Расчет состава бетонной смеси

Исходные данные, необходимые для расчета:

 

1) R_б/R_ц = 0,4 – 0,6 или R_ц ≈ 2R_б

2) ОК (осадка конуса)

3) Модуль крупности песка, М_к

Наибольшая крупность щебня

ρ_ц = 3,1 кг/дм³

ρ_к = 2,7 кг/дм³

ρ_п = 2,65 кг/дм³

ρ_в = 1 кг/дм³

ρ_нк = 1,53 кг/дм³

ρ_нп = 1,55 кг/дм³

ρ_нц = 1,3 кг/дм³

Для обычных бетонов:

 

R_б = AR_ц(ц/в – 0,5)

Где

в/ц = 0,4 – 0,7

R_б – требуемая прочность бетона, кгс/см²

R_ц- Марка или активность цемента, кгс/см²

А – Коэффициент, зависящий от качества заполнителей:

А = 0,65 для высококачественных заполнителей

А = 0,6 для рядовых заполнителей

А = 0,55 для заполонителей низкого качества

 

R_б = AR_ц(ц/в – 0,5)

 

→ R_б/АR_ц = ц/в – 0,5

→ R_б/АR_ц + 0,5 = ц/в

→ (R_б + 0,5 R_ц): АR_ц = ц/в

→ в/ц = АR_ц: (R_б + 0,5 R_ц) -------- (1)

Для высокопрочных бетонов:

 

R_б = АR_ц + (ц/в + 0,5)

Где

в/ц > 0,4

А = 0,43 -для высококачественных заполнителей

А = 0,4 -для рядовых заполнителей

 

→ в/ц = АR_ц: (R_б - 0,5 R_ц)

В_табл -расход воды, определяемый по таблице

В_п - водопотребность песка по рисунку.

 

Расход воды В (кг) рассчитывают вводя поправку на водопотребность песка:

 

В = В_табл + (В_п – 0,7)×5 --------------- (2)

Данная формула учитывает изменение расхода воды при использовании песков с водопотребностью, отличающейся от 7% (поправка на расход воды в бетонной смеси состаляет 5 кг на каждый процент изменения водопотребности песка)

 

 

Ц = В/(в/ц) ------------------ (3)

Если расход цемента на 1 м³ бетона окажется меньше допускаемого (табл. 5), то следует увеличить его до требуемой нормы, при этом сохранив прежнее в/ц. Расход воды при этом пересчитывают, исходя из увеличенного расхода цемента.

 

Расход заполнителей определяют, принимая во внимание следующее:

а) Объем плотно уложенного бетона, принимаемый в расчете равным 1 м³ или 1000 л, без учета воздушных пустот, слагается из объема зерен мелкого и крупного заполнителей.

 

Это выражается уравнением абсолютных объемов:

 

 

(ц/ρ_ц) + (в/ρ_в) + (п/ρ_п) + (К/ρ_к) = 1000 --------------- (4)

б) Пустоты между зернами крупного заполнителя должны быть заполнены

цементно- песчаным раствором с некоторой раздвижкой зерен:

 

(ц/ρ_ц) + (в/ρ_в) + (п/ρ_п) = (К/ρ_н×к) ×α_к×К_р×з ------------- (5)

Где

 

ц, в,п,к -расходы цемента, воды, песка и крупного заполнителя (кг)

ρ_ц, ρ_к, ρ_п, ρ_в - плотность этих материалов (кг/дм³)

 

ρ_н×к - насыпная плотность крупного заполнителя (кг/дм³)

 

α_к - пустотность крупного заполнителя в насыпном состоянии в долях

единицы объема, вычисляя по формуле:

 

 

α_к = 1 – (ρ_н×к/ ρ_к)

К_р×з - безразмерный коэффициент раздвижки зерен крупного заполнгителя

цементно – песчаным раствором.

 

Решая совместно уравнения (4) и (5),

получим формулы для определения расхода крупного заполнителя (К, кг):

 

 

К = 1000 / ((α_к × К_р×з)/ ρ_н×к + 1/ρ_н×к ------------------ (6)

и песка (П,кг):

П = (1000 – ((ц/ρ_ц) + (в/ρ_в) + (К/ρ_к)))× ρ_п

 

Значение коэффициента раздвижки зерен в формуле (6) находится с учетом заданного показателя удобоукладываемости бетонной смеси. Если смесь жесткая, К_р×з принимают равным 1,05 …. 1,15, а в среднем 1,1. Чем больше показатель жесткости Ж, тем меньшим должно быть значение К_р×з.

