- •Проектирование составов и
- •Испытания тяжелых бетонов и
- •Строительных растворов
- •Методические указания
- •1. Определение, свойства, проектирование составов и испытание бетонов
- •1.1. Определение и классификация бетонов
- •1.2. Свойства бетонов
- •1.3. Классы бетонов
- •1.4. Расчет состава бетонной смеси с заданными свойствами
- •Характеристика материалов
- •Расчет состава бетонной смеси производят
- •1.5. Свойства и испытание бетонной смеси
- •1.6. Методика изготовления образцов бетона
- •Задачи к теме "Расчет состава тяжелого бетона"
- •Контрольные вопросы к лабораторной работе "Расчет состава тяжелого бетона"
- •2.1. Определение, классификация и свойства строительных растворов
- •2.2. Расчет состава строительного раствора
- •2.3. Свойства и испытания растворной смеси
- •Контрольные вопросы по теме "Расчет состава строительных растворов"
- •Задачи к теме "Расчет состава строительного раствора"
- •Техника безопасности при выполнении лабораторных работ
- •Редактор: н.Х. Михайлова
- •Печатно-множительный отдел КазГаса
- •420043, Казань, Зеленая 1.
1.4. Расчет состава бетонной смеси с заданными свойствами
Подбор состава сводится к установлению рационального соотношения между составляющими материалами бетона, определению номинального состава и корректировке рабочего состава, расчету и передаче в производство рабочих дозировок. Подобранный состав должен обеспечить заданную подвижность (удобоукладываемость), прочность бетона при минимальном расходе цемента.
До начала расчета необходимо проверить качество всех исходных материалов. Наиболее прост и удобен расчет по методу абсолютных объемов, предложенный профессором Б.Г. Скрамтаевым, Расчет ведется на I000 литров бетонной смеси. Удобнее показать его на примере.
З а д а н и е: подобрать состав бетона для железобетонного монолитного перекрытия в промышленном здании. Конструкция особо насыщена арматурой. Содержание арматуры – более 1%, минимальное расстояние между стержнями арматуры – 60 мм. Толщина плиты 100 мм, наименьшее измерение балок – 200 мм. Марка бетона "200" (принимается по чертежам конструкции). Пластичность бетонной смеси можно принять по таблице в зависимости от размеров конструкции и густоты армирования.
Таблица СНиПа рекомендует бетон пластичностью 5-8 см. Наибольшая крупность заполнителя может быть принята не более 1/2 толщины плиты, 1/3 наименьшего измерения балок и более 3/4 расстояния между стержнями арматуры в свету.
Следовательно, наибольшая крупность гравия может быть принята 40 мм (45 мм).
Характеристика материалов
Портландцемент марки "400":
плотность ц = 3,1 г/см3 или 3,1 кг/л;
насыпная плотность 0ц = 1300 кг/м3.
Песок средней крупности Мкр =2,4 по зерновому составу соответствует стандарту;
плотность п = 2,61 г/см3;
насыпная плотность п = 1400 кг/м3
Гравий: наибольшая крупность Dнб = 40 мм;
плотность г = 2,6 г/см3;
насыпная плотность 0г = 1510 кг/м3;
пустотность П =42 %;
коэффициент пустотности Кп = 0,42;
Вода питьевая водопроводная.
Расчет состава бетонной смеси производят
в следующей последовательности:
1.4.1. Определение водоцементного отношения
Водоцементное отношение или цементноводное отношение вычисляют по формулам прочности бетона:
Rб = А Rц (Ц/В – 0,5) применяют при В/Ц 0,4 ; (11)
Rб = А1 Rц (Ц/В + 0,5) применяют при В/Ц 0,4, (12)
где lp — предел прочности бетона нормального твердения в возрасте 28 суток (марка); А и А1 — коэффициенты, характеризующие качество материалов; Ц/В — цементноводное отношение (по массе).
Цементноводное отношение из формулы 13:
Ц/В = (Rб / А Rц ) + 0,5 = (200 / (0,55 400)) + 0,5 = 1,4, (13)
где А – эмпирический коэффициент принимается по табл. 6 (материалы пониженного качества).
