Расчет состава тяжелого бетона.

1. Определяем средний контролируемый уровень прочности бетона:

- при нормировании по классам:

 

                                         R_b = К_мп К_т В                                          (3.1)

 

где В – требуемый класс бетона;

  К_мп, К_т–коэффициент по таблице 3.1 в зависимости от коэффициента вариации прочности бетона V_R. При отсутствии данных следует принимать значение V_R = 0,09, при этом К_мп=1,1. Следует иметь в виду, что значения V_R часто приводятся в %.

 

Таблица 3.1

Характеристика некоторых цементов

Коэффициенты	Значения коэффициентов при VR
	0,06	0,07	0,08	0,09	0,10	0,11	0,12	0,13	0,14	0,15	0,16
Кт	1,07	1,08	1,09	1,11	1,14	1,19	1,23	1,28	1,33	1,38	1,43
Кт*	83	84	85	87	89	92	96	100	104	108	112
Кмп	1,03	1,04	1,05	1,07	1,08	1,09	1,09	1,10	1,10	1,10	1,10

 

Примечание: Приведенные в таблице значения коэффициентов относятся к пределу прочности бетона в марочном возрасте при сжатии. При нормировании прочности бетона после тепловлажностной обработки значения коэффициента К_т, К_т* следует умножить на 1,15.

 

- при нормировании предела прочности бетона по маркам:

                                           R_b = К_мп К_т                                          (3.2)

 

где М- требуемая марка бетона.

 

2. Для обеспечения требуемого предела прочности при сжатии в возрасте 28 сут при нормальном твердении величина цементно-водного отношения определяется по формулам

 

                                    =  + 0,5 при Ц/В < 2,5                        (3.3)

 

                                   =     Ц/В > 2,5                        (3.4)

 

где R_у – средний контролируемый уровень прочности в марочном возрасте, МПа;

            R_ц – активность цемента в возрасте 28 сут при нормальном твердении, МПа;

            α, α₁ – коэффициенты, значения которых принимаются в зависимости от качества заполнителей, которые принимаются по таблицам 3.2, 3.3.

 

Таблица 3.2

Значения коэффициентов в формулах прочности

 

№ п/п	Качество заполнителея	Коэффициенты
		α	α1
1	Высокого	0,65	0,43
2	Среднего	0,6	0,4
3	Низкого	0,55	0,37

 

Таблица 3.3

Значения коэффициентов α в формулах (3.3) и (3.4) в зависисмости от качества заполнителей

 

Заполнитель	Содержание ПГ в крупном и мелком заполнителе, до, %	Суммарное содержание ПГ в заполнителе, %	Значение коэффициента α для бетона на крупном заполнителе
			Щебень	Гравий
				горный	морской
Крупный	0	0	0,65	0,57	0,55
Мелкий	0
Крупный	0	0,75	0,6	0,55	0,53*
Мелкий	3
Крупный	1	1,5	0,58	0,53*	0,51*
Мелкий	3
Крупный	2	2,2	0,56	0,51*	0,49*
Мелкий	3
Крупный	2	2,8	0,54*	0,49*	0,47*
Мелкий	5

 

* - не рекомендуется к применению

 

При расчете значения Ц/В используется (3.3), если значения Ц/В >2,5, то следует применять:

- цемент большей активности (марки);

- заполнители высокого качества.

Если невозможно реализовать указанные пункты, то используют формулу (3.4).

Для обеспечения требуемогот предела прочности при сжатии по окончании тепловлажностной обработки (ТВО) значение

 

                                                       (3.5)

 

где R_b,тво – средний контролируемый уровень прочности бетона после ТВО, МПа;

  R _ц,тво - активность цемент при пропаривании.

Если отсутствуют фактические данные об активности цемента при пропаривании величина R _ц,тво может быть определена по формуле

 

                                              R_ц,тво = К_эфR_ц                                      (3.6)

 

где К_эф – коэффициент эффективности при пропаривании – паспортная характеристика цемента. Сведения о некоторых цементах, используемых в строительном комплексе Алматинской области представлены в таблице 3.4.

