3. Определение расхода воды

Определение расхода воды производится по табл. 31 в зависимости от удобоукладываемости бетонной смеси, наибольшей крупности заполнителя с последующей корректировкой.

Таблица 31

Ориентировочный расход воды на 1 м³ бетонной смеси*

Консистенция смеси		Расход воды, л, на 1 м3 бетонной смеси при максимальной крупности заполнителя, мм
ОК, см	Ж, с	Щебня			Гравия
		10	20	40	10	20	40
5…9	−	215	205	190	200	185	170
1…4	−	200	185	175	190	175	160
−	5…10	185	175	160	170	160	145
−	11…20	175	165	155	165	150	135
−	21…30	170	160	150	160	145	130
−	≥ 31	160	150	135	150	135	125

* Значения даны для бетонных смесей на цементе с НГ = 25…30 % и песке с Мк = 2,0.

Корректировка расхода воды производится в следующих случаях:

а) при Ц/В менее 1,25 (Ц/В более 2,5) расход воды уменьшают (увеличивают) на 5 %;

б) при отличии НГ от значений 25…30 % на каждый процент в меньшую (большую) сторону расход воды следует уменьшить (увеличить) на 3…5 л;

в) в случае отличия модуля крупности песка от значения Мк = 2,0 в меньшую (большую) сторону на каждые 0,5 расход воды необходимо увеличить (уменьшить) на 3…5 л;

г) при ОК бетонной смеси ≥ 10 см следует применять пластифицирующие добавки, а расход воды принимать как для бетонной смеси с ОК = 5…9 см.

Для рассматриваемого примера при проектируемой подвижности бетонной смеси, соответствующей осадке конуса 4…6 см и наибольшей крупности щебня 20 мм расход воды составляет 205 л на 1 м³ бетонной смеси. Учитывая, что используя песок с Мк = 2,5 расход воды уменьшаем на 4 л. Тогда расход воды будет В = 205 – 4 = 201 л.

4. Определение расчетного расхода цемента

Ц_р = В^. Ц/В = 201^. 2,219 = 446 кг.

Полученный расход цемента Ц_р сравнивают с рекомендуемыми (табл. 32) и с элементными нормами расхода Ц_э по СНиП 82-02-95.

Таблица 32

Минимально допустимые расходы цемента (по ГОСТ 26633)

Вид конструкции	Условия эксплуатации	Расход цемента, кг на 1 м3 бетона
		ПЦ-Д0, ПЦ-Д5, ССПЦ-Д0	ПЦ-Д20, ССПЦ-Д20	ШПЦ, ППЦ ССШПЦ
Неармированные	Без атмосферных воздействий	Не нормируется
	При атмосферных воздействиях	150	170	170
С ненапрягаемой арматурой	Без атмосферных воздействий	150	170	180
	При атмосферных воздействиях	200	220	240
С напрягаемой арматурой	Без атмосферных воздействий	220	240	270
	При атмосферных воздействиях	240	270	300

Должно выполняться условие Ц_min ≤ Ц _р ≤ Ц _э = К·Ц_б, где Ц_б – базовые нормы расхода цемента (табл. 33); К – корректирующий коэффициент, К = К₁·К₂ …Кi; К₁… К_i– коэффициенты, зависящие от вида и свойств материалов и технологии.

Базовые нормы цемента разработаны из условия приготовления бетонной смеси на цементах М400 (табл. 33).

Таблица 33

Базовые нормы расхода цемента Ц

Класс по прочности	Базовые нормы расхода цемента М 400, кг, для тяжелого бетона
	нормального твердения	твердения при ТВО до отпускной прочности, %
		55…60	70	80	90	100
В7,5	180	180	200	210	225	240
В10	200	200	215	235	245	260
В12,5	225	225	235	260	270	285
В15	255	255	265	280	295	315
В20	305	310	315	340	360	380
В22,5	335	340	350	370	395	420
В25	365	370	380	400	425	450
В30	415	430	440	450	480	520
В35	480	500	510	520	540	570
В40	550	570	580	590	600	–

При использовании цементов других марок вводится коэффициент К₁, который для бетонов на цементах М300 равен 1,14, а для бетонов на цементах М500 классов В20 и менее при отпускной прочности 60 % и менее равен 0,87, при отпускной прочности 90…100 % – 0,90, для бетонов классов от В15 до В30 и отпускной прочности 70…80 % − 0,87, а при большей отпускной прочности – 0,92. В нашем случае коэффициент К₁ = 0,92.

