3. Добір номінального складу бетону

1. добір номінального складу бетону виконують по наступних етапах:

• вибір та визначення характеристик вихідних матеріалів для бетону;

• розрахунок початкового складу;

• розрахунок додаткових складів бетону з параметрами складів, відмінних від прийнятих в початковому складі у більшу чи меншу сторону;

• виготовлення пробних замісів початкового та додаткових складів, відбір проб, випробування бетонної суміші, виготовлення зразків та їх випробування за всіма нормованими показниками якості;

• обробка одержаних результатів із встановленням залежностей, що відображають вплив параметрів складу на нормовані показники якості бетонної суміші та бетону та призначених для призначення номінального, а також призначення та коректування робочих складів бетону;

• призначення номінального складу бетону, що забезпечує отримання бетонної суміші та бетону необхідної якості при мінімальній витраті в’яжучого.

2. Підбір номінального складу виконують:

• для в’яжучого кожного виду і марки кожного підприємства-виробника;

• для крупного заповнювача кожного кар'єру з однаковою максимальною крупністю;

• для пісків кожного кар'єру;

• для хімічних добавок кожного виду.

3. Вибір матеріалів, вживаних для виготовлення бетону, слід виробляти на основі їх паспортних характеристик відповідно до вимог стандартів та технічних умов.

При виборі матеріалів слід враховувати необхідність найбільшого використовування промислових відходів (золи ТЕЦ, шлаків та золошлакових сумішей та ін.).

4. Матеріали, вживані для підбору складу, повинні відповідати вимогам стандартів або технічних умов на ці матеріали. До початку роботи з розрахунку складу бетону та приготування експериментальних замісів слід провести випробування матеріалів за відповідними стандартами для визначення показників їх якості, необхідних для проведення розрахунків.

Активність цементу (або міцністні властивості іншого в’яжучого, якщо їх неможливо визначити стандартними методами) для розрахунку початкового та додаткових складів слід приймати залежно від його фактичної міцності в бетоні постійного складу, який є наймасовішим для підприємства-виробника бетонної суміші, або іншими експрес-методами, перевіреними на практиці.

Вказані дані з фактичної міцності цементу, застосовані при підборі номінального складу, використовуються надалі для призначення робочих складів бетону. Допускається активність цементу для розрахунку складу бетону приймати рівній його гарантованій марці. В цьому випадку при отриманні нової партії цементу в цілях його використовування відповідно до фактичної активності робочий склад бетону (у частині витрати цементу) підбирають аналогічно номінальному.

5. Проби матеріалів відбирають в об'ємі, необхідному для підбору складу бетону. Відібрані проби заповнювачів слід висушити до постійної маси та просіяти з відсівом від дрібного заповнювача зерен крупніше 5 мм, а від крупного заповнювача - дрібніші 5 мм та з розділенням крупних заповнювачів на окремі фракції.

6. Початковий склад бетону розраховують з фактичних характеристик вихідних матеріалів відповідно до методик та рекомендацій науково-дослідних інститутів, затверджених в установленому порядку.

6.1. Визначають водоцементне відношення, що забезпечує отримання бетону заданої міцності при використовуванні цементу певної активності. В/Ц розраховують по формулі:

при R_б >R_ц 1

де - R_б - проектна марка бетону; R_ц - активність цементу, визначувана по ГОСТ 310.4; А і А₁ - коефіцієнти, залежні від якості заповнювача.

Значення коефіцієнтів А і А₁ беруть з таблиці 1:

Таблиця 1. Коефіцієнти якості заповнювача

Матеріали для бетону	А	A1
Високоякісні	0,65	0,43
Рядові	0,60	0,40
Зниженої якості	0,55	0,37

6.2. Визначають орієнтовну витрату води по табл.2.

Таблиця 2. Орієнтовна витрата води залежно від виду заповнювача і легкоукладності бетонної суміші^.

Показники легкоукладності бетонної суміші		Витрата води, л/м3, при найбільшій крупності зерен, мм
		гравію				щебеню
Зсідання конуса, см	Жорсткість бетонної суміші, с	10	20	40	70	10	20	40	70
9…12		215	200	185	170	230	215	200	185
6…8		205	190	175	160	220	205	190	175
3…5		195	180	165	150	210	195	180	165
1…2		185	170	155	140	200	185	170	155
	30…50	165	160	150	-	175	170	160	-
	60…80	155	150	140	-	165	160	150	-
	90…120	145	140	135	-	160	155	140	-
	150…200	135	130	128	-	150	145	135	-

6.3. Витрату цементу вираховують з вже відомих витрат води (В) та водоцементному відношенню (В/Ц):

2

6.4. Витрата крупного заповнювача – щебеню чи гравію - вираховують по формулі:

3

де ρ_о - середня густина зерен щебеню (гравію), кг/м³; ρ_о.н - насипна густина щебеню (гравію), кг/м³; V_пуст - порожнистість щебеню (гравію), частки одиниці; ά - коефіцієнт розсунення зерен^ (приймається по табл. 3, 4).

