Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование состава цементного бетона для автомобильных дорог общего пользования. Учебное пособие
.pdf
111
лабораторная виброплощадка;
формы для изготовления бетонных образцов;
камеры из оцинкованного железа для влажного хранения образцов;
гидравлический пресс.
3.1. Правила установления прочности для расчета состава бетона
В проектной документации строительных объектов, как правило,
указывают класс прочности бетона, т. е. нормируемое значение из уни-
фицированного ряда показателя качества бетона по прочности В
норм
,
МПа, принимаемое с гарантированной обеспеченностью. Как уже отмечалось ранее, особенностью строительства покрытий и оснований автомобильных дорог является то, что в проекте указывают как класс прочности бетона на растяжение при изгибе, так и его класс прочности на
сжатие. Ряды унифицированных значений классов прочности дорожных
бетонов установлены ГОСТ Р 59300:
‒ на сжатие: В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В22,5; В25; В27,5; В30; В35;
В40; В45; В50; В55; В60;
‒ на растяжение при изгибе: Btb1,2; Btb1,6; Вtb2,0; Btb2,4; Btb2,8; Btb3,2;
Вtb3,6; Btb4,0; Btb4,4; Btb4,8; Вtb5,2; Btb5,6; Btb6,0.
Числа в обозначении класса соответствуют значению прочности бетона при соответствующем виде деформации в проектном возрасте
(обычно 28 сут), гарантированному с обеспеченностью 0,95. Это значит,
что нормируемая классом прочность В
норм
, МПа, обеспечивается не ме-
нее чем в 95 случаях из 100. При этом прочность бетона при сжатии устанавливают испытанием контрольных образцов-кубов с размером ребра
15 см на одноосное сжатие на гидравлическом прессе (кубиковая проч-
ность бетона), а прочность бетона на растяжение при изгибе – испыта-
нием образцов-призм (балок) квадратного сечения.
В строительстве цементобетонных покрытий в основном применяют бетон классов прочности на растяжение при изгибе Btb4,0-Btb4,8,
классов прочности на сжатие В30-В40, марок по морозостойкости
F2100-F2200, а оснований – классов соответственно Btb1,2-Btb2,4,
В7,5-В20, марок F125-F1100.
Качество бетона по показателю прочности оценивают сравне-
нием фактической прочности бетона с прочностью, соответствующей
заданному классу прочности бетона (требуемой прочностью бетона).
112
Фактическую прочность бетона определяют при его испытаниях в конструкциях или на специально изготовленных образцах. Соответствие
прочности бетона заданным требованиям устанавливают в соответствии
с правилами ГОСТ 18105 путем оценки результатов испытаний, как правило, с учетом показателей однородности прочности.
Однородность прочности бетона устанавливают вычислением
коэффициента вариации прочности бетона v, %, для партий готовой
к применению бетонной смеси или сборных и монолитных конструкций
за определенный анализируемый период времени (от одной недели
до трех месяцев). Колебания прочности бетона в течение анализируемого периода обусловлены различными причинами:
− неучитываемыми колебаниями свойств цемента, а именно его ак-
тивности, водопотребности (нормальной густоты), минералогического
состава и т.п.;
− неточностью дозирования составляющих бетонной смеси;
− нарушением режима уплотнения бетонных смесей при формовании;
− колебаниями температуры и влажности среды твердения бетона;
− погрешностями, допущенными при испытании контрольных
образцов.
Чем выше культура производства, тем выше однородность прочности бетона и, следовательно, ниже значения коэффициента вариации.
С целью гарантированного обеспечения заданного значения В
норм
,
в соответствии с требованиями ГОСТ Р 59302, состав дорожного бетона
следует подбирать на так называемую среднюю прочность бетона
в партии Rб, МПа, соответствующую его классу с обеспеченностью 0,95
при коэффициенте вариации v = 13 %.
Среднюю прочность дорожного бетона в партии Rб, МПа, для расчета его состава устанавливают по формуле
, (3.1)
где В
норм
– нормируемое классом значение прочности бетона, МПа;
v коэффициент вариации прочности бетона (среднеотраслевое
значение v = 0,13);
t коэффициент, характеризующий принятую при проектировании
обеспеченность класса бетона (для обеспеченности 0,95 коэффициент t = 1,645).
tv
B
R
норм
б
1
113
При высокой технологической дисциплине коэффициент вариации
прочности бетона v, %, понижается, что обеспечивает экономию цемента
в течение следующего контролируемого периода.
Фактические величины прочности на растяжение при изгибе и на
сжатие бетона подобранного состава (при обеспечении обоих классов
прочности и марки по морозостойкости) могут не соответствовать заданным в проекте значениям. При этом одна из величин прочности может
оказаться выше, чем указано в проектной документации (табл. 3.3).