В базовых нормах предусмотрено применение цементов с нормальной густотой 25…27 %. Если НГ цемента отличается от этих значений, то базовые нормы умножаются на коэффициент К₂, значения которого приведены в табл. 34.

Таблица 34

Значения коэффициента К ₂

НГ цементного теста, %	Значения К2 для бетонов проектного класса
	≤ В22,5	В25−В30	В35−В40
< 25	0,98	0,96	0,94
27…30	1,02	1,03	1,05
> 30	1,04	1,05	–

По заданию класс бетона В22,5, а НГ цемента 28,5 %, следовательно коэффициент К₂ = 1,02.

Базовые нормы для бетона, твердеющего при тепловой обработке, предусматривают применение цементов II группы эффективности при пропаривании по ГОСТ 22236. При использовании цементов I группы базовые нормы умножаются на коэффициент К₃ = 0,93. Коэффициент К₃ = 1 для бетонов класса В30 и выше при отпускной прочности ≤ 70 % от марочной прочности. В задании приведена активность цемента при пропаривании, что в соответствии с приложением 3 позволяет считать используемый цемент I группы эффективности при пропаривании. Поскольку класс бетона В22,5, то коэффициент К₃ = 0,93.

Базовые нормы приведены для бетона на щебне, при использовании гравия их следует умножать на коэффициент К₄ (табл. 35).

Таблица 35

Значения коэффициента К₄

Класс бетона	В7,5	В10…В12,5	В15	В20	В22,5
К4	0,91	0,94	0,96	0,97	0,98

Так как по заданию используется щебень, то коэффициент К₄ = 1,00.

НК заполнителя учитывается коэффициентом К₅, который при НК = 20 равняется 1, а при другой величине НК его значения приведены в табл. 36. В рассматриваемом примере НК = 20 мм, поэтому коэффициент К₅ = 1,00.

Базовые нормы определены для щебня с содержанием зёрен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы 25…35 % по массе. В случае отклонения от этих значений вводится К₆ , который при содержании этих менее 25 % равен 0,98, а при содержании этих зерен более 35 % − 1,03. В примере зёрен лещадной формы содержится 39 %, следовательно коэффициент К₆ = 1,03.

Таблица 36

Значения коэффициента К₅

НК, мм	Значения К5 для бетона классов
	≤ В25	≥ В30
10	1,10	1,07
40	0,93	0,95
70	0,90	0,92

Базовыми нормами предусмотрено использование песка с Мк = 2,1…3,25. При использовании мелких и очень мелких песков следует применять для тяжелого бетона коэффициент К₇ (табл. 37). Для мелкозернистых бетонов при использовании песков с модулем крупности Мк = 1,5…2,0, коэффициент К₇ = 1,20.

Таблица 37

Значения коэффициента К₇ для тяжелого бетона

Класс бетона	К7 для песка с Мк
	1,5…2,1	< 1,5
≤ В15	1,0	1,03
В20−В25	1,03	1,06
> В25	1,05	1,10

Так как применяется песок с Мк = 2,5, то коэффициент К₇ = 1,00.

При использовании песков из отсевов от дробления горных пород следует применять коэффициент К₈ = 1,03. В примере применяется природный песок, следовательно, коэффициент К₈ = 1,00.

Удобоукладываемость бетонной смеси следует принимать в соответствии со способом формования и типом конструкции согласно СНиП 3.09.01-85. Базовые нормы приведены для бетонных смесей с ОК = 1…4 см. При использовании других бетонных смесей вводится коэффициент К₉.

Для бетонных смесей с ОК = 5…9 см коэффициент К₉ = 1,07, при Ж = 5…10 с – коэффициент К₉ = 0,93, при Ж = 11…20 с – коэффициент К₉ = 0,88. В рассматриваемом примере ОК бетонной смеси 4…6 см, поэтому принимаем коэффициент К₉ = 1,07.

Базовые нормы предусматривают применение бетонной смеси с температурой не выше 25 ^оС, при температуре 25…30 ^оС вводится коэффициент К₁₀ = 1,03, при температуре > 30 ^оС коэффициент К₁₀ = 0,88. Принимаем коэффициент К₁₀ = 1,00.

При изготовлении преднапряженных железобетонных конструкций с отпуском натяжения арматуры на горячий бетон вводится коэффициент К₁₁ = 1,08. Для нашего примера принимаем коэффициент К₁₁ = 1,00.

Таким образом, исходя из условия обеспечения заданной прочности бетона базовая норма расхода цемента Ц_б составляет 420 кг, а корректирующий коэффициент К = 0,92·1,02·0,93·1,00·1,00·1,03·1,00·1,00·1,07·1,00·1,00 = 0,96.

