book_23313

подбор необходимо осуществлять для обеспечения проектных показателей прочности.

Проектирование номинальных составов бетона осуществляют при организации производства новых видов конструкций, изменении нормативных показателей качества бетона, технологических параметров, вида исходных материалов, при разработке и пересмотре производственных норм расхода материалов .

Разработано значительное количество расчетноэкспериментальных методов проектирования составов бетонов. Наиболее распространенными для тяжелых бетонов являются методы, разработанные Б.Г. Скрамтаевым и Ю.М. Баженовым , а также Научноисследовательским институтом бетона и железобетона ( НИИЖБ ). При выборе метода и расчетных зависимостей должны учитываться наряду с их точностью особенности конкретной задачи, имеющаяся исходная информация

Определение цементно - водного отношения (Ц/В). Цементно

- водное отношение и обратное ему - водоцементное отношение (В / Ц) , являются основными параметрами состава бетонной

смеси, с которыми однозначно связаны прочность бетона и комплекс других его свойств. При расчетах Ц/В (или В/Ц) принимается средний уровень прочности бетона, который определяется по ГОСТ 18105-2010 в зависимости от требуемой прочности (2.37 ) с учетом среднего за анализируемый период коэффициента вариации прочности (табл.2.8).Если определяющими для бетона являются показатели морозостойкости, водонепроницаемости и др. средний уровень прочности должен быть достаточным, чтобы обеспечить данные показатели.

При отсутствии данных о фактической однородности бетона средний уровень прочности при проектировании состава ( R ) при-

нимают равным требуемой прочности для бетона данного класса (В) при коэффициенте вариации Vm = 13,5%. В этом случае из фор-

241

где R – проектная средняя прочность бетона, МПа; Rц – активность или марка цемента, МПа; А и А1 – коэффициенты, которые зависят от качества заполнителей (табл. 4.2.).

Формулы (4.2) и (4.3) предназначены для расчетов прочности бе-

При наличии развернутой информации о качестве исходных материалов коэффициент А уточняется по табл. 4.3, в противном случае берется по укрупненным рекомендациях (табл. 4.2), или вообще не учитывается (4.8):

242

При Ц/В> 2,5 полученное по формуле (4.8) значение прочности бетона следует уменьшить на величину ∆R в%, определяемую из

Если поставлена задача запроектировать состав бетона с заданной прочностью через 4 часа после пропаривания по нормализованному режиму с известной активностью цемента после пропаривания

Если представить параметр А в формулах (4.2) и (4.3) как инте-

гральный мультипликативный коэффициент pАi, можно значи-

тельно увеличить "разрешающую способность" этих формул, сделать их пригодными для расчета Ц/В бетонов с различными условиями твердения, в разном возрасте и т.д. .

Выражение для мультипликативного коэффициента pАi можно представить в виде:

где Аi – влияние на прочность, обусловленное действием определенного фактора.

Обычная технологическая информация позволяет учесть в мультипликативном коэффициенте pАі, кроме коэффициента А, как правило 2...3 дополнительных коэффициентов Аi. Степень огрублености расчетов зависит от уровня детализации используемых коэффициентов. Например, коэффициент Аi, характеризующий влияние продолжительности нормального твердения, можно найти из из-

243

В то же время уточненные эмпирические значения этого коэффициента для каждого срока твердения могут находиться в достаточно широких пределах в зависимости от вещественного и минералогического состава цементов и других факторов. Для бетона на обычном и алитовом цементах в возрасте 7 сут они колеблются в диапазоне 0,60 ... 0,75 , 90 сут - 1,1 ... 1,35 ; 180 сут -1.3...1.5. При применении шлако-и пуццоланового портландцементов эмпирические значения коэффициента Аi равны соответственно 0,4 ... 0,6 ; 1,4 ... 1,65 ; 1,6 ... 2,0 .

При расчете состава монолитного бетона, а также учете последующего за пропариванием роста прочности, важным фактором, определяющим "выход прочности" , является температура твердения.

244

В табл. 4.4 и 4.5 по данным С.А. Миронова приведены эмпирические значения "выхода прочности" бетона на сжатие при различных температурах твердения и в разном возрасте . Эти данные можно использовать при соответствующих условиях как коэффициенты в формуле прочности бетона Аtτ , учитывающие изменение температуры в диапазоне 0 ... 40°С и -5 ... -15°С (при отрицательных температурах в бетон добавляют химические добавки ) при различной продолжительности твердения бетона.

