Подбор состава тяжелого бетона

Цель работы: установить такое отношение между вяжущим материалом, водой и заполнителями, которое при наиболее экономичном расходе цемента обеспечивало бы получение бетонной смеси требуемой подвижности или жесткости и бетона заданной плотности.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

При подборе состава тяжелого бетона следует рассчитать необходимые для опытных замесов: расход цемента, крупного заполнителя, песка и водосодержание бетонной смеси.

Подбор состава жесткой бетонной смеси.

Ориентировочный расход цемента для опытных замесов (и только для них) уплотненной жесткой бетонной смеси подсчитывается по формуле:

Ц= , (5)

где Ц - расход цемента на 1 м³ бетона, кг;

В - водопотребность бетонной смеси, л/м³;

А_ц- активность или марка цемента, кгс/см²;

R_б.п.- отпускная прочность бетона, кгс/см², принимается значение доли отпускной прочности бетона от марки для различных условий твердения.

Выражение (5) выведено из формулы Скрамтаева:

R_б.п.=0.4×А_ц×(Ц/В – 0.5), (6)

В общем виде эта формула может быть представлена так:

R_б.п.=К×А_ц.п.×(Ц/В – В), (7)

где R_б.п.- предел прочности при сжатии стандартных кубов - двадцаток через n суток твердения в нормальных условиях или через n часов тепловлажностой обработки, МПа.

К- коэффициент, зависящий от качества бетонной смеси и продолжительности ее твердения;

А_ц.п.- предел прочности при сжатии стандартных цементных кубов 70×70×70 мм из цементно-песчаного раствора состава 1:3 через n суток твердения;

Б - коэффициент, значение которого устанавливается по данным испытания кубов.

Расход цемента рассчитывается для четырех опытных замесов. Опытные замесы приготавливаются с водопотребностью бетонной смеси, принятой по табл. 21 с четырьмя расходами цемента.

1-й замес Ц=Ц – полученному по формуле (5)

2-й замес Ц=0.8Ц

3-й замес Ц=0.9Ц

4-й замес Ц=1.2Ц

Для обеспечения заданной жесткости смеси водопотребность уточняется в процессе опыта.

Ориентировочная водопотребность смеси принимается по табл. 21.

Таблица 21

Ориентировочная водопотребность бетонной смеси

Примечание: 1. Значение водопотребности даны для песков с модулем крупности 2; для песка с модулем крупности 1.5 значение водопотребности увеличивается на 5%.

2. При использовании гравия вместо щебня значение водопотребности уменьшается на 10%.

Значения отпускной прочности бетона в долях Д от его марки даны в табл. 22.

Таблица 22

Отпускная прочность бетона

Примечание: рассчитанное по табл. 22 значение марки бетона при коротких сроках пропаривания может оказаться больше необходимой прочности бетона. Зная расходы воды и цемента, для опытных замесов необходимо подсчитать расход крупного заполнителя и песка.

Содержание щебня в 1 м³ уплотненной бетонной смеси рассчитывается по формуле:

Щ= , (8)

где γ_о.н.щ. – объемная насыпная масса крупного заполнителя, кг/л;

V_пуст. – пустотность крупного заполнителя в долях его объема;

К_изб – коэффициент избытка раствора, принимаемый по табл. 23.

Содержание песка подсчитывается по формуле:

П= , (9)

где ρ_ц, ρ_п, ρ_щ – истинные плотности цемента, песка, щебня, кг/л.

Таблица 23

Значение К_изб. для опытных замесов

Подбор состава подвижной бетонной смеси

Подбор состава подвижной бетонной смеси производится по методу абсолютных объемов, предложенному проф. В.Г. Скрамтаевым. Для вычисления расхода материалов на 1 м³ уплотненной бетонной смеси, исходя из положения, что сумма абсолютных объемов материалов, образующих 1000 л уплотненной смеси, если в бетоне нет вовлеченного воздуха. Это можно выразить следующей формулой:

, (10)

В зависимости от требуемой прочности, срока и условий твердения бетона определяется Ц/В отношение по упрощенной формуле:

R₂₈=К×R_ц× , (11)

где R₂₈ – предел прочности при сжатии бетона в возрасте 28 суток;

R_ц – активность портландцемента;

К – коэффициент, зависящий от вида заполнителя.

Для бетона на высококачественных заполнителях К=0.65, на рядовых заполнителях – 0.6, на заполнителях низкого качества – 0.4.

Ориентировочный расход воды в зависимости от требуемой подвижности бетонной смеси принимается по табл. 24.

