6.2. Расчет состава тяжелого бетона

Для определения состава обычного (тяжелого) бетона существует ряд расчетно-экспериментальных методов. Наибольшее распространение получил метод абсолютных объемов, предложенный проф. Б.Г.Скрамтаевым. В основе этого метода лежит гипотеза, предусматривающая равенство плотности уплотненной бетонной смеси и абсолютной плотности (содержащийся в уплотненной бетонной смеси небольшой объем воздушных пор условно во внимание не принимается). Согласно этому условию абсолютный объем исходных материалов в 1 м³ уплотненной бетонной смеси равен единице:

(6.1)

где: Ц, В, П, Щ – расходы цемента, воды, песка и щебня на 1 м³ бетонной смеси, т; ρ_ц, ρ_п, ρ_щ – истинные плотности цемента, песка и щебня, т/ м³.

Одним из условий, принятых в методе абсолютных объемов, является то, что цементно-песчаный раствор расходуется на заполнение объема меж зерновых пустот крупного заполнителя с некоторой раздвижкой его зерен. Это условие обозначается следующим уравнением:

П_у k_раз, (6.2)

Где: ρ_нщ– насыпная плотность щебня, кг/м³; П_у– пустотность щебня (в долях единицы); К_раз– коэффициент раздвижки зерен заполнителя (коэффициент избытка раствора).

Проектирование состава бетона по этапам производят в такой последовательности.

Из готовых таблиц или графиков определяют ориентировочный расход воды в зависимости от заданной подвижности (жесткости) бетонной смеси и наибольшего размера зерен крупного заполнителя (табл. 6.1)

Таблица 6.1 - Ориентировочные расходы воды на 1 м³

Удобоукладываемость бетонной смеси		При наибольшем размере зерен заполнителей, мм
		Гравий			Щебень
Осадка конуса, см	Жесткость, с	10	20	40	10	20	40
0 0 0 0 0 1 2…2,5 3…4 5 7 8 10…12	150…200 90…120 60…80 30…50 20…30 15…20 -- -- -- -- -- --	145 150 160 165 175 180 185 190 195 200 210 220	130 135 145 150 160 165 170 175 180 185 195 205	120 125 130 135 140 145 150 155 160 170 175 185	155 160 170 175 185 195 200 205 210 215 220 230	145 150 160 165 175 180 185 190 195 200 205 215	130 135 145 150 155 160 165 170 175 180 185 195

Примечания:1) Расход воды приведен для бетонной смеси на портландцементе и песке с М_кр=2. При изменении модуля крупности песка на каждые 0,5 в меньшую сторону расход воды увеличивается на 3...5 л, в большую сторону уменьшается на то же значение. 2) При использовании пуццолановых портландцементов расход воды увеличивается на 15…20 дм³/м³. 3) При водопотребности щебня (гравия) более 1,5% расход воды увеличивается соответственно. 4) Данные таблицы справедливы в пределах расхода цемента до 350…400 кг/м³.

Затем из формулы прочности бетона определяют значение Ц/В. Для этого используют формулу Боломея-Скрамтаева:

R₂₈=AR_ц (Ц/В – 0,5) при Ц/В < 2,5; (6.3)

R₂₈=А₁R_ц (Ц/В + 0,5) при Ц/В ≥ 2,5. (6.4)

где: R₂₈ – прочность бетона в возрасте 28 суток (марка бетона); R_ц – активность цемента, кгс/см²; А и А₁ – коэффициенты, характеризующие качество заполнителей. Значения коэффициентов А и А₁ принимают по табл. 6.2.

Таблица 6.2 - Значения коэффициентов А и А₁

Качество заполнителей	А	А1
Высокое Среднее Низкое	0,65 0,60 0,55	0,43 0,40 0,37

После определения значения Ц/В вычисляют расход цемента на 1 м³ бетонной смеси, кг:

Ц = (Ц/В) В (6.5)

Расход щебня (гравия) и песка на 1 м ³ бетонной смеси вычисляют по следующим формулам, кг:

; (6.6)

где: П_у –пустотность щебня (гравия) (формула 1.14); К_раз – коэффициент раздвижки зерен; ρ_нщ–насыпная плотность щебня, кг/м³; ρ_зщ–плотность зерна щебня, кг/м³.

(6.7)

где Ц, В, Щ(Г), П – расход цемента, воды, щебня (гравия), песка на 1 м³бетонной смеси, кг;ρ_ц, ρ_щ,ρ_п– насыпная плотность цемента, щебня, песка кг/м³.

Значения коэффициента раздвижки зерен для умеренно жестких бетонных смесей принимаются равными 1,15 – 1,2, а для жестких бетонных смесей – 1,05 – 1,1. Для подвижных бетонных смесей значения К_раз зависят от расхода цемента и принимаются согласно данным табл. 6.3.

Таблица 6.3 - Значения коэффициента раздвижки зерен заполнителя К_раз

для подвижных бетонных смесей

Расход цемента на 1 м3 бетонной смеси, кг	Значения Краз
	Бетон на гравии	Бетон на щебне
250 300 350 400	1,34 1,42 1,48 1,52	1,3 1,36 1,42 1,47

Примечание. В таблице приведены значения К_раз для песков средней крупности. При использовании мелких песков значения К_раз снижаются на 0,03; при использовании крупных песков значение К_раз увеличивается на 0,03.

Таким образом получают ориентировочный (расчетный, начальный) состав бетона в виде расхода материалов Ц₀, В₀, П₀ и Щ(Г)₀ для получения 1 м³ бетона. Расчетная плотность бетонной смеси составит:

(кг/м³) (6.8)

Состав бетона может быть выражен в относительных единицах и называется номинальным составом:

по отношению к массе цемента

(6.9)

по отношению к объему цемента

(6.10)

В производственных условиях обычно применяют песок и щебень (гравий) естественной влажности. Поэтому необходимо увеличивать расход песка и щебня (гравия) и уменьшать расход воды:

; (6.11)

; (6.12)

; (6.13)

; (6.14)

где Ц_пр, П_пр, Щ_пр, В_пр– соответственно производственные расходы цемента, песка, щебня и воды.

W_п,W_щ– влажность песка и щебня, % по массе

Затем определяют коэффициент выхода бетонной смеси, который означает отношение объема бетонной смеси к сумме объемов цемента, песка и щебня (гравия). По значению коэффициента выхода судят об экономичности его состава, и чем выше значения этого коэффициента, тем экономичнее бетона:

(6.15)

(6.16)

где: V_ц, V_п, V_щ – объемы цемента, песка и щебня, израсходованные на приготовление пробного замеса, м³; ρ_нц, ρ_нп, ρ_нщ – насыпная плотность цемента, песка и щебня, кг/м³.

Коэффициент выхода бетона обычно равен 0,6…0,7. Зная коэффициент выхода бетона можно рассчитать расход материалов на замес бетоносмесителя, вместимость которого задается по объему загрузки, т. е. по сумме объемов сухих материалов, идущих на один замес.

Расход материалов на один замес:

Ц_бс=Ц_пр∙V_бс∙β; (6.17)

П_бс=П_пр∙V_бс∙β; (6.18)

Щ_бс=Щ_пр∙V_бс∙β, (6.19)

где Ц_пр, П_пр, Щ_пр– расход цемента, песка, щебня с учетом естественной влажности, кг на 1 м³бетона;V_бс - емкость бетоносмесителя, м³.