книги из ГПНТБ / Сизов В.П. Проектирование составов тяжелого бетона (подбор состава бетонной смеси)

ного бетона, согласно ГОСТ 8424—72, наибольшая круп­ ность щебня ограничена 40 мм.

При бетонировании неармированных сооружений или конструкций с конструктивной арматурой, а также кон­ струкций, для которых наибольшая круш-юстьщебня не ограничена, следует применять щебень максимально допустимой крупности, что позволяет уменьшить расход цемента в бетоне и снизить стоимость заполнителей.

При назначении подвижности или жесткости бетон­ ной смеси и выборе оптимальной (наибольшей допусти­ мой) крупности щебня или гравия рекомендуется поль­ зоваться данными табл. 5. Подвижность или жесткость бетонной смеси следует определять испытанием по ГОСТ 10181—62. Размеры фракций щебня принимают по ГОСТ 8267—64, гравия — по ГОСТ 8268—62, щебня из гравия — по ГОСТ 10260—62.

Г. Назначение числа фракций щебня и их количественного соотношения

Наименьший .расход цемента в бетоне может быть до­ стигнут только при оптимальном зерновом составе смеси заполнителей бетона. Он должен обеспечить минимально необходимую раздвижку зерен щебня цементно-песча­ ным раствором, достаточную для придания бетонной смеси необходимой подвижности. Насыщение бетона щебнем также должно быть максимально возможным, что обеспечивает не только экономию цемента, но и по­ вышение прочности бетона.

Чтобы этого достигнуть, необходимо в первую оче­ редь правильно подобрать зерновой состав крупного заполнителя, используя щебень пли гравий, разделенные на фракции, и подбирая оптимальное количественное со­ отношение фракций в их смеси. Это соотношение зави­ сит только от выбранной предельной крупности и приня­ того числа фракций щебня (гравия) и определяется 'эк­ спериментально на конкретных материалах. При этом число и размеры фракций устанавливаются в соответст­ вии с требованиями ГОСТ 10268—62 «Заполнители для тяжелого бетона. Техіническиетребоваіния», ГОСТ 8424— 72 «Бетой дорожный» и ГОСТ 4797—69 «Бетон гидротех­ нический. Материалы для его приготовления».

Соотношение между фракциями щебня устанавлива­ ют на основе их смесей, имеющих наибольший объемный

44

вес и наименьшую пустотность (рис. 11). При двух лю­ бых фракциях щебня указанное определение выполняют следующим образом. Составляют три смеси фракций (по весу):

Рис. 11. Измене­ ние объемного ве­ са и пустотностн заполнителей в зависимости от со­ отношения между фракциями щебня

/ — изменениеѵнас.ш.;

2 — изменение

V пус.щ

Смеси фракций щебня тщательно перемешивают и определяют их объемный вес в рыхлонасыпном состоя­ нии. Выбирают смесь с соотношением фракций, обеспе­ чивающим наибольший объемный вес. Если объемные веса смесей окажутся близкими между собой, то прини­ мается состав с меньшим содержанием мелкой фракции.

соответствующие ей полные и частные остатки на .каж­ дом сите, т. е. количество щебня каждой фракции ,в этой омеси. Например, для смеси с предельной крупностью зерен 40мм необходимо взять щебня фракции 5—10 мм— 1і8%, 10—20 мм — 20% и 20—40 мм — 56%. График ре­ комендуется строить, откладывая по оси абсцисс разме­ ры зерен щебня в каком-либо масштабе. Вторую смесь составляют так, чтобы ее кривая 2 на графике зернового состава легла несколько выше прямой 1, т. е. берется смесь с 'большим содержанием мелких фракций за счет снижения крупных. Например, смесь фракций щебня 5— 10 мм — 25%, 10—20 мм — 40% и 20—40 мм — 35% (при проходе через сито 5 лшг-^5% и при полном остат­

45

ке на сите 40 мм -<5% ). Третью смесь составляют с большим содержанием крупных фракций за счет мелких так, чтобы кривая 3 легла на графике ниже прямой 1. Например, составляют смесь фракций щебня 5— 10 мм — 10%, 10—20 мм — 14%, 20-40 мм — 76%.

Ч/

Рис. 12. Пример построения графика для определения со­ отношения между фракциями щебня (при 2, 3 и 4 фрак­ циях)

5—10 мм—12%, 10—20 мм—14%, 20—

Затем определяют объемные веса полученных сме­ сей и по наибольшему объемному весу устанавливают оптимальное соотношение между фракциями щебня. Если объемные веса смесей окажутся одинаковыми или будут незначительно различаться, то за основу принима­ ется смесь щебня с меньшим содержанием мелких фракций.