Следовательно, элементная норма расхода цемента Ц_э¹ = 420·0,96 = 403 кг.

Для изделий и конструкций, к бетонам которых предъявляются требования по морозостойкости и водонепроницаемости типовые элементные нормы, на которые не распространяется корректирующий коэффициент, приведены в табл. 38.

По заданию марка бетона по морозостойкости F200, следовательно элементная норма расхода цемента из учета обеспечения морозостойкости Ц_э² = 370 кг. Из определённых элементных норм за окончательной следует принимать наибольшее значение, т. е. Ц_э¹ = 403 кг. С этой нормой сравнивается расчётный расход цемента Ц_р = 446 кг. Так как он не превышает базовую элементную норму, то можно для дальнейших действий принять расчётный расход цемента.

Таблица 38

Типовые элементные нормы расхода цемента для бетона с нормируемыми

требованиями по морозостойкости и водонепроницаемости

Консистенция бетонной смеси		Элементные нормы расхода цемента ,кг, для марок бетона по
		морозостойкости F, циклы					водонепроницаемости
ОК, см	Ж, с.	≤ 75	150	200	300	≥ 400	W2	W4	W6	≥ W8
5…9	−	260	300	370	400	455	300	330	400	455
1…4	−	240	280	340	380	430	280	310	380	430
−	5…10	220	260	325	360	405	260	290	360	405
−	11…20	210	245	300	335	385	245	270	335	385

Если же расчетный расход цемента выше базовой элементной нормы (в нашем случае 446 > 403), то необходимо предусмотреть одно или несколько мероприятий по снижению расчетного расхода цемента:

− повысить марку цемента в пределах рекомендаций (табл. 39) для бетона данного класса по прочности при сжатии;

− ввести в состав бетонной смеси пластифицирующую добавку в количестве до 0,2 % на сухое вещество от массы цемента, что позволяет уменьшить количество воды затворения на 10…15 % при неизменной удобоукладываемости бетонной смеси; так как расход цемента рассчитывался как произведение Ц/В на В, то снижение количества воды затворения (В) уменьшит расход цемента без снижения прочности бетона;

− ввести в состав бетонной смеси добавку суперпластификатор типа С-3. При её дозировке, равной 0,5 % от массы цемента можно снизить количество воды затворения на 15 %, при дозировке, равной 0,75 % от массы цемента – на 20 %, при дозировке 1,0 % от массы цемента – на 25 % без изменения удобоукладываемости бетонной смеси;

− использовать тонкодисперсную золу-унос тепловых электростанций, отвечающую требованиям ГОСТ 25818, для замены части цемента; при использовании портландцемента золой может быть заменено до 30 % цемента, а для бетона на шлакопортландцементе равнопрочность обеспечивается при замене до 20 % цемента;

− ввести в состав бетонной смеси 6…10 % добавки микрокремнезёма, что снижает расход цемента до 25 % при повышении водопотребности смеси на 8…10 л на 1 м³ бетонной смеси без снижения прочности бетона.

Для обеспечения марки бетона по морозостойкости F200 принимаем использование добавки ЩСПК в количестве 0,2 % от массы цемента, что позволяет уменьшить количество воды затворения на 10 %. Тогда откорректированный расход воды составит В_о = 201·0,9 = 181 л.

Окончательный расход цемента составит Ц_о = 181·2,219 = 401 кг.

Таблица 39

Рекомендуемые марки цементов для бетона

Класс (марка) тяжелого бетона по прочности	Рекомендуемые и допускаемые марки цемента для тяжелого бетона при твердении в условиях
	естественных		ТВО при отпускной прочности, % от проектной
	рекомендуемые	допускаемые	70 и менее		80 и более
			рекомендуемые	допускаемые	рекомендуемые	допускаемые
В7,5 (М100)	300	−	300	−	−	−
В10 (М150)	300	400	300	400	400	300
В12,5(М150)	300	400	300	400	400	300, 500
В15 (М200)	400	300, 500	400	300, 500	400	300, 500
В20 (М250)	400	300,500	400	300,500	400	300, 500
В22,5(М300)	400	500	400	500	500	400
В25 (М350)	400	500	400	500	500	400
В30 (М400)	500	400, 550	500	400, 550	500	400, 550
В35 (М450)	500	550	500	550	500	550
В40 (М500)	500	550	500	550	550	−
В45 (М600)	550	−	550	−	−	−