8.4 Определение состава бетона

Правильное определение состава бетона является одной из важнейших операций в технологии бетона и железобетона.

Определение состава бетона следует производить в соответствии с требованиями СТБ 1182 с целью получения бетона в изделиях и конструкциях с прочностью и другими показателями качества, установленными нормативными документами или проектной документацией, при рациональном использовании материальных и энергетических ресурсов. При этом должны обеспечиваться заданные свойства бетонной смеси и затвердевшего бетона при минимальном расходе цемента как наиболее дорогостоящем компоненте.

Исходные данные для определения состава бетона содержатся, как правило, в техническом проекте строительства и включают следующие требования: проектную прочность или класс бетона по прочности; заданную условиями работ удобоукладываемость бетонной смеси; при необходимости требования по водонепроницаемости, морозостойкости или коррозионной стойкости бетона; данные по наибольшей крупности заполнителя, длительности и режиме твердения и другим условиям производства работ.

Определение состава бетона начинают с выбора материалов для его приготовления. После этого устанавливают их характеристики, необходимые для расчета: активность и плотность цемента, плотность заполнителей в сухом состоянии, крупность зерен и показатель пустотности крупного заполнителя.

Вид и марку цемента следует выбирать с учетом технологии производства работ, условий твердения бетона, вида изделий и конструкций, условий их эксплуатации, требуемого класса бетона по прочности на сжатие, величины отпускной и (или) передаточной прочности бетона, реакционной способности заполнителей, требований нормативных документов и проектной документации на конкретные виды изделий и конструкций, основных положений ГОСТов 23464 и 30515.

Рекомендуемые и допускаемые марки цемента в зависимости от класса конструкционного бетона по прочности на сжатие следует принимать в соответствии с таблицей 8.1.

Таблица 8.1 Рекомендуемые и допускаемые марки цемента

Класс бетона по прочности на сжатие	Марки цемента для бетона
	рекомендуемые	допускаемые
С8/10 - С20/25 С25/30 С30/37 С35/45 - С90/105	400 500 550 600	500 550, 600 500, 600 500, 550

При использовании цемента, активность которого ниже требуемой прочности бетона, может оказаться слишком большой его расход. А это приведет не только к удорожанию бетона, но и будет способствовать образованию трещин в результате усадки цементного камня. Когда активность цемента окажется излишне высока, может оказаться, что расход его будет меньше минимально допустимого значения, требуемого техническими условиями для получения бетона необходимой плотности. В этом случае для экономии цемента в бетон целесообразно вводить тонкомолотые минеральные добавки.

Выбор мелкого и крупного заполнителей в первую очередь зависит от требуемой прочности бетона. Чем выше прочность бетона, тем выше должны быть требования к качеству заполнителей. При этом стремятся использовать, как правило,

Удобоукладывамость смеси		Ориентировочный расход воды, кг, при наибольшей крупности, мм
Осадка конуса, см	Жесткость, сек.	гравия				щебня
		10	20	40	70	10	20	40
10…12		215	195	185	175	225	205	195
5…7		205	180	175	160	215	195	185
1…3		190	165	160	145	200	180	170
	8…12	175	155	145	135	185	165	155
	15…20	160	145	140	130	170	155	-
	22…30	155	140	135	125	165	150	-

местные заполнители или из близко расположенных карьеров, но отбирают из них те, которые позволяют получать бетон с заданными свойствами при минимальном расходе цемента.

Состав бетона выражают либо в виде расхода составляющих в кг на 1 м³ уплотненного бетона, либо в виде соотношения этих составляющих в долях по массе с указанием водоцементного отношения (В/Ц). При этом расход цемента принимается за единицу.

Разработано множество методик определения состава бетона. Однако наибольшее распространение в странах СНГ нашел расчетно-экспериментальный метод НИИЖБа.

1. Вначале определяют водоцементное отношение бетонной смеси:

1.1 для бетона нормально-влажностного твердения или подвергаемого тепловой обработке по стандартному режиму (70% марочной прочности через 4 часа остывания)

(В/Ц)_б = (0,23 R_ц + 10) / (R_б+8) (8.1)

1.2 для бетона подвергаемого тепловлажностной обработке и при необходимости получения 100%-й прочности после ТВО

(В/Ц)_б = (0,16R_ц+7) (R_б+5,6) (8.2)

где R_ц и R_б соответственно активность цемента и прочность бетона в 28-суточном возрасте, МПа.

2. Расход воды определяют по таблице 8.2

Таблица 8.2 Ориентировочный расход воды для бетонной смеси

Примечание. Если расчетный расход цемента окажется более 400 кг/м³, то расход воды повышают из расчета 10 кг на каждые 100 кг цемента.