Таблица 24

Ориентировочный расход воды в бетонной смеси

Окончание табл. 24

Примечание: Водосодержание смеси увеличивается при применении щебня – на 10 л/м³; мелкого песка – на 10 л/м³; пуццоланового цемента – на 15-20 л/м³.

Ориентировочный расход цемента для первого опытного замеса уплотненной бетонной смеси подсчитывается по формуле:

Ц=В×Ц/В (12)

где Ц/В – значение найдено из формулы 2.

Расход щебня (гравия) для каждого опытного замеса рассчитывается по формуле:

Щ= , (13)

Значение К_изб. Принимают по табл. 25.

Таблица 25

Значение коэффициента К_изб. в подвижной бетонной смеси

Расход песка для опытного замеса подсчитывается по формуле:

П= , (14)

Далее проводятся опытные замесы и изготавливаются образцы.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

По данным подсчета отвешивают нужные количества материалов для первого замеса (расход цемента Ц₁), которым прежде всего проверяют и корректируют содержание бетонной смеси, обеспечивающее ее заданную жесткость. Затем изготавливают образцы, обеспечивая вибрированием полное уплотнение бетонной смеси путем контроля объемной массы смеси по заданному производственному режиму, испытывают на сжатие.

По данным испытания строится зависимость между прочностью бетона и цементно-водным отношением. Наличие такой зависимости позволит найти цементно-водное отношение, обеспечивающее заданную отпускную прочность бетона. По установленным значениям Ц/В и водопотребности бетонной смеси подсчитывают расход цемента и содержание заполнителей.

Жесткость бетонной смеси определяется только для одного расхода цемента Ц_а, считая от наименьшего из принятых четырех расходов цемента для опытных замесов. Найденная Водопотребность бетонной смеси принимается для остальных расходов цемента без проверки жесткости смеси.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Задание № 1.

Для бригады 1.

Рассчитать состав бетона для настилов с вертикально-овальными пустотами, изготовляемых на формующей машине с вибровкладышами с амплитудой колебаний 0.4 – 0.6 мм пневмопригрузом до 0.02 МПа. Такому методу формования соответствует предельная жесткость смеси, - 150 с.

Отпускная прочность бетона – 20 МПа, цемент марки 500, песок с модулем крупности порядка 2 мм и плотностью 2.57 кг/л, щебень – двухфракционный: 3 – 10 мм – 30% и 10 – 20 мм – 70% от массы щебня. Объемная масса зерен щебня для всех фракций одна и та же – 2.52 кг/л, насыпная объемная масса соответственно 1.44 кг/л и 1.4 кг/л. Режим твердения бетона – 2.5 ч пропаривания и затем трое суток нормального твердения. Доля отпускной прочности бетона от его марки принимается равной 0.7.

Для бригады 2.

Рассчитать состав бетона с отпускной прочностью 20 МПа для подкрановых балок, изготовляемых на виброплощадке с амплитудой колебания 0.4 – 0.6 мм и вибропригрузом 0.003 кПа. Этому методу формования соответствует предельная жесткость смеси 100 с.

Цемент марки не ниже 500, желательно 600. песок с модулем крупности порядка 2.2 и плотностью 2.55 кг/л. Щебень однофракционный 10 – 20 мм с плотностью 2.6 кг/л, насыпной объемной массой 1.45 кг/л, пустотность подлежит подсчету. Твердение бетона нормальное: одни сутки при температуре не ниже 20°С. Доля отпускной прочности бетона от его марки принимается равной 0.4.

Для бригады 3.

Рассчитать состав бетона с отпускной прочностью 40 МПа для частей ферм, изготовляемых на виброплощадке с амплитудой 0.4 – 0.8 мм и пневмопригрузом до 0.02 МПа; предельная жесткость бетонной смеси 100с.

Цемент марки не ниже 500, желательно 600. Песок с модулем крупности порядка 2.7. Щебень двух фракций: 3 – 10 и 10 – 20 мм, плотность щебня для всех фракций одна и та же – 2.6 кг/л, насыпная объемная масса соответственно 1.46 и 1.54 кг/л. Пустотность щебня подлежит подсчету. Твердение бетона нормальное – трое суток при температуре не ниже 20°С. Доля отпускной прочности от его марки принимается равной 0.5.

Для бригады 4.

Рассчитать состав бетона для вибропроката с отпускной прочностью 20 МПа, предельная жесткость бетонной смеси 50 с. Цемент марки не ниже 500. Песок с модулем крупности порядка 2.5 мм и плотностью 2.55 кг/л. Щебень фракции 3 – 10 мм с плотностью 2.6 кг/л и насыпной объемной массой 1.45 кг/л. Пустотность щебня подлежит подсчету. Тепловая обработка производится в течение 2.5 часов. Доля отпускной прочности бетона от его марки принимается равной 0.45.

