При расчете состава бетона ставится задача — получить бетон, имеющий определенные качественные показатели.
Правильный расчет состава является одной из наиболее важных операций в технологии бетона.
Состав бетонной смеси выражают двумя способами:
1. В виде весового (реже объемного, менее точного) соотношения между количествами цемента, песка и гравия (или щебня) с обязательным указанием водоцементного отношения. Количество цемента принимают за единицу, поэтому соотношение между составными частями бетона имеет вид: 1 : х : у при определенном В/Ц (например, 1:2:4 по весу при В/Ц = 0,6).
Устанавливать составы бетона по объему допустимо только на небольших стройках, но при этом цемент всегда должен дозироваться по весу.
2. На крупных стройках и центральных бетонных заводах все материалы дозируют по весу, при этом состав бетона обозначают в виде расхода материала на 1 м3 уложенной и уплотненной бетонной смеси, например:
цемента.................. 280 кг щебня.................. 1250 кг
песка..................... 700 кг воды.................... 170 кг
---------------------------------------------------------------------------
Итого 2400 кг на 1 м3 бетонной смеси
Правильный расчет состава является одной из наиболее важных операций в технологии бетона. Различают два состава бетона: номинальный (лабораторный), устанавливаемый для сухих материалов, и производственный (полевой) для материалов в естественно влажном состоянии.
Расчет состава бетона
При расчете состава бетона ставится задача получить бетон, имеющий определенные качественные показатели, а именно:
прочность, равную полной проектной прочности или части ее, достаточной для распалубки бетона и частичной загрузки сооружения (от 50 до 75% проектной прочности);
- бетон заданной прочности получают надлежащим выбором марки (активности) цемента и расчетом В/Ц по формулам или графикам;
- заполнители должны иметь удовлетворительное качество;
- срок достижения полной или частичной прочности, соответствующий графику производства работ, также обеспечиваемый правильным выбором В/Ц и марки цемента;
- обычный срок твердения бетона 28 дней;
- плотность, которая влияет на прочность бетона, на стойкость его по отношению к атмосферным и химическим воздействиям, на защиту арматуры от коррозии, сцепление с арматурой в железобетоне, водонепроницаемость;
- плотность зависит от В/Ц,. степени заполнения цементным тестом пустот в смеси заполнителей и от тщательности уплотнения бетонной смеси при укладке;
- подвижность и удобоукладываемость, принимаемые по табл; они зависят от расхода цементного геста, а следовательно, и от расхода воды на 1 м3 бетонной смеси;
- экономичность, в основном заключающуюся в возможно меньшем расходе цемента на единицу объема бетона, удовлетворяющем, однако, условиям прочности, плотности, сцепления со стальной арматурой и подвижности.
Исходя из этого, в технических условиях установлен наименьший допускаемый расход цемента на 1 м3 железобетона, а именно: для сооружений, находящихся на открытом воздухе или в воде,—250 кг; для конструкций, находящихся внутри зданий — 220 кг; для бетона, уплотненного вибрированием на 20 кг ниже. Прежде чем рассчитывать состав бетона, необходимо выбрать марку цемента и исследовать местные заполнители (песок, гравий, щебень), а также воду.
Экономный расход цемента
Для экономного расходования цемента необходимо выбирать марку цемента (при его испытании в растворе пластичной консистенции) так, чтобы она была равна или немного превышала заданную марку бетона (для нормального 28-дневного срока твердения бетона), например для бетона марки R28= 150 требуется цемент активности Rц.пл = 150—200.
При определении марки цемента Ruв растворе жесткой консистенции необходимо, чтобы она в 2—2,5 раза превышала заданную марку бетона; R28 (за исключением бетонов самых высоких марок). Если марка цемента будет ниже, чем здесь указано, то это приведет к слишком большому расходу цемента на 1 м3 бетона.
Наоборот, когда марка цемента слишком высока, может случиться, что расход цемента будет меньше требуемого по техническим условиям для получения бетона необходимой плотности. В этом случае к цементу надо добавить тонкомолотую добавку активную кремнеземистую или инертную (молотый кварцевый песок, инертный при обычном твердении бетона без автоклавной обработки, каменную муку из гранита, плотного известняка и т. п.).
В бетоне невысоких марок можно использовать,в качестве добавки кирпичную глину, не загрязненную органическими и сернокислыми примесями. Активность смешанного вяжущего вещества (при испытании в растворе пластичной консистенции) должна быть Rсм.nл.=R6 или немного выше R6.
Добавка может быть размолота в сухом состоянии и заранее смешана с цементом или же ее размалывают с водой и вводят в виде суспензии непосредственно в бетономешалку.
Для расчета состава бетона необходимо следующее:
- вычисление водоцементного отношения;
- определение расхода воды и цемента на 1 м3 бетона;
- определение отношения между весом песка и весом крупного заполнителя, а также между отдельными фракциями крупного заполнителя;
- предварительное вычисление состава бетона;
- экспериментальное определение подвижности и удобоукладываемости бетонной смеси; внесение необходимых поправок в расчет состава, если требуемая подвижность не достигнута;
- вычисление окончательного расхода материалов на 1 м3 бетона;
- испытание прочности бетона. На производстве необходимо пересчитывать номинальный состав на полевой с учетом влажности заполнителей.
Водоцементное отношение вычисляют по заданным марке и сроку твердения бетона, известным заранее активности цемента и роду заполнителей на основании формул или графиков, приведенных выше. Если задан расчетный срок п, не равняющийся 28 дням, то сначала вычисляют R28 по формуле
R28=Rn lg28/lgn
и затем по R28 определяют водоцементное отношение.
Весовое отношение между песком и крупным заполнителем определяют, исходя из полного заполнения пустот в крупном заполнителе. Если обозначить весовое количество песка х и крупного заполнителя у, объемные веса их — fоп, fок, пустотность крупного заполнителя (выраженную относительной величиной) V, то объем пустот в у частях крупного заполнителя будет равен:
у / fок , V
Для заполнения этого объема пустот необходим объем песка
откуда x / f on т.е. x / fon = y / f ок . V откуда x / y = V fоn / f ок
По этой формуле рассчитывают минимальное значение — x / y
Обычно для подвижной бетониои смеси содержание песка приходится увеличивать, так как требуется раздвинуть зерна гравия или щебня. Для этого при расчете соотношения вводится в формулу поправка а, называемая коэффициентом раздвижки зерен и равная 1,1 —1,2 и более. Тогда формула приобретает вид
x / y = V fon / f ok a
Для выбора оптимального соотношения между песком и крупным заполнителем рекомендуется опытным путем проверять как минимальное соотношение — x / y =V f on / f ok — в бетоне, так и соотношение x / y — с коэффициентом а =1,1—1,2 и более. Чем выше требуется подвижность бетонной смеси, тем больший берется коэффициент а .
Если гравий или щебень составляют из нескольких фракций, необходимо заранее установить оптимальное соотношение между ними, пользуясь графиком наилучшего зернового состава или подбирая смесь с минимумом пустот.
После определения водоцементного отношения дальнейший расчет состава бетона можно вести по способу последовательного приближения к заданной подвижности, добиваясь в конечном счете наименьшего расхода цемента, как показано ниже в примере расчета