Таблица 3.3
Требования к дорожному цементному бетону
Конструктивный слой
дорожной одежды
Класс прочности бетона
на растяжение
при изгибе B
tb
на сжатие B
Покрытие
(объем вовлеченного
воздуха Vвв = 5-7 %)
3,6
25-30
4,0
25-35
4,4
30-40
4,8
35-45
Основание
(объем вовлеченного
воздуха Vвв = 0 %)
1,2
7,5-10,0
1,6
10,0-12,5
2,0
12,5-15,0
2,4
15-20
3.2. Удобоукладываемость бетонной смеси и методы ее определения
3.2.1. Требования к удобоукладываемости бетонной смеси
Удобоукладываемостью бетонной смеси называют ее способность
заполнять форму, образуя в результате уплотнения плотную, однородную массу.
В зависимости от показателя удобоукладываемости бетонные смеси
для оснований и покрытий автомобильных дорог, в соответствии с требованиями ГОСТ Р 59300, подразделяют на группы: жесткие (Ж) и подвижные (П).
Подвижные бетонные смеси подразделяют на марки по осадке конуса (табл. 3.4), а жесткие – по показателю жесткости (табл. 3.5).
114
Таблица 3.4
Марки по осадке конуса
Марка
Осадка конуса, см
П1
1-4
П2
5-9
П3
10-15
П4
16-20
П5
От 21 и более
Таблица 3.5
Марки по жесткости
Марка
Жесткость, с
Ж1
5-10
Ж2
11-20
Ж3
21-30
Ж4
31-50
Ж5
Более 50
Традиционно в строительстве оснований и покрытий автомобильных дорог применяют бетонные смеси марок по удобоукладываемости
П1 и Ж1. Однако появление и развитие новых технологий, а также внедрение современных уплотняющих машин и механизмов обусловливают
все более широкое использование в дорожном строительстве бетонных
смесей и других марок по удобоукладываемости.
Показатели удобоукладываемости бетонной смеси по осадке конуса
и жесткости оценивают по методикам ГОСТ Р 59301.
3.2.2. Определение подвижности бетонной смеси по осадке конуса
Подвижность характеризуется измеряемой в сантиметрах величи-
ной осадки конуса (ОК), отформованного из пластичной бетонной смеси.
Для определения подвижности бетонной смеси с зернами заполнителя наибольшей крупностью до 45 мм включительно используют прибор, представляющий собой усеченный конус, изготовленный из тонкой
листовой стали. Методика определения удобоукладываемости бетонной
с наибольшей крупностью заполнителя более 45 мм имеет некоторые
особенности и в настоящем учебном пособии не рассматривается.
115
Перед испытаниями поверхности конуса и приспособлений, соприкасающиеся с бетонной смесью, очищают и протирают влажной тканью.
Конус устанавливают на гладкий металлический лист и через воронку заполняют его бетонной смесью марок по удобоукладываемости:
− П1-П3 – в три слоя одинаковой высоты, уплотняя каждый слой
штыкованием металлическим стержнем 25 раз;
− П4 и П5 − в один прием, уплотняя штыкованием 10 раз.
Конус во время заполнения и штыкования должен быть плотно прижат к листу. После уплотнения бетонной смеси воронку снимают и избыток смеси срезают кельмой вровень с верхними краями конуса. Конус
плавно снимают с отформованной бетонной смеси в строго вертикальном направлении и устанавливают рядом с нею. Время от начала заполнения конуса до его снятия не должно превышать 3 мин, а время, затраченное на подъем конуса, должно составлять 5–7 с.
Осадку конуса бетонной смеси определяют, укладывая гладкий стержень на верх металлической формы-конуса и измеряя расстояние от нижней поверхности стержня до верха осевшей бетонной смеси (рис. 3.2).
Рис. 3.2. Определение подвижности бетонной смеси:
1 – металлический конус; 2 – жесткая смесь;
3 – подвижная смесь; 4 – осадка конуса
Осадку конуса одной пробы бетонной смеси определяют дважды
и вычисляют среднее арифметическое полученных результатов с точностью до 1,0 см. Общее время испытания не должно превышать 10 мин.
3.2.3. Определение жесткости бетонной смеси
Жесткость бетонной смеси характеризуется временем вибрации
(в секундах), необходимым для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса бетонной смеси в приборе для определения жесткости.
116
Существует три метода определения жесткости бетонной смеси:
Вебе, Красного и Скрамтаева, и, соответственно, три предназначенных
для этого стандартных прибора. Ниже описана методика определения
жесткости бетонной смеси с помощью прибора Вебе (рис. 3.3).
