0137 / 37. - Вдовина О.С / 1. - Расчёт состава бетона Оля

2. 2. Расчет состава дорожного бетона, модифицированного молотым сталеплавильным шлаком

Состав мелкозернистого дорожного бетона, модифицированных молотым сталеплавильным шлаком, подбирали согласно [¹, ², ³]. Основные требования, предъявляемые к цементу, заполнителю, минеральным и химическим добавкам, определялись по [⁴, ⁵, ⁶, ⁷, ⁸, ⁹]. Цемент для дорожного бетона удовлетворял требованиям [¹⁰, ¹¹]. Заполнитель – песок для приготовления мелкозернистого бетона удовлетворял требованиям [¹², ¹³, ¹⁴, ¹⁵].

Минеральная добавка – молотый сталеплавильный шлак для модификации структуры и свойств бетона удовлетворял требованиям [1, 12, 16].

Расчет состава бетона начинали с п. 10 норм [2]. Минеральная добавка была использована как самостоятельный компонент в бетоне (не в составе вяжущего). Расчёт выполняли с определения исходного состава, который включал: мелкий песок с М_к = 1,25; молотый сталеплавильный шлак; цемент (п. 10.2). Для обеспечения требуемой марочной прочности при заданной подвижности бетонной смеси (1,0 – 2,0 см по осадке конуса Абрамса) для дорожного бетона, определялся количественный состав компонентов (п. 10.3).

Цементно-водное отношение Ц/В в начальном номинальном составе бетона определяли по формуле (п. 10.4.1.):

где Ц/В – расчётное цементно-водное отношение (в долях); Ц/В_исх – цементно-водное отношение бетона с добавкой (в долях); К^р._ц.э. – ориентировочное значение коэффициента цементирующей эффективности добавки, принимаемое равным 0,2-0,3 для бетона нормального твердения; МД/Ц – отношение массы добавки к массе цемента, принимаемое равным 0,11 (см. табл. 17, п. 10.4.1 норм [2]). Коэффициент К^р._ц.э приняли равным 0,30 в зависимости от свойств добавки (молотого сталеплавильного шлака).

Были приготовлены два вспомогательных состава бетона с добавкой Ц/В, отличающихся от полученных в п. 10.4.1 на ± 0,2, соответственно Ц/В₂ = 2,220 и Ц/В₃ = 2,620 (п. 10.4.2 норм).

Расход песка в замесе и соотношение между песком и цементом этих составов определяют опытом, подбирая заданную удобоукладываемость бетонной смеси при принятых отношениях Ц/В и МД/Ц (не более 2,5 см по конусу Абрамса), корректировку удобоукладываемости бетонной смеси проводили в соответствии с п. 9.2.9 норм.

После проверки технологических свойств бетонных смесей с добавкой, они были уложены в формы и уплотнены на встряхивающем столике, в зоне сопряжения с формами было произведено штыкование.

Изготовленные контрольные составы были испытаны после 28 суток нормального твердения (п. 10.4.3 норм), а по результатам испытания построен график зависимости (рис. 6).

Рис. 6. Зависимость прочности дорожного бетона с добавкой известковой муки от цементно-водного отношения (проверочные составы)

Анализ графика испытания образцов на 28 сутки позволяет сделать следующие выводы:

- уменьшение цементно-водного отношения приводит к понижению прочности бетона;

- предел прочности при Ц/В = 2,620 на 11,5 % выше, чем у состава с расчётным значением Ц/В = 2,420.

Повышение прочности, связано с действием добавки, как активного компонента, вступающего во взаимодействие с портландитом и приводящего к образованию более прочного цементного камня. При выбранном значении Ц/В - 2,620 достигается оптимальная нормальная густота мелкозернистой бетонной смеси, а при последующем твердении создаются необходимые условия для набора прочности. Необходимым является уплотнение бетонной смеси (см. п. 10.4.3). Понижение значение Ц/В понижает прочность изделий, повышая пористость цементной матрицы. – отразить в тексте доклада

Анализ данных о подвижности бетонных смесей с добавкой молотого сталеплавильного шлака с испытанными Ц/В показали, что в первом случае достигается необходимый результат по расплыву конуса: 172 мм (в третьем и во втором случае соответственно 181 мм и 177 мм).

