Порядок добору складу бетону

Бетон використовують для конструкцій різного призначення, що експлуатуються у певних умовах – звичайних або таких, що відрізняються підвищеною агресивністю середовища, дією низької або високої температури тощо. У зв’язку з цим оптимальним для конкретних умов експлуатації буде такий склад бетону, який задовольняє усі технічні потреби будівництва та має найменшу вартість.

Найбільш дефіцитною та вартісною частиною бетону є зв’язуюче (цемент), тому потрібно добирати склад бетону, не перебільшуючи норми витрат цементу та прагнучи до мінімального його вмісту в 1 м³ бетону.

10.2 Визначення складу звичайного (важкого) бетону

Склад бетону буде визначений тоді, коли знайдена витрата матеріалів на виготовлення 1 м³ ущільненого бетону. Прийнято записувати склад бетону таким чином:

вказати витрати матеріалів на 1 м³ бетону (у кілограмах), наприклад, цементу Ц = 280 кг, води В = 170 кг, піску П = 610 кг, щебеню Щ = 1340 кг;

вказати співвідношення кількості матеріалів, прийнявши кількість цементу за одиницю: цемент: вода: пісок: щебінь, тобто .

Для наведеного вище складу бетону співвідношення за масою буде 1:0, 6:2,17:4,79. Можна також записати склад бетону, як співвідношення 1:X:Y із зазначенням у кінці запису.

Визначити склад бетону методом аналітичного розрахунку не можливо, тому що і міцність його, і рухомість бетонної суміші залежать від значної кількості різних чинників, вплив яких важко піддається урахуванню. Тому склад бетону, тобто співвідношення між його складовими, як правило, визначається розрахунково-експериментальним шляхом (з врахуванням результатів пробних затворень), що отримало назву добору складу бетону.

Методика добору може бути різною. Різні автори пропонують багато різноманітних методів добору складу бетону, але незважаючи на зовнішні відмінності, усі вони мають одну і ту ж засаду – пробні затворення.

Найбільш простий та зручний у роботі метод – це метод, розроблений професорами Б.Г. Скрамтаєвим та Ю.М. Баженовим (метод абсолютних об’ємів).

Порядок добору складу бетону

Добір складу бетону за розрахунково-експериментальним методом Б.Г. Скрамтаєва – Ю.М. Баженова з деякими спрощеннями, запровадженими кафедрою будівельних матеріалів ХДТУБА, виконується наступним чином.

10.3.1 Завдання. Завдання на добір складу бетону звичайного складається з двох величин: потрібної міцності бетону у 28-добовому терміні витримки дозрівання та необхідної пластичності (рухомості) бетонної суміші. Потрібна міцність бетону задається конструктором та наводиться у проекті або робочих кресленнях.

Необхідна рухомість бетонної суміші у вигляді осадки конуса «ОК» призначається на місці виконання робіт з урахуванням розмірів конструкції, ступеня її армування та прийнятого методу ущільнення бетону.

10.3.2. Характеристика складових частин. Всі компоненти бетону: цемент, дрібний та крупний заповнювач – піддаються випробуванням за методиками, які встановлені стандартами. Питна вода використовується для затворення бетону без попередніх випробувань.

За результатами випробувань компонентів вирішується питання про придатність їх для бетону, після чого до журналу записуються наступні необхідні дані для добору складу бетону:

про цемент – вид цементу, що використовується:

R_ц – активність, кгс/см²;

– насипна густина, г/см³;

– істинна густина, г/см³;

про пісок:

– насипна густина, г/см³;

– істинна густина, г/см³;

W_П – вологість, %;

про крупний заповнювач (щебінь або гравій):

– насипна густина, г/см³;

– істинна густина, г/см^3;

V_щ – порожнистість, %;

W_щ – вологість, %.

10.3.3 Визначення водоцементного відношення.

Головними чинниками, що визначають міцність бетону, є активність цементу та величина водоцементного відношення. Залежність між ціма величинами визначається такими формулами:

для бетонів з водоцементним відношенням ≥ 0,4 ( = 2,5),

R_б = А × R_ц ( – 0,5); (10.1)

для бетонів з водоцементним відношенням ≤ 0,4 ( = 1,5),

R_б = А₁ × R_ц ( + 0,5), (10.2)

де А та А₁ – безрозмірні коефіцієнти, які залежать від властивостей та якості використаних матеріалів; значення цих коефіцієнтів приймаються відповідно до наведеної нижче табл. 10.1.

Таблиця 10.1 – Значення коефіцієнтів

Знаючи задану міцність бетону та активність цементу, який використовується, визначають величину водоцементного відношення, перетворивши наведені формули відносно невідомого:

(10.3)

Дотримання у подальших розрахунках складу бетону та пробних замісах розрахованого з точністю до 0,01 водоцементного відношення є основною умовою для забезпечення заданої міцності бетону.

10.3.4 Попередній розрахунок витрат матеріалів на кубометр бетону.

