Состав бетонной смеси

Расчет состава бетона имеет цель установить такой расход материалов на 1 м³ бетонной смеси, при котором обеспечивается наиболее экономично получение заданной прочности бетона, и удобоукладываемой бетонной смеси.

Состав бетонной смеси должен в первую очередь обеспечить нужную марку готового уже отвердевшего бетона со всеми необходимыми характеристиками(морозоустойчивость, водонепроницаемость и так далее) при минимальном расходе цемента.

Исходными данными для определения состава бетонной смеси служат следующие требования:

1. Необходимый класс бетона  или его проектная марка по прочности.

2. Его удобоукладываемость (задается в зависимости от условия работ или условия укладки бетона).

3. Требования по морозоустойчивости, коррозионной стойкости и водонепроницаемости, а также химической стойкости в агрессивных средах и других требований.

4. Требования по использованию крупности заполнителя (крупнозернистый или мелкозернистые бетоны), по режиму твердения и других условиях производства работ.

Для определения состава бетонной смеси необходимо сначала выбрать материалы для его приготовления, затем устанавливать их характеристики. Характеристики крайне важны  для определения состава бетона, такие как плотность и активность цемента, плотность заполнителей в сухом состоянии, показатели пустотности крупных и мелкозернистых заполнителей, крупность зерен заполнителей и другие.

Для достижения более сбалансированного состава бетона и связанной структуры цементного теста в бетонной смеси необходимо правильно подобрать марку цемента. Марка цемента зависит от величины активности цемента и чем выше величина активности цемента тем выше его марка.

 

Установлено, что для приготовления бетонов активность цемента должна быть в пределах 0,7…2 от требуемой прочности бетона. Если значение отношения активности цемента к прочности бетонной смеси меньше 0,7 и больше 2,0, тогда цементное тесто бетона теряет связность и резко ухудшаются прочностные свойства цементного камня.

Величина отношения активности цемента к прочности бетона должна быть в следующих пределах:

1. Для вибрированных бетонных смесей-1,2…2,0.

2. Для вибрированных бетонных смесей с пригрузом-1,0…1,2.

3. Для бетонных смесей уплотняемых трамбованием и прессованием -0,7…1,0.

Если для приготовления бетона используются цементы с величиной активности значительно выше (2-3 раза и более) требуемой расчетной прочности бетона, при отсутствии агрессивной среды, тогда рекомендуется в состав бетонной смеси ввести тонкомолотые активные минеральные добавки.

Тонкомолотые активные минеральные добавки или микронаполнители снижают активность цемента но увеличивают общее количество вяжущего и экономят цемент. Оптимальное количество добавок в бетонной смеси зависит от марки цемента и определяется на основании лабораторных испытаний.

Согласно СНиП 5.01.23-83 марка бетонной смеси должна быть выбрана в зависимости от величины средней прочности бетона при сжатии а также условий его твердения.

Состав бетонной смеси выражают в виде соотношения по массе ( реже по объему) между количествами цемента, песка и щебня( или гравия) с указанием водоцементного отношения. Количество цемента принимают за единицу. Поэтому в общем виде состав бетонной смеси выражают соотношением цемент: песок: щебень =1; х : y при В/Ц= z, например, 1:2,4:4,5 при В/Ц=0,45.

различают два состава бетона : номинальный ( лабораторный) принимаемый для материалов в сухом состоянии и производственный ( полевой)-для материалов с естественной влажностью. К моменту расчета состава бетонной смеси нужно определить качество исходных материалов: цемента, воды, песка, щебня или гравия-согласно требованиям ГОСТов.

Состав тяжелого бетона рассчитывают по методу абсолютных объемов, который разработал проф. Б. Г. Скрамтаев. В основу этого метода положено условие, что тяжелый бетон уплотненный в свежем состоянии, приближается к абсолютной плотности , то есть сумма абсолютных объемов исходных материалов в 1 м³ равна объему уплотненной бетонной смеси.