1 кг/м³ = 1/10³ кг/дм³

 

→ 2700 кг/м³ = 2700 × 1/10³ кг/дм³ = 2,7 кг/дм³

10^3 кг/м^3 = 1 кг/дм^3 = 1 г /см^3

 

Для пластичных бетонных смесей, характеризуемых осадкой конуса ОК,

значения К_р×з определяют в зависимости от объема песка. Вначале рассчитывают абсолютный объем цементного теста V_цт по формуле:

 

 

V_цт = ц/ρ_ц + ц/ρ_{в ----------------------} (8)

 

Далее по рис находят начальные значения коэффициента раздвижки К_р×з и корректируют его с учетом водопотребности песка:

 

К_р×з = К’_р×з+ (7 –В_п) ×0,03

На этом заканчивается расчет начального состава бетона. Расходы цемента, воды, крупного и мелкого заполнителя записывают отдельно.

 

Добавки для бетонов

 

Для регулирования и улучшения свойств бетонной смеси и бетона, снижения расхода цемента и энергетических затрат применяют химические добавки.

 

В зависимости от назначения (основного эффекта действия) добавки разделяются на:

 

1.Регулирующие свойства бетонных смесей:

Пластифицирующие, стабилизирующие, водоудерживающие, улучшающие

перекачивание смесей по трубам, замедляющие схватывание при

температуре воздуха 20±2 С, ускоряющие схватывание на 25% при

температуре воздуха 20±2 С, поризирующие для легких бетонов.

 

2.Регулирующие твердение бетона:

Замедляющие твердение бетона, ускоряюшие твердение.

 

3.Повышающие прочность и (или) коррозийную стойкость, морозостойкость,

снижающие проницаемость бетона:

Водоредуцирующие, кольматирующие (повышают марку по

водонепроницаемости бетона), газообразующие, воздухововлекающие,

ингибирующие коррозию стали.

 

4.Придающие бетону специальные свойства:

Противоморозные, гидрофобизирующие.

 

Виды и количество добавок уточняют опытным путем.

 

 

Свойства бетонной смеси

Бетонная смесь – смесь вяжушего, заполнителей и воды до сватывания и затвердения – пластичный, подвижный материал.

 

 

Степень пластичности и подвижности различных бетонных смесей неодинаковая.

 

Бетон высокого качества, прочный и долговечный, может быть получен только при хорошем уплотнении смеси, а это зависит от степени подвижности и пластичночти бетонной смеси.

 

Пластичность характеризуется связностью смеси, способностью ее формироваться без разрывов и расслаивания.

С пластичностью связаны подвижность и удобоукладываемость бетонной смеси.

 

Подвижность – способность бетонной смеси растекаться, укладываться ссохранением видимой однородности под действием собственного веса. Степень подвижности определяется с помощью стандартного конуса.

 

Определение подвижности:

 

Форму-конус заполняют бетонной смесью в 3 приема, уплотняют плотно штыкованием, затем форму поднимают и ставят рядом с бетонной смесью.

Затем по линейке измеряют, на сколько относительно формы-конуса смесь стала ниже (см рисунок ниже).

 

см

 

Бетонная смесь

 

Форма-конус

 

Уровень

 

Величина осадки конуса

 

 

Линейка

 

 

Бетонная смесь, если она подвижна, оседает под действием собственного веса, жесткие смеси осадки конуса не дают.

 

По подвижности различают смеси:

 

П-1 – 4 см и менее

П-2 – 5-9 см

П-3 – 10-15 см

П-4 – 16-20 см

П-5 – 21-25 см

 

 

Для особожестких, жестких и малоподвижных смесей определяют удобоукладываемость.

 

 

Удобоукладываемость – способность смеси укладываться под действиемуплотняющей нагрузки.

 

 

На подвижность и жесткость бетонных смесей влияет много факторов, например:

 

При увеличении водоцементного отношения (В/Ц) – увеличении количества воды при том же содержании цемента – подвижность увеличивается, прочность бетона при этом уменьшается.

При увеличении содержания цементного теста (при том же В/Ц) подвижность так же увеличивается из-за того, что тесто раздвигает зерна заполнителя, уменьшая трение между ними. При этом прочность бетона не изменяется.

 

На подвижность влияет и водопотребность цементного теста (кол-во воды для нормальной густоты цементного теста): чем она выше, тем меньше подвижность.