Цей розрахунок проводять за методом абсолютних об’ємів, який базується на тому, що звичайний важкий бетон, ущільнений у свіжовиготовленому стані, наближається за щільністю до одиниці, тобто знаходиться у абсолютно щільному стані:

(10.4)

Підрахунок матеріалів починають з визначення витрат води за графіком професора С.А. Миронова або за таблицями, наданими у відповідних довідниках. На графіку наведена водопотреба у літрах на 1 м³ бетону в залежності від заданої рухомості бетонної суміші (ОК) з врахуванням різної крупності заповнювача.

Після цього на підставі встановленої водопотреби та водоцементного відношення розраховують витрату цементу і кілограмах,

Ц = , (10.5)

де В – витрати води на 1 м³ бетону (водопотреба), л;

В/Ц – водоцементне відношення.

Далі визначають витрати заповнювачів. Кількість щебеню (або гравію) визначають з наступних умов:

1) сума абсолютних об’ємів усіх компонентів 1 м³ бетону дорівнює 1000 л, тобто

(10.6)

2) порожнини крупного заповнювача з урахуванням деякого розсунення зерен заповнені цементно-піщаним розчином, тобто

(10.7)

де a - коефіцієнт розсунення зерен крупного заповнювача.

Сумісне вирішення цих рівнянь дає формулу для визначення витрати щебеню (або гравію) у кілограмах:

(10.8)

Коефіцієнт a, залежний від витрати цементу та виду заповнювача, обирається за графіком.

Кількість піску у кілограмах визначається за умови (10.6) на підставі знайдених вже величин В, Ц та Щ після перетворення його відносно невідомого

П = [(1000 – ()]r_іП. (10.9)

10.3.5 Розрахунок матеріалів на пробний заміс бетону. Готують пробний заміс бетонної суміші об’ємом, дорівнюючим 10 л.

Оскільки 10 л = 0,01×1 м³, для визначення кількості матеріалів на пробний заміс, розрахований попередньо, витрати складників на 1 м³ бетону відповідно зменшують у 100 разів, тобто кількість піску (у кілограмах) на пробний заміс П₁ = _; кількість щебеню на пробний заміс у кілограмах Щ₁ = .

Однак, визначаючи кількість цементу та води на пробний заміс, необхідно враховувати подальшу вельми важливу обставину. Суворо дотримуючись розрахованого водоцементного відношення, забезпечуємо у першу чергу закладену в завданні міцність бетону. Друга величина, що міститься у завданні, - рухомість бетонної суміші, яка характеризується осіданням конуса, забезпечується необхідною кількістю цементного тіста, яку, однак, не вдається визначити попереднім розрахунком.

Кількість витраченого цементного тіста, необхідного для забезпечення заданої рухомості бетонної суміші, визначається тільки експериментальним шляхом під час пробного замісу. Тому для проведення пробного замісу бетону необхідно мати деякий надлишок цементного тіста. У зв’язку з цим при підрахунку кількості цементу на пробний заміс виходять з розрахованої витрати цементу на 1 м³, зменшуючи його у 100 разів, але вводять коефіцієнт К₁, більший одиниці, для забезпечення необхідного надлишку.

Таким чином, кількість цементу на пробний заміс бетону

Ц₁ = (10.10)

Кількість води на пробний заміс розраховують за формулами:

В₁ = Ц₀ × В/Ц; (10.11)

В₁ = (10.12)

Кількість цементного тіста, узятого для пробного затворення з надлишком, необхідним для забезпечення заданої рухомості бетонної суміші шляхом випробування,

Т₁ = Ц₁ + В₁. (10.13)

10.3.6 Проведення пробного замісу бетону та перевірка рухомості бетонної суміші.

Знаючи кількість матеріалів на пробний заміс, здійснюють пробне затворення бетонної суміші, дотримуючись наступного порядку. Спочатку зважують у мірному посуді необхідну кількість щебеню, потім – піску та змішують їх у сухому стані в металевій формі-бійці або на площадці, де буде затворюватись бетонна суміш. Потім зважують у мірній посудині воду та цемент і, засипаючи цемент до посудини з водою, отримують цементне тісто, безперервно перемішуючи його дерев’яною лопаткою. Коли зникнуть грудки цементу та цементне тісто перетвориться на однорідну масу, починають підливати його невеликими порціями до сухої суміші піску та щебеню. Цементне тісто перед кожним підливанням треба розмішувати дерев’яною лопаткою, щоб зерна цементу не осідали на дні. Матеріали, що змочуються цементним тістом, необхідно після кожного додавання енергійно та ретельно перемішувати лопатками приблизно протягом 2 –3 хвилин.

