book_23313

Таблица 4.36 Схема алгоритма для расчета составов бетона немассивных конс-

трукций при необходимости температурного регулирования

1.Определяют начальную температуру бетонной смеси t1см по рис. 4.10.

2.Определяют начальную температуру бетонной смеси t2см

по рис. 4.11, при которой скорость испарения воды с поверхности твердеющего бетона не превышает 0,5 кг/м2 · час.

3. Выбирают меньшую из t1см и t2см температуру, которая принимается за температуру бетонной смеси в момент ее укладки

tнсм .

4.Определяют водопотребность смеси по известным методи-

кам.

5.Назначают критическую прочностьRкр , при которой пре-

кращается температурно-влажностный уход. Она не должна быть, как правило, менее 50% проектной R. Определяют соответ-

также продолжительность температурно-влажностного ухода τ по формуле (4.62).

6. Если τ больше допустимой из условий технологического регламента, то корректируют величину Аτ,t и находят соответствующую проектную прочность R при заданном значении t.

Возможны и другие технологические решения: переход на другой вид цемента и изменение Кц, изменение tб.ср за счет изменения условий твердения.

7.Рассчитывают В/Ц, обеспечивающее достижение необходимой проектной прочности R.

8.Определяют технологические мероприятия, направленные на достижение выбранной температуры бетонной смеси в момент

ееукладки.

9.Находят по известным методикам расходы компонентов бетонной смеси.

Примечание. Алгоритм рекомендуется применять для проектирования составов бетона для конструкций с модулем поверхности Мп> 3.

311

Пример 4.18. Рассчитать требуемую температуру бетонной смеси в момент ее укладки и откорректировать при необходимости состав бетона массивной конструкции (модуль поверхности конструкции Мп = 2 м-1).

Исходные данные: проектная прочность бетона на сжатие 15МПа с температурой в 28 суток (tб.кр.) не более 35оС, температура наружного воздуха 25°С, относительная влажность воздуха 40%, скорость ветра 20 км / ч; ОК = 2 см. Материалы: гранитный щебень с максимальной крупностью 40 мм; водопотребность песка 7,5%; влажность песка Wп = 1%; щебня 1,5%; температура песка, щебня и воды соответственно: tп=tщ=30°С; tв= 25 °С; марка портландцемента М400. Есть установка для производства льда.

Применяем алгоритм, приведенный в табл. 4.35. 1. Рассчитаем состав бетонной смеси:

Определяем В/Ц по формуле (4.5):

В / Ц = 0 ,6 40 = 0 ,9 . 15 + 0 ,5 0 ,6 40

Расходы компонентов бетонной смеси: В=163 л/м3; Ц=178 кг/м3;

П=820 кг/м3; Щ = 1283 кг/м3.

Вода, содержащаяся в песке: Wп=8 л/м3.

Вода, содержащаяся в щебне: Wщ= 19 л/м3.

Расход воды для затворения бетонной смеси: 163-8-19=136 л/м3;

2.При скорости испарения воды с поверхности бетона 0,5 кг/м2·ч, , температура бетонной смеси равна 22 °С. (рис. 4.11);

3.Допустимую необходимую начальную температуру укладки бетонной смеси определяем по условию (4.54).

Тепловыделение бетона Q определим по формуле (4.43). По ура-

внению (4.64) удельное тепловыделение цемента в 28 суток

4. За необходимую начальную температуру бетонной смеси принимаем:

t см =16°С.

5. Установка для производства льда позволяет охлаждать бетонную смесь до температуры tсм =10…15°С. Температура tcм=16°С технически достижима при замене части воды льдом.

312

Пример 4.19. По исходным данным из предыдущего примера рассчитать необходимую температуру бетонной смеси в момент ее укладки и продолжительность температурно-влажностного ухода за бетоном с прочностью на сжатие в 28 суток 20 МПа для немассивной конструкции с Мп=6. Допустимая продолжительность температурно-влажностного ухода за бетоном должна быть не более 4 сут.

Применяем алгоритм, приведенный в табл. 4.35.

1.При общей температуре заполнителей 30°С начальная ориентировочная температура бетонной смеси составляет 32°С (рис. 4.10);

2.При скорости испарения воды с поверхности твердеющего бетона 0,5 кг/м2 · ч температура бетонной смеси = 22 °С (рис. 4.11);

3.За окончательно необходимую температуру бетонной смеси в момент ее укладки принимаем 22 °С;

4.Водопотребность бетонной смеси на сухих материалах В

составляет 163 л/м3;

5. Необходимая критическая прочность (50% от проектной) Rкр =

10МПа.