Исходными данными для расчета состава бетона являются заданная прочность бетона Rб, характеристика бетонной смеси по степени подвижности или жесткости, а также характеристика исходных материалов -активность цемента Rц, плотности песка, щебня, гравия и пустотность щебня или гравия. В зависимости от условий в котором будет находится бетон в сооружении или конструкции, к нему могут быть предъявлены также требования по морозостойкости, стойкость к воздействию агрессивных вод, водонепроницаемость.

Высокая морозостойкость и непроницаемость плотно уложенного слоя бетона регулируется В/Ц и расходом вяжущего, отсюда вытекает необходимость нормирования В/Ц в гидротехническом, дорожном и других специальных бетонах. Состав бетонной смеси , то есть количество цемента, песка, щебня и воды устанавливают вначале ориентировочно методом расчета, а затем уточняют испытанием пробных замесов бетонной смеси.

Расчет состава бетона производят  в следующем порядке : определяют цементно-водное отношение (Ц/В), обеспечивающее получение бетона заданной прочности и расхода воды. Рассчитывают потребный расход цемента , а затем щебня или гравия, песка. Также проверяют подвижность( жесткость) бетонной смеси при отклонениях этих показателей от проекта. Производят корректирование состава бетонной смеси, приготовляют образцы для определения прочности и испытывают в заданные сроки. Пересчитывают номинальный состав бетонной смеси на производственный.

Таблица №1. Рекомендуемые и допустимые марки цемента для тяжелых бетонов на крупном заполнителе

Для неармированных конструкций и изделий из бетона расход цемента должен составлять не менее 170 кг на 1 м³ бетона. Для железобетонных конструкций и изделий расход цемента должен составлять не менее 220 кг на м³ бетона. Таким образом согласно нормам и правилам расход цемента не должен превышать 600 кг/м³. Цемент нужно использовать такой марки, которая бы превышала расчетную в 2-3 раза.

Таблица №2.  Рекомендуемые и допустимые марки цемента для мелкозернистых бетонов

Для портландцемента минимум в два раза а для остальных видов цемента в три раза.Это очень важно и поэтому необходимо запомнить такой  момент.

Исходя из выше сказанного, для наглядности привожу таблицу рекомендуемых марок цемента для приготовления тяжелых бетонов и мелкозернистых.

В зависимости от требуемой нормативной прочности,то есть от требуемого класса бетона подбирают состав мелкого и крупного заполнителей.

Чем выше нормативный класс бетона тем выше требования к качеству заполнителей. Для снижения себестоимости производства бетонных смесей стараются всегда использовать заполнители из местных карьеров или расположенные на близком расстоянии.

Для приготовления бетонов среднего класса от В 10 до В 12,5 можно использовать заполнители среднего или  низкого качества, то есть средней или низкой  прочности. Например, мелкий  песок или щебень низкой прочности из карбонатных горных пород, бой кирпича. Для бетонов класса от В15 до В 20 можно использовать щебень средней прочности а также гальку.

Для бетонных смесей классов выше В20 необходимо использовать качественные заполнители, то есть прочные и плотные из наиболее прочных горных пород. Они должны быть чистые без примесей загрязнения и тщательно подобранные. Как можно подобрать заполнители для приготовления мелкозернистых и крупнозернистых бетонных смесей можно прочитать в  статье

Удобоукладываемость бетонных смесей назначается согласно СНиП 5.01.23-83. Состав бетонной смеси можно выразить в виде подбора мелкого и крупного заполнителя, расхода цемента и воды  для приготовления 1м³ бетона. Для определения этих данных используют методологии апробированные в научных лабораториях.

 Расчет состава бетона

1. Определяем водоцементное (В/Ц) отношение бетонной смеси по приведенной формуле или согласно таблице №1:

Таблица№1. Водоцементное  отношение в бетоне заданной прочности.