 

Таблица 3.4

Характеристика цементов

Цементный завод	Марка цемента	Активность цемента, МПа		Коэффициент эффективности при пропаривании	Группа эффективности при пропаривании
		в 28 сут	после ТВО
ТОО «Жамбыл Цемент»
АО «Шымкент Цемент»
АО «Бухтарминская цементная компания»
ТОО «Цементный завод Семей»
ТОО «Састобе-Цемент»
Карагандинский цементный завод

 

При определении величины Ц/В по условию обеспечения требуемой прочности бетона с учетом условий твердения следует руководствоваться данными таблицы 3.5.

 

Таблица 3.5

Определение величины Ц/В

 

Условия твердения бетона
Нормальные	Естественные	ТВО
Из закона прочности бетона (Боломея-Скрамтаева)   или		Наибольшее значение из:

 

Для обеспечения требуемой марки бетона по морозостойкости значение Ц/В можно определить по формуле:

 

                                                                      (3.7)

 

где F – пректная марка бетона по морозостойкости, циклы;

 a – коэффициент принимаемый для М400-0,43, М500-0,45, М600-0,47 (R_ц, кгс/см²) или графику 3.1. Возможно принимать Ц/В по таблице 3.6.

 

Таблица 3.6

 

По методу расчета	Значения Ц/В при марке бетона по морозостойкости F, циклы
	100	200	300	500
Г.И. Горчакова	1,93	2,16	2,32	2,57
В.П. Сизова	1,03	1,56	2,1	3,16
А.Е. Шейкина	0,56	1,01	1,96	3,15
О.В. Кунцевич	2,0	2,22
А.И. Конопленко	0,6	1,62	2,36	3,07
А.Ф. Ферронской	1,67	1,82	2,0	2,5
ЕКБ-ФИП	1,67	1,71	2,0	2,5
Г.В. Несветаева	1,5	1,82	2,56	3,31
Среднее	1,37	1,74	2,19	2,89

 

Рисунок 3.1 График для определения поправок к коэффициенту α в формулу морозостойкости бетона

 

Для обеспечения требуемой марки бетона по водонепроницаемости W:

 

,                                                   (3.8)

 

где значение коэффициента a принимается в среднем равным 0,1 (размерность R_ц -МПа), но может значительно изменяться в зависимости от качества заполнителя.

Для обеспечения расчетной долговечности железобетонной конструкции  по критерию карбонизации  защитного слоя значение Ц/В можно определить по одной из формул таблицы 3.7.

Если предъявляются ряд критериев, то выбирается  

После выполнения расчетов следует проверить соответствует ли полученное значение Ц/В требованиям нормативных документов для бетонов изделий.

Если значение оказалось больше, то следует принять рекомендуемое в нормативных документах.

3. Количество воды на 1 м³ бетонной смеси назначается из таблицы 3.8.

4. Расход цемента определяется по формуле

 

                                                  Ц=(Ц/В) В                                        (3.9)

 

Цемент должен соответствовать нормативным требованиям таблиц 3.9-3.10, требованиям ГОСТ 26633 Ц_min занижены, поэтому применяются в соответствии с EN 200-1.

 

Таблица 3.7

Формулы для определения времени карбонизации защитного слоя

 

Автор	Формула	Значение коэффициента	Расчетное время карбонизации, лет, при В/Ц=0,5 и толщине защитного слоя, мм
			10	20	30	40
Хамада	T-лет, х-см		12,7	50,8	114,3	203,0
Смольчик	t-мес, x-мм		9,91	39,6	89,2	158,6
Кишитани	t-лет, x-мм		11,0	44,0	99,0	176,0
Bunte			15,0	> 200

 

Таблица 3.8

Ориентировочный расход воды на 1 м³ бетонной смеси на плотных заполнителях при температуре смеси 20 ºС

 