Согласно данным п. 10.4.4 норм выбираем равнопрочный состав с Ц/В равным 2,620. Уточняем фактическое значение коэффициента цементирующей эффективности К_ц.э по формуле (п. 10.4.5 норм):

где Ц/В_исх., Ц/В_вст. – цементно-водные отношения исходного состава бетона (2,500) и бетона с добавкой молотого сталеплавильного шлака (2,420), имеющих равную прочность (в долях); Ц/МД – соотношение между цементом и минеральной добавкой, принимаемое равным 9.

Для определения оптимального содержания минеральной добавки (молотого сталеплавильного шлака) готовили дополнительные составы бетона с его включением в количестве: 5 %, 10 % и 15 % от массы цемента (п. 10.5.1 норм). Данные о расчёте сведены в таблицу 6, данные расчёта компонентов приведены в приложении 1.

Цементно-водное отношение в этих составах уточняли по формуле:

где Ц/В_5%, Ц/В_10%, Ц/В_15% – цементно-водные отношения с содержанием добавки молотого сталеплавильного шлака в смеси, соответственно 5, 10, 15 процентов от массы цемента.

Таблица 6

Расходы цемента, песка, воды и добавки известковой муки на 1 м³

Расходы	Составы мелкозернистых бетонов
	С1(Ц+5 %Д)	С2 (Ц+10%Д)	С3 (Ц+15 %Д)	Контрольный
Цемент, кг	650,10	638,84	625,17	661,77
Песок, кг	1300,20	1277,68	1250,34	1323,54
Вода, л	263,94	263,20	261,95	264,71
Добавка, кг	35,76	70,27	112,53	-
МД/Ц	0,055	0,110	0,180	-
Ц/В	2,464	2,428	2,385	2,500
В/Ц	0,406	0,412	0,419	0,400
ρсм°	2250 кг/м3

Примечание: средняя плотность бетонной смеси определялась по таблице 15 в зависимости от удобоукладываемости. Для мелкого песка её значение уменьшалось на 70 кг/м³.

Расчёт расходов: цемента (Ц), минеральной добавки – молотого сталеплавильного шлака (Ш), воды (В), песка (П) выполняли согласно нижеуказанным формулам:

где n – соотношение песка (П) к цементу (Ц) , равное 2 [4].

Расчёт состава тощего бетона под монолитное основание покрытия выполняем согласно методике Сизова В.П., Баженова Ю.М., Скрамтаева Б.Г. Основание из тощего бетона изготавливается из песчаного бетона состава Ц:П равного 1:4. Подвижность смеси, оцениваемая по осадке стандартного конуса Абрамса принимается на более 2,5 см, что соответствует расплыву мелкозернистой бетонной смеси на встряхивающем столике 110 – 140 мм. Принимаем среднее значение 125 мм по подвижности, которое соответствует значению В/Ц равному 0,47, принимаемое как исходное для бетонной смеси.

Рассчитываем объём вовлечённого воздуха из формулы (в %):

Количество вовлёченного воздуха в объёме (в долях):

Для «тощего бетона» состава Ц:П равного 1:3 количество цемента принимаем 350 кг/м³ согласно [¹⁶] количество воды и песка найдём из выражений по Ю.М. Баженову:

где В/Ц = 0,48 – водоцементное отношение при подвижности мелкозернистой бетонной смеси на встряхивающем столике 135 мм, что эквивалентно осадке конуса Абрамса 2,5 см.

