Приложение 8. Подбор состава бетона

Приложение 8

Подбор состава бетона

1. Бетонные смеси готовят по первому способу (см. разд. 3).

Исходными данными для назначения состава бетона являются: требуемая марка бетона, требуемая удобоукладываемость смеси, характеристика исходных материалов, давление пара и продолжительность изотермической выдержки.

В основу описываемого способа подбора состава силикатного бетона заложена взаимосвязь между прочностью бетона и вяжущеводным отношением:

,

где R - прочность бетона;

B - вяжущее;

W - вода.

Вначале определяют свойства исходных материалов. Если они соответствуют требованиям, приведенным в настоящей Инструкции, подбор состава бетона ограничивается изготовлением образцов-кубов из бетонных смесей разного состава без изготовления крупноразмерных изделий требуемой номенклатуры.

Учитывая, что состав вяжущего и тонкость измельчения его компонентов при принятом режиме автоклавной обработки определяют реакционую способность измельченной смеси, в целях выбора наиболее рационального состава силикатного бетона с меньшим расходом цементирующего вещества, при подборе состава бетона варьируют составами вяжущего, отличающимися соотношением в них .

В первых опытах по подбору состава бетонов марок от М 150 до М 500 следует использовать вяжущее с содержанием активной СaО % и тонкостью измельчения по удельной поверхности молотого песка для марок М 150-200 в пределах 1000-1300 , для более высоких марок - 1500-2200 ; степень гидратации извести в вяжущем в пределах 60-80%. В экспериментах по подбору состава бетона необходимо соблюдать следующие условия:

удобоукладываемость смесей назначать с учетом принятых на производстве средств уплотнения и типа формуемого изделия, его конфигурации, степени армирования и пр.;

уплотнение бетонных смесей производить теми же средствами, которые приняты при изготовлении изделий на предприятии (например, на виброплощадке с теми же динамическими параметрами вибрации); продолжительность уплотнения смесей назначать с учетом достижения максимальной объемной массы бетона (60-90 с);

формовать образцы тех же размеров, какие будут приняты на производстве при контроле прочности бетона;

гидротермальную обработку образцов производить по режиму, принятому на производстве или заложенному в проекте.

Зависимость между прочностью бетона и B/W на определенном участке представляет собой прямую, поэтому для ее построения достаточно иметь две точки. Однако в целях контроля для построения такой зависимости необходимо иметь три точки.

В соответствии с этим на основе вяжущего изготовляют образцы из бетонных смесей трех составов. При постоянстве показателей жесткости смесей они будут отличаться по расходу вяжущего и его составляющих, а также по значениям B/W.

Для удобства расчетов при проведении экспериментов задаются различными значениями содержания активной СаО в бетонной смеси с тем, чтобы получить разные прочности бетона - например 4,0; 5,5 и 7,0%; величину B/W определяют фактическую по выявленным в опыте расходам вяжущего и воды.

При расчете сухих компонентов бетонной смеси на 1 замес следует исходить из того, что суммарное количество вяжущего и песка-заполнителя на 1 л бетонной смеси (с учетом возможных потерь при изготовлении образцов) составит 2,4 кг. Тогда для изготовления трех образцов-близнецов с общим объемом V потребуется

B + П = 2,4V,

где V - объем трех образцов, л;

В - расход вяжущего на 1 замес, кг;

П - расход песка на 1 замес, кг.

Для каждого состава бетонной смеси расход вяжущего на 1 замес определяется по формуле:

,

где - принятое содержание активной СаО в бетоне;

- содержание активной СаО (свободной СаО) в используемом вяжущем

Расход песка на 1 замес: П = 2,4 - В.

Количество воды затворения подбирают из условия получения бетона требуемой жесткости, контролируемой показателем жесткости (см. прил. 9). Ориентировочно содержание воды в бетонной смеси, уплотняемой вибрацией, в зависимости от свойств материалов и консистенции бетонной смеси изменяется в пределах 8-12% от веса сухих компонентов.

Для вычисления расхода материалов на 1  бетона при изготовлении образцов определяется объемная масса уплотненной бетонной смеси. Для этого необходимо взвесить форму без смеси, а затем ту же форму - с уплотненной бетонной смесью.

Объемная масса уплотненной бетонной смеси определяется следующим образом:

,

где - масса формы без смеси, кг;

- масса формы с уплотненной бетонной смесью, кг;

V - объем формы, л.

Расход материалов, , бетона составит:

вяжущего:

;

песка-заполнителя ;

воды .

Величины В, П и W - расход вяжущего, песка и воды на 1 замес.

Через сутки после окончания автоклавной обработки образцы освобождают от форм, взвешивают и определяют объемную массу отвердевшего бетона и предел прочности его при сжатии.

По полученным значениям прочности бетона в пересчете на марку (), расхода вяжущего (B) и величины вяжуще-водного отношения (B/W) строят графики зависимостей:

; B=f(B/W).