В тех случаях, когда состав бетона рассчитывают ориентировочно и нет возможности определить опти­ мальные соотношения фракций прямым опытом, эти соотношения с достаточной для практики точностью мо­ гут быть приняты в соответствии с табл. 6.

46

к г/ л

47

Продолжение табл. 6

Данные таблицы соответствуют зерновому составу омесей щебня, характеризуемых .примой 1, указанной на рис. 12, при проходе через сито 5 мм и полном остатке на наибольшем сите до 5% при отсутствии в смежных фракциях, например 10—20 мм, щебня мельче 10 мм и крупнее 20 мм. Однако, как показывает опыт, каждая фракция в определенных количества« содержит как бо­ лее мелкий, так и более крупный щебень. Поэтому полу­ ченные соотношения по графикам и таблице желатель­ но уточнить. Методика этого уточнения проста и не зани­ мает много времени. Вначале по графикам на рис. 12 определяется соотношение между фракциями щебня, а затем уточняется содержание каждой фракции по фор­ мулам:

48

Для большей наглядности методика уточнения соот­ ношения .между фракциями щебня иллюстрируется на конкретном примере.

Пример. Наибольшая крупность щебня 40 мм, количество фрак­ ций— 3. Размер фракций 5—ФО, 10—‘20 и 20—40 мм. Остаток «а .си­ те 10 мм первой фракции 4%; .проход через сито 10 мм второй фрак­ ции 5%; .остаток на сите 20 мм второй фракции 4,5%; проход через сито 20 мм третьей фракции 4,7%.

Зная эти данные, вначале то графику (ри‘с. 12, б) определяется соотношение между фракциями щебня. Как уже было оказано вы­ ше, для .крупности щебня 40 мм три трех фракциях ‘необходимо взять

вив эти .соотношения, определяются уточненные соотношения между

Д. Выбор марки цемента

Наиболее рациональное и экономное расходование цѳмента обеспечивается в том случае, если активность его (марка іпо ГОСТ 10178—02) в 1,2—2 раза выше мар­ ки бетона. С уменьшением соотношения между маркой цемента и маркой бетона расход цемента увеличивается (особенно тогда, когда марка цемента приближается к марке бетона или равна ей), бетонные смеси становятся излишне «жирными», подверженными большой усадке, обладают значительной экзотермией, что снижает каче­ ство и .вызывает появление трещин. Если же соот­ ношение между активностью цемента и маркой бетона будет значительно превышать указанные пределы, цемен­ та в бетоне окажется недостаточно и это обусловит низ­ кую водоудерживающую способность бетонной смеси. Тенденция ее к расслоению резко возрастет, и плотность бетона окажется недостаточной.

49

Для бетонов, пропариваемых или твердеющих в нор­ мальных условиях, рекомендуется выбирать марку це­ мента по следующим данным:

Если марка цемента значительно превышает требуе­ мую, рекомендуется вводить в него тонкомолотые добав­ ки и тем снижать его активность и значительно умень­ шать раскод. Вид цемента надо выбирать в соответствии с указаниями проекта, ГОСТа, технических условий или СНиП с учетом условий службы конструкций или соору­ жений и требований по морозостойкости или водонепро­ ницаемости бетона.

Е. Выбор и характеристика материалов

Цемент, щебень, гравий, песок и различные добавки для бетона надо выбирать в зависимости от:

марки II вида бетона: для бетона дорожного по ГОСТ 8424—72, гидротехнического по ГОСТ 4797—69, сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкций промышленных, жилых и общественных зданий и соору­ жений по ГОСТ 10268—62;

условий работы конструкций (ниже постоянного го­ ризонта воды, в зоне іперемѳнного уровня, ниже глубины •промерзания грунта и т. д .);

климатических условий района строительства (сред­ ней температуры наружного воздуха до —10, —20ЧС и т. д.);

требуемой марки бетона по морозостойкости и водо­ непроницаемости;

агрессивности среды.

50

Ж. Данные испытания и технологические характеристики материалов

После того как выбраны материалы и исходные пара­ метры бетона и бетонной смеси, необходимо испытать материалы, чтобы установить:

фактическую активность цемента и нормальную густоту его теста в соответствии с ГОСТ 310—60;

крупность и зерновой состав, Л4"р, удельный и объем­ ный насыпной .веса и пуетотность песка, а также содер­ жание в нем пылевидных, глинистых и илистых приме­ сей, определяемых отмучиваниѳм в соответствии с мето­ дикой, регламентированной ГОСТ 87.35—65 на методы испытаний песка;

объемный насыпной вес принятой смеси фракций щебня или гравия, ее пуетотность и объемный вес зерен щебня в куске, а также породу щебня, загрязненность примесями, определяемыми отмучиванием, в соответст­ вии с методикой, регламентированной /ГОСТ 8269—64 на методы испытания щебня из естественного камня, а также гравия и щебня из гравия для строительных работ.

