2. Властивості легких бетонів

Міцність легких бетонів залежить від активності цементу, водо-цементного відношення, кількості цементного тіста, виду, крупності, форми зерен, характеру поверхні, міцності і середньої щільності крупного і дрібного заповнювачів, умов приготування суміші, її укладання і тверднення.

Міцність легких бетонів підвищують використовуючи більш міцні заповнювачі при умові їх достатньої середньої щільності, шляхом переходу на більш жорсткі суміші, введенням пластифікуючих добавок, використовуючи цемент вищих марок.

Кількість води. Із збільшенням кількості води до певного оптимального значення міцність легких бетонів може збільшуватись (на відміну від важких) за рахунок покращення ущільнованості і збільшення рухливості легко бетонних сумішей. При подальшому збільшенні водовмісту міцність починає знижуватись, а щільність збільшуватись.

Швидкість випаровування вільної води залежить від щільності і водовмісту легко бетонної суміші, вологості і температури навколишнього середовища. Легкі бетони дуже повільно випаровують воду.

Водопроникність легких бетонів більша, ніж звичайних. Проте бетони на пористих заповнювачах можуть бути досить водонепроникними при відповідному підборі заповнювачів і достатній щільності цементного каменю (за рахунок того, що капіляри пористих заповнювачів заповнені повітрям і не сполучаються між собою).

Морозостійкість легких бетонів залежить від структури заповнювачів та цементного тіста, морозостійкості заповнювачів, наявності добавок, тривалості перемішування суміші, умов тверднення. Із збільшенням витрати цементу і зменшенням В/Ц, додаванням повітровтягуючих добавок морозостійкість легких бетонів зростає.

3. Властивості легкобетонних сумішей

4. Підбір складу легкого бетону

Підбирають склад легкого бетону за оптимальним вмістом води, який знаходять експериментально на бетонних сумішах з різним вмістом цементу і різним зерновим складом заповнювачів.

Для легкого бетону щільної структури зерновий склад заповнювачів повинен забезпечувати оптимальну насипну густину легко бетонної суміші для заданого класу або марки.

Мінімально допустимі витрати в’яжучого залежно від виду бетону становлять: для теплоізоляційного – 100, конструктивно-теплоізоляційного – 125, конструктивно-теплоізоляційного і конструктивного армованого – 225 кг/м³.

Модуль крупності дрібного заповнювача має бути 1,8…2,5.

Розрахунок складів легко бетонних сумішей полягає в розрахунку, спочатку, базових номінальних складів бетону, після чого бетонні суміші корегують, адаптуючи їх до конкретних умов виробництва і властивостей використовуваних матеріалів.

5. Розрахунок складів легких бетонів на пористих

заповнювачах з використанням узагальнених

емпіричних залежностеЙ

Найбільш розповсюдженими видами легких бетонів є конструктивні (мають щільну структуру) і конструктивно-теплоізоляційні бетони (бувають і щільними, і поризованими). Відмінності в структурних особливостях і властивостях зазначених різновидів бетонів визначають дещо відмінності при проектуванні складу, і в першу чергу при визначенні витрати крупного заповнювача.

5.1 Розрахунок складів конструктивних легких бетонів

Необхідне значення насипної щільності крупного пористого заповнювача (ρ_н, кг/м³) можна знайти за формулою:

, (1)

де R_б – проектна міцність бетону, (МПа), ρ_б – його середня густина кг/м³, a…d і k_i – коефіцієнти, що залежать від виду заповнювачів (Дод. 2. табл. 1).

Витрату цементу (Ц, кг/м³) визначають виходячи з проектної міцності бетону R_б і марки крупного заповнювача за міцністю за формулою:

Ц = [k₁∙c∙R_б − k₂∙d − (k₃∙a∙R_б − k₄∙b)∙_н]∙К_ц, (2)

де значення коефіцієнтів a…d та k_i приведені в Додатку 2 табл. 2; К_ц – коефіцієнт поправки на марку цементу, при використанні цементу з маркою, відмінною від М400 (ф-ла Д 2.1, для М400 К_ц=1); _н – насипна щільність крупного пористого заповнювача.

Початкову витрату води В_о, л/м³, в залежності від показника легкоукладальності бетонної суміші і виду заповнювача можна знайти за формулою:

В_о = k₁∙ПЛ∙a + k₂∙b − (k₃∙ПЛ∙с + k₄∙d)∙_н, (3)

де ПЛ – показник легкоукладальності суміші (рухливість ОК, см або жорсткість Ж, сек., за стандартним віскозиметром); a…d та k_i – коефіцієнти, що залежать від виду заповнювачів (Додаток 2. табл. 3).

Виходячи із залежність між витратою крупного пористого заповнювача, його насипною густиною і густиною бетону, початкове значення об'ємної концентрації крупного заповнювача при використанні щільного (кварцового піску) буде складати:

_о = 0,0004∙_н − 0,0005∙_б + 0,926. (4)

Рівняння (4) справедливе при водопотребі піску 8% і при В=200 л/м³. При іншому значенні В необхідно враховувати поправку :

 = (1,2 − 0,001∙В_о) − 1. (5)

Тоді загальне значення об'ємної концентрації крупного заповнювача буде складати:

 =  _о + . (6)

При використанні пористого піску об'ємну концентрацію крупного заповнювача можна знайти із залежності

 = (0,85 − П_с) + а, (7)

де П_с – міжзернова пустотність заповнювача, у частках одиниці; а – коефіцієнт, що залежить від рухливості (жорсткості) бетонної суміші: при ОК=1...2 см або Ж=10…30 сек. – а=0; при Ж>30 сек. – а=0,03; при ОК>3 см – а=−0,02.