а) б)
Рис. 3.3. Определение жесткости бетонной смеси:
а – прибор для определения жесткости; б – схема испытаний
Перед испытанием прибор и приспособления тщательно очищают и
все поверхности, соприкасающиеся с бетонной смесью, протирают влажной тканью. Прибор устанавливают и жестко фиксируют на виброплощадке, имеющей стандартные характеристики: частоту вертикально
направленных колебаний (2900±100) в минуту и амплитуду (0,50±0,05) мм.
В цилиндрическое кольцо прибора вставляют и закрепляют специальными ручками конус. Заполнение конуса бетонной смесью, уплотнение
смеси и снятие с отформованной смеси конуса осуществляют в соответствии с п. 3.2.2, как для смесей марок П1-П3.
После этого стальную форму конуса снимают и, поворачивая штатив, плавно опускают стальной диск с шестью отверстиями на поверхность отформованного конуса из бетонной смеси. Общая масса диска,
штанги и шайбы установки должна составлять (2750±50) г.
Затем одновременно включают виброплощадку и секундомер
и наблюдают за выравниванием и уплотнением бетонной смеси. Вибрирование осуществляют до тех пор, пока начнется выделение цементного
теста из любых двух отверстий диска. В этот момент выключают секундомер и виброплощадку. Полученное время (в секундах) характеризует
жесткость бетонной смеси.
117
Жесткость бетонной смеси вычисляют с округлением до 1 с как
среднее арифметическое результатов двух определений жесткости из одной пробы смеси.
3.3. Форма задания на проектирование состава
дорожного цементного бетона
1. Требуется подобрать состав цементного бетона для монолитного
__________________________ автомобильной дороги:
покрытия (основания)
− класс прочности бетона на растяжение при изгибе ____________;
− класс прочности бетона на сжатие ___________ ;
‒ среда эксплуатации конструкции по ГОСТ 31384______________
_____________________________________________________________;
− марка бетона по морозостойкости ___________ ;
− марка бетонной смеси по удобоукладываемости _________ , кон-
кретное значение показателя удобоукладываемости _________ ;
‒ способ уплотнения бетонной смеси _________________________;
‒ объем вовлеченного воздуха в бетонную смесь __________;
− допустимая наибольшая крупность щебня __________.
2. Характеристика исходных материалов:
Цемент по ГОСТ 33174:
‒ класс цемента _______ ;
− прочность цемента на сжатие (активность)
ц
R
______ МПа ;
− прочность цемента на растяжение при изгибе
tb
ц
R
______ МПа ;
‒ нормальная густота цементного теста НГ ______ %;
− истинная плотность цемента ρц = ______ кг/л;
− насыпная плотность цемента ρнц = ______ кг/л.
3.4.2.2. Щебень по ГОСТ 32703:
− вид щебня ______________________________________ ;
− наибольшая крупность D
max
= ______ мм;
− истинная плотность щебня ρщ = ______ кг/л;
− плотность зерен щебня ρзщ = ______ кг/л;
− насыпная плотность щебня ρнщ = ______ кг/л;
− объем межзерновых пустот (пустотность) щебня
щ
V
= ______ .
118
Песок по ГОСТ 32824:
− вид песка ______________________________________ ;
− группа по крупности _____________________________________ ;
− истинная плотность песка ρи = ______ кг/л;
− насыпная плотность песка ρнп = ______ кг/л;
− объем межзерновых пустот песка (пустотность) Vп = _____ .
Химические добавки по ГОСТ 24211:
‒ воздухововлекающая (микрогазообразующая) ________________ ;
‒ водоредуцирующая _______________________________________.
Вода по ГОСТ 23732: _______________________________________.
3.4. Основные положения подбора состава дорожного бетона
методом абсолютных объемов
Объем плотно уложенной бетонной смеси, принимаемый в расчете
равным 1000 л (1 м3), слагается из объемов щебня, песка, цементного теста и, с целью обеспечения необходимой морозостойкости бетона,
пор искусственно вовлеченного воздуха (газа), полученных за счет применения химических добавок.
Это условие выражается уравнением абсолютных объемов:
1000, (3.2)
где Ц, В, П, Щ – расходы соответственно цемента, воды, песка и щебня
на 1 м3 уплотненной бетонной смеси, кг;
ρ
ц
, ρп, ρщ – истинные плотности цемента, песка и щебня, кг/л;
Vвв – объем вовлеченного воздуха, л.
Структурный каркас бетона сформирован крупным заполнителем,
пространство между зернами которого заполняет цементно-песчаный
раствор, несколько раздвигающий при этом зерна каркаса.
Это положение (принцип фаз) выражается уравнением
, (3.3)
где ρнщ – насыпная плотность щебня, кг/л;
Vщ – пустотность щебня (в долях единицы);
α – коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя (коэффи-
циент избытка раствора).
