7.2. Расчет состава тяжелого бетона

Состав бетона рассчитывают в следующем порядке: вычисляют водоцементное отношение, расход воды и цемента, после чего определяют расходы крупного и мелкого заполнителя на 1 м³ бетонной смеси .

1. Водоцементное отношение вычисляют исходя из требуемой марки бетона, активности цемента и с учетом вида и качества заполнителей:

(7.3)

где R_б – марка бетона, (МПа);

- активность цемента;

А – коэффициент, учитывающий качество материалов.

Знак “+” принимается для бетонов с В/Ц <0,4 , знак “-” – для бетонов с В/Ц ≥ 0,4 . В дальнейших расчетах используется формула (7.3 ) для B/Ц ≥ 0,4.

После преобразования относительно B/Ц формула имеет следующий вид:

(7.4)

или

, (7.4)

2. Расход воды ( водопотребность л/м³ ) ориентировочно определяют исходя из заданной удобоукладывемости бетонной смеси по табл. 7.1, которая составлена с учетом вида и крупности заполнителя.

Расход воды в зависимости от удобоукладываемости и крупности заполнителя ( см. табл. 7.1 ) представим в виде эмпирической формулы:

B = 185-15(θ-1)+3,3(OK-1), (7.5)

Таблица 7.1. Водопотребность бетонной смеси
Удобоукладываемость бетонной смеси			Расход воды,кг/м3 ,при наибольшей крупности заполнителя,мм
Осадка конуса, см	Жесткость,с		Гравия			Щебня
	По ГОСТ 10181.1-81	По техни-ческому вискозиметру	10	20	40	10	20	40
0 0 0 0 1-2 3-4 5-6 7-8 9-10	31 30-20 20-11 10-5 - - - - -	120-90 80-60 50-30 15-30 - - - - -	150 160 165 175 185 195 200 205 215	135 145 150 160 170 180 185 190 200	125 130 135 145 155 165 170 175 185	160 170 175 185 195 205 210 215 225	145 155 160 170 180 190 195 200 210	135 145 150 155 165 175 180 185 195

θ=1,если d_max=10;

θ=2,если d_max=20;

θ=3,если d_max=40;

θ=4,если d_max=70.

Примечание. Данные таблицы приведены для бетонной смеси на портландцементе и песке средней крупности. При использовании пуццоланового портландцемента расход воды увеличивается на 20 кг/м³;в случае применения мелкого песка взамен среднего также увеличивается на 10 кг, а при использовании крупного песка уменьшается на 10 кг.

3. Расход цемента на 1м³ бетона вычисляют по уже известному цементно-водному отношению (Ц/В) и величине водопотребности бетонной смеси B:

(7.6)

Если расход цемента на 1м³ бетона окажется меньше минимально допустимого (<200 кг/м³), то из условия получения плотного бетона количество цемента увеличивают до требуемой нормы в соответствии со СНиП 5.01.23-83 “Типовые нормы расхода цемента для приготовления бетонов для сборных и монолитных бетонных изделий и конструкций”.

4. Расход мелкого и крупного заполнителей для бетонов вычисляют исходя из двух условий:

а) сумма абсолютных объемов всех компонентов бетона равна 1000 л (1 м³) уплотненной смеси, т.е.

1000 (7.7)

где Ц,В,МЗ,КЗ –расход цемента, воды, песка и щебня (гравия, шлака), кг/м³;

истинная плотность этих материалов, кг/м³

абсолютные объемы материалов, м³;

б) цементно-песчаный раствор наполняет пустоты в крупном заполнителе с некоторой раздвижкой зерен, т.е.

(7.8)

где V_кз- пустотность щебня (гравия, шлака) в рыхлом состоянии;

-средняя (насыпная)плотность щебня(гравия, шлака), кг/м³ ;

α-коэффициент раздвижки зерен щебня (гравия, шлака) для пластичных смесей; принимают по табл.7.2 и формулам (7.9) и (7.10):

α = 1,18+0,001(Ц-200) при ОК≤4 см; (7.9)

α = 1,22+0,38 при ОК>4 см. (7.10)

Таблица 7.2. Значения коэффициента для пластичных бетонных смесей
Расход цемента, кг/м3	Коэффициент при В/Ц
	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
250 300 350 400	- - 1,32 1,4	- 1,3 1,38 1,46	1,26 1,36 1,44 -	1,32 1,42 - -	1,38 - - -
Примечание. При других значениях Ц и В/Ц коэффициент находят интерполяцией

Решая совместно уравнения (7.7) и (7.8),находят формулу для определения расхода крупного заполнителя (щебня, гравия, шлака) на 1000 л (1м³):

КЗ = . (7.11)

После определения расхода крупного заполнителя рассчитывают расход песка, кг/м³,как разность между проектным объемом бетонной смеси и суммой абсолютных объемов цемента, воды и крупного заполнителя:

МЗ = . (7.12)

5. Пробный замес и проверка подвижности бетонной смеси. После произведенного ориентировочного расчета состава бетона готовят пробный замес бетонной смеси объемом 30-50 л и определяют ее подвижность или жесткость.

