Состав бетона, правила подбора тяжелой бетонной смеси

Расскажем вам про состав бетона и как подобрать состав самого обычного самого распространенного тяжелого бетона. Расскажем теоретические моменты и про различные нюансы, как перейти от лабораторного состава к рабочему, как  рассчитать загрузку на бетономешалку, в какой последовательности загружать компоненты, когда добавлять воду, когда добавлять пластификаторы.

Речь пойдет только про тяжелый бетон. Потому, что бетона великое множество.  Есть высокопрочные, есть самоуплотняющиеся, есть из фибры, есть различные бетоны с добавкой.

Добавка может быть различной. С керамзитом, опилками, перлитом. Их великое множество, это как хозяйка тесто делает на кухне. Компоненты вроде все те же, но варьируя какими-то там специями и еще какими-то вещами можно получить тесто для совершенно разных хлебобