book_23313

Таблица 4.14 Ориентировочные значения доли песка (r) в смеси заполнителей

Примечание. Приведенные значения r рекомендуются для бетонной смеси с подвижностью 2 см. При увеличении подвижности на каждые 2 см значение r увеличивается на 0,01.

В этом случае формулируется следующее условие:

261

где Vц.т – объем цементного теста; Рз – пустотность смеси заполнителей.

Расход крупного и мелкого заполнителей можно легко найти решением системы 2-х уравнений материального баланса (4.27). Первое уравнение в системе (4.27) отображает равенство абсолютного объема бетонной смеси сумме абсолютных объемов компонентов, входящих в нее, второе - соответствие объема це- ментно-песчаного раствора объему пустот зерен крупного заполнителя с учетом их необходимой раздвижки для обеспечения заданной удобоукладываемости смеси:

где ρц, ρв, ρп и ρщ –истинная плотность соответственно цемента, воды, мелкого и крупного заполнителя, кг/л; Рщ – пустотность крупного заполнителя, ρн.щ – его насыпная плотность, кг/л.

Из системы (4.27) следует:

Коэффициент раздвижки α определяют по справочным данным (табл. 4.15)

262

Таблица 4.15

Коэффициент раздвижки α (для пластичных бетонных смесей)

Примечания: 1. Таблица составлена для песков с водопотребностью Вп = 7%. При увеличении Вп на каждый процент α уменьшается на 0,03, а при снижении Вп возрастает соответственно на 0,03. 2. Для жестких бетонных смесей (Ц <400 кг/м3) α= 1,05 ... 1,15.

В уравнениях (4.27) учитывают объем минеральных добавок и воздуха, если они находятся в бетонной смеси в значительном количестве.

Пример. 4.9. Рассчитать номинальный состав бетона класса В15 в возрасте 28 суток укладываемого бетононасосом в неармированную конструкцию толщиной 700 мм при отсутствии арматуры. Активность портландцемента 40 МПа , его плотность ρ=3,1 кг/л, нормальная густота цементного теста 26%. Плотность кварцевого песка ρп = 2,62 кг/л , модуль крупности Мк = 2, водопотребность Вп = 8 % .Плотность гранитного щебня ρщ = 2,68 кг/л). Наибольшая крупность заполнителя 40 мм , насыпная плотность ρн.щ = 1,48 кг/л. Подвижность бетонной смеси по условиям укладки бетононасосом принимается равной ОК = 6 см (марка по удобоукладываемости П2).

1. Устанавливаем необходимую среднюю прочность бетона по формуле (4.1):

R = 0,15788 =19,2МПа. Принимаем R=20 МПа;

263

6. Коэффициент раздвижки зерен α = 1,35 (по табл. 4.15). Поскольку песок имеет водопотребность 8%, уменьшаем коэффициент раздвижки на 0,03, окончательно принимаем α = 1,32. Определяем расход щебня по формуле (4.28), кг/м3:

7. Определяем расход песка, кг/м3:

Расчетный номинальный состав бетона, кг/м3: Ц = 247; П = 645;

Щ = 1310; В =185 или 1:2,61:5,3 при В/Ц = 0,75.

Пример 4.10. Определить состав тяжелого бетона с требуемой прочностью в 28 суток R = 60 МПа, твердеющего в условиях, приближающихся к нормальным. Подвижность бетонной смеси соответствует ОК = 2 ... 4 см, в смесь вводится добавкасуперпластификатор С-3 в оптимальном количестве 0,8% от массы цемента.

Исходные материалы: портландцемент с активностью Rц = 45 МПа. Щебень гранитный с максимальной крупностью зерен 40 мм, плотностью ρщ = 2,7 г/см3, насыпной плотностью ρн.щ = 1630кг/м3,

песок среднезернистый с модулем крупности Мк = 2,2 и плотностью

ρп = 2,6 г/см3.