Дополнительные возможности для расширения диапазона решаемых задач с помощью формулы (4.2 ) появляются при использовании понятия " приведенного Ц/В " , то есть такого Ц/В , при котором прочность бетона с добавками идентична прочности бетона без добавок . В этом случае формула (4.2 ) принимает вид :

где рА –мультипликативный коэффициент – произведение коэффициентов, учитывающих качество исходных материалов, рост прочности во времени, ускорение или замедление роста прочности при введении добавок и использовании других технологических приемов при неизменных значениях Ц/В, Д - расход минеральной добавки, вводимой в бетонную смесь; Кц.э. - коэффициент "цементирующей эффективности" или "цементный эквивалент" 1 кг добавки; Vвв - объем вовлеченного воздуха.

Переход от "приведенного " к фактическому Ц/В можно осуществить по формуле:

Коэффициент "цементирующей эффективности" легко опреде-

лить по экспериментальным данным для равнопрочных бетонов по формуле:

где Ц1 – расход цемента в бетоне без минеральных добавок; Ц2 - расход цемента в бетоне с минеральными добавками.

245

Таблица 4.4 Прочность бетона на сжатие при различных температурах

твердения в % от 28-суточной прочности

246

Таблица 4.5

Прочность бетона на портландцементе с противоморозными добавками в % от 28-суточной

Примечания: 1. НН – нитрит натрия; ХН – хлорид натрия; П – поташ; ХК

– хлорид кальция; НК – нитрат кальция; ННК – нитрит-нитрат кальция; НКМ – нитрат кальция с мочевиной; М – мочевина. 2. Прочность бетона на быстровердеющем портландцементе в возрасте 28 сут и менее ориентовочно составляет 120%, а на шлако- и пуццолановом портландцементах – 80% от значений, которые приведены в таблице.

247

Например значения рекомендуемого расхода и коэффициента "цементирующей эффективности" для золы-уноса Бурштынской ТЭС приведены в табл. 4.6, 4.7.

Таблица 4.6 Рекомендуемый расход золы в тяжелых бетонах

Для бетона с одинаковой прочностью и удобоукладываемостью экономия цемента ∆Ц за счет введения активной минеральной добавки (активного наполнителя) может быть найдена из уравнения:

где ∆В – изменение водопотребности бетонных смесей при введении минеральной добавки.

С прочностью при сжатии (R) и, соответственно, с Ц/В однозначно связан ряд других свойств бетона (табл. 4.8).

248

Таблица 4.8 Расчетные значения показателей свойств бетона

(портландцемент М500, Ц/В = 1,7)

При проектировании составов бетона, если наряду с пределом прочности на сжатие нормируются и другие тесно скоррелированные с ним показатели, то рассчитывается или необходимая прочность на сжатие, которая удовлетворяет всем нормируемым показателям свойств и вычисляется соответствующее Ц/В, или рассчиты-

249

вается по формулам табл. 4.8 Ц/В, которое обеспечивает каждый из показателей, и выбирается наибольшее его значение.

Пример 4.1. Необходимо рассчитать Ц/В для тяжелого бетона класса В20. Бетон изготавливают с применением портландцемента марки М500 на гранитном щебне и кварцевом песке с содержанием отмучиваемых частиц (глины, пыли и ила) соответственно 1 и 3%. По данным производственного контроля, выполненного по схеме А (ГОСТ 18105-2010), средний коэффициент вариации проч-

ности V = 8%.

1. Рассчитываем требуемую прочность бетона по формуле RT = KT B . При V = 8% коэффициент KT =1,09 (табл. 2.6):

RT =1,09 20 = 21,8 МПа;

2.Учитывая, что RT <1,2Rц (Rц – марка цемента), примем для расчета Ц/В формулу (4.2);

3.Значения коэффициента А примем по табл. 4.3, А = 0,58;

4.По формуле (4.2)рассчитываем значения Ц/В:

Пример 4.2. Необходимо рассчитать В/Ц для получения бетона прочностью 20 МПа в возрасте (τ) 7 суток при температуре твердения (t) 10 и 30 ° С. Коэффициент А в формуле (4.11) с учетом качества заполнителей принять 0,52 (табл. 4.3). Активность использованного портландцемента Rц = 40 МПа.

1. Находим по табл. 4.4 коэффициент Аtτ:

при t=10°С, τ= 7 сут Аtτ.= 0,58;

t=30°С, τ= 7 сут Аtτ.= 0,90;

2. Находим В/Ц по формуле (4.5), учитывая дополнительно коэффициент Аtτ.:

Использование коэффициента Аtτ дает возможность рассмотреть пример и при другой постановке задачи, определив ожидаемую прочность бетона в возрасте 7 суток (R7) при температурах тверде-

250