5. Определение пустотности

Пустотность важнейшая характеристика правильности подбора зернового состава заполнителей для бетона, от которых зависит расход вяжущего. Пустотностъ – это отношение суммарного объема пустот в зернистом материале ко всему объему, занимаемому этим материалом, определяется по формуле (10):

(10)

где, ρ_н – насыпная плотность, г/см³; ρ_и – истинная плотность, г/см³.

Задание

Определить гранулометрический состав, модуль крупности и пустотность песка, а так же гранулометрический состав и пустотность щебня, используя данные, приведенные в приложении 1.

Лабораторная работа №2

«ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВА ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА МЕТОДОМ АБСОЛЮТНЫХ ОБЪЕМОВ»

Проектирование состава бетона заключается в определении расхода исходных компонентов на 1 м³ уплотненной бетонной смеси. От правильности проектирования состава бетона зависят его физико-механические и деформативные характеристики.

Для определения состава бетона предварительно определяют такие данные, как прочность бетона; гранулометрический состав и пустотность заполнителей; влажность, насыпную и истинную плотность заполнителей; марку портландцемента; удобоукладываемость (табл. 10) бетонной смеси.

Таблица 10

Классификация бетонной смеси по удобоукладываемости

Марка по удобоукладываемости	Норма удобоукладываемости по показателю:
	жесткости, с	подвижности, см
Жесткие смеси
Ж4	31-60	-
Ж3	21-30	-
Ж2	11-20	-
Ж1	5-10	-
Подвижные смеси
П1	4 и менее	1-4
П2	-	5-9
П3	-	10-15
П4	-	16-20
П5	-	21 и более

Марку цемента следует назначать в зависимости от требуемой прочности (класса) бетон согласно данным, приведенным в табл. 11. Минимальный расход цемента для неармированных конструкций должен составлять не менее 200 кг на 1 м³ бетона, максимальный – не должен превышать 600 кг на 1 м³.

Таблица 11

Марка цемента в зависимости от заданного класса бетона

Класс бетона	В7,5	В10	В15	В25	В30	В40	В45
Марка цемента	300	400	400	400	500	600	600

Для определения состава тяжелого бетона существует ряд расчетно-экспериментальных методов, наиболее распространенным из них является метод абсолютных объемов, согласно которому, сумма объемов всех компонентов рационально подобранной, хорошо перемешанной и тщательно уплотненной бетонной смеси составляет 1 м³, то есть не содержит пор и пустот (11):

(11)

где, m_ц, m_п, m_щ, m_в – расход цемента, песка, щебня и воды на 1 м³ бетонной смеси, кг; ρ^и_ц , ρ^и_п , ρ^и_щ – истинная плотность цемента, песка и щебня, кг/м³.

Принцип фаз – цементно-песчаный раствор расходуется на заполнение объема межзерновых пустот крупного заполнителя, являющийся каркасом бетона, с некоторой раздвижкой его зерен. Это условие характеризует следующее уравнение (12):

(12)

где, ρ^н_щ – насыпная плотность щебня, кг/м³; V_п – пустотность щебня, доли; k_р – коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя.

Так же в расчете используется формула (13) и (14) закона прочности бетона – прочность бетона зависит от активности портландцемента, водоцементного отношения и качества заполнителей:

при В/Ц ≥ 0,4	(13)
при В/Ц < 0,4	(14)

где, R_б – прочность бетона при сжатии, кгс/см²; R_ц – активность портландцемента, кгс/см²; А и A₁ – коэффициенты, зависящие от качества заполнителей, принимаемые по табл. 12.

Таблица 12

Значение коэффициента качества заполнителей бетона

Качество заполнителей	А	A1
Высококачественные	0,65	0,43
Рядовые	0,60	0,40
Пониженного качества	0,55	0,37

В задании к проектированию состава указывается класс бетона по прочности B_норм, с помощью которого, по формуле (15), рассчитывается требуемая прочность:

(15)

где, K_Т – коэффициент требуемой прочности (при коэффициенте вариации υ = 13,5 % K_Т = 1,305); B_норм – класс бетона по прочности, МПа.