В міру того, як додається цементне тісто, сипуча суміш піску та щебеню поступово набуває рухомості та в’язкості, тобто перетворюється на бетонну суміш. З цього моменту починають перевіряти рухомість бетонної суміші за допомогою стандартного конуса висотою 30 см (ГОСТ 10181.1 – 81). Конус встановлюють на гладкий металевий лист та заповнюють його бетонною сумішшю через воронку у три шари однакової висоти. Кожний шар ущільнюють штикуванням 25 разів металевим стрижнем діаметром 16 мм. Конус під час заповнення та штикування має бути щільно притуленим до листа. Після ущільнення бетонної суміші у конусі воронку знімають, а надлишок суміші зрізують кельмою урівень з верхніми краями конуса. Конус плавно знімають з відформованої бетонної суміші, піднімаючи його вертикально угору, встановлюють біля неї та вимірюють величину осадки суміші з точністю до 0,5 см, як показано на рис. 10.1.

1 – штикач, Æ = 14-16 мм; 2 – рійка;

3 – ручки; 4 – конус стандартний;

5 – лінійка; 6 – педалі

Рисунок 10.1 – Схема визначення рухомості бетонної суміші за осадкою стандартного конуса

Якщо при перевірці рухомість буде менше заданої, до бетонної суміші додають ще деяку кількість цементного тіста, знов перемішують суміш і перевіряють її рухомість. Так діють доти, поки бетонна суміш не набуде заданої рухомості, тобто поки не буде задовільнена друга умова завдання.

Після цього зважують цементне тісто, яке залишилося у мірному посуді. Враховуючи кількість узятого цементного тіста Т₀ та величину залишку цементного тіста Т₁, визначають кількість використаного тіста на пробний заміс:

Т = Т₀ - Т₁; (10.14)

Ц + В = Т;

В / Ц = d, (10.15)

де Т – кількість використаного цементного тіста, яка складається з цементу та води, кг;

d – величина водоцементного відношення;

Ц та В – невідомі;

Ц – кількість використаного на заміс цементу, кг;

В – кількість використаної води, кг.

Вирішенням системи двох рівнянь визначають дві невідомі величини, одна з яких – шукана витрата цементу на пробний заміс.

10.3.7 Виготовлення бетонних зразків та визначення середньої густини бетонної суміші.

Після досягнення заданої рухомості бетонної суміші, її знов перемішують та використовують для виготовлення бетонних зразків-кубів. Для цього бетонну суміш умощують у попередньо зважену металеву форму розміром 15×15×15 см та ущільнюють відповідно до вимог для виготовлення бетонних зразків за ГОСТ 10180-90. Виготовляють серію зразків – 3 шт., припускається також виготовлення серії з 2-х зразків (рис. 10.2).

Форму зовні ретельно очищують від надлишків бетону та знов зважують. Знаючи масу форми, заповненої бетоном, та масу пустої форми, визначають масу бетонної суміші, яка в ній міститься. Поділивши величину маси суміші на об’єм форми, знаходять середню густину бетонної суміші, кг/л: (10.16)

де m_б – маса бетонної суміші, кг;

V_б – об’єм бетонної суміші (форми), л.

10.4 Визначення номінального складу бетону та точний розрахунок матеріалів на 1 м³

У лабораторіях прийнято під час добору складу бетону використовувати сухі заповнювачі. Склад бетону на сухих заповнювачах називається номінальним або лабораторним.

Для визначення номінального складу бетону достатньо скласти відношення компонентів, витрачених при пробному затворенні, та призвести його до загальноприйнятого вигляду, розділивши усі члени відношення на кількість витраченого цементу.

Номінальний склад бетону приводиться до вигляду

1: x: y, (10.17)

де x та y₌ – мають бути обраховані з точністю до 0,01.

Уточнені витрати матеріалів на 1 м³ бетону обчислюють, виходячи з експериментально визначеної середньої густини бетонної суміші, на підставі пропорційного ділення.

Витрати цементу на 1 м³ бетону визначають за формулою (10.18):

Ц = (10.18)

де Ц – кількість цементу, витраченого на 1 м³, кг;

– середня густина бетонної суміші, кг/л;

x – число вагових складових піску, що приходяться на одну вагову частину цементу;

y – число вагових складових щебеню, що приходяться на одну вагову частину цементу (x та y беруть із номінального складу бетону);

В/Ц – водоцементне відношення.

Витрати піску на 1 м³ бетону визначають за формулою 10.19:

П= × Х (кг) або П = Ц × (10.19)

Визначення витрат щебеню на 1 м³ бетону здійснюють за формулою

(кг) або Щ= Ц ×y. (10.20)

Витрати води на 1 м³ бетону визначають за формулою (10.21):

В = Ц × В/ Ц (кг або л). (10.21)

Позначення в усіх формулах такі ж, як вказані в даному розділі.

Знаючи витрати компонентів на 1 м³ бетону за масою, можна визначити витрати тих же складових за об’ємом. Для цього кількість матеріалу, витраченого на 1 м³ бетону у кілограмах, ділять на його середню густину. Наприклад, витрати піску (л) на кубометр бетону за об’ємом визначають за формулою

, (10.22)

де П – витрати піску на 1 м³ бетону за масою, кг;

- насипна густина піску, кг/л або г/см³.

Відповідно витрати щебеню на 1 м³ бетону за об’ємом, л,

V_щ = . (10.23)