6.2 Подбор состава тяжелого бетона

Задача подбора состава бетона заключается в том, чтобы получить бетон требуемой прочности, морозостойкости и долговечности, а бетонную смесь – заданной удобоукладываемости при наиболее рациональном (оптимальном) соотношении компонентов. При этом расход цемента должен быть минимальным, а полученный бетон должен иметь максимальную среднюю плотность. Для подбора состава бетона необходимо знать: назначение бетона; требуемую прочность на сжатие; удобоукладываемость бетонной смеси; вид и марку (активность) цемента; истинную, среднюю и насыпную плотности всех компонентов; зерновой состав заполнителей и показатель пустотности крупного заполнителя.

Подбор состава бетона обычно проводят, используя метод «абсолютных объемов», в основу которого положено условие, что объем бетона состоит из четырех плотно уложенных компонентов: цемента, воды, мелкого и крупного заполнителя.

Расчет состава тяжелого бетона. Состав тяжелого бетона рассчитывают в следующем порядке:

1. Для обеспечения требуемой прочности бетона используют формулу (6.1). Эта формула позволяет определить такое соотношение воды и цемента (водоцементное отношение В/Ц), которое при данном качестве заполнителей А и данной активности цемента R_ц обеспечивает получение требуемой прочности бетона R_б:

• для пластичных смесей (при В/Ц > 0,4)

В/Ц = А₁R_ц/(R_б + 0,5 А₁R_ц); (6.2)

• для особо жестких смесей (при В/Ц< 0,4)

В/Ц = А₂R_ц/(R_б - 0,5 А₂R_ц). (6.3)

Значение коэффициентов а1 и а2

Заполнитель А₁ А₂

Высококачественный ...................................................... 0,65 0,43

Рядовой ............................................................................ 0,60 0,40

Пониженного качества .................................................... 0,55 0,37

2. Определение расхода воды В производят, исходя из заданной удобоукладываемости (подвижности или жесткости) бе­тонной смеси по графикам или по справочным таблицам (таблица 6.1). Расход воды выражают в л (кг) на 1м³ бетонной смеси.

Расход воды, л, на 1 м³ бетонной смеси Таблица 6.1

Характеристика бетонной смеси		Расход воды, л, при наибольшей крупности, мм
ОК, см	Ж, с	гравия				щебня
		10	20	40	70	10	20	40	70
-	40...50	150	135	125	120	160	150	135	130
-	25...35	160	145	130	125	170	160	145	140
-	15...20	165	150	135	130	175	165	150	145
-	10...15	175	160	145	140	185	175	160	155
2...4	-	190	175	160	155	200	190	175	170
5...7	-	200	185	170	165	210	200	185	180
8...10	-	205	190	175	170	215	205	190	185
10...12	-	215	205	190	180	225	215	200	190
12...16	-	220	210	197	185	230	220	207	195
16...20	-	227	218	203	192	237	228	213	202

Примечание. При применении мелкого песка с водопотребностью выше 7 % расход воды увеличивают на 5 л на каждый процент увеличения водопотребности; при крупном песке с водопотребностью менее 7 % — уменьшают на 5 л на каждый процент уменьшения водопотребности. При применении пуццолановых цементов расход воды уве­личивается на 15...20 л. При расходе цемента свыше 400 кг/м³ расход воды увеличивается на 10 л на каждые 100 кг цемента.

3. Определение расхода цемента Ц (кг), зная расход воды В, производят по формуле

Ц=В:(В/Ц). (6.4)

Если рассчитанный расход цемента окажется ниже допусти­мого (таблица 6.2), то его увеличивают, соответственно увеличи­вая расход воды так, чтобы сохранить рассчитанное В/Ц.

4. Расчет расхода заполнителей (песка и крупного запол­нителя) выполняют, решая совместно два уравнения, характери­зующие строение бетонной смеси.

Первое — объем 1 м³ (1000 дм³) плотно уложенной бетонной смеси слагается из абсолютных (без воздушных пустот) объемов цемента Ц/ρ_ц, воды В, песка П/ρ_п и крупного заполнителя К/ρ_к:

Ц/ρ_ц + П/ρ_п + К/ρ_к = 1000 дм³. (6.5)

Таблица 6.2

Минимально допустимые расходы цемента, кг, в бетоне в зависимости от способа его уплотнения и условий эксплуатации

Условия эксплуатации бетона	Уплотнение вибрацией	Без вибрации
Постоянно соприкасается с водой; подвер-	240	265
жен частому замораживанию и оттаиванию
Не защищен от атмосферных воздействий	220	250
Защищен от атмосферных воздействий	200	220

Таблица 6.3

Коэффициент раздвижки зерен в зависимости от расхода цемента и В/Ц

Расход цемента, кг на 1 м3 бетона	Коэффициент раздвижки α при В/ Ц
	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
250	-	-	-	1,26	1,32	1,38
300	-	-	1,30	1,36	1,42	-
350	-	1,32	1,38	1,44	-	-
400	1,31	1,40	1,46	-	-	-
500	1,44	1,52	1,56	-	-	-
550	1,52	1,56	-	-	-	-

Второе – пустоты между зернами крупного заполнителя должны быть заполнены растворной смесью с учетом некоторой раздвижки зерен, величина которой определяется коэффициен­том раздвижки α:

Ц/ρ_ц + П/ρ_п + В = αV_пустК/ ρ_нас, (6.6)

где Ц, В, П, К — расходы соответственно цемента, воды, песка и крупного заполнителя, кг на 1 м³ бетона; ρ_ц, ρ_п, ρ_к — соответственно истинные плотности цемента, песка, крупного заполнителя, кг/м³; ρ_нас — насыпная плотность крупного запол­нителя, кг/м³; К_пуст — относительный объем пустот (пустотность) крупного заполнителя; α — коэффициент раздвижки зе­рен для жестких бетонных смесей принимают равным 1,05... 1,15, в среднем — 1,1; для пластичных смесей, α принимают по таблице 6.3.

Решая совместно приведенные выше уравнения, получаем формулы для определения расходов (в кг на 1 м³ бетона):

крупного заполнителя К; (6.7)

песка П = (1000 - Ц/ρ_ц – В – К/ρ_ц) ρ_п. (6.8)

Таким образом получают расчетный состав бетона в виде рас­хода материалов Ц, В, П, К (кг) для получения 1 м³ бетона. Рас­четная плотность бетонной смеси (кг/м³) составит

= Ц + В + П + К. (6.9)