Оборудование, инструменты и материалы: пресс гидравлический, весы технические, комплект мерной металлической посуды, конус стандартный для определения подвижности бетонной смеси, формы для бетонных образцов трехгнездные, виброплощадка лабораторная, бочек для приготовления бетона, кельмы, вискозиметр технический для определения удобоукладывемости бетонной смеси; щебень гранитный, песок строительный, цемент.

Подбор состава жесткой бетонной смеси осуществляется в следующей последовательности:

1. По табл. 21 принять водопотребность бетонной смеси, л/м³:

В=.

2. По табл. 22-24 определить долю отпускной прочности бетона:

Д=.

3. Рассчитать марку бетона по прочности, МПа:

R_б= =. (15)

4. По формуле (5) определить расход цемента на 1 м³ бетонной смеси, кг/м³:

Ц₁=.

Остальные расходы цемента для опытных замесов равны:

Ц₂=0.8Ц₁=;

Ц₃=0.9Ц₁=;

Ц₄=1.2Ц₁=.

5. Соответствующие расходам цемента значения Ц/В следующие:

Ц₁/В=;

Ц₂/В=;

Ц₃/В=;

Ц₄/В=.

6. По формуле (8) подсчитать расход щебня (один и тот же для всех опытных замесов), К_изб. принять по табл. 23.

7. По формуле (9) подсчитать расход песка, кг/м³:

П₁=; П₂=; П₃=; П₄=.

8. Расход материалов для опытных замесов занести в таблицу.

9. Из рассчитанного количества исходных материалов приготовить опытный замес.

10. Определить жесткость бетонной смеси.

11. После твердения в нормальных условиях образцы испытать в установленный срок.

13. По полученным значениям прочности бетона построить график зависимости между прочностью бетона и цементно-водным отношением.

Задание № 2

Для бригады 1

Рассчитать состав бетона для панелей толщиной 100 мм, изготовляемых по кассетно-стендовой технологии. Подвижность смеси равна осадке стандартного конуса 8 см. Отпускная прочность бетона 10 МПа (марка бетона 150). Цемент БТЦ марки 50. Песок рядовой с плотностью 2.6 кг/л. Щебень однофракционный 5 – 20 мм. Плотность щебня 2.55 кг/м³, насыпная объемная масса 1.42 кг/л, пустотность щебня подлежит подсчету. Твердение бетона в кассете при t=80°C в течение 10 часов.

Для бригады 2

Рассчитать состав бетона для перегородочных панелей толщиной 60 мм, изготовляемых по кассетно-стендовой технологии. Подвижность смеси равна осадке стандартного конуса 12 см. Отпускная прочность бетона 10 МПа (марка бетона 150). Цемент марки 500. Песок рядовой с плотностью 2.57 кг/л. Щебень однофракционный 5 – 20 мм, плотность щебня 2.52 кг/л, насыпная объемная масса 1.44 кг/л, пустотность щебня подлежит подсчету. Твердение бетона в кассете при t=90 - 95°С – в течение 8 часов.

Для бригады 4

Рассчитать состав бетона для лестничных маршей. Изготовляемых по кассетно-стендовой технологии. подвижность смеси равна осадке стандартного конуса 10 см. отпускная прочность бетона 20 МПа (марка бетона 300). Цемент марки 500. песок рядовой плотностью 2.62 кг/л. Щебень однофракционный 5 – 20 мм, плотность щебня 2.52 кг/л, насыпная объемная масса 1.48 кг/л. Пустотность щебня подлежит подсчету. Твердение бетона в кассетах при t=95°С – 10 часов.

Оборудование, инструменты, материалы: то же, что и для задания №1.

Подбор состава подвижной бетонной смеси осуществляется в следующей последовательности:

1. По формуле (11) подсчитать Ц/В:

Ц/В=.

2. По табл. 24 принять расход воды на 1 м³ смеси, исходя из заданной подвижности и крупности заполнителя, В=, л.

3. По формуле (12) рассчитать расход цемента на первый опытный замес.

Ц₁= кг/м³;

Ц₂=0.8Ц₁= кг/м³;

Ц₃=1.2Ц₁= кг/м³.

4. По табл. 25 принять значение К_изб. для каждого опытного замеса:

К_изб1=;

К_изб2=;

К_изб3=.

5. Подсчитать пустотность щебня:

V_пуст=.