264

1. Найдем значение водоцементного отношения по формуле (4.3); учитывая, что R> 1,2 Rц. Коэффициент А1 = 0,43 (табл. 4.2):

2. Расход воды находим по табл. 4.11.

В0=175л/м3.

Принимаем, что водоредуцирующий эффект при введении добавки С-3 составляет 20%, тогда расход воды в бетонной смеси с до-

бавкой:

В=0,8·175 = 140 л/м3

3. Рассчитаем расходы отдельных компонентов по формулам

(4,19, 4.28, 4.29). Пустотность щебня: 1-1,63/2,7 = 0,4. Коэффициент α = 1,38 (табл. 4.15):

Пример 4.11. При условиях, указанных в примере 4.10, найти расходы щебня и песка, использовав рекомендуемые в табл. 4.14 значения r.

1. Объем цементного теста:

Vц.т.= 3783,1 +140 = 262 л/м3

Объем заполнителей:

Vз=1000-262=738 л/м3;

2.При r=0,33 (табл. 4.14) расход песка:

П= 738·0,33·2,6=633 кг/м3;

3.Расход щебня:

Щ= [738 −(738 0,33)] 2,7 =1335кг/ м3 .

265

4.2. Проектирование составов тяжелых бетонов различных видов

Различные виды тяжелых бетонов предназначены для изделий и конструкций, к которым предъявляются специальные требования. Особые условия для этих бетонов могут быть обусловлены особенностями технологии изготовления изделий и конструкций, их твердения и др.Они по сравнению с обычными тяжелыми бетонами характеризуются дополнительными нормированными качественными показателями, обеспечение которых требует проектирования соответствующих составов бетонных смесей. Задачи проектирования составов тяжелых бетонов различных видов относятся обычно к группе задач многопараметрического проек-

тирования составов бетона (МПСБ), характерной особенностью кото-

рых является учет интервалов возможных значений параметров смеси , обусловленных различными нормируемыми показателями. Такой интервал характерен обычно, например, для Ц/В при нормировании различных показателей прочности (рис.4.2). Аналогично , "ножницы " по расходу воды образуют , например, показатели удобоукладываемости бетонной смеси и усадки бетона, по объему вовлеченного воздуха - прочность и морозостойкость (рис. 4.4 4.5) и др. Это требует включения в алгоритмы задач МПСБ специальных расчетов , связанных с определением таких значений параметров смеси, которые обеспечивают весь комплекс нормируемых свойств. При этом в каждой группе свойств один из показателей становится определяющим. Достижение этого параметра предполагает одновременное достижение и других нормируемых показателей даннойгруппы.

В ряде многопараметрических задач достижение комплекса нормируемыхсвойствневозможнобезспециальныхтехнологическихприемовприменения добавок, регулирования температуры и др. Без применения таких технологических приемов могут оказаться недостижимыми требования обеспечения высокой подвижности бетонной смеси и низкой усадки , пониженного тепловыделения и высокой прочности и т.д. Еще в большей степени усложняются эти задачи при ограничениях технологических параметров ( температуры, продолжительности твердения , типа

опалубки и др.).

Оптимизация составов бетонных смесей в задачах МПСБ предполагает сужение интервалов по параметрам смеси и смещение необходимых значений Ц/В и В в меньшую сторону . Выбор оптимизационных решений производится с учетом конкретных возможностей и ограничений и направленнадостижениезаданныхусловийоптимальности.

266

ε

εус

ОК

Рис. 4.4. Влияние водосодержания на подвижность бетонной смеси (ОК) и усадку (εус): Зависимость ОК от В принята для рядовых материалов;усадка бетона εус рассчитана по формуле:

εус 106 = 0,125В В

Vвв,%

Рис. 4.5. Зависимости прочности (1) и морозостойкости (2) от объема вовлеченного воздуха

267

Общая схема МПСБ:

1.Устанавливается величина прочности бетона на сжатие (R), обеспечивающая заданные значения однозначно связанных с нею свойств (прочность при растяжении, изгибе, модуль упругости, условная растяжимость и др.), с учетом активности цемента, качественных особенностей заполнителей, условий твердения и других факторов, и определяется Ц/В, необходимое для достижения заданных свойств.