Для обычных бетонов с Ц/В ≤ 2,5, то есть (Ц/В =1,4…2,5)

Rb=ARц(Ц/В-0,5), откуда Ц/В=Rb/(ARц)+0,5;

Для высокопрочных бетонов Ц/В>2,5

Rb=A1Rц(Ц/В+0,5), откуда Ц/В=Rb/(A1Rц)-0,5;

 

Rб— Прочность при сжатии образцов -половинок балочек размерами 4 х 4 х 16 см.В ряде случаев принимают как требуемую прочность бетона.

Rц-активность цемента кгс/см².

А-коэффициент зависящий от качества заполнителей:

Для высококачественных заполнителей коэффициент А принимается равным  -0,8  для высококачественных материалов, для материалов среднего качества  -0,75, 0,65- для цемента низких марок и мелкого песка песка.

Таблица№2. Ориентировочный расход воды для бетонной смеси

 

 

2.Определение расхода воды.

Оптимальное количество воды в бетонной смеси ( водосодержание, л/м³) должно обеспечивать необходимую подвижность ( или жесткость) бетонной смеси. Количество воды для затвердения 1 м³ бетонной смеси для всех расчетов в соответствии с ОНТП 07-85 принимается равным 200 л независимо от вида, жесткости и подвижности бетонных смесей.Также, расход воды можно подобрать с помощью таблицы №2.

3. Определяем расход цемента.

При определенном  из формулы  значении Ц/В и принятой водопотребности бетонной смеси В рассчитывают  ориентировочный расход цемента, кг/м³ бетона по формуле Ц=В/(В/Ц),где

Ц-расход цемента на 1 м³ бетона.

В-необходимое количество воды для приготовления 1 м³ бетона.

В/Ц-водоцементное отношение.

Ц=В/(В/Ц)

Расход цемента на  1 м³ бетона должен быть не менее минимального. Если расход цемента на  1 м³ бетона окажется меньше допускаемого по нормам , то его необходимо довести до нормы, сохранив  прежнее В/Ц. Расход воды при этом пересчитывают, исходя из увеличенного расхода цемента. Минимальный расход вяжущего для бетонных конструкций -200 кг/м³ . Для железобетонных -220 кг/м³ и конструкций работающих в агрессивных средах-250 кг/м³.

4.Расход крупного и мелкого заполнителей.

Определяем расход  заполнителей( песка и щебня или гравия) на 1 м³ бетонной смеси. Для определения расхода песка и щебня ( гравия) задаются двумя условиями:

Сумма абсолютных объемов всех составных частей бетона (л) равна 1 м³ (1000 л) уплотненной бетонной смеси:
Ц/ρц + В/ρв + П/ρп + Щ/ρщ, где Ц, В,П, Щ-содержание цемента , воды песка и щебня ( гравия ), кг/м³;

ρц, ρв, ρп, ρщ-плотности этих материалов, кг/м³;

Цементно-песчаный раствор  заполнит все пустоты в крупном заполнителе с некоторой раздвижкой зерен: (Ц/ρц) + (П/ρп) +В +Vпуст.щ(г) ·[Щ (г)/ρн.щ(г)]α. Решая эти два уравнения, находят формулу для определения потребности в щебне или гравии:

Щ(г) =1000/V пуст.щ(г) α/ρн.щ(г)+1/ρщ(г)

V пуст.щ(г)-пустотность щебня или гравия в стандартном рыхлом состоянии ( в формулу подставляется в виде относительной величины);

α-коэффициент раздвижки зерен щебня ( или избытка раствора). Для жестких смесей α=1,05…1,20, для подвижных смесей α=1,2…1,4 и более; ρн.щ(г)-насыпная плотность щебня или гравия, кг/л; ρщ(г)-плотность щебня ( гравия) , кг/л. Коэффициент раздвижки также можно определить по графику ( смотри рисунок-1).