На основании построенных графиков, представляющих собой отрезки прямых, не проходящих через начало координат, для бетона требуемой марки определяют величины B/W и B рассчитывают содержание активной СаО в бетонной смеси.

В случае, если бетон требуемой марки не получен на основе исследуемого вяжущего, следует либо изменить его состав (уменьшить в нем содержание активной СаО), либо повысить дисперсность молотого песка в нем (в пределах, указанных в табл. 1).

Поясним предложенное конкретным примером.

Для изготовления панелей внутренних стен толщиной 16 см требуется применять силикатный бетон марки М 300 с показателем жесткости 20 с.

Для приготовления вяжущего используют известь с содержанием в ней активной окиси кальция 80%. Основные показатели свойств песка, применяемого в качестве компонента вяжущего:

песок очень мелкий, Мк - 1,11;

содержание - 94,8%;

органические примеси - светлее эталона;

отмучиваемые пылевидные, глинистые и илистые примеси - 0,5%.

Свойства песка-заполнителя:

содержание - 56,8%;

модуль крупности - 3,1;

содержание отмучиваемых примесей - 2,7%.

Таким образом, песок как компонент вяжущего и как заполнитель удовлетворяет нормативным требованиям.

Таблица 1

Соде- ржа- ние ак- тив- ной CaO в вяжу- щем, %	Содер- жание актив- ной СаО в бетон- ной смеси, %	Влаж- ность бе- тон- ной сме- си, %	B/W	Состав смеси по весу, кг*			Вес, кг
				вяжу- щее	песок	вода	формы	формы с бетоном	бетона в объеме формы
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
36,6	4,0	7,6	1,43	0,79 ----- 230	6,41 ----- 1873	0,55 ----- 162	7,555	14,350	6,795
36,6	5,5	8,0	1,88	1,08 ----- 315	6,12 ----- 1782	0,575 ----- 168	10,300	17,100	6,800
36,6	7,0	8,4	2,27	1,375 ----- 402	5,82 ----- 1720	0,605 ----- 178	7,960	14,870	6,910

Продолжение табл. 1

Объемная масса сырца, кг/м3	Бетонные образцы
	Размеры, см			Вес, кг	Объемная масса, кг/м3	Предел прочности при сжатии, МПа
	а	b	h
						фактический	в пересчете на кубы с ребром 15 см
11	12	13	14	15	16	17	18
2265	10,1 10 10	10 10 10	10,1 10 10	2115 2100 2095 Сред.	2070 2100 2095 2090	37,8 39,2 35,2 37,4	34,0
2265	9,9 10 10	10 10 10	10 10 10	2115 2125 2130 Сред.	2140 2125 2130 2130	51,3 46,8 47,4 48,2	43,8
2300	10,1 10 10	10 10 10	10 10 10	2175 2150 2140 Сред.	2130 2150 2140 2140	56,2 61,7 56,6 58,5	53,2

______________________________

* Над чертой - расход материала на 1 замес, под чертой - на 1  бетона.

Применение разных песков для приготовления вяжущего и в качестве заполнителя обусловлено тем, что последний, вследствие большой крупности, нецелесообразно подвергать измельчению, если имеются карьеры более мелкого песка, тем более с повышенным содержанием .

Учитывая требования к прочности бетона (марка М 300) и свойства сырья (высокое содержание кварца в песке-компоненте вяжущего, крупный песок-заполнитель хорошей гранулометрии) принимают состав вяжущего по содержанию активной СаО, близкий к верхнему пределу - 38%, а степень измельчения вяжущего по удельной поверхности молотого песка, равной 1500 .

В рассматриваемом примере фактическое содержание активной СаО в вяжущем составило 36,6%, а удельная поверхность молотого песка - 1500 .

На основе исследуемых материалов (вяжущего и песка) были приготовлены бетонные смеси с содержанием активной СаО 4; 5,5 и 7% с одинаковым показателем жесткости - 20 с. Уплотнение смесей осуществлялось вибрацией при частоте колебаний 2800 в мин и амплитуде 0,7-0,8 мм. Изготовляли кубы с ребром 10 см. Автоклавирование производили при 1,0 МПа с изотермической выдержкой 4 ч.

Результаты опытов по подбору состава бетона приведены в табл. 1 и на рис. 2, где по оси абсцисс отложена величин# , равная прочности бетона в кубах с ребром 10 см, умноженной на коэффициент 0,91 в соответствии с ГОСТ 10180-78. Опыты показали, что даже при самом меньшем значении B/W для состава бетона с содержанием активной СаО - 4% получен бетон с прочностью 340 , т.е выше требуемой.

ГАРАНТ:

Взамен ГОСТ 10180-78 в части определения прочности по образцам, отобранным из конструкций постановлением Госстроя СССР от 24 мая 1990 г. N 50 с 1 января 1991 г. введен в действие ГОСТ 28570-90

По данным рис. 2 находим, что бетон марки М 300 получается при величине B/W равной 1,28 и расходе вяжущего на 1  бетона - 200 , из них извести   и молотого песка 200 - 92 = 108 .