Расчет состава бетона по методу абсолютных объемов производится в следующей последовательности:

1. Определяют водоцементное отношение (В/Ц), исходя из требуемой прочности бетона (R_б), по формуле (16) и (17), после чего применяют выполненное неравенство:

при В/Ц ≥ 0,4	(16)
при В/Ц < 0,4	(17)

В зависимости от принятой подвижности или жесткости бетонной смеси и наибольшего размера зерен крупного заполнителя определяют ориентировочный расход воды (табл. 13).

Таблица 13

Ориентировочный расход воды на 1 м³ бетонной смеси

Удобоукладываемость бетонной смеси		Расход воды, л/м3, при наибольшей крупности зерен, мм
подвижность, см	жесткость, с	10	20	40	80
-	36-50	160	150	135	130
-	26-35	170	160	145	140
-	16-25	175	165	150	145
-	0-15	185	175	160	155
2-4	-	200	190	175	170
5-7	-	210	200	185	180
8-10	-	215	205	190	185
11-12	-	225	215	200	190
13-16	-	230	220	205	195
17-21	-	240	230	215	205

Примечание: 1. Расход воды приведен для смеси на портландцементе с нормальной густотой цементного теста 26...28 % и на песке с М_к = 2; 2. При изменении нормальной густоты цементного теста на каждый процент в меньшую сторону расход воды уменьшается на 3-5 л, в большую сторону – увеличивается на 3-5 л/м³; 3. При изменении модуля крупности песка на каждые 0,5 в меньшую сторону расход воды увеличивается на 3-5 л, в большую сторону – уменьшается на 3-5 л/м³.

2. Вычисляют расход цемента на 1 м³ бетонной смеси по формуле (18):

, кг

(18)

где, m_в – расход воды на 1 м³ бетонной смеси, л; В/Ц – водоцементное отношение, доли.

3. Расход щебня и песка на 1 м³ бетонной смеси вычисляют по формулам (19) и (20):

, кг

(19)

, кг

(20)

где, m_ц, m_п, m_щ, m_в – расход цемента, песка, щебня и воды на 1 м³ бетонной смеси, кг; V_п – пустотность щебня, доли; k_р – коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя; ρ^и_щ, ρ^и_п, ρ^и_ц – истинная плотность щебня, песка и цемента, кг/м³; ρ^н_щ – насыпная плотность щебня, кг/м³.

Значение коэффициента раздвижки зерен k_р для умеренно жестких бетонных смесей принимается 1,15-1,2, а для жестких бетонных смесей – 1,0-1,1. Для подвижных бетонных смесей значения зависят от расхода цемента и принимаются согласно данным табл. 14.

Таблица 14

Значение коэффициента раздвижки зерен k_р заполнителя для подвижных смесей

Расход цемента на 1 м3 бетонной смеси, кг	Водоцементное отношение
	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
250	-	-	-	1,26	1,32	1,38
300	-	-	1,3	1,36	1,42	-
350	-	1,32	1,38	1,44	-	-
400	1,31	1,4	1,46	-	-	-
500	1,44	1,52	1,56	-	-	-
600	1,52	1,56	-	-	-	-

Примечание: 1. При других значениях Ц и В/Ц коэффициент α находят интерполяцией. 2. При использовании мелкого песка с водопотребностью более 7 % коэффициент α уменьшают на 0,03 на каждый процент увеличения водопотребности песка. Если применить крупный песок с водопотребностью менее 7 %, коэффициент α увеличивают на 0,03 на каждый процент уменьшения водопотребности песка.

4. Определяют расчетную плотность уплотненной бетонной смеси ρ_б.с. по формуле (21):

(21)

После чего студенты записывают, запроектированный ими состав бетона, в табл. 15.

Таблица 15

Компоненты бетонной смеси

Компоненты	Портландцемент	Щебень	Песок	Вода
Содержание, кг/м3