Таблиця 3. Витрата цементу в залежності від рухомості суміші

Витрата цементу, кг/м3	При осадці конуса, см		При жорсткості, с
	5-10	1-4	40-80
200	1,22	1,18	1,10
250	1,28	1,22	1,12
300	1,34	1,28	1,14
350	1,4	1,34	1,16
400	1,48	1,4	1,18
500	1,6	1,48	1,2

Таблиця 4. Оптимальні значення коефіцієнту ά

Витрата цементу, кг/м3	ά при значенні В/Ц
	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
250	-	-	-	1,26	1,32	1,38
300	-	-	1,3	1,36	1,42	-
350	-	1,32	1,38	1,44	-	-
400	1,31	1,4	1,46	-	-	-
500	1,44	1,52	1,56	-	-	-
600	1,52	1,56	-	-	-	-

6.5. Витрату піску визначають по формулі

4

де - Ц, Щ, В - витрати цементу, щебеня (гравію) і води, кг/м³; ρ_ц, ρ_п - густина цементу і піску, кг/м³; ρ_ο - середня густина зерен щебеню (гравію), кг/м³.

Середню густину бетонної суміші в свіжеущільненому стані вираховують за допомогою мірних циліндрових посудин, місткість яких вибирають залежно від максимальної крупності зерен заповнювача: 5 л (висота і діаметр - по 186 мм) при крупності щебеня до 40 мм і 15 л (висота та діаметр - по 267 мм), якщо крупність зерен заповнювача 70-80 мм. У заздалегідь зважену посудину завантажують бетонну суміш і ретельно ущільнюють вібрацією - до появи на її поверхні цементного молока (але не більш 1,5 хв). Після закінчення ущільнення надлишок бетонної суміші зрізують, поверхню ретельно загладжують врівні з краями мірної посудини та знову зважують його. Об'ємну масу визначають по формулі. Значення її рахують як середнє арифметичне двох визначень по формулі:

, 5

де: m - маса мірної посудини з бетонною сумішшю, г; m₁ - маса мірної посудини без суміші, г; V - місткість мірної посудини, см³.

Витрату матеріалів бетону уточнюють по формулах:

6

7

8

де - m - загальна витрата матеріалів на лабораторний заміс по масі, кг; п, ц; n - витрати відповідно піску, цементу та щебеню (гравію) на лабораторний заміс, кг; ρ_0.б.с - середня густина бетонної суміші лабораторного замісу в свіжеущільненому стані, кг/м³.

Витрату води уточнюють по формулі:

В = (В/Ц)*Ц 9

Відповідність знайденого складу бетону з заданими характеристиками міцності визначають шляхом виготовлення та випробування зразків. Склад бетону, знайдений таким чином, називається номінальним.

6.6. Розрахунок витрат матеріалів на заміс бетонозмішувача.

Якщо місткість бетонозмішувача задана по сумі об'ємів завантажуваних матеріалів, то витрату матеріалів на заміс визначають по формулах:

В_зам = (В/Ц) Ц_зам 10

де Ц_зам, П_зам, Щ_зам, В_зам — витрати відповідно цементу, піску, щебеню та води на 1 заміс, кг; V - місткість бетонозмішувача по сумі об'ємів завантажуваних сухих матеріалів, л; β - коефіцієнт виходу бетону (звично в межах 0,63…0,70):

11

де: V_ц, V_п, V_о - витрати відповідно цементу, піску та щебеню, л/м³ бетону; Ц, П, Щ - витрати відповідно цементу, піску та щебеня, кг/м³ бетону; ρ_оц, ρ_оп, ρ_ощ - об'ємні насипні маси відповідно цементу, піску та щебеню, кг/м³.

Якщо місткість змішувача задана з виходу бетону з одного замісу (ця характеристика вказана в технічному паспорті на бетономішалку), то витрату матеріалів на заміс обчислюють по формулах:

Ц_зам = ЦV, П_зам = ПV, Щ_зам = ЩV 12

Робочий склад бетону на один заміс бетонозмішувача визначають перерахунком (коректуванням) складу з урахуванням природної вогкості матеріалів (піску, щебеню або гравію):

; ;

В_зам = В_зам - [(П_3ам – П в_лзам) -Т (Щ_зам - Щ в_лзам)], 13

де - П_зам, Щ_зам, В_зам - - витрати відповідно піску, щебеню (гравію) та води на один заміс бетономішалки з урахуванням природної вогкості матеріалів, кг; W_п, W_щ - вогкість піску та щебеню (гравію), %.

