Тема 5. Бетоны

Практическая работа №4. Подбор состава тяжелого бетона

Цель подбора состава бетона – установить такое соотношение между составляющими бетон материалами (цементом, песком, щебнем или гравием), при котором бетонной смеси будет обеспечена требуемая удобоукладываемость для принятого способа уплотнения, а бетону – заданная прочность в назначенный срок при наименьшем расходе цемента.

Для расчета состава бетона необходимы следующие данные:

заданная марка бетона (класс) R_б;

для цемента: активность цемента R_ц, насыпная ρ_нц и истинная ρ_ц плотности;

для песка: насыпная ρ_нп и истинная ρ_п плотности, влажность W_п;

для щебня или гравия: насыпная ρ_нщ и истинная ρ_щ плотности, влажность W_щ, пустотность V_пщ, наибольшая крупность зерен Д_наиб.

Состав бетона рассчитывают в определенной последовательности.

Пример расчета

Рассчитать производственный состав бетонной смеси по массе и вычислить расход материалов на замес бетоносмесителя с вместимостью барабана 1200 литров (по загрузке) при следующих данных: класс бетона В15 (М200), подвижность бетонной смеси 4 см, активность шлакопортландцемента 43 МПа, песок речной, наибольшая крупность известнякового щебня 40 мм. Характеристики исходных материалов приведены в таблице 4.

Таблица 4 - характеристики материалов для расчета состава тяжелого бетона по методу абсолютных объемов

Материал	Истинная плотность, г/см3	Насыпная плотность, г/см3	Пустотность, %	Влажность, %
Портландцемент Шлакопортландцемент Щебень гранитный Щебень известняковый Гравий Песок речной	3,1 3,0 2,65   2,5 2,62 2,6	1,1 1,0 1,56   1,4 1,51 1,5

Решение:

Выписываем исходные данные:

V_б=1200 л (емкость барабана бетоносмесителя),

R_б=20 МПа (марка бетона М200),

R_ц=43 МПа (активность шлакопортландцемента),

П=4 см (подвижность бетонной смеси),

Д_наиб=40 мм (наибольшая крупность щебня),

Все выше приведенные данные взяты из условия задачи, последующие - из табл.4.

ρ_ц=3,0 (истинная плотность шлакопортландцемента),

ρ_нц=1,0 (насыпная плотность шлакопортландцемента),

ρ_щ=2,5 (истинная плотность известнякового щебня),

ρ_нщ=1,4 (насыпная плотность известнякового щебня),

V_пщ=44% или 0,44 (пустотность известнякового щебня),

W_щ=4% (влажность известнякового щебня),

ρ_п=2,6 (истинная плотность песка),

ρ_нп=1,5 (насыпная плотность песка),

W_п=5% (влажность песка).

1. Определяем водоцементное отношение по формуле:

Эта формула получена после преобразования формулы

В этой формуле для обычных бетонов марок ниже М500берется знак (+) коэффициент А); для высокопрочных бетонов М500 – М800 берется знак (-) коэффициент А₁).

В нашем примере М200, поэтому применяется формула:

Коэффициент А применяется в зависимости от качества исходных материалов по таблице 4^а.

Таблица 4^а – значение коэффициента А и А₁

Характеристика материалов	А	А1
Высококачественные (щебень гранитный) Рядовые (щебень известняковый) Пониженного качества (гравий)	0,65 0,6 0,55	0,43 0,4 0,37

В условиях данной задачи можно принять А=0,6 (для рядовых материалов)

2. Расход воды на 1 м³ бетона находим по таблице 4^б.

Таблица 4^б – ориентировочный расход воды на 1 м3 бетонной смеси

Показатель удобоукла-дываемости	Подвижность, см ГОСТ 7473-94	Расход воды, л/м3
Гравия	Щебня
П1	4 и <
П2	5-9
П3	10-15
П4	16 и >

Примечание. Смеси на цементе водопотребностью 26-28% и песка М_кр=2. При изменении водопотребности цементного теста на каждый 1% в меньшую сторону расход воды следует уменьшать на 3-5 л/м³, в большую – увеличивать на то же значение. В случае уменьшения модуля крупности песка на каждые 0,5 его значения необходимо увеличивать расход воды на 3-5 л/м³, в случае увеличения модуля – уменьшать.

Для бетонной смеси с удобоукладываемостью П1 (подвижность 4 см). приготавливаемой на щебне с крупностью 40 мм и среднем песке, расход воды 175 л на 1м³. Но учитывая, что водопотребность шлакопортландцемента 30%, расход воды увеличиваем на 10 л/м³. Поэтому расход воды принимаем

В=175+10=185 (л)

3. Расход цемента на 1 м³ бетона определяем по формуле .

4. Расход щебня (гравия) в сухом состоянии на 1 м³ бетона рассчитываем по формуле , здесь α – коэффициент раздвижки зерен щебня, определяется по таблице 4^в.

Таблица 4^в – значения коэффициента раздвижки зерен щебня

Расход цемента, кг/м3	Коэффициент α при использовании
щебня	гравия
любой	1,25 1,30 1,35 1,42 1,47 1,1	1,3 1,37 1,42 1,50 1,57 1,1

В таблице нет расхода цемента 264 кг. Есть 250 кг, тогда α =1,3 и есть 300 кг, тогда α =1,35. Рассчитываем значение коэффициента α интерполированием. При изменении расхода цемента на 50 кг (250-300), табличное значение α увеличивается на 0,05. Следовательно, на каждые 10 кг цемента α возрастает на 0,01. Для расхода цемента 264 кг α =1,3+0,01=1,31.

5. Расход песка в сухом состоянии на 1 м³ бетона определяем по формуле

Выписываем номинальный (лабораторный) состав бетона, не учитывающий влажность песка и щебня:

цемент 264 кг

вода…….185 л

песок 606 кг

щебень 1234 кг

Всего: 2289 кг

Полученное в итоге значение является расчетной плотностью бетонной смеси, т.е. ρ_mб.см=2289 кг/м³.

6. Рассчитываем коэффициент выхода бетонной смеси по формуле:

7. Вычисляем количество воды, внесенное в бетонную смесь влажным щебнем и влажным песком по формулам:

8. Вычисляем производственный состав бетона с учетом влажности заполнителей по формулам:

Часто потребность заполнителей и воды выражают в м³.

Ответ: на 1 м³ бетонной смеси потребуется: Ц=264кг, В=0,1м³, П=0,4м³,Щ=0,9м³.

Для получения производственного состава в отношениях по массе расход каждого компонента бетонной смеси делим на расход цемента.

Ц/Ц: П/Ц: Щ/Ц=264/264: 636/264: 1283/264=1: 2,4: 4,85 при В/Ц=0,7

9. Определяем расход материалов на один замес бетоносмесителя с полезным объемом барабана 1200 л по формулам:

Ответ: на один замес бетоносмесителя вместимостью барабана 1200 л потребуется:

цемента 206 кг

воды……. 79 л

песка 496 кг

щебня 1000 кг

Проверка: Всего: 1,2 м³

Вместимость барабана бетоносмесителя V_б=1200 л=1,2 м³, т.е. сумма объемов материалов на 1 замес равна объему бетоносмесителя по загрузке.

Для решения задач по теме «Бетоны» предлагается 10 вариантов условий задач. Номера вариантов выдаются студентам в соответствии с их порядковым номером в учебном журнале. Десятый вариант будут иметь студенты под номерами 10, 20, 30; первый – 1, 11, 21, 31 и т.д.

Решение задач должно быть выполнено с необходимыми пояснениями и доведено до конечного результата с обязательным указанием единиц измерения.