книги из ГПНТБ / Руководство по проектированию состава гидротехнических бетонов. П 21-74 ВНИИГ

ных конструкций, расположенных в зоне переменного горизонта воды, в умеренных климатических условиях, в пресной воде.

Из двух значений водоцементного отношения (установлен­ ного по заданной прочности и принятого по табл. 10) — за окон­ чательное значение принимается меньшая величина.

В табл. 7-2 приведены эти значения водоцементного отноше­ ния, а также указана окончательная величина В/Ц, которая при­

несколько бетонных смесей, имеющих одинаковое водоцементное отношение и расход цемента, но различающихся содержанием песка в смеси заполнителей. Во все замесы вводится добавка СДБ в размере 0,20% (в расчете на сухое вещество) к весу це­ мента 1.

За оптимальное содержание песка принимается то, которое обеспечивает наибольшую подвижность бетонной смеси (наи­ большую осадку конуса при вполне удовлетворительной удобообрабатываемости. Для изготовленных бетонных смесей опреде­ ляется подвижность по конусу высотой 450 мм.

Результаты указанных опытов показывают, что для проекти­ руемого состава бетона с максимальной крупностью зерен 80 мм и с добавкой СДБ в количестве 0,20% к весу цемента оптималь­ ное содержание песка в смеси заполнителей составляет 27%.

в) Определение оптимальной дозировки СДБ, обеспечивающей минимальный расход цемента в бетоне

Готовятся четыре бетонные смеси на указанных материалах с различным содержанием добавки: 0; 0,15; 0,20; 0,25% (в расче­

50

OK = 4 см и с найденным содержанием песка г = 0,27. Соотношение фракций гравия в данном опыте составило в соответствии с пре­ дыдущими опытами 5—20 мм — 30%, 20—40 мм — 30% и 40— 80 мм — 40 %.

Достижение постоянной подвижности бетонных смесей осуще­ ствлялось путем последовательного добавления в бетонную смесь хорошо перемешанного цементного теста с заданным водоце­ ментным отношением.

Для каждого замеса изготовлялось 6 образцов-кубов, ко­ торые подвергались испытанию на сжатие в возрасте 7 и 28 сут.

Полученные для данного примера результаты испытаний при­ ведены в табл. 7-3. Из таблицы видно, что оптимальная величина добавки СДБ составляет 0,20% от веса цемента. Этот процент до­ бавки, обеспечивая выполнение требований Руководства к под­ бору состава бетона с добавкой СДБ, дает экономию цемента

9,1%.

Испытание технических свойств бетонных образцов, приготов­ ленных из подобранного состава бетона, на водонепроницаемость и морозостойкость показали, что выбранный состав бетона соот­ ветствует марке В-4, Мрз-150. Ниже приведены параметры подо­ бранного состава бетона.

Приложение 8

ПОДБОР СОСТАВА БЕТОНА НА МЕЛКОЗЕРНИСТОМ ПЕСКЕ БЕЗ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ДОБАВОК

Пр и м е р .

Задано: Подобрать на мелкозернистом песке гидротехниче­ ский бетон марки по прочности «150», по водонепроницаемости в возрасте 180 сут В-4, по морозостойкости в возрасте 28 сут

Мрз-100.

По условиям производства работ задана подвижность бетон­ ной смеси по осадке конуса 6—8 см.

Материалы для подбора бетона:

цемент — портландский активностью 360 кгс/см2 песок — мелкозернистый кварцевый:

модуль крупности— 1,47 средняя крупность d = 0,28 мм удельный вес — 2,65 г/см3

объемный насыпной вес— 1,52 кг/л объем пустот — 42,2 %

щебень гранитный: наибольшая крупность 80 мм

две фракции: 5—40 мм и 40—80 мм удельный вес — 2,63 г/см3 объемный насыпной вес — 1,49 кг/л

П р и м е ч а н и е . При подборе использовался для выбора исходных пара­ метров обычный строительный песок с модулем крупности 2 ,95 .

Первоначально производится выбор исходных параметров бе­ тонной смеси, необходимой для подбора составов бетона на мел-

Уточнение оптимального соотношения между фракциями щебня в указанных таблицей пределах производилось опытным путем по наибольшему объемному весу смеси заполнителей.

Наибольший объемный вес был получен при соотношении фракций щебня, равном — 50% фракции 5—40 мм и 50% фрак­ ции 40—80 мм.

Определение оптимального содержания обычного строительного песка

в смеси заполнителей

:------ —г~

Оптимальное содержание песка в смеси заполнителей г опре­ делялось опытными замесами по наименьшему расходу цемента, и одновременно находился минимальный необходимый расход це­

52

мента на 1 м3 бетона при заданном В/Ц и заданной осадке ко­ нуса.