Aτ ,t = 1020 = 0 ,5 .

По формулам (4.58, 4.61, 4.62) находим

Кt = 0,001(0,37 262 -25,727 + 814)=0,39;

Величина τ не превышает допустимую продолжительность температурно-влажностного режима.

4.3. Мелкозернистые (песчаные) бетоны

Из методов проектирования составов мелкозернистых бетонов на практике наиболее распространены методы, предложенные Ю.М. Баженовым и В.П. Сизовым.

313

По методу Ю. М. Баженова расчет состава мелкозернистого бетона включает определение В/Ц по формуле:

где А - коэффициент, учитывающий качество исходных материалов. Для материалов высокого качества А = 0,8, среднего - 0,75 и низкого - 0,65; Rц - активность цемента, МПа;

R- прочность бетона в возрасте 28 суток, определяемая на образцах-половинках балочек размерами 40×40×160мм, выдержанных в нормальных условиях.

При заданном В/Ц соотношение между песком и цементом (П:Ц=n) однозначно определяется показателем удобоукладываемости смеси (рис. 4.12, 4.13).

Ж, с

Рис. 4.12. Графики для выбора соотношения между цементом и песком средней крупности (водопотребность 7%), обеспечивающего заданные значения расплыва конуса (РК) и жесткости (Ж) цементнопесчаныхсмесей(поЮ.М.Баженову)

Известные значения В/Ц и n дают возможность легко найти, на основе уравнения материального баланса (суммы абсолютных объемов) расходы всех компонентов мелкозернистой бетонной смеси:

314

В приведенных формулах: Vвв - объем вовлеченного воздуха; ρц и ρn - плотности цемента и песка в кг/м3.

Ц/П

( Ц / П )′

Рис.4.13. График для корректировки соотношения Ц / П при обеспечении заданной подвижности цементно-песчаной смеси в зависимости от модуля крупности песка (Мк):

1 - Мк = 2,5, 2 - Мк = 1,5, 3 - Мк = 0,75 (Ц / П - соотношение для песка средней крупности, которое

принимается по рис.4.12)

По методу В. П. Сизова для мелкозернистого, как и для обычного бетона, при расчете В/Ц применяют формулу:

315

где ∑∆А – сумма соответствующих поправок в зависимости от

показателей удобоукладываемости, модуля крупности песка, нормальной густоты цементного теста.

По В. П. Сизову изменение в песке содержания отмучиваемых примесей от 1 до 5% вызывает уменьшение значения коэффициента А от 0,52 до 0,47. В этих же пределах соответственно уменьшается значение А при переходе от малоподвижных к литым смесям, снижении модуля крупности песка от 3 до 1, увеличении нормальной густоты цементного теста от 27 до 34%.

Коэффициент К1 зависит от минералогического состава цемента и изменяется от 0,88 для высокоалюминатного цемента (С3А>10%) до 1,02 (для высокобелитового). Коэффициент К2 зависит от коэффициента вариации прочности бетона. При коэффициенте вариа-

ции0,92.Vс = 9…12% К2= 0,98, Vс =13% К2= 0,95 и Vс = 14…17% К2=

где ρп и ρн.п – соответственно плотность и насыпная плотность песка, Рп - пустотность песка, αц.т - коэффициент заполнения пустот и раздвижки зерен песка цементным тестом.

По экспериментальным данным В. П. Сизова коэффициент αц.т может колебаться в широком диапазоне и зависит от показателей удобоукладываемости мелкозернистых бетонных смесей, величины Ц/В, модулякрупностипескаинормальнойгустотыцементноготеста.

Для расчета прочности на сжатие мелкозернистого бетона можно использовать формулу общего вида (4.2).

Значения коэффициентов Аи в выбираються по табл. 4.37.

При расчете состава мелкозернистой бетонной смеси необходимо учитывать, что после ее уплотнения в бетоне всегда остается некоторый объем воздуха. Количество вовлеченного воздуха определяется удобоукладываемостью бетонных смесей, способом уплотнения и особенностями конкретных воздухововлекающих добавок.

316

Таблица 4.37 Значения коэффициентов Аи в для мелкозернистого бетона

Vз.в, м3

Рис. 4.14. Номограммадляопределенияобъемазащемленного воздухаввибропрессованноммелкозернистомбетоне:

А - амплитуда вибрации, Т - продолжительность вибрирования; Р1 - величина динамического пригруза; Р2 - давление прессования

Объем защемленного в мелкозернистых бетонных смесях воздуха (л) при вибрировании определяется по формулам:

• для пластичных смесей:

317

Для смесей, жесткость которых нельзя определить обычными методами (сверхжесткие полусухие смеси), а также для бетонных смесей, которые уплотняются силовыми методами, объем защемленного воздуха зависит от параметров и особенностей конкретного способа уплотнения. Для сверхжестких бетонных смесей, которые уплотняются вибропрессованием, количество защемленного воздуха можно определить по номограмме (рис. 4.14).