Рисунок-1. График для определения коэффициента раздвижки α

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициент α определяет отношение между песком и щебнем в бетоне.После определения расхода щебня или гравия рассчитывают расход песка ( кг/м³) как разность между проектным объемом бетонной смеси и суммой абсолютных объемов крупного заполнителя, цемента и воды:

П=[ 1000-(Ц/ρц+ В + Щ(г)/ρщ(г)]ρп

Если гравий или щебень составляют из нескольких фракций , то необходимо заранее установить оптимальное соотношение между ними, пользуясь графиком наилучшего зернового состава или подбирают смесь с минимальным количеством пустот.

5. Проверка подвижности бетонной смеси.

После произведенного предварительного расчета состава бетона делают пробный замес и определяют осадку конуса или жесткость. Если бетонная смесь получилась менее подвижной, чем требуется, то увеличивают количество цемента и воды без изменения цементно-водного отношения.

Если подвижность будет больше требуемой, то добавляют небольшими порциями песок и крупный заполнитель, сохраняя соотношения их постоянными. Таким путем добиваются заданной подвижности бетонной смеси.

6. Уточнение расчетного состава бетона на пробных замесах.

Производят опытные замесы бетона при трех значениях водоцементного отношения, из которых одно принимают расчетное, а два других больше или меньше на 10…20%. Количество цемента, воды, песка и щебня (гравия) для бетона с водоцементным отношением, не равным расчетному, определяют по выше изложенному методу. Из каждой приготовленной смеси готовят по три образца куба размером 20×20×20 см, которые выдерживают в нормальных условиях и испытывают в возрасте 28 сут при определении класса бетона (или в другие сроки).

По результатам испытаний строят график зависимости прочности бетона от цементно-водного отношения, с помощью которого выбирают Ц/В, обеспечивающее получение бетона заданной прочности.
При пробных замесах проверяют также подвижность или жесткость бетонной смеси (она должна удовлетворять проектной), определяют ее плотность и по результатам испытания пробных замесов вносят соответствующие коррективы в рассчитанный состав бетона. При изменении содержания песка и щебня ( гравия) учитывают их влажность. Количество влажных заполнителей изменяется настолько, чтобы содержание в них сухого материала было равно расчетному, а количество вводимой в замес воды уменьшалось на величину, равную содержанию воды в заполнителях .

При перемешивании бетонной смеси мелкие зерна компонентов ее располагаются между более крупными, а пустоты в песке заполняются цементным тестом. Поэтому объем бетонной смеси Vб будет всегда меньше, чем сумма насыпных объемов составляющих его сухих материалов. В связи с этим вводят понятие « коэффициент выхода бетона» β. Он равен отношению объема полученной смеси Vб в уплотненном состоянии к сумме насыпных объемов сухих исходных компонентов : β =Vб/(Vц+Vп+Vщ(г));

Коэффициент выхода бетона является технико-экономической характеристикой качества заполнителей и бетона. Чем выше коэффициент выхода, тем экономичнее бетон. Обычно для крупнозернистых бетонов β=0,67…0,70 и для мелкозернистых  β=0,70…0,80; Пользуясь значением  β, рассчитывают потребность (кг) материалов на замес бетоносмесителя определенной емкости V или для выполнения заданного объема строительно-монтажных работ:

Цv=(βV/1000) Ц; Пv=(βV/1000)П; Вv=(βV/1000)В; Щv=(βV/1000)Щ(г); где Цv, Пv,Вv, Щv(Гv)-соответственно количества цемента, воды, песка, щебня (гравия), требуемые на замес бетоносмесителя , кг; β-коэффициент выхода бетона ; Ц, В, П, Щ,(Г)-расходы соответственно цемента, воды, песка и щебня( гравия), кг/м³ бетонной смеси.

 

***** РЕКОМЕНДУЕМ выполнить перепост статьи в соцсетях!

*****