book_23313

где Вп – водопотребность песка, %, П –расход песка, кг/м3.

При отсутствии данных по водопотребности песка можно увеличивать значения В при применении мелкого кварцевого песка на 5 л/м3 на каждые 0,1 м3/м3 его насыпного объема, керамзитового песка - 7 ... 10 л/м3, вспученного перлитового песка - 12 ... 15 л/м3,

аглопоритового - 15 л/м3, шлакопемзового - 10 л/м3, золы ТЭС - 15

... 20 л/м3.

Правильность ориентировочного расчета составов легкого бетона проверяют определением суммарного абсолютного объема его компонентов ΣVабс:

где ρц≈3,1 кг/л; ρ′з.п и ρ′з.к – плотность зерен мелкого и крупного

заполнителей, определенная в цементном тесте.

Таблица4.49 Ориентировочныйрасходводы(В0) длялегкобетонныхсмесей

Примечание. Водопоглощение крупного заполнителя принято 15%.

При отсутствии воздухововлекающих добавок найденное значение ΣVабс должно находиться в пределах 950 ... 1050 л/м3. Если оно выходит за указанные пределы расчет повторяют, изменив расход крупного заполнителя (табл. 4.46), или предусмотрев введение воздухововлекающих, пенообразующих добавок и др..

Расчетное содержание вовлеченного воздуха,%:

331

Определенное по формуле (4.85) значение объема вовлеченного воздуха не должно превышать 12% для бетонов, содержащих мелкий заполнитель и имеющих в своем составе воздухововлекающую добавку и 25% для беспесчаных поризованных бетонов.

Пример 4.23. Рассчитать состав конструкционнотеплоизоляционного керамзитобетона поризованной структуры для железобетонной конструкции с отпускной прочностью бетона на сжатие 4 МПа, плотностью в сухом состоянии 900 кг/м3 с показателем удобоукладываемости бетонной смеси ОК = 3

... 7 см (П2).

Материалы: портландцемент М400, керамзитовый гравий крупностью до 40 мм с насыпной плотностью 500 кг/м3, плотностью зерен в цементном тесте 0,9 кг/л; керамзитовый песок с насыпной плотностью 640 кг/м3 и плотностью зерен в цементном тесте 1,4 кг/л.

1.По данным табл. 4.42 определяем, что на данных материалах можно получить керамзитобетон с заданной плотностью.

2.Ориентировочный расход керамзитового гравия принимаем

(табл. 4.46) 1м3 на 1 м3 бетона (500 кг/м3).

3.Ориентировочный расход цемента М400 составляет (табл.4.47) 210 кг/ м3. Из условия обеспечения коррозионной стойкости арматуры расход цемента принимаем 220 кг/м3.

4.Расход песка найдем по формуле (4.81):

П= 900- ( 500 + 1,15ּ220)=147 кг;

Vп = 147/640 =230 л.

5.Расход воды с учетом рекомендаций табл. 4.49 и поправки на применение дробленого керамзитового песка составит:

В = 190+10=200 л.

6.Рассчитаем необходимую степень поризации (аэрации) бетонной смеси:

Расчет номинальных составов конструкционных легких бетонов

обычно выполняют в следующей последовательности:

332

1) в зависимости от заданных показателей прочности и средней плотности бетона, а также насыпной плотности и прочности

крупного заполнителя выясняют возможность получения бетона на плотном или пористом песке с учетом его прочности при раздавливании в цилиндре (табл. 4.43 - 4.45);

2)в соответствии с заданным средним уровнем прочности бетона на сжатие определяют расход цемента (Ц) в зависимости от его марки, а также вида песка, крупности и марки по прочности крупного заполнителя, удобоукладываемости бетонной смеси (табл. 4.50, 4.51);

3)в зависимости от заданной удобоукладываемости бетонной смеси, наибольшей крупности и вида крупного заполнителя определяют начальный расход воды (В0) (табл. 4.52);

4)в зависимости от заданного среднего уровня плотности бетона

изерен крупного заполнителя, а также найденных расходов цемента

иводы устанавливается объемная концентрация крупного заполнителя (φ) и его расход (кг) (табл. 4.53);

5)из условия правила абсолютных объемов рассчитывают расход песка;

6)уточняют расчетный расход воды с учетом поправок на водопотребность песка, водопоглощение крупного заполнителя, его объемную концентрацию и расход цемента.

Таблица 4.50 Ориентировочный расход цемента, кг/м3 при применении

пористых заполнителей с крупностью до 20 мм и плотного песка для бетонных смесей с Ж = 5 ... 8 с.