6. По формуле (13) подсчитать расход щебня на каждый опытный замес:

Щ₁=;

Щ₂=;

Щ₃=.

7. По формуле (14) подсчитать расход песка на каждый опытный замес:

П₁= кг/м³;

П₂= кг/м³;

П₃= кг/м³.

8. Расход материалов для опытных замесов занести в таблицу.

9. Из рассчитанного количества исходных материалов приготовит опытный замес.

10. Определить подвижность бетонной смеси.

11. Из бетонной смеси изготовить образцы.

12. После твердения в нормальных условиях образцы испытать в установленный срок.

13. По полученным значениям прочности бетона установить графическую зависимость между прочностью бетона и цементно-водным отношением.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

По заданию № 1

1. Рассчитанное количество исходных материалов (кг/л) для опытных замесов заносим в таблицы.

Таблица 26

Расчет расхода цемента

№ замеса	Д	Rб, кгс/см2		В л/м3	0.2Ац	Рассчитанное количество Ц (по формуле 1.)
1.						Ц1=
2.						Ц2=0.8Ц1
3.						Ц3=0.9Ц1
4.						Ц4=1.2Ц1

Таблица 27

Расчет расхода заполнителей

2. Устанавливаем расход материалов на опытные замесы.

Таблица 28

Расход материалов на опытные замесы

Примечание: расход материалов подсчитан на 7 л уплотненной бетонной смеси.

3. Из рассчитанного количества исходных материалов изготавливаем бетонную смесь, определяем жесткость бетонной смеси и изготавливаем образцы.

4. После твердения при нормальных условиях образцы испытывают в установленные сроки и определяют предел прочности при сжатии.

Таблица 29

Испытание опытных образцов

5. По полученным значениям прочности бетона строим график зависимости между прочностью бетона и цементно-водным отношением (рис. 8).

Рис. 8. Зависимость прочности бетона от цементно-водного отношения

6. По этому графику находим значение цементно-водного отношения Ц/В=, обеспечивающее заданную отпускную прочность бетона.

7. Подсчитываем необходимый расход цемента: Ц= кг/м³; расход щебня тот же; расход песка П= кг/м³.

Состав бетона:

Ц= кг/м³; В= л/м³;

Щ= кг/м³; П= кг/м³;

По заданию № 2

1. Рассчитанное количество исходных материалов для опытных замесов заносим в табл. 30.

Таблица 30

Расход материалов на опытные замесы

Примечание: расход материалов рассчитан на замес объемом 7 л.

2. Из рассчитанного количества исходных материалов приготавливаем бетонную смесь, определяем подвижность бетонной смеси по осадке стандартного конуса и изготавливаем образцы.

3. После твердения при нормальных условиях образцы в установленные сроки испытываем и определяем предел прочности при сжатии.

Таблица 31

Результаты испытания опытных образцов

4. По полученным значениям прочности бетона устанавливаем графическую зависимость между прочностью бетона и цементно-водным отношением.

5. По графику находим значение цементно-водного отношения, обеспечивающее отпускную прочность и марку бетона.

6. Проводим перерасчет расхода исходных материалов.

Ц= кг/м³; В= л; Щ= кг/м³; П= кг/м³.

7. Устанавливаем объемную массу бетонной смеси.

Если расчетная объемная масса расходится с фактической массой бетонной смеси больше чем на 1%, то производится корректировка расхода материалов. По имеющимся данным вычисляется доля каждого материала от общей массы бетонной смеси. Далее фактическая бетонная масса умножается на эту долю и таким образом определяется расход каждого материала.

Рис. 9.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. В чем заключается методика расчета и подбора состава тяжелого бетона?

2. Как определяется прочность бетона?

3. Назовите основные показатели качества бетона.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ 7473-2010 Смеси бетонные. Технические условия.

2. Богданов, В.С. Технологические комплексы и механическое оборудование предприятий строительной индустрии: учебник / В. С. Богданов, С. Б. Булгаков, А. С. Ильин. - СПб.: Проспект Науки, 2010. - 624 с.

3. Рыбьев, И.А. Материаловедение в строительстве: учеб. пособие / И. А. Рыбьев [и др.]; под ред. И. А. Рыбьева. - 3-е изд., стер. - М.: ИЦ "Академия", 2008. - 528 с.

4. Баженов, Ю.М. Технология бетона, строительных изделий и конструкций: учебник / Ю. М. Баженов [и др.]. - М: Изд-во АСВ, 2008. - 350 с.

5. Попов, К.Н. Строительные материалы и изделия: учебник / К. Н. Попов. - М: Высшая школа, 2001. - 367 с.