Таблица 6
№№ п/п |
Характеристики исходных материалов |
А при В/Ц 0,4 |
А при В/Ц 0,4 |
1 |
Высококачественные (щебень из плотных пород, заполнители чистые, фракционированные, оптимального зернового состава. Портландцемент высокой активности). |
0,65 |
0,43 |
2 |
Рядовые (гравий соответствует стандарту, портландцемент средней активности. |
0,6 |
0,4 |
3 |
Пониженного качества (крупный заполнитель низкой прочности, цемент низкой активности). |
0,55 |
0,37 |
1.4.2. Определение расхода воды на 1 м3бетонной смеси
Расход воды может быть определен по вспомогательной табл. 7 или по графику проф. Миронова в зависимости от заданной пластичности бетонной смеси и наибольшей крупности гравия (см. характеристику исходных материалов).
Таблица 7
Характеристика бетонной смеси |
Расход воды | |||
Наибольшая крупность заполнителя, мм | ||||
Осадка конуса, см |
Удобоукладываемость, сек. |
10 |
20 |
40 |
0 0 0 0 0 1 2 3 5 7 8 10 |
150-200 90-120 60-80 30-50 15-30 |
145 150 160 165 175 185 190 195 200 205 210 215 |
130 135 145 150 160 170 175 180 185 190 195 200 |
120 125 130 135 145 155 160 165 170 175 180 185 |
Примечание:данные таблицы справедливы для бетона на портландцементе, песка средней крупности при использовании в качестве крупного заполнителя гравия. Водосодержание бетонной смеси увеличивается при применении пуццоланового портландцемента на 15-20 л; замене гравия щебнем – на 10 л; мелком песке – на 10 л.
Расход воды в нашем примере на 1 м3бетонной смеси – 175 л.
1.4.3. Определение расхода цемента:
Ц = В/Ц = 175 / 0,7 = 250 кг, Vц= 250 / 3,1. (14)
1.4.4. Определение абсолютного объема цементного теста
Vц.т.= В + Vц= 175 + 250 / 3,1 = 256 л. (15)
1.4.5. Сумма абсолютных объемов всех составных частей бетона в 1 м3(1000 л) выражается уравнением (16):
(Ц / ц) + (П /п) + (Г /гр) + В = 1000. (16)
1.4.6. Цементно-песчаный раствор заполняет пустоты в крупном заполнителе с некоторой раздвижкой зерен. Уравнение составляется из этого предположения:
(Ц / ц) + (П /п) + В = Кп(Г /нас.гр), (17)
- коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя, определяется по табл. 8.
Таблица 8
Расход цемента, кг/м3 |
Значения | ||||
В/Ц | |||||
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 | |
250 300 350 400 |
- - 1,32 1,40 |
- 1,3 1,38 1,46 |
1,26 1,36 1,44 - |
1,32 2,42 - - |
1,38 - - - |
Решая совместно уравнения (16) и (17), находим формулу для определения потребности в гравии (щебне).
Г = 1000 / [(Кп/нас.гр) + (1 /гр)]. (18)
Подставляя в формулу (18) значения, определяем расход гравия
Г = 1000 / [(0,42 1,32 / 1,51) + (1 / 2,6)] = 1330,5 кг.
1.4.7. Определение расхода песка.
П = (1000 – (Г / гр) – Vц.т.)п. (19)
Подставляя в формулу (19) значения, определяем расход песка
П = (1000 – (1330,5 / 2,6) – 255,64.)2,61 = 607 кг.
Расход материалов на 1 м3бетона (номинальный состав):
Цемента 250 кг;
Песка 607,16 кг;
Гравия 1330,5 кг;
Воды 175,0 кг;
Всего 2362,66 кг.
Таким образом, средняя плотность бетонной смеси б.см.= 2363,0 кг/м3(теоретическая).
1.4.8. Экспериментальная проверка расчетного состава бетонной смеси
Расчетный состав бетонной смеси может быть выдан на производство только после экспериментальной проверки его пластичности, прочности (после затвердевания), а в отдельных случаях морозостойкости, истираемости, водопроницаемости и других специальных свойств.
Количество бетонной смеси для определения пластичности и прочности (марки) выбирается в зависимости от размеров образцов и объема конуса:
а) образцы — кубы 10х10х10 см — 6 литров;
б) образцы — кубы 15x15x15 см — 11 литров;
в) образцы — кубы 10x10x10 см — (3 шт.) и балочки размером 10х10х40 см (для дорожных бетонов) — I6 литров.
Если при проверке подвижности бетонной смеси окажется, что смесь имеет избыточную подвижность, то к ней добавляют песок и гравий, не меняя соотношения между ними. Если пластичность окажется недостаточной, то добавляют цемент к воде, не нарушая водоцементного отношения.