Если бетонная смесь получилась менее подвижной, чем требуется, то увеличивают количество цемента и воды без изменения цементно-водного (водоцементного) отношения. Если подвижность больше требуемой, то добавляют небольшими порциями песок и крупный заполнитель,сохраняя их соотношения постоянными. Таким путем добиваются заданной подвижности или жесткости бетонной смеси.

Определяют плотность бетонной смеси , при изготовлении контрольных образцов-кубов, взвешивая пустую форму и форму с уплотненной в ней бетонной смесью. Из приготовленной бетонной смеси заданной подвижности изготовляют контрольные образцы-кубы размерами 150х150х150 мм, которые испытывают для установления заданной марочной прочности (или класса бетона) на сжатие через 28 сут. нормального твердения или в другие заданные промежуточные сроки( на n-суток) с использование логарифмической зависимости:

, (7.13)

где R_n – предел прочности бетона при сжатии в любом возрасте ;

lgn – десятичный логарифм возраста бетона;

R₂₈ – предел прочности бетона при сжатии в возрасте 28 сут.

Для последующего расчета на ЭВМ передают расход материалов на пробный замес(Ц_з В_зП_з.Щ_(Г,Щ)З) и искомую плотность бетонной смеси,

6. Уточнение ориентировочного состава бетона после пробного замеса. По результатам пробного замеса, испытаний контрольных образцов-кубов вносят коррективы в ориентировочный состав бетона. При этом учитывают фактическую влажность заполнителей и пересчитывают номинальный состав бетонной смеси на производственный. При таком пересчете количество влажных заполнителей увеличивают настолько, чтобы содержание в них сухого материала равнялось расчетному, а количество вводимой в замес воды уменьшают на величину, равную количеству воды в заполнителях.

7. Водоцементное отношение определяют по формуле

. (7.14)

8. Номинальный (лабораторный) состав бетона по массе вычисляют путем деления расхода каждого компонента бетона в сухом состоянии на расход цемента

1: , (7.15)

где Ц_з В_з П_з.Щ_(г,щ,)з -расход материалов на замес по массе, кг.

Обозначим

=Y (7.16)

Тогда номинальный состав 1:X:Y.

9. Производим корректировку ориентировочного состава бетона на основе данных пробного замеса на 1м³:

а) расход цемента:

Ц = , (7.17)

где Ц - расход цемента ,кг/м³;

В/Ц - водоцементное отношение;

- плотность бетонной смеси, кг/м³;

б) расход воды:

В = Ц·B/Ц; (7.18)

в) расход песка:

П = Ц·Х (7.19)

г) расход щебня (гравия, шлака):

(7.20)

10. Проверка прочности образцов в заданный срок(n < 28 сут.) определяется по формуле (7.2).

11. Коэффициент выхода бетона устанавливают по формуле

(7.21)

где Ц, П, Ш_(Г,Ш)-расход цемента, мелкого и крупного заполнителя, кг/м³;

 средняя насыпная плотность соответственно цемента, песка, щебня (гравия, шлака).

12. Производственный (полевой) состав бетона по массе определяют с учетом влажности заполнителей:

(7.22)

(7.23)

где , – содержание воды в песке и крупном заполнителе, кг/м³ ;

, – влажность мелкого и крупного заполнителя в относительных единицах;

П и Щ_(г,ш) – расход песка и щебня (гравия, шлака), кг.

Действительный расход воды на 1 определяют по формуле:

. (7.24)

Для сохранения массы заполнителя увеличивают его расход соответственно с массой содержащейся в нем воды:

(7.25)

(7.26)

где – уточненный расход влажного крупного и мелкого заполнителей, кг, в рабочем составе бетона.

Производственный (полевой) состав бетона по массе вычисляют путем деления откорректированного расхода каждого компонента бетонной смеси на неизменяемый расход цемента:

.

Обозначим

(7.27)

, (7.28)

тогда производственный (полевой) состав 1: .

13. Расчет дозировки составляющих бетонной смеси на один замес бетоносмесителя определенного объема с учетом найденного коэффициента выхода бетона выполняют по следующим формулам, кг/

(7.29)

(7.30)

(7.31)

(7.32)

где , ,  соответственно масса цемента, воды, песка, щебня (гравия, шлака), кг, требуемая на замес бетоносмесителя с барабанным объемом µ, л;

 расход материалов с естественной влажностью на 1 бетона,кг.

Для проверки расчетов следует использовать формулу

. (7.33)