 + 0,0278/1,37 = 0,342.
Определяем абсолютный объем цементного теста по формуле
V = |
Ц |
+ |
Д |
+В; |
(4.12) |
|
|
||||
т |
ρц |
|
ρд |
|
|
|
|
|
|||
VТ = 278/3,1 + 0,342 + 150 = 240,02 л.
Рассчитываем абсолютный объем заполнителей по формуле
41
VЗ = 1000 – VТ ; |
(4.13) |
VЗ = 1000 – 240,02 = 759,98 л.
По табл. П.8.16 принимаем для среднезернистого песка соотношение между песком и щебнем r = П/Щ = 0,55.
Приведенная плотность смеси заполнителей ρз составит
ρз = |
ρщ +ρпr |
; |
(4.14) |
|
1 + r |
||||
|
|
|
ρЗ = (2,64 + 2,62 · 0,55) / (1 + 0,55) = 2,63 кг/л.
Рассчитываем расходы заполнителей З по формулам
З = П + Щ = VЗ.ρЗ ; |
(4.15) |
Щ = З/(1 + r); |
(4.16) |
П = З – Щ. |
(4.17) |
З = 2,63 · 759,98 = 1998,7 кг; Щ = 1998,7 / (1 + 0,55) = 1289,5 кг;
П = 1998,7 – 1289,5 = 709,2 кг.
Расчетная средняя плотность бетонной смеси
ρmр = 278 + 150 + 709,2 + 1289,7 = 2426,9 кг/м3.
Получен следующий номинальный состав бетонной смеси при r = 0,55 и В/Ц = 0,54:
Ц:П:Щ – (Ц/Ц:П/Ц:Щ/Ц) – 1:2,55:4,64.
10. Лабораторный состав бетона (на 1 м3): цемента – 360 кг, щебня – 1330 кг, песка – 580 кг, воды – 180 л. В производственных условиях влажность песка составляет 2 %, щебня 1,5 % по массе. Определить производственный состав бетона.
Решение. Производственные расходы материалов с учетом влажности песка и щебня:
Цпр = 360 кг;
Ппр =П(1+100Wп ) =580(1+0,02) =592 кг;
42
Щ |
пр |
=Щ(1+Wщ ) =1330(1+ |
0,015) =1330(1+0,015) =1350 кг; |
|
100 |
|
|
Впр =В |
−(П Wп +Щ Wщ ) =180 |
−580 2 +1330 1,5 =180 −52 =128 л. |
|
|
|
100 |
100 |
11. Для бетона класса В20 имеется портландцемент с активно- |
|||
стью 37,5 МПа, среднезернистый песок с водопотребностью 7 %, щебень крупностью до 40 мм. Среднее значение коэффициента вариации
прочности бетона в партии Vm = 13,5 %. Вычислить требуемую проч-
ность бетона и расход цемента при подвижности бетонной смеси 4 см. Решение. Требуемую прочность бетона рассчитывают по формуле (4.1). Коэффициент требуемой прочности определяем по табл.
П.8.3. Нормируемая прочность бетона Внорм = В = 20 МПа. Требуемая прочность бетона
RТ = КТ · Внорм = 1,3 ∙ 20 = 26 МПа.
Определяем водоцементное отношение, используя уравнения
основного закона прочности бетона: |
|
|
Rб = АRц(Ц/В – 0,5) |
при В/Ц ≥0,4; |
(4.18) |
Rб = АRц(Ц/В + 0,5) |
при В/Ц<0,4. |
(4.19) |
Принимаем значения коэффициентов А = 0,6 и А1= 0,4, так как заполнители рядовые, удовлетворяющие требованиям соответствующих стандартов (табл. П.8.6).
|
|
|
АR |
|
||
В/Ц = |
|
|
ц |
|
|
= 0,6 ∙ 37,5 / (26 + 0,5 ∙ 0,6 ∙ 37,5) = 0,60; |
|
Rб |
+0,5ARц |
||||
|
|
|
||||
В/Ц = |
|
ARц |
= 0,6 ∙ 37,5 / (26 – 0,5 ∙ 0,4 ∙ 37,5) = 0,81. |
|||
R |
−0,5АR |
|
||||
|
|
б |
ц |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Второй результат не соответствует граничным условиям. Принимаем В/Ц = 0,60.
Устанавливаем по табл.П.8.7 расход воды для ОК = 4 см.
В = 175 л.
Определяем расход цемента
Ц= ВВ/Ц = 175 /0,60 = 292,5 кг.
12.Необходимые прочность бетона и удобоукладываемость бетонной смеси получены при В/Ц = 0,50 и расходе цемента 300 кг/м3. При введении в бетонную смесь пластифицирующей добавки ЛСТ в
43