Объемную концентрацию крупного заполнителя можно найти в зависимости от плотности зерен в цементном тесте (табл. 4.53) или

333

объема межзерновых пустот крупного заполнителя (α) для бетонных смесей с маркой по удобоукладываемости П1 по формуле:

Для бетонных смесей марок П2 и более значение φ уменьшается на 0,02, Ж1 и Ж2 - увеличивается на 0,02.

Плотность зерен крупного заполнителя ( ρ′з.к ) в цементном тесте ориентировочно можно определить по формулам:

где ρз.к –плотность зерен крупного заполнителя.

Таблица 4.51 Коэффициенты изменения расхода цемента при изменении его марки, вида песка, крупности заполнителя и удобоукладываемости

бетонной смеси

334

продолжение табл.4.51

Примечания. 1. Коэффициенты изменения расхода цемента при применении песка с Мк = 1,5 ... 2 (Вп = 10%) - 1,05; Мк = 1 ... 1,5 (Вп> 10%) - 1,1. 2. Для цемента І группы по эффективности при пропаривании коэффициент изменения расхода цемента - 0,93; III - 1,07.

Таблица 4.52 Ориентировочный расход воды для легкобетонных смесей

Примечания. 1. Расходы воды приведены для бетонов с расходом цемента 450 кг/м3 и менее, применении плотного песка с Вп = 7% при объемной концентрации крупного заполнителя φ = 0,37 и водопоглощении -15%. 2. Бетонные смеси марок П3 и П4 изготавливают с пластифицирующими добавками.

Значение φ по табл. 4.53 не должно превышать более чем на 0,05 оптимальную величину, которая рассчитывается по формуле (4.86).

335

Если это условие не обеспечивается, часть плотного песка заменяют пористым, золошлаковой смесью или золой. Для конструкционного бетона прочностью 15...20МПа рекомендуется также при применении плотного песка введение добавок, которые вовлекают 3

... 6% воздуха и снижают значение φ на 0,03 ... 0,06.

Расход крупного пористого заполнителя, кг/м3, по массе и насыпному объему определяют по формулам:

где ρк и ρкн –соответственно плотность и насыпная плотность

крупного пористого заполнителя.

Расход песка, кг/м3 находят в зависимости от плотности бетона, расхода цемента и крупного заполнителя:

Примечания: 1. Приведенные значения справедливы для бетонов с расходом цемента Ц = 400 кг/м3, начальным водосодержанием В0 = 200л/м3, водопотребностью песка Вп - 8%. 2. При изменении расхода цемента на ± 100 кг/м3 φ соответственно изменяется на 0,01 - 0,02, а при изменении Ц на ± 200 кг/м3 - на 0,03 - 0,05. 3. При увеличении В0 на каждые 20 л/м3 φ уменьшается на 0,02, при уменьшении В0 на каждые 20 л/м3 φ увеличивается на 0,02. 4. При уменьшении или увеличении Вп на 2% φ соответственно увеличивается или уменьшается на 0,01.

336

Общую водопотребность бетонной смеси находят, добавляя к исходному расходу воды (В0) по табл.4.52 поправки на водопотребность песка (В1), повышенное содержание цемента (В2) и неоптимальную объемную концентрацию крупного заполнителя (В3). При возможности вводят и другие поправки, учитывающие, например, водопоглощение заполнителей и др.

Поправка В1 на водопотребность пористого песка (Вп) находится по формуле (4.83). Поправка на повышенный расход цемента (Ц> 450 кг/м3):

Поправка на неоптимальную из условия водопотребности смеси объемную концентрацию крупного заполнителя:

Пример 4.24. Рассчитать состав керамзитобетона с заданной прочностью 25 МПа, плотностью в сухом состоянии 1700 кг/м3 при подвижности бетонной смеси ОК = 3 ... 7 см.

Материалы: цемент М500; песок плотный с ρн=2,65кг/л и водопотребностью 6,5%; керамзитовый гравий двух фракций 5...10 мм и 10 ... 20 мм в соотношении 40: 60% со средней

плотностью зерен в цементном тестеρ′з.к =1,22 кг/л и средней

прочностью при раздавливании в цилиндре 5,5 МПа.

По своим свойствам керамзитовый гравий удовлетворяет требованиям, необходимым для получения заданных свойств бетона

(табл. 4.44).

1.По табл. 4.50 ориентировочный расход цемента составляет 310 кг/м3. С учетом поправочных коэффициентов на цемент М500 - 0,85

иосадку конуса 3...7 см -1,15. (Табл. 4.51) расход цемента:

Ц=310·0,85·1·1,15=305 кг/м3.

2.По табл. 4.52 начальный расход воды В0=205 л/м3.

3.Объемная концентрация керамзита (табл. 4.53) φ = 0,38.