Максимальная прочность получилась при 5% добавки молотого сталеплавильного шлака, соответственно (С1)! Соответственно:

Для покрытия необходим объём бетона в количестве: 7,2 м×0,22 м×1000 м = 1584 м³ (ПРИМЕР НАСТИ)

Соответственно Песка (П) = 1584×1233,00 кг = 1 953 072 кг;

Цемента (Ц) = 1584×616,50 кг = 976 536 кг;

Воды (В) = 1584×246,60 кг = 390 614,4 л;

Известковой муки (МД) = 1584×33,91 кг = 53 713,44 кг.

Ввиду того, что при замесе бетонной смеси часть её остаётся на рабочих органах технологического оборудования необходимо увеличить расход компонентов на коэффициент 1,15, итого по компонентам:

Песка (П) = 1 953 072×1,15×1,15 = 2 246 032, 46 кг;

Цемента (Ц) = 976 536×1,15 = 1 123 016 кг;

Воды (В) = 1584×246,60 кг = 390 614,4×1,15 = 449 206, 40 л;

Известковой муки (МД) = 53 713,44×1,15 = 61 770,46 кг.

Список литературы:

1. ГОСТ 27006-86 Бетоны. Правила подбора состава. – М.: Изд-во НИИЖБ, 1986. – 7 с.

2. Рекомендации по подбору составов тяжёлых и мелкозернистых бетонов (к ГОСТ 27006-86). – М.: Изд-во ЦИТП, 1990. – 29 с.

3. Ахведов И.Н. Теоретические основы бетоноведения. – Мн.: Вища школа, 1991. – 188 с.

4. Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Специальные бетоны. – М.: Инфра-Инженерия, 2012. – 368 с.

5. Дворкин Л.И., Гоц В.И., Дворкин О.Л. Испытание бетонов и растворов. Проектирование их составов. – 2-е изд. – М.: Инфра-Инженерия, 2015. – 432 с.

6. Ицкович С.М. и др. Технология заполнителей бетона: учеб. пособие для строит. вузов по спец. «Производство строительных изделий конструкций» / С.М. Ицкович, Л.Д. Чумаков, Ю.М. Баженов. – М.: Высш. шк., 1991. – 272 с.

7. Чумаков Л.Д. Технология заполнителей бетона. Учеб. пособие / Л.Д. Чумаков. 2-е изд. исправ. и доп. – М.: Высшая школа, 2011. – 264 с.

8. Пермяков, В.Б., Иванов, С.В., Мельник, С.В. и др. Технологические машины и комплексы в дорожном строительстве (производственная и техническая эксплуатация): Учеб. пособие / Под ред. В.Б. Пермякова. – М.: ИД «БАСТЕТ», 2014. – 752 с.

9. Зоткин А.Г. Бетоны с эффективными добавками. – М.: Инфра-инженерия, 2016. – 160 с.

10. ГОСТ 30515-97 Цементы. Общие технические условия. – М.: Изд-во НИИЖБ, 1997. – 14 с.

11. ГОСТ Р 55224-2012 Цементы для транспортного строительства. – М.: Изд-во «ЦЕМИСКОН», 2012. – 11 с.

12. ГОСТ 8736-93 Песок для строительных работ. Технические условия. . – М.: Изд-во НИИЖБ, 1993. – 5 с.

13. Штарк Й. Щелочная коррозия бетона. Пер. с нем. – К.: Оранта, 2010. – 166 с.

14. DIN 4226-100-2002 Deutsche norm. Gesteinskörnungen für Beton und Mörtel.

15. ГОСТ 10268-80 Бетон тяжёлый. Технические требования к заполнителям. – М.: Издательство стандартов, 1983. – 15 с.

16

1 МПа = 10.19716213 × атм 1 МПа = 10 × бар 1 МПа = 101971.621297793 × кГс/м² 1 МПа = 10.19716213 × кГс/см² 1 МПа = 1000 × кПа 1 МПа = 1000000 × Н/м² 1 МПа = 1 × Н/мм² 1 МПа = 100 × Н/см² 1 МПа = 1000000 × Па 1 МПа = 145.037737797 × фунт/дюйм²