Расход воды на кубометр бетона составляет л, а суммарное количество сухих компонентов:

кг.

Содержание извести в бетоне рекомендуемого состава:

%; принимаем минимально допускаемое - 4%.

В рассматриваемом примере бетон марки М 300 получен при небольшом расходе вяжущего и содержании извести в бетонной смеси вследствие использования благоприятного сырья, характеристика которого была приведена выше.

Подобранный состав бетона проверяется испытанием контрольных образцов, изготовляемых одновременно с крупными изделиями, и в случае надобности корректируется. При необходимости установления оптимальной продолжительности выдержки изделий при постоянном давлении, опыты по подбору состава бетона проводятся при автоклавировании образцов с разными сроками изотермического периода.

Влияние состава бетонной смеси на прочность бетона во многом зависит от свойств сырья, в частности от содержания кварца в песке-компоненте вяжущего и песке-заполнителе и пр. Не исключено, что в некоторых случаях изменения в составе бетонной смеси в пределах, приведенных в рассмотренном выше примере, могут практически не отразиться на прочности бетона. В таком случае, естественно, выбирается состав бетона, обеспечивающий получение требуемой марки при минимальном расходе вяжущего.

2. Бетонные смеси готовят по второму способу (см. разд. 3).

Для расчета расхода материалов на 1  бетонной смеси исходными данными являются:

марка бетона;

объемная масса бетона, ;

содержание активных CaO + MgО в бетонной смеси , %;

масса 1  бетона , кг;

содержание тонкомолотого кварцевого песка , %;

величина водотвердого отношения (B/T).

Кроме того, устанавливают количество извести по содержанию активной , %.

Потребность в активной СаО + MgO извести? кг, рассчитывается по формуле:

.

Потребность в валовой извести определяется по формуле

, кг.

Потребность в молотом песке определяется по формуле

, кг.

Затраты воды на гидратацию извести рассчитываются по формуле

, кг.

Состав вяжущего и бетонной смеси назначается с учетом требуемой прочности бетона, руководствуясь данными, приведенными в табл. 2.

Таблица 2

Марка бетона, М	Содержание в бетонной смеси, %
	активной СаО	молотого песка
150 200 300	5-6 6,5-7 7-8	5-6 6-8 8-10

Расход гидратированного вяжущего на приготовление 1  бетона рассчитывается по формуле , , кг. Масса сухого карьерного песка определяется по формуле

кг,

где - свободная влага, содержащаяся в бетоне, кг, определяется по формуле ,

где - остаточная влажность бетона через сутки после автоклавирования, %.

Масса карьерного песка естественной влажности рассчитывается по формуле

, кг,

где - влажность песка, %.

По данным расчета приготовляют бетонные смеси и формуют лабораторные образцы при принятом значении В/Т и . После уплотнения определяют объемную массу сырого бетона, рассчитывают объемную массу автоклавированного бетона.

При недостаточном уплотнении бетонной смеси производят повторную формовку, увеличивая величину В/Т на 0,01 до получения бетона удовлетворительной плотности. Через сутки после автоклавирования образцы испытывают на прочность при сжатии. При соответствии прочности бетона требованиям проекта бетонная смесь принимается в производство. В случае меньшей прочности бетона состав бетонной смеси корректируют за счет изменения содержания извести, молотого песка и воды. В первую очередь изменяют В/Т, затем повышают содержание молотого песка и содержание активных CaO+MgO, т.е. расход вяжущего.

Пример расчета состава бетонной смеси

Проектируемая марка бетона - 200.

Объемная масса бетона  .

Содержание активных СаО + MgO в извести - 75%.

Ориентировочная величина B/Т в пределах 0,10-0,14.

Содержание в бетонной смеси активных CaO + MgO и содержание молотого песка принимаем ориентировочно по табл. 2: , .

Равновесная влажность бетона .

Определяет потребность в активной CaO + MgO:

кг

Определяем вес извести по валу:

кг.

Определяем потребности в сухом молотом песке:

кг.

Определяем вес карьерного песка, расходуемого на приготовление вяжущего при = 3%:

кг.

Вес вяжущего, расходуемого на изготовление 1  бетона:

кг.

Общие затраты воды на гидратацию вяжущего:

кг.

Потребность в дополнительной воде на реакцию гидратации:

кг.

Вес вяжущего после завершения процесса гидратации извести:

кг.

Вес сухого песка-заполнителя:

кг.

Вес песка-заполнителя при .

кг.

Вес воды в карьерном песке-заполнителе:

кг.

Общая потребность в формовочной воде при В/Т - 0,10; 0,12; 0,14:

:

л;

л;

л.

Расход компонентов бетонной смеси на 1  бетона:

известь воздушная, кг................................................169;

песок молотый, сухой, кг ............................................117;

вода на гидратацию активных

СаО+MgO, л............................................................41;

песок-заполнитель (сухой), кг ......................................1526;

Вода, л, при В/Т:

0,1 .................................................................185;

0,12 ................................................................222;

0,14 ................................................................259.