3. По расходу воды на 1 м³ бетона и водоцементному отношению бетонной смеси определяют расход цемента на 1 м³ бетона

Ц = В / (В/Ц)_б (8.3)

4. Суммарный расход заполнителей Мз+Кз – (мелкого и крупного) в кг на 1 м³ бетонной смеси

Мз+Кз = ρ_б.см. – Ц – В, (8.4)

Среднюю плотность бетонной смеси (ρ_б.см) следует принимать при заполнителе из карбонатных пород 2350 кг/м³, а из более плотных пород – 2400 кг/м³.

5. Расход мелкого заполнителя (песка) в кг на 1 м³ бетонной смеси находят с учетом массовой доли песка r, зависящей от вида и крупности зерен заполнителей, а также от расхода цемента (табл. 8.3):

Мз = (Мз+Кз) ^. r, (8.5)

6. Расход крупного заполнителя на 1 м³ бетонной смеси

Кз = (Мз+Кз) – Мз (8.6)

Таблица 8.3. Массовая доля мелкого заполнителя в смеси заполнителей

Расход цемента в бетоне, кг/м3	Массовая доля мелкого заполнителя в смеси заполнителей при крупности, мм
	гравия			щебня
	20	40	70	20	40	70
200	0,4	0,39	0,37	0,42	0,41	0,40
250	0,39	0,37	0,36	0,41	0,40	0,39
300	0,37	0,35	0,35	0,40	0,39	0,38
350	0,35	0,34	0,34	0,38	0,37	0,36
400 и более	0,36…0,38	0,35…0,38	0,32…0,38	0,37…0,42	0,35…0,42	0,34…0,40

Пример 1. Определить состав бетона требуемой прочности в 28-суточном возрасте 19,3 МПа естественного твердения. Подвижность бетонной смеси, требуемая условиями работ, должна составить 2…5 см. Вяжущее – портландцемент ОАО «Красносельскстройматериалы» активностью 40,7 МПа. Крупный заполнитель – гравий речной плотных пород с предельной крупностью 20 мм. Мелкий заполнитель – песок овражный.

Расчет.

1. Определяем необходимое водоцементное отношение бетонной смеси

2. Расход воды принимаем по табл. 8,2. Для бетонной смеси с ОК = 2…5 см расход воды в среднем составит 170 кг.

3. Определяем расход цемента на 1 м³ бетонной смеси

Ц = 170 / 0,709 = 240 кг.

4. Определяем суммарный расход заполнителей для приготовления 1 м³ бетонной смеси. Среднюю плотность бетонной смеси принимаем равной 2400 кг/м³.

Мз+Кз = 2400 – 240 – 170 = 1990 кг.

5. Массовая доля песка в смеси заполнителей r принимаем по табл. 8.3. При гравии крупностью 20 мм и расходе цемента 240 кг r составит 0,39.

6. Определяем расход песка на 1 м³ бетона

Мз = 1990 ^. 0,39 = 776 кг.

7. Определяем расход гравия на 1 м³ бетона

Кз = 1990 – 776 = 1214 кг.

8. Готовится пробный замес бетонной смеси, проверяется ее подвижность и при удовлетворительном значении изготовляются контрольные образцы для определения прочности. Если удобоукладываемость оказывается меньше требуемой, то добавляют 5…10% воды от массы, использованной на пробный замес. Чтобы не изменилось В/Ц одновременно добавляют такой же процент цемента. Если удобоукладываемость выше заданной, то добавляют одновременно 5…10% песка и гравия от их расхода на пробный замес. Из бетонной смеси изготавливают бетонные образцы по ГОСТ 10180 и после двухчасовой выдержки подвергают тепловлажностной обработке по режиму 3+6+2 часа (подъем, изотермический прогрев при 80⁰С, остывание), выдержка 4 часа и испытание. Прочность бетона после тепловой обработки должна состовлять не менее 70% от заданной. Если полученная при испытании прочность бетона отличается от заданной более чем на 15%, то изменяют В/Ц в большую или меньшую сторону.

Окончательно определенный лабораторный состав бетона, полученный для сухих материалов, пересчитывают на рабочий состав, в котором учтена влажность заполнителей. Для этого рассчитывают количество воды, содержащейся во влажных заполнителях.

Пример 2. В лабораторном составе расход сухого гравия равен 1214 кг, песка – 776 кг, воды – 170 л. Необходимо определить расход заполнителей, если влажность их по массе составляет: крупного заполнителя 2%, мелкого заполнителя 4%.

Расчет.

Масса воды, содержащейся в крупном заполнителе, равна 1214 х 0,02 = 24 л, мелком заполнителе – 776 х 0,04 = 31 л. Следовательно, расход влажного крупного заполнителя составит 1214 + 24 = 1238 кг, а мелкого заполнителя – 776 + 31 = 807 кг. При этом надо сократить расход воды с учетом того, что часть ее содержится в заполнителях: 170 – (24 + 31) =115 л.