2.При нормировании морозостойкости бетона рассчитывается необходимый объем эмульгированного воздуха и уточняется необходимое Ц/В.

3.Для достижения заданного показателя удобоукладываемости и при необходимости других свойств (усадки и др.) бетонной смеси и бетона, определяемых расходом воды при использовании данных исходных материалов и добавок, рассчитывается расход воды (В). При этом в случае выхода за пределы правила постоянства водопотребности, расходводыкорректируетсясучетомЦ/В.

4.При найденных значениях В и Ц/В проверяется возможность достижения нормируемых свойств, определяемых этими двумя технологическими параметрами (ползучесть и др.). В случае недостижения нормируемых параметров выполняется дополнительное корректирование В и Ц/В с использованием при необходимости специальных технологическихприемов(введениедобавокидр.). .

5. Сучетомокончательно найденных значений Ц/В иВрассчитывается расход цемента и проверяется выполнение ограничений, связанных с расходом цемента ( тепловыделение , стойкость к коррозии и др.).

6.Рассчитываются состав мелкого и крупного заполнителя при введении нескольких фракций, а затем их расходы. При выборе соотно-

шения заполнителей наряду с достижением лучшей удобоукладываемости и прочности принимаются во внимание и другие условия (повышенная водонепроницаемость, толщина конструкции, степень армирования и др.).

7. Рассматривается возможность использования различных технологических решений, направленных на экономию цемента, снижение энергозатрат, уменьшениестоимостибетоннойсмеси.

Пропаренные бетоны. При проектировании составов бетонов, подвергаемых тепловлажностной обработке пропариванием , кроме про-

268

ектной прочности бетона необходимо обеспечить и другие прочностные показатели: разпалубочную, передаточную, отпускнуюпрочность.

Цементно - водное отношение для обеспечения нормируемых прочностных показателей можно определить экспериментально и на основе эмпирических расчетных зависимостей . При первом способе в лаборатории выполняют пробные замесы на конкретно применяемых материалах при 3-4 значениях Ц/В и тепловой обработке бетонных образцов по принятому на предприятии режиму пропаривания. На основе полученных прочностных показателей стоится зависимость R=f(Ц/В) и графическиопределяетсянеобходимоезначениеЦ/В.

При применении второго способа устанавливают количественные зависимости, связывающие прочность с Ц/В, а также режимными параметрами тепловлажностной обработки, особенностями цементов, добавками, применяемыми в бетонной смеси. К одной из таких зависимостей принадлежит формула (4.10), которая справедлива однако только для нормализованного режима пропаривания (2 +3 +6 +2 час. t = 80°С) приопределениипрочностичерез4 ч. послетепловойобработки.

В способе расчета и эмпирических зависимостях, которые приведены ниже (табл. 4.16), учитываются следующие выводы и допущения, основанные на анализе экспериментальных данных:

1)прочность пропаренного бетона как в возрасте 28 суток, так и непосредственно после пропаривания линейно связана с Ц/В (в широком интервале);

2)при приближенной оценке влияния активности цемента в ус-

ловиях тепловлажностной обработки (Rцпр )линейной функцией для прогнозирования прочности пропаренного бетона (Rпр)можно использовать формулы (4.30, 4.31);

3)приращение прочности бетона при последующем твердении после пропаривания можно аппроксимировать логарифмическими зависимостями (4.32, 4.34);

4)влияние температуры (Тпр) и продолжительности пропаривания (τиз) на прочность бетона можно учесть по изменению относительной активности цемента, то есть его коэффициента эффектив-

ности Кэ (Кэ = Rцпр / Rц ). (4.35, 4.36)

269

Таблица 4.16 Формулы для расчета составов пропаренных бетонов

270