7. Додаткові склади розраховують аналогічно початковому при значеннях варійованих параметрів складу, відмінних від прийнятих при розрахунку початкового складу в меншу та більшу сторону на 15…30%. Число додаткових складів по кожному з цих параметрів повинне бути не менше два.

8. Дослідні заміси з початкового та додаткового складам слід готувати на заповнювачах та в’яжучому, характеристики яких були прийняті при розрахунку складів. Матеріали повинні мати позитивну температуру.

Об'єм кожного дослідного замісу повинен не менше, ніж на 10% перевищувати сумарний об'єм зразків, що виготовляються з нього та проб,, використовуваних для контролю властивостей бетонної суміші та бетону.

9. Матеріали слід дозувати по масі з погрішністю не більше 1,0%. Воду, водні розчини добавок та синтетичні смоли дозують по масі або об'єму. Густина водного розчину робочого складу добавки повинна бути заздалегідь визначена.

10. Приготування експериментальних замісів виробляють в лабораторному змішувачі примусової або гравітаційної дії. Приготування експериментальних замісів об'ємом до 15 л при доборі складу важкого бетону та легкого бетону без структуроутворюючих добавок, допускається виконувати вручну, на заздалегідь зволоженому деку з перемішуванням протягом 3-5 хв.

11. Приготування експериментальних замісів починають з перемішування сухих матеріалів, а потім поступово додають в заміс призначену по розрахунку кількість води, розчину добавки або синтетичної смоли. Допускається на основі візуального контролю легкоукладності та структури бетонної суміші вносити зміни в кількість дозованої води, а для конструкційно-теплоізоляційних легких бетонів - в кількість повітровтягнуючої добавки або піни.

12. Після закінчення перемішування відбирають проби по ГОСТ 10181.0 для перевірки легкоукладності та інших властивостей бетонної суміші, передбачених в технічному завданні на добір складу бетону. При цьому визначення легкоукладності починають не раніше 15 хв після початку перемішування суміші з водою.

Рухливість (жорсткість) бетонної суміші призначають залежно від розмірів конструкції, густини армування, способів укладання та ущільнення (див. таблицю 5.).

Таблиця 5. Конструкції та спосіб ущільнення

Конструкції та спосіб ущільнення	Рухливість, см
1. Збірні залізобетонні з тим, що потрібно негайною розпалубити, формовані на віброплощадках або з вібронасадкою	-
2. Перекриття з пустотами, стінні панелі, формовані в горизонтальному положенні на віброплощадках.	1...4
3. Густоармовані елементи (колони, ригелі, плити), що виготовляються із застосуванням зовнішньої або внутрішньої вібрації.	5...9
4. Формовані на ударно-вібраційних установках.	-
5. Формовані в касетах.	7...14
6. Центрифугування.	5...10
7. Гідропресування.	-

При перекачуванні бетонної суміші насосом зсідання конуса повинна бути 6…8 см. Бетонна суміш володіє необхідною легкоукладністю тільки при вмісті в ній достатньої кількості цементу. Мінімальна витрата цементу залежить від консистенції бетонної суміші та крупного заповнювача (див. табл. 6) .

Таблиця 6. Мінімальна витрата цементу

Суміш	Мінімальна витрата цементу кг/м3 при граничній крупності заповнювача, мм
	10	20	40	70
Особливо жорстка (Ж=20с)	160	150	140	130
Жорстка (Ж=10-20с)	180	160	150	140
Малорухлива (Ж=5-10с)	200	180	160	150
Рухлива (ОК=1-10 см)	220	200	180	160
Дуже рухлива (ОК=10-16 см)	240	220	210	180
Лита (ОК>16 см)	250	230	200	190
Примітка: ж - жорсткість по стандартному віскозиметру, ОК - зсідання конусу

Якщо властивості бетонної суміші не відповідають яким-небудь вимогам завдання добору складу бетону, слід виробити коректування складів для отримання в замісі кожного складу суміші із заданими властивостями.

Бетонну суміш, яка не задовольняє вимогам завдання з легкоукладності, допускається коректувати при вторинному перемішуванні з додаванням води, цементу, заповнювачів та добавок в необхідних кількостях. При доборі складу жорстких сумішей та сумішей із структуроутворюючими добавками, а також бетонних сумішей, властивості яких нормуються не тільки безпосередньо після приготування, але й через певний час після їх перемішування, вторинне перемішування дослідних проб бетонних сумішей не допускається та заміс повторюють із зміненими витратами матеріалів.

