11.10. 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 используют методом «абсолютных объемов», в основу которого положено условие, что объем бетона состоит из четырех плотно уложенных компонентов: цемента, воды, мелкого и крупного заполнителя.

Состав тяжелого бетона рас­считывают в следующем порядке.

1. Для обеспечения требуемой прочности бетона используют фор­мулы (11.1) и (11.2). Эти формулы позволяют 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 = А₁ R_ц /( R_б + 0,5 А₁ R_ц);

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

В/Ц = А₂ R_ц /( R_б – 0,5 А₂ R_ц).

Значение коэффициентов А₁ и А₂ приведены в следующей таблице

Качество заполнителя	Коэффициент
	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 ОК или жесткости Ж) бетонной смеси по графикам или по спра­вочным таблицам (табл. 11.2). Расход воды выражают в л (кг) на 1 м³ бетонной смеси.

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

Ц = В : (В/Ц).

Если рассчитанный расход цемента окажется ниже допусти­мого (табл. 11.3), 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/_ц, воды В, песка П/_п, и крупного заполнителя К/_к :

В + Ц /_ц + П/_п +К/_к = 1000 дм³.

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

Ц /_ц + П/_п + В = V_пуст α К/_нас,

где Ц, В, П, К  расходы соответственно цемента, воды, песка и крупного заполнителя, кг на 1 м³ бетона; _ц, _п, _к  соответственно истинные плотности цемента, песка, крупного заполнителя, кг/м³; _нас  насыпная плотность крупного заполнителя, кг/м³; V_пуст  относительный объем пустот (пустотность) крупного заполнителя.

Таблица 11.2

Расход воды, л, на 1 м³ бетонной смеси

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

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.

Таблица 11.3

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; подвержен частому замораживанию и оттаиванию	240	265
Не защищен от атмосферных воздействий	220	250
Защищен от атмосферных воздействий	200	220

Коэффициент раздвижки зерен для жестких бетонных смесей принимают равным 1,05... 1,15, в среднем  1,1; для пластичных смесей α принимают по табл. 11.4.

Таблица 11.4

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	—	—	—	—

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

крупного заполнителя К = 1000 / [V_пуст/ р_нас + 1/ р_к] ;

песка П = (1000  Ц/ρ_ц  В  К/ρ_к) ρ_п .

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

Состав бетона проверяют и при необходимости корректируют в лаборатории на пробных замесах. Корректировка может проводиться по подвижности бетонной смеси, количеству песка и прочности.

Лабораторный состав бетона, полученный для сухих заполнителей, пересчитывают на рабочий состав с учетом влажности заполнителей, которая может меняться в процессе производства работ.