вв
щпц
V
ЩП
В
Ц
вв
пц
щ
нщ
V
П
В
Ц
V
Щ
119
3.5. Определение начального состава дорожного бетона
3.5.1. Определение расхода воды
Ориентировочный (базовый) расход воды В, л, на 1 м3 уплотненной
бетонной смеси принимают в зависимости от наибольшей крупности
заполнителя по табл. 3.6.
Таблица 3.6
Расход воды для расчета состава бетонной смеси
Осадка
конуса,
см
Жесткость,
с
Расход воды, л/м3, при наибольшей крупности заполнителя, мм
щебня из гравия
щебня
8
11,2
16
22,4
31,5
8
11,2
16
22,4
31,5
‒
40-50
150
140
135
130
125
160
155
150
140
135 ‒ 25-35
160
150
145
135
130
170
165
160
150
145
‒
15-20
165
155
150
140
135
175
170
165
155
150
‒
10-15
175
165
160
150
145
185
180
175
165
160
2-4
‒
190
180
175
165
160
200
195
190
180
175
5-7
‒
200
190
185
175
170
210
205
200
190
185
8-10
‒
205
195
190
180
175
215
210
205
195
190
Примечания:
1. Расход воды приведен для смеси на портландцементе с нормальной густотой
цементного теста от 26–28 % и на среднем песке.
2. При изменении нормальной густоты цементного теста на каждый процент в меньшую
сторону расход воды уменьшают на 3–5 л/м3, в большую сторону – увеличивают на 3–5 л/м3.
3. При использовании мелкого и очень мелкого песка расход воды увеличивают
соответственно на 3–5 и 6–10 л, при применении крупного песка – уменьшают на 3–5 л.
4. При применении суперводоредуцирующих добавок расход воды уменьшают
на 20 % и более, водоредуцирующих – на 7–20 % (см. табл. 3.1).
3.5.2. Определение значения водоцементного отношения
Значение водоцементного отношения (В/Ц), обеспечивающего дости-
жение вычисленного по формуле (3.1) значения средней прочности бетона
в партии, устанавливают расчетом. В этих целях рекомендуется использовать зависимости Боломе – Скрамтаева для прочности на сжатие Rб, МПа,
и СоюзДорНИИ для прочности на растяжение при изгибе
tb
б
R
, МПа,
с учетом влияния на эти технические характеристики бетона вовлеченного в его структуру воздуха
ввцб
VВЦRR 06,015,0/6,0
, при В/Ц ≥ 0,4;
(3.4)
120
ввцб
VВЦRR 06,015,0/4,0
, при В/Ц ≤ 0,4;
(3.5)
вв
tb
ц
tb
б
VВЦRR 025,011,0/39,0
,
(3.6)
где
б
R
‒ средняя прочность бетона в партии на сжатие, МПа;
tb
б
R
– средняя прочность бетона в партии на растяжение при изгибе, МПа;
Rц – прочность цемента на сжатие (активность), МПа;
tb
ц
R
– прочность цемента на растяжение при изгибе, МПа;
Ц, В – расходы, соответственно, цемента и воды на 1 м3 бетона, кг;
Vвв – объем вовлеченного воздуха в бетонную смесь, %, принимаемый
по табл. 3.7.
Таблица 3.7
Значение водоцементного отношения для дорожных бетонных смесей
и объем вовлеченного в них воздуха
Конструктивный слой
Вид
бетонной
смеси
Водоцементное отношение,
не более, для смесей
Объем
вовлеченного
воздуха в
бетонной
смеси, %
крупнозерни-
стых
мелкозерни-
стых
Однослойное покрытие
или верхний слой
двухслойного покрытия
Подвижная
0,45
0,45
5,0-7,0
Жесткая
0,35
0,45
4,0-8,0
Нижний слой двухслойного
покрытия
Подвижная
0,60
0,60
4,0-6,0
Жесткая
0,40
0,50
4,0-8,0
Для оснований
Подвижная
0,60
0,80
Не
нормируется
Жесткая
0,50
Формулы (3.4) – (3.6) применимы для оценки средних величин
прочности бетона в сериях при испытании образцов тяжелого бетона базового размера по базовым схемам ГОСТ 10180, ГОСТ 28570, приготовленных из малоподвижной бетонной смеси, в возрасте 28 суток нормального твердения.
Для бетона из жесткой бетонной смеси (марок ЖЗ-Ж4) в представленных формулах для прочности бетона на сжатие вводят дополнительный повышающий коэффициент Кж = 1,1–1,3, из подвижной бетонной
смеси (марок ПЗ-П5) – понижающий коэффициент Кп = 0,90–0,95.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]