Расход керамзита по массе: К=1000·0,38·1,22=465 кг/м3. 4. Расход песка:

П= 1700-1,15ּ305-465 = 885 кг/м3.

Общий расход воды с учетом поправок на водопотребность песка (4.83) и объемную концентрацию крупного заполнителя

(4.93):

В=205+0,02·885/ 2,65(6,5-7) +2000(0,38-0,37)2 = 211,5 л/м3.

Расчетный состав керамзитобетона:

337

Ц=305 кг/м3; К= 465 кг/м3; П= 885 кг/м; В= 211,5 л/м3.

Расчет составов конструкционных легких бетонов методом

"приведенного Ц/В". Традиционные методики проектирования составов конструкционных легких бетонов основаны на назначении ориентировочного расхода цемента и объемной концентрации пористого заполнителя на основе справочных эмпирических данных, учитывающих прочность и плотность бетона, подвижность бетонной смеси, плотность и прочность заполнителей. С этой целью могут быть использованы как табличные и графические данные, так и соответствующие уравнения регрессии.

Известно большое количество расчетных формул, описывающих прочность легких бетонов. Большинство из них основано на гипотезе распределения напряжений между компонентами легких бетонов при их разрушении.

Все известные формулы для определения прочности легких бетонов можно разделить на 3 группы. К первой группе можно отнести формулы, в которых прочность легкого бетона зависит от прочностных свойств компонентов и их относительного содержания. Во вторую группу входят формулы, связывающие прочность бетона с деформативными свойствами компонентов. Третья группа включает формулы, учитывающие прочность компонентов легкого бетона, их объемное содержание и деформативные свойства. Эти формулы с большей или меньшей погрешностью позволяют прогнозировать прочность при известных физико-механических характеристиках компонентов и составе бетона. использовать их для проектирования состава легких бетонов однако достаточно сложно.

Параметром смеси, прямо связанным с прочностью, для легких бетонов может быть "приведенное Ц/В":

где Vц, B, Vз, Vвв – соответственно абсолютные объемы цемента, воды, пористого заполнителя и воздуха в 1м3 бетонной смеси; Рз – по-

ристость заполнителя, Wз0 - объемное водопоглощение заполнителя.

Впараметре Z влияние объема пор, образованных заполнителем

ивовлеченным воздухом, "приводится" к воздействию эквивалентного количества воды в составе бетонной смеси.

338

"Приведенное Ц/В" является более универсальным параметром, чем Ц/В и трансформируется в последнее при РзVз = 0 и Vвв = 0.

При учете пор заполнителя и вовлеченного воздуха в бетонной смеси физически обусловлена однозначная зависимость прочности легких бетонов от "приведенного Ц/В" (правило "приведенного Ц/В"), которую можно положить в основу расчетноэкспериментального метода проектирования их составов.

Обработка справочных и экспериментальных данных (рис. 4.15, табл. 4.54) показала, что прочность легких бетонов на пористых заполнителях связана с параметром Z линейной зависимостью, что подтверждает справедливость правила "приведенного Ц / В":

где А – коэффициент, учитывающий особенности заполнителей (для керамзитобетона на кварцевом песке А ≈ 1,7) Rц - активность цемента.

Примечание. В знаменателе для керамзита (К) указана марка по насыпной плотности.

339

Линейная зависимость прочности легких бетонов от приведенного Ц/В сохраняется в области т.н. эффективных составов, когда крупный заполнитель работает совместно с растворной составляющей.

Из формул (4.94 и 4.95) можно найти, что при применении для конструкционных легких бетонов плотного песка без воздухововлекающих добавок расход цемента:

Ц = R (В + РкVк −WкVк )ρц , (4.96)

АRц

где Рк , Vк . Wк – соответственно пористость, объем крупного пористого заполнителя и его объемное водопоглощение; ρц – плотность цемента (ρц = 3,1 г/см3).

Объемную концентрацию крупного пористого заполнителя в легком бетоне (ϕ) можно найти при помощи формулы, учитывающей коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя цемент- но-песчаным раствором (Кр):

где Пкмз – объем межзерновых пустот крупного заполнителя.

Значения Кр для конструкционных керамзитобетонов, полученные обработкой известных справочных данных приведены в табл.4.55.

Таблица 4.55 Коэффициент раздвижки зерен керамзита

Примечание. Значения Кр приведены для керамзитобетонных смесей с ОК = 5…9 см. Для смесей с ОК = 10…15 см – значения Кр увеличиваются на 0,05…0,015, с ОК = 15…20 см – на 0,15…0,2 в зависимости от плотности бетона. Для жестких бетонных смесей Кр уменьшается в зависимости от значений жесткости и плотности бетона.

340