Точность предлагаемого метода расчета состава бетона всецело зависит от тщательности испытания ма­ териалов и правильного пользования приводимыми гра­ фиками, таблицами и номограммами, а также от степени подготовленности лаборатории к пробным затворениям, определению свойств бетонной смеси и контролю за качеством бетона.

Необходимо строго соблюдать методику испытания материалов. Особенно тщательно следует определять удельные и объемные веса, а также пуетотность запол­ нителей. Неточность, допущенная при установлении пу-

а и других расчетных параметров, а следовательно, рас­ хода щебня и соотношения между песком и щебнем, в результате чего бетонная смесь окажется либо запесоченной, либо щебенистой.

В случае нарушения методики испытания цемента ак­ тивность его будет определена неточно, водоцементкое отношение будет установлено неправильно и фактиче­ ская прочность бетона окажется либо завышенной, либо заниженной.

51

При неправильном снятии конуса, при работе на 'виброплощадке, с неточно установленной амплитудой колебания, полученные (показатели (осадка конуса и жесткость смеси) не будут точно оценивать и характе­ ризовать фактические свойства бетонной смеси. Изго­ товление бетонных образцов в формах с неровными бо­ ковыми гранями и .имеющих отклонения от правильной геометрической формы (перекосы) приводит при испы­ тании бетонных образцов к занижению прочностных показателей. Испытание бетонных образцов при несоб­ людении скорости -подъема давления может также при­ вести к занижению или завышению прочностных показа­ телей.

Поэтому необходимо своевременно проверять все ла­ бораторное оборудование. Формы кубиков и балочек должны иметь ровные грани, точные размеры, надежные крепления, правильную геометрическую форму. Прессы и другое оборудование должны обеспечить по­ лучение объективны« результатов. При испытании бетон­ ных образцов следует соблюдать скорости подъема дав­ ления и т. д.

При подборе состава бетона необходимо учитывать такую характеристику заполнителей, как водопоглошение и смачиваемость их в бетонной смеси. Этот пара­ метр, используемый для определения общего количества воды затворения в бетонной смеси, несколько отличает­ ся от 'Общепринятого и регламентированного ГОСТами свободного водопоглощения материала ^ ПОгл- В даль­ нейшем изложении мы обозначим коэффициенты водо­ поглощения и смачиваемости песка и щебня как А,п и Хщ. Этот коэффициент для щебня и гравия определяют по методике, регламентированной ГОСТ 8269—64, с той лишь разницей, что навеску щебня или гравия сразу и полностью погружают в воду на 30 мин, после чего извлекают, встряхивают 8—Ю раз на сите с мелкой сет­ кой и затем обтирают зерна мягкой тканью.

(Коэффициент водопоглощения и смачивания песка определяют следующим способом. Берут цементно-пес­ чаный раствор состава 1: 2 при В/Ц около 0,4 и растекаемостью на встряхивающемся столике после25 встряхива­ ний до Г5 см. После установления пластичности в раствор засыпают 300 г песка. Смесь тщательно переме­ шивают и снова определяют ее пластичность (она будет меньше). Чтобы обеспечить первоначальную пластич-

52

ность, добавляют воду, например в количестве 9 см3, после чего определяется коэффициент водопоглощения и смачиваемости песка Хп по формуле

где 2Г— добавка воды для .получения іпервоначальнюй пластичности; Я — навеска песка.

ГЛАВА Ш

Р А С Ч Е Т С О С Т А В А Б Е Т О Н А

А. Назначение водоцементного отношения

Из приведенной ранее формулы (1), выражающей зависимость прочности бетона от водоцементного отно­ шения, следует

Эта формула служит для расчета величины В/Ц в бетоне.

Прочность бетона помимо значений водоцементного отношения и активности цемента зависит еще от многик факторов, в том числе от минералогического состава цемента, качества и чистоты заполнителей, жесткости или подвижности бетонной‘смеси и др. Все эти факторы учитываются в формулах (1) и (6) дифференцированной величиной коэффициента А.

іВ табл. 7 приведены значения коэффициента А для бетонных смесей с осадкой конуса 2 см, на щебне с круп­ ностью зерен до 80 мм из горных пород, прочность кото­ рых значительно превышает требуемую прочность бето­

на, кварцевом песке с М"р =.3 и цементе с Н.Г.Ц.Т.= =27% . По данным таблицы можно определить коэффи­ циент А при использовании в расчетах по формуле (6) активности цемента, определенной по ГОСТ 310—60 в пластичных растворах, уплотняемых вибрацией.

Величину коэффициента А можно установить с уче­ том суммарного содержания в заполнителях пыли, гли­ нистых и илистых примесей (рис. 13).

В формулах (1) и (6) используется активность це­ мента Яц, определенная по стандартной методике. На

53