Межу міцності бетону при стисненні визначають випробуванням зразків-кубів або зразків-циліндрів, виготовлених з бетонної суміші з подальшим твердінням в заданих умовах або випиляних з готових конструкцій. Розмір ребра зразка-куба повинен бути 300, 200, 150, 100 та 70,7 мм, а діаметр зразка-циліндра - 200, 150, 100 та 71,4 мм при висотах відповідно 400, 300, 200 та 143 мм. При цьому за еталон приймають куб розміром 150 х 150 х 150 мм. Формувати зразки слід не пізніше ніж через 15 хв після приготування замісу. При виготовленні зразків з бетонної суміші, рухливістю, що характеризується, менше 12 см та жорсткістю не більш 60с, форму, заповнену з надлишковою сумішшю, жорстко закріплюють на вібростолі та вібрують з частотою 2800…3000 кол/хв та амплітудою 0,35…0,50 мм до повного ущільнення та появи на поверхні тонкого шару цементного молока.

При виготовленні зразків з бетонної суміші рухливістю більше 12 см ущільнення виконують без вібрації - шляхом штикування металевим стержнем діаметром 16 мм. При виготовленні зразків з бетонних сумішей жорсткістю більше 60 с формування виконують з пригрузом, забезпечуючи питомий тиск 4МПа (40 кгс/см²). При цьому форми застосовують з насадками, а амплітуда коливань віброплощадки повинна бути 0,5 мм.

Розміри зразків залежно від найбільшої крупності зерен заповнювача вибирають з урахуванням даних табл. 7.

Таблиця 7. Розміри зразків залежно від крупності заповнювача

Найбільша крупність зерен заповнювача, мм	Найменший розмір зразка, мм
	Ребро куба, сторона поперечного перетину балочки	Діаметр циліндра, мм
10	70,7		71,4
20	100		100
40	150		150
70	200		200
100	300		-

Контрольні зразки, призначені для визначення проектної марки бетону (міцності у віці 28 діб або іншому віці), слід зберігати в камері нормального твердіння при температурі (20±2)°С та відносної вогкості повітря не менше 90%.

Для випробування зразки-куби встановлюють на одну з бічних граней на опорну плиту преса та центрують за допомогою спеціального шаблону або користуючись рисками на опорній плиті. Навантаження на зразок при випробуванні повинне зростати рівномірно із швидкістю 0,06-0,1 кН/с (6-10 кг/с). Тимчасовий опір бетону стисненню в перерахунку на кубкову міцність обчислюють для кожного зразка по формулі з урахуванням перевідного коефіцієнту до еталонної кубкової міцності. Перевідні коефіцієнти для приведення межі міцності зразків різних форм та розмірів до кубкової міцності еталонного зразка (150 х 150 х 150 мм) приведені в табл. 8.

Таблиця 8. Значення перевідного коефіцієнту до еталонної кубкової міцності бетону

Форма та нормальний розмір зразка	Перевідний коефіцієнт	Форма та нормальний розмір зразка, мм	Перевідний коефіцієнт
Куби		Циліндри
70,7х70,7х70,7	0,85	71,4х143	1,16
100х100х100	0,91	100х200	1,17
150х150х150	1,00	150х300	1,20
200х200х200	1,05	200х400	1,24
300х300x300	1,10

Середню міцність серії визначають, як правило, за наслідками випробування п`ятьох зразків. Якщо найменший результат випробування одного із зразків відхиляється від найбільшого результату зразка-близнюка більш ніж на 15%, найменший та найбільший результат відкидають та вираховують середню міцність бетону за трьома показниками, що залишилися.

На підставі межі міцності при стисненні зразків встановлюють марку бетону (ДСТУ Б В.2.7-43-96), під якою розуміють одне з нормованих значень уніфікованого ряду даного показника якості бетону, що приймається по його середньому значенню. Під класом розуміють одне з нормованих значень уніфікованого ряду даного показника якості бетону, що приймається з гарантованою забезпеченістю. Залежність між класом бетону та його середньою міцністю в контрольованій партії:

В=R(1-tv), 14

де: В – клас бетону з міцності, МПа; R – середня міцність бетону, яку слід забезпечити при виробництві конструкцій, МПа; t- коефіцієнт, що характеризує прийняту при проектуванні забезпеченість класу бетону; ν – коефіцієнт варіації міцності бетону.

При позитивних результатах випробувань підібраний склад бетону приймають за номінальний.

У випадках, коли підібраний склад бетону відповідає вимогам по міцності та не відповідає яким-небудь іншим вимогам завдання на добір складу, слід виробити новий добір складу із застосуванням технологічних прийомів, що забезпечують отримання всіх необхідних показників якості бетону, як правило, без збільшення витрати цементу.