 

Определение марки и класса бетона

Прочностные свойства бетона оцениваются классами и марками, класс же бетона и марка зависят от его прочности на сжатие и растяжение.

 

 

Марка бетона – предел прочности на сжатие не 28 сутки.

 

Находится по формуле (1):

 

 

R₂₈=P/F (кг/см²),

 

Где:

R₂₈ – марка (кг/см²)

P–разрушающее давление (кг)

F – площадь кубика (см²)

 

Класс бетона – (по прочности на осевое сжатие (в мПа)) временное

сопротивление сжатию стандартных кубов с размером ребра

150 мм изготовленных из рабочей смеси, испытанных на 28

сутки при t 20±2 C и относительной влажности 95±5 %,

с учетом коэффициента статистической изменчивости α.

 

 

B ≤ R₂₈×0,778 (мПа),

 

Где:

B– класс бетона (мПа)

 

 

Примечание: 1 кг/см² = 10 мПа

 

Таким образом, из определения становится понятно, что для выяснения класса бетона готовят бетонные образцы в виде кубов, имеющих размер ребра 100, 150, 200, 300 мм.

 

 

Так как за стандартный образец для испытаний принят куб со стороной 150 мм, то результат, полученный при испытаниях нестандартных кубов, умножают на коэффициент статистической изменчивости α, равный 0,91, 1, 1,05, 1,10 для кубов со стороной 100, 150, 200, 300 мм соответственно.

 

 

То есть, если для куба со стороной 150 мм сопротивление будет R (мПа), то для куба со стороной 200 мм - 1,05R (мПа).

 

 

Смотрите соответствие α различным размерам сторон в таблице ниже:

 

Размер ребра куба (см)	α
7,07×7,07×7,07	0,85
10×10×10	0,91
15×15×15
20×20×20	1,05
30×30×30	1,10

 

Для тяжелого установлены следующие классы бетона по прочности при сжатии: В3,5, В5, В7,5, В10, В12,5, В15, В20, В25, В30, В35,

В40, В45, В50, В55, В60 (не менее, соответственно, от 3,5 до 60

МПа или от 35 до 600 кг/см²).

 

 

Испытание бетонных кубов производится на гидравлическом прессе.

Испытание куба на прессе

 

Образец

 

Шкала разрушающего давления

 

Давление

 

 

Разрушение

бетонных кубов во время испытаний:

 

До

 

После

 

 

Образцы перед испытанием взвешивают для определения их обьемной массы и измеряют с точностью до 1мм. Рабочую площадь сечения образца определяют по размерам на середине его высоты.

Мощность пресса, на котором производят испытания, должна быть не менее чем на 1/4 больше ожидаемого общего давления на образец. Например, если ожидаемая прочность бетона 400 кг/см² (40 МПа), площадь сечения куба 100 см², то разрушаюшее усилие составит 40000 кг. Значит, нужно проводить испытания на прессе мощностью не менее 50000 кг (50 т).

Образец устанавливают на плиту пресса строго посередине так, чтобы слои, горизонтальные при укладке бетона, были вертикальны, т. е. испытание ведется параллельно слоям укладки. Нагрузка при испытании должна возрастать со скоростью 2-3 кг/см² в 1 с.

Предел прочности вычисляют по формуле (1).предел прочности определяется как среднее орифметическое от трех испытаний.

Если прочность бетона определяют не через 28 суток, а через n дней (при n больше 3-х), то его прочность на 28-е сутки можно приблезительно определить по формуле:

 

R₂₈ = R_nlg 28÷lgn,

Где:

R₂₈ -прочность бетона после 28 суток твердения

 

n– число суток твердения

 

R_n -прочность бетона после n суток твердения

 

Lg -десятичный логарифм

 

 

По прочности на осевое растяжение бетоны подразделяют на классы:

В0,8, В1,2, В1,6, В2, В2,4, В2,9, В3,2 (прочность на растяжение не менее от 0,8 до 3,2 мПа).

 

По морозостойкости тяжелый бетон делится на марки F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500 (не менее от 75 до 500 циклов замораживания и оттаивания).

 

По водонепроницаемости тяжелый бетон делится на марки W2, W4, W6, W8, W10, W12 (водонапроницаемость при давлении от 2 до 12 кг/см²).

 

Литература:

 

1. Т.Н. Акимова – «Лабораторный практикум по курсу «Строительные материалы».

2. Т.Н. Акимова, М.М. Манаева – «Бетоны».