Пример 4.20. Определить состав мелкозернистого бетона с прочностью 30 МПа для тонкостенной железобетонной плиты с удобоукладываемостью смеси 7 ... 8 с.

Материалы: портландцемент М400, песок с модулем крупности Мк = 1,5, плотностью ρп = 2,63 кг / л .

Расчет выполняем по методу Ю.М. Баженова: 1. По формуле (4.72):

В/Ц = 0,75·40/ (30+0,8·0,75·40)=0,55.

2.По графику (рис. 4.12) устанавливаем отношение Ц: П. Оно равно 1:4,3. Учитывая поправку на крупность песка (рис. 4.13), уточняем отношение Ц:П. Оно составляет 1:3,7.

3.Расход цемента находим по формуле (4.73):

4. Расход песка:

П= 3,7·440=1630 кг/м3.

4.4.Легкие и ячеистые бетоны

Легкие бетоны. В группу легких бетонов, изготавливаемых с применением портландцемента или его разновидностей, крупного и мелкого пористых заполнителей (мелкий заполнитель может быть также плотным), входят теплоизоляционные, конструкционнотеплоизоляционные и конструкционные бетоны. Изготавливают также специальные легкие бетоны (жаростойкие, химически стойкие, декоративные и др.).

Теплоизоляционные бетоны с плотностью до 500 кг/м3, прочно-

стью на сжатие 1,5 ... 2,5 МПа и теплопроводностью 0,12 ... 0,24 Вт/(м·0С) применяют в системах теплоизоляции зданий и сооружений.

318

К конструкционно-теплоизоляционных относят бетоны, которые предназначены для ограждающих конструкций зданий и должны характеризоваться необходимой теплоизолирующей способностью наряду с достаточной прочностью.

Конструкционные легкие бетоны применяют для несущих конструкций зданий и сооружений, для них требования по теплоизолирующей способностью не являются определяющими.

Для конструкционно-теплоизоляционных бетонов плотность находится, как правило, в диапазоне 500 ... 1400 кг/м3, прочность - 3,5

... 10 МПа, теплопроводность 0,17 ... 0,40 Вт/(м•0С), для конструк-

ционных соответственно - 1400 ... 2000 кг/м3, 15 ... 50 МПа, 0,4 ...

0,58 Вт / (м•oС).

Классы и марки легких бетонов, нормируемые в соответствии с ГОСТ 25820-2000, приведены в табл.4.38

Таблица 4.38

Классы и марки легких бетонов

По виду крупного пористого заполнителя легкие бетоны подразделяют на керамзитобетон, аглопоритобетон, шлакопемзобетон, перлитобетон, бетон на щебне из пористых горных пород, термолитобетон, вермикулитобетон, шлакобетон и др.

319

Целью проектирования составов легких бетонов также как и тяжелых является обеспечение нормативных показателей их качества при минимально возможных затратах цемента и стоимости материалов на 1м3 бетона. Для конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов критерием оптимизации составов может быть также минимально возможная плотность при обеспечении других нормируемых свойств.

Основным прочностным параметром легких бетонов при проектировании их составов для сборных железобетонных изделий является отпускная прочность. Для конструкционнотеплоизоляционных бетонов она принимается 80% проектной, конструкционных - 70%.

Для конструкционных легких бетонов, предназначенных для предварительно напряженных конструкций, нормируется передаточная прочность. При условии обеспечения нормируемых значений отпускной (передаточной) прочности проверяется также необходимая прочность бетона в проектном возрасте.

Требуемый уровень прочности легкого бетона, обеспечивающий заданный класс по прочности, также как и для тяжелого бетона рассчитывается по ГОСТ 18105-2010 с учетом коэффициента вариации прочности.

Требуемую плотность легкого бетона на контролируемый период ρТ вычисляют в соответствии с ГОСТ 27005-86 по формуле:

где ρн – нормируемое значение плотности бетона (марка по средней плотности), кг/м3; Кт – коэффициент требуемой плотности в зависимости от вида бетона и среднего по партиям коэффициента вариации плотности бетона Vп за анализируемый период (табл.4.39 )

Таблица 4.39

Значение Кт в формуле (4.80)

320