У випадку відсутності даних по П_с, для керамзиту марок 400…600 можна орієнтовно користуватися наступною формулою:

 = (0,0012_з − 0,17) + а. (8)

Нижче приведена загальна схема алгоритму розрахунку складів конструктивних легких бетонів щільної структури.

Таблиця 1 – Схема алгоритму розрахунку конструктивних легких бетонів на основі узагальнених емпіричних залежностей

1. З умов забезпечення заданої міцності бетону (Rб, МПа) і його середньої густини (ρб, кг/м3) призначають вид та марку крупного пористого заповнювача за насипною густиною ρн, кг/м3, а також вид дрібного заповнювача з використанням формули (1) і Додаток 2. табл. 1. 2. Знаходять витрату цементу з врахуванням виду застосовуваних заповнювачів, а також активності цементу (формула (2), Додаток 2. 1, Додаток 2. табл. 2). 3. Визначають початкову витрату води з врахуванням прийнятого значення легкоукладальності бетонної суміші (формула (3), Додаток 2. табл. 3). 4. Знаходять об'ємну концентрацію крупного заповнювача з використанням наступних формул: – при використанні щільного піску: (4-6); – при використанні пористого піску: (7, 8 (для керамзиту)). 5. Витрату крупного пористого заповнювача К, кг/м3 розраховують за формулою: К = ∙зцт, (9) де зцт – щільність зерен крупного заповнювача в цементному тісті, кг/м3. При наявності даних по густині зерен заповнювача в грудці використовують наступні залежності: К = ∙1,05зк – для гравію, (10) К = ∙1,1зк – для щебеня, (11) де зк – щільність зерен заповнювача в грудці, кг/м3. Для керамзитового гравію можна використовувати наступне рівняння: К = ∙1,89н. (12) 6. Визначають поправку на витрату води В1, В2 і загальну витрату води В, л/м3: В1 = 2000( − 0,37)2, (13) В2 = 0,15(Ц − 450) при Ц > 450 кг/м3, (14) В2 = 0 при Ц ≤ 450 кг/м3. (15) Загальна витрата води, л/м3: В = Во + В1 + В2. (16) 7. Визначають витрату дрібного заповнювача П, кг/м3: – для щільного (кварцового) піску з рівняння середньої густини легкого бетону в сухому стані: П = б − 1,15Ц − К. (17) – для пористого піску: , (18) де , (19) ц – густина цементу (в середньому можна приймати 3100 кг/м3), , (20) де Вп – водопотреба пористого піску, %, зпцт – густина зерен пористого піску в цементному тісті, кг/м3.

Нижче наводиться приклад розрахунку складу конструктивного легкого бетону у відповідності зі схемою алгоритму наведеною в табл. 1.

Приклад 1. Необхідно підібрати склад конструктивного керамзитобетону марки 250, із густиною в сухому стані 1700 кг/м³ і рухливістю бетонної суміші 3...7 см. Матеріали: портландцемент М300, пісок кварцовий з густиною 2500 кг/м³ і водопотребою 3%.

Рішення:

1. Визначаємо насипну густину керамзитового гравію у випадку застосування щільного (кварцового) піску:

При ρ_б = 1700 кг/м³ і R_б = 25 МПа і коефіцієнтах a, b, c, d рівних відповідно −1,43; 1,212; 4,79 і 1,12 і відповідних коефіцієнтах k₁…k₄ насипна густина керамзиту буде дорівнювати:

2. Знаходимо витрату цементу.

При R_б=25 МПа, ρ_н=771 кг/м³ при відповідних значеннях коефіцієнтів k₁…k₄ для гравію і з урахуванням поправки на активність цементу К_ц витрата цементу буде дорівнювати:

Ц = [29,86∙1∙25 − 119,1∙1 − (0,021∙1∙25 − 0,16∙1)∙771]∙К_ц,

де К_ц = (0,0173-0,00004∙30)∙25 – 0,004∙30+1,1545 = 1,437.

Ц = 497,2 кг/м³.

3. Знаходимо початкову витрату води.

При середньому значенні ОК=5 см і з урахуванням коефіцієнтів a, b, c, d рівних відповідно 0,339; 0,729; 0 і 0,47 і відповідних коефіцієнтах k₁…k₄,

В_о = 9,83∙5∙0,339 + 308,2∙0,729 − (0,0021∙5∙0 + 0,1063∙0,47)∙771 = 202 л/м³.

4. Об'ємну концентрацію керамзиту визначаємо за формулою (4), оскільки поправкою на витрату води  можна знехтувати ( = _о):

 = 0,0004∙771 – 0,0005∙1700+0,926=0,38.

5. Витрату крупного заповнювача (керамзиту) орієнтовно можна визначити за формулою (12).

Підставляючи значення =0,38 і _н=771 кг/м³, одержимо:

К = 0,38∙1,89∙771 = 554 кг/м³.

6. Для визначення загальної витрати води попередньо розрахуємо значення поправок В₁ і В₂. Використовуючи відповідну формулу знаходимо, що

В₁ = 2000(0,38 – 0,37)²=0,2 л/м³.

В₂=0,15(497,2 – 450)=7,08, оскільки витрата цементу Ц450 кг/м³.

Тоді загальну витрату води В:

В= В_о + В₁ + В₂=202+0,2+7,08=209,28=209,3 л/м³.

7. Визначаємо витрату щільного піску: П = 1700 − 1,15∙497,2 − 554 = 574 кг/м³.

Розрахунковий склад конструктивного керамзитобетону:

Ц = 497 кг/м³; В = 209 кг/м³; К = 554 кг/м³; П = 574 кг/м³.