После проверки пластичности изготовляют образцы для испытания бетона на прочность, согласно приведенной выше методике. Оставшуюся неиспользованной бетонную смесь помещают в форму 10х10х10 см или 15x15x15 см, подвергают вибрации и замеряют объем бетонной смеси.
Значение средней полученной плотности экспериментальным способом сравнивают с теоретическим значением, полученным ранее по расчету.
Разница между ними может быть не более 3 %. Расхождение этих значений может быть вызвано ошибками в расчете состава или неточным определением характеристик исходных материалов.
Выход бетонной смеси (Vб.см.) в уплотненном состоянии определяют подсчетом объема бетонной смеси во всех формах.
Экспериментальная средняя плотность полученной смеси подсчитывается по формуле (20):
0 б.см.= (mц+ mв+ mг+ mп)1000 / Vб.см , (20)
где mц, mв, mг, mп— масса всех компонентов бетонной смеси, кг.
Если объем полученной бетонной смеси отличается от расчетного объема, то расход материалов на 1 м3следует скорректировать. Например, расчетный объем был равен 6 л, после изготовления получили 5,7 л.
Отсюда поправочный коэффициент: К = 6 / 5,7 = 1,053.
Прочность бетона принятого состава проверяют по результатам испытания образцов-кубиков. Часто при испытании получают избыточную или недостаточную прочность. Объясняется это тем, что расчетной формуле прочности бетона (по которой определяют водоцементное отношение) коэффициент А не учитывает с достаточной точностью качественное разнообразие крупного и мелкого заполнителей.
Поэтому при экспериментальной проверке бетона необходимо изготовить еще не менее двух смесей, из которых одна будет иметь уменьшенное, а другая – увеличенное значение водоцементного отношения против расчетного на 5-7 %. Кроме того, в случае изготовления большого количества бетона, рекомендуется изготовить смесь с меньшим и большим соотношением заполнителей (песок-гравий) в отличие от основного. Из всех составов выбирают состав наиболее экономичный по расходу цемента и соответствующий проектной марке.
1.4.9. Расчет расхода материалов на замес бетономешалки
Каждая бетономешалка имеет определенную емкость смесительного устройства. Объем материалов, который можно загрузить в бетономешалку до перемешивания, называют загрузочной емкостью.
Бетономешалки выпускают с загрузочной емкостью 250, 425, 500, I200, 2400 л.
Если бетономешалку загрузить компонентами смеси, суммарный объем которых превысит загрузочную емкость, то бетонная смесь будет неоднородной в течение времени, отведенного для перемешивания.
И наоборот, недогруженная бетономешалка будет работать непроизводительно.
Расчет на замес может быть выполнен с учетом коэффициента выхода бетонной смеси.
Коэффициентом выхода бетонной смеси называют отношение объема смеси к сумме насыпных объемов сухих исходных компонентов.
Расчет можно вести по расходу материалов на 1000 л или по объему пробного замеса:
= Vб.см/ [(Ц /0ц) + (П /0п) + (Г /0гр)], (21)
где – коэффициент выхода (0,55-0,70); Vб.см– объем полученной бетонной смеси в л; Ц, П, Гр – масса цемента, песка, гравия на принятый объем бетонной смеси (Vб.см.);0ц,0п,0гр– насыпные плотности цемента, песка и гравия.
Дозировка материалов на замес бетономешалки определяется по формулам:
ЦV=VЦ / 1000; (22)
ПV=VП / 1000; (23)
ГрV=VГр / 1000; (24)
ВV=VВ / 1000, (25)
где ЦV, ПV, ГрV, ВVколичество цемента, песка, гравия, воды на замес бетономешалки, кг; Ц, П, Гр, В — расход цемента, песка, гравия, воды на 1000 л; V – загрузочная емкость бетономешалки, л.
В производственных условиях заполнители для бетона часто хранятся без укрытия и могут иметь значительную влажность. Поэтому необходимо несколько раз в день определять влажность песка и гравия и вносить соответствующие коррективы в дозировку материалов на замес бетономешалки.
Расход песка ПW= ПV+ ПVWп/ 100; (26)
Расход гравия ГрW= ГрV+ ГрVWгр/ 100; (27)
Расход воды ВW= ВV– [(ПVWп/ 100) + (ГрVWгр/ 100)], (28)
где Wпи Wгр– влажность песка и гравия в % по массе.
Полученная бетонная смесь расчетного состава подвергается испытанию.