Марка смеси по удобоукладываемости	Расход воды, л/м^3 при крупности, мм
	гравия				щебня
	10	20	40	70	10	20	40	70
СЖ1	140	125	115	110	150	140	125	120
Ж4	150	135	125	120	160	150	135	130
Ж3	160	145	130	125	170	160	145	140
Ж2	165	150	135	130	175	165	150	155
Ж1	175	160	145	140	185	175	160	165
П1	190	175	160	155	200	190	175	170
П2	200	185	170	165	210	200	185	180
П3	215	200	190	180	225	215	200	190
П4	225	220	205	195	235	230	215	200
П5	235	230	220	210	245	240	225	210

Примечания: 1 Смеси на цементе с нормальной густотой теста 27 % и модулем крупности песка – 2.

2 При изменении нормальной густоты цементного теста на каждый % следует изменять расход на 3-5 л/м³.

3 В случае изменения модуля крупности песка на 0,5 следует изменять расход воды на 3-5 л/м³.

 

Таблица 3.9

Минимальный расход цемента для бетонов железобетонных конструкций по ГОСТ 26633

 

Вид конструкции	Условия эксплуатации	Вид и расход цемента, кг/м^3
		ПЦ-Д0; ПЦ-Д5; ССПЦ-Д0	ПЦ-Д20; ССПЦ-Д20	ШПЦ; ССШПЦ; ПуццПЦ
Неармированные	Без атмосферных воздействий	Не нормируется
	При атмосферных воздействиях	150	170	170
Армированные с ненапрягаемой арматурой	Без атмосферных воздействий
	При атмосферных воздействиях
Армированные с преднапряженной арматурой	Без атмосферных воздействий
	При атмосферных воздействиях

 

Таблица 3.10

Минимальный расход цемента для бетонов железобетонных конструкций

 

№ п/п	Условия эксплуатации (внешняя среда)	Минимальный расход цемента, кг/м^3
		Обычно армированные конструкции	Предварительно напряженные конструкции
1	Сухая	260	300
2	Влажная без замораживания	280	300
3	Влажная с замораживанием	280	300
4	Дорожные и аэродромные покрытия	300	300
5	Морские сооружения	300	-
6	Слабая химическая агрессия	280	300
7	Средняя и сильная химическая агрессия	300	-

 

5. Расход крупного заполнителя (щебня) определяется по формуле:

 

Щ(Г) =                                     (3.10)

 

V_пщ = 1 -                                       (3.11)

 

где  коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя;

  V_пщ – пустотность крупного заполнителя;

   ρ_нщ – насыпная плотность крупного заполнителя, т/м³;

   ρ_щ – плотность крупного заполнителя в куске, т/м³.

Данные о плотности в куске для некоторых заполнителей в зависимости от песка и армирования изделий 3.11, отсюда V_пщ .

 

Таблица 3.11

Плотность некоторых заполнителей в куске

 

№ п/п	Заполнитель	Плотность в куске, г/см^3
		Диапазон	Среднее
1	Гранит	2,53-2,7	2,57
2	Гранитогнейс	2,65-2,87	2,76
3	Гранодиорит	2,62-2,78	2,69
4	Диорит	2,67-2,92	2,81
5	Сиенит	2,85-3,05	2,95
6	Габбро	2,85-3,05	2,95
7	Кварцит	2,65-2,68	2,67
8	Андезит	2,7-3,1	2,9
9	Базальт	2,9-3,3	3,1

 

6. Расход песка определяется по формуле

 

П=               (3.12)

 

7. Определяется объем пустот в песке

 

V_пп =  П                                     (3.13)

 

 

8. Определяется объем цементного теста

 

V_цт =                                         (3.14)

 

9. Проверяется выполнимость условия слитности структуры бетона

 

V_{цт пп}                                        (3.15)

 

Если не соответствует, то перерасчет с увеличением ЦТ и уменьшение объема пустот в песке. Проверку проводят при П/Ц .

10. Плотность бетонной смеси расчетная _расчет в уплотненным состоянии.

 

  кг/м³.