Для проведения опытов величина г берется равной 0,32; 0,34; 0,36; 0,38. Расход цемента рекомендуется при этом принимать в пределах 260—280 кг/м3. Способом последовательных приближе­ ний определялся необходимый расход цемента для каждого из г при постоянном В/Ц=0,58, взятом с учетом табл. 10 настоящего Руководства при заданной осадке конуса 6—8 см.

Наименьший расход цемента, равный 260 кг/м3, был получен при г = 0,36, которое и явилось оптимальным для обычного строи­ тельного песка.

Определение жесткости бетонной смеси, подобранной на обычном строительном песке

Жесткость при вибрации бетонной смеси, подобранной на обычном строительном песке, определялась по ГОСТу 10181—62, п. 11. Жесткость бетонной смеси на обычном строительном песке подобранного состава оказалась равной Т0 = 8—10 сек. Найден­ ная жесткость Т0 = 8—10 сек была принята в дальнейшем за эта­ лон для подбора бетонных смесей по критерию жесткости на мелкозернистом песке.

Определение оптимального содержания мелкозернистого песка в смеси заполнителей

Оптимальное содержание мелкозернистого песка в смеси за­ полнителей определялось экспериментальным путем по наименьщей жесткости бетонной смеси при вибрации для постоянных В/Ц и расхода цемента. Опыты заключались в следующем: при максимальной крупности щебня 80 мм на мелкозернистом песке готовилось несколько бетонных смесей, имеющих одинаковое В/Ц и одинаковый расход цемента, отличающихся содержанием песка в смеси заполнителей. Для мелкозернистого песка с модулем крупности 1,47 величина г для опытных затворений принималась равной 0,26; 0,30; 0,32; 0,34; 0,36.

Жесткость бетонных смесей при вибрации определялась по ГОСТу 10181—62, п. 11, а подвижность — по осадке конуса. За оптимальное содержание песка в смеси заполнителей принима­ лась та величина г, которая обеспечивала бетонной смеси наи­ меньшую жесткость по времени вибрации.

Оптимальное содержание песка в смеси заполнителей соста­ вило 32% (г = 0,32), т. е. на 4% меньше, чем в случае использова­ ния обычного строительного песка.

Определение максимальной допустимой величины водоцементного отношения

Для гидротехнического бетона максимальная допустимая ве­ личина водоцементиого отношения должна устанавливаться в за­

53

висимости от требований по: а) водопроницаемости; б) морозо­ стойкости; в) прочности.

Максимальная допустимая величина водоцементного отноше­ ния, определяемая в зависимости от требований к водонепрони­ цаемости и морозостойкости, должна приниматься не выше ука­

■бетонной смеси на мелкозернистом песке оптимального грануло­ метрического состава с различными В/Ц при постоянной задан­ ной жесткости Г0 = 8—10 сек\ б) по результатам испытания ку­ бов на сжатие в возрасте 28 сут строилась кривая зависимости прочности при сжатии бетона от водоцементного отношения; в) по построенной экспериментальной кривой определялось искомое водоцементное отношение, отвечающее заданной марке бетона по прочности «150» без поверхностно-активных добавок, при этом В/Ц оказалось равным 0,65.

Однако, для гидротехнического бетона, как об этом говори­ лось ранее, водоцементное отношение должно устанавливаться, исходя не только из заданной прочности, но также из требований долговечности конструкций (водонепроницаемости и морозостой­ кости гидротехничесокго бетона). Поэтому, учитывая, что к под­ бираемому бетону предъявляются требования но водонепрони­ цаемости В-4 и по морозостойкости Мрз-100, максимальная допу­ стимая величина В/Ц по условиям долговечности гидротехнического бетона должна быть принята согласно табл. 10 настоя­ щего Руководства не выше 0,58.

Из двух величин водоцементного отношения (установленной по таблице 10 и, найденной опытным путем по заданной прочно­ сти) — для проектируемого состава бетона за окончательную принимается наименьшая величина, т. е. в данном случае для подбираемой марки бетона «150» было принято В/Ц = 0,58.

При этом В/Ц = 0,58, принятом из условий долговечности гид­ ротехнического бетона, из бетонной смеси оптимального грануло­ метрического состава на мелкозернистом песке изготовлялись об­ разцы для испытания на морозостойкость, водонепроницаемость и прочность.

По результатам испытания образцов В/Ц=0,58 принято как окончательная величина максимального допустимого водоце­ ментного отношения для подбираемого бетона, так как бетон удовлетворил всем заданным требованиям:

По прочности — «150» По морозостойкости — Мрз-100

По водонепроницаемости — В-4

54-

Определение расхода материалов на 1 м3 бетона

Определение расхода материалов на 1 м3 бетона производи­ лось методом, основанным на определении объемного веса бе­

весу).

При решении этой задачи, прежде всего, делением объемного веса бетонной смеси на сумму l+A f+B /Ц определялось количе­ ство цемента на 1 м3 бетона (Ц), а затем производился расчет количества всех остальных составляющих бетона.

Определение расхода материалов на 1 м3 подбираемой марки бетона по прочности «150» на мелкозернистом песке с Мкр=1,47 производится следующим образом.

• В результате испытания бетонной смеси было установлено, что бетонная смесь (и соответствующий ей бетон) удовлетворяет предъявленным требованиям при следующем ее составе:

марки «150» на мелкозернистом песке, подобранный с использо­ ванием критерия жесткости без поверхностно-активных добавок, приведены в табл. 8—2.

Приложение 9

ПРИМЕР ПОДБОРА СОСТАВА БЕТОНА НА МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ ПЕСКАХ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ (ВОЗДУХОВОВЛЕКАЮЩИХ И ПЛАСТИФИЦИРУЮЩИХ) ДОБАВОК

Задано. Подобрать на мелкозернистом песке гидротехниче­ ский бетон марки по прочности «150», по водонепроницаемости

55

в возрасте 180 сут В-4, по морозостойкости в возрасте 28 сут Мрз-100. По условиям производства работ задана подвижность бетонной смеси по осадке конуса 6—8 см.

Подбор состава бетона с воздухововлекающими и пластифи­ цирующими добавками заключался в следующем:

а) в качестве исходной использовалась бетонная смесь с оп­ тимальным гранулометрическим составом заполнителей на мел­ козернистом песке с модулем крупности 1,47 без поверхностно­ активных добавок;

б) из этой бетонной смеси на мелкозернистом песке, при ус­ ловии придания смеси заданной жесткости Г0, найденной в при­ ложении 5 при различных водоцементных отношениях, изготав­ ливались образцы-кубы размером 20X20X20 см с поверхностно­ активными добавками (отдельно с воздухововлекающей и от­ дельно с пластифицирующей), для нахождения зависимости прочности бетона с каждой из добавок от водоцементного отно­ шения;

в) по результатам испытания кубов на сжатие в возрасте 28 сут строились кривые зависимости прочности бетона с добав­ кой от водоцементного отношения, по которым затем находилось В/Ц для подбираемой марки бетона по прочности «150». Экспе­ риментальные кривые для бетона с воздухововлекающей добав­ кой (СНВ) и добавкой пластифицирующей (СДБ) легли очень близко, благодаря чему для подбираемой марки по прочности

было принято как максимально допустимое для подбираемой марки «150» с добавками.

При В/Ц = 0,58 из бетонной смеси на мелкозернистом песке оптимального гранулометрического состава с каждой из упомя­ нутых добавок при условии придания смесям жесткости Т0 сек изготавливались образцы для испытания на морозостойкость, во­ донепроницаемость и прочность.

В результате испытания образцов бетона с добавками было установлено, что бетон при В/Ц = 0,58 удовлетворяет предъявляе­ мым требованиям, а именно: по прочности марке «150», по моро­ зостойкости Мрз-100, по водонепроницаемости В-4. Таким обра­ зом, В/Ц = 0,58 может быть принято как относительная величина максимального допустимого водоцементного отношения для под­ бираемой марки бетона «150» с добавками.

Определение расхода материалов на 1 м3 бетона с добавками производилось методом, основанным на определении объемного веса бетонной смеси.

Основные характеристики и окончательный состав бетона марки «150», подобранный на мелкозернистом песке с примене-

56

нйем поверхностно-активных (воздухововлекающих и пластифи­ цирующих) добавок, приведены в таблице.

Приложение 10

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВЯЗНОСТИ БЕТОННОЙ СМЕСИ ПО ВОДООТДЕЛЕНИЮ

В соответствии с ГОСТом 4799—69 «Бетон гидротехнический. Методы испытаний бетонной смеси» связность бетонной смеси характеризуется водоотделением бетонной смеси после отстаи­ вания ее в состоянии покоя в течение определенного промежутка времени в цилиндрических мерных сосудах стандартного раз­ мера. Относительное всдоотделение определяется немедленно после приготовления бетонной смеси. Для проведения испытаний применяется следующая аппаратура:

с закругленными концами диаметром 16 мм и длиной 600 мм. Приготовление бетонной смеси в лаборатории должно произ­

водиться в закрытом помещении, температура воздуха в котором должна быть 20 ±3°С.

Бетонная смесь должна приготовляться из тех материалов и при той наибольшей крупности зерен заполнителя, которые на­ мечены к применению на данном строительстве.

Отбор проб бетонной смеси в производственных условиях дол­ жен производиться на бетонном заводе при выгрузке смеси из бетономешалки. При бетономешалке периодического действия отбор бетонной смеси производится в три приема: в начале, в се­ редине и в конце разгрузки бетономешалки. Отбор проб бетонкой смеси из бетономешалки непрерывного действия производится также в три приема, с промежутками времени в одну минуту.

57

Отбор проб на месте укладки при бадьевой подаче произво­ дится из различных мест разгруженной бетонной смеси после то­ го, как закончена разгрузка.

При непрерывной подаче бетонной смеси ленточными тран­ спортерами, бетононасосами отбор проб на месте укладки произ­ водится из подаваемой в блок бетонной смеси в три приема с про­ межутками времени в одну минуту.

Мерный цилиндр наполняют бетонной смесью в три слоя, при­ мерно равных по объему. Каждый слой бетонной смеси равно­ мерно по всей площади штыкуют стальным стержнем. Число штыкований на один слой для сосудов емкостью 5 и 15 л соответ­ ственно равно 6 и 35.

После штыкования каждого слоя сосуд примерно 15 раз по­ стукивают дном о пол или лабораторный стол. Штыкование нижнего слоя производят на всю его толщину.

При штыковании следующих слоев стержень должен прони­ кать в нижеследующий слой на глубину не более 2—3 см.

После заполнения цилиндра и окончания штыкования верх­ него слоя, поверхность бетонной смеси срезают и выравнивают кельмой вровень с краями цилиндра. Цилиндр устанавливают на выверенную горизонтальную площадку и оставляют в покое в те­ чение 1,5 ч. Для предупреждения сильного испарения отделив­ шейся воды (особенно в летнее время) рекомендуется покрывать мерный сосуд опрокинутым металлическим или увлажненным деревянным ящиком.

По истечении 1,5 ч стальной линейкой производят измерение высоты отделившегося с поверхности слоя воды. Измерение про­ изводят погружением линейки в воду до поверхности бетонной смеси. Длину смоченного водой конца линейки измеряют с точ­ ностью до 1 мм. Для каждой пробы бетонной смеси производят два отдельных определения, из которых вычисляют среднюю ве­ личину.

Относительное водоотделение В, характеризующее связность, определяют по формуле:

где h — высота слоя воды, отделившегося с поверхности бетонной смеси, мм\ И — высота цилиндрического мерного сосуда, мм.

Для малоподвижных бетонных смесей с осадкой нормального конуса до 3 см водоотделения не должно быть. Наличие водоотделения указывает на недостаточную связность бетонной смеси.

58

Приложение 11

ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЕ ПРИ ТВЕРДЕНИИ БЕТОНА И ЕГО ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ

1.Основной причиной повышения температуры при тверде­ нии больших масс свежеуложенного бетона являются химиче­ ские процессы в результате взаимодействия (гидратации) цемен­ та и воды. Эти экзотермические реакции могут повести к зна­ чительному разогреву массивного бетона до 40° С и выше. С про­ изводственной точки зрения необходимо учитывать как абсолют­ ное количество выделяющегося тепла, так и ход процесса тепло­ выделения во времени.

2.Удельное тепловыделение в бетоне зависит в относительно небольших пределах от величины водоцементного отношения и, отчасти, от водопогребности. Увеличение водоцементного отноше­ ния и подвижности бетонной смеси несколько повышает величину тепловыделения в бетоне, примерно на 10—15% при увеличении значений В/Ц от 0,40 до 0,90 и осадки конуса от 2 до 5 см.

3.Температура окружающей среды оказывает влияние на ве­ личину тепловыделения в бетоне, которое интенсифицируется при повышении температуры окружающей среды. В связи с этим ве­ личина тепловыделения, измеренная в адиабатических условиях, имеет несколько более высокое значение, чем величина тепловы­ деления, определенная термосным методом.

4.Если тепло выделяется медленно, то для массивных гид­ ротехнических бетонных сооружений это является, как правило, ценным свойством вяжущего.

Если же процесс тепловыделения протекает сравнительно бы­ стро, то температура в кладке сильно повышается, и применение такого цемента для массивных сооружений может встретить из­ вестные затруднения. В этом случае из-за сравнительно неболь­ шой теплопроводности бетона отдача накопленного тепла проте­ кает медленно, что вызывает неравномерное распределение тем­ пературы по объему массива (температура внутренних слоев будет больше температуры наружных слоев бетона, которые окажутся в растянутом состоянии). В результате в бетоне возни­ кают термические напряжения, которые часто приводят к обра­ зованию трещин.

Появлению в массивном бетоне подобных трещин способст­ вует также усадка при твердении бетона на воздухе и темпера­ турные изменения внешней среды-атмосферы.

5. Благодаря сравнительно малой теплопроводности бетона, суточные колебания температуры распространяются в бетонной кладке медленно и для массивного бетона заметны лишь у погра­ ничных ее поверхностей. Натурные наблюдения за величиной ко­ лебания температуры показывают, что суточные изменения внеш­ ней температуры, окружающей бетонный массив, уже на расстоя­

59