2. Подбор состава тяжелого бетона

Подбор состава тяжелого (обычного) бетона заключается в установлении наиболее рационального соотношения между составляющими бетон материалами (цементом, водой, песком, щебнем или гравием). Такое соотношение должно обеспечивать требуемую удобоукладываемость бетонной смеси для принятого способа ее уплотнения, а также приобретение бетоном заданной прочности в назначенный срок при наименьшем расходе цемента. В отдельных случаях вводят также требования о получении бетона необходимой плотности, морозостойкости, водонепроницаемости.

Состав бетона выражают расходом всех составляющих материалов по массе на 1 м³ уложенной и уплотненной бетонной смеси или же отношением массы составляющих материалов смеси к массе цемента, принимаемой за единицу, т. е. 1 : х : у (цемент : песок : щебень или гравий) при В/Ц = z. Например, в первом случае состав бетона: цемента - 280, песка - 670, щебня - 1300, воды - 170 кг/м3, а во втором случае: 1:2,4:4,7 при В/Ц = 0,6.

Различают два состава бетона: номинальный (лабораторный), рассчитанный для материалов в сухом состоянии, и производственный (полевой) - для материалов в естественно-влажном состоянии.

Для расчета состава тяжелого бетона имеется несколько методов, среди которых наиболее простым и удобным является метод расчета по «абсолютным объемам». В основу этого метода положены условия: а) свежеприготовленная бетонная смесь после укладки в форму или в опалубку и уплотнения в ней не будет иметь пустот; б) цементно-песчаный раствор в бетонной смеси должен заполнить пустоты в крупном заполнителе с учетом некоторой раздвижки зерен. Состав бетона по методу «абсолютных объемов» подбирают в два этапа. Вначале рассчитывают ориентировочный состав бетона, затем расчет проверяют и уточняют по результатам пробных замесов и испытаний контрольных образцов.

2.1. Расчет ориентировочного состава бетона

Для расчета состава тяжелого бетона необходимо иметь следующие данные: заданную марку бетона R_б, требуемую удобоукладываемость бетонной смеси, определяемую осадкой конуса Oк, см, а также характеристику исходных материалов  вид и активность цемента R_ц, насыпную плотность составляющих ρ_н.ц., ρ_н.п., ρ_н.щ(г) и их истинную плотность ρ_ц, ρ_п, ρ_щ(г), пустотность щебня или гравия V_п.щ(г), наибольшую крупность их зерен и влажность заполнителей W_п, W_щ(г).

Состав бетона для пробных замесов рассчитывают в следующей последовательности: вычисляют водоцементное отношение, расход воды, расход цемента, после чего определяют расходы крупного и мелкого заполнителя на 1 м³ бетонной смеси:

1. Водоцементное отношение (В/Ц) вычисляют исходя из требуемой прочности бетона, активности цемента и с учетом вида и качества составляющих по следующим формулам:

для бетонов с водоцементным отношением В/Ц ≥0,4

, (1)

для бетонов с водоцементным отношением В/Ц<0,4

, (2)

где R_б — требуемая прочность бетона, кгс/см² (МПа); R_ц – активность цемента, кгс/см² (МПа); А и А₁ – коэффициенты, учитывающие качество материалов (прил. 1).

После преобразования относительно В/Ц приведенные выше формулы имеют следующий вид:

или . (3)

2. Расход воды (водопотребность, л/м³) ориентировочно определяют исходя из заданной удобоукладываемости бетонной смеси по прил. 2, которая составлена с учетом вида и крупности зерен заполнителя.

3. Расход цемента на 1 м³ бетона вычисляют по уже известному водоцементному отношению и определенной по прил. 2 водопотребности бетонной смеси. Если расход цемента на 1 м³ бетона окажется меньше минимально допустимого (прил. 3, 4), то из условия получения плотного бетона расход цемента увеличивают до требуемой нормы или вводят тонкомолотую добавку.

4. Расход заполнителей  песка, щебня или гравия (кг на 1 м³ бетона) вычисляют исходя из двух условий:

во-первых, сумма абсолютных объемов всех компонентов бетона равна 1 м³ уплотненной бетонной смеси, т.е.

, (4)

где Ц, В, П, Щ (Г)  расход цемента, воды, песка и щебня (гравия),кг/м³; ρ_ц, ρ_в, ρ_п, ρ_щ(г) – истинная плотность этих материалов, кг/м³;

, , , – абсолютные объемы материалов, м³;

во-вторых, цементно-песчаный раствор заполнит пустоты в крупном заполнителе с некоторой раздвижкой зерен, т. е.

, (5)

где V_п.щ(г)  пустотность щебня (гравия) в рыхлом состоянии; ρ_н.щ(г) —насыпная плотность щебня (гравия), кг/м³; α  коэффициент раздвижки зерен щебня (гравия); для подвижной смеси принимают (Ок = 4…15 см) в пределах 1,25  1,6 в зависимости от расхода цемента (прил. 5); для малоподвижных (Ок =1…3 см) 1,2  1,5; для жестких 1,05  1,1.

Решая совместно эти два уравнения, находят формулу для определения расхода щебня (гравия) в кг на 1 м³ бетона:

. (6)

После определения расхода щебня (гравия) рассчитывают расход песка в килограммах на кубический метр как разность между проектным объемом бетонной смеси и суммой абсолютных объемов цемента, воды и крупного заполнителя по формуле

. (7)

5. Определив расход компонентов Ц, В, П, Щ(Г) на 1 м³ бетонной смеси, вычисляют ее расчетную среднюю плотность: ρ_.б.см= Ц+В+П+Щ(Г), кг/м³, и коэффициент выхода бетона β  делением объема бетонной смеси (1 м³) в уплотненном состоянии на сумму объемов сухих составляющих, затраченных на ее приготовление:

, (8)

где V_ц, V_п, V_щ(г)  объем сухих составляющих, затраченных на приготовление 1 м³ бетонной смеси, м³; Ц, П, Щ (Г) – расход сухих материалов на 1 м³ бетона, кг; ρ_н.ц, ρ_н.п, ρ_н.щ(г) – насыпная плотность сухих материалов, кг/м³.

Значение коэффициента выхода бетона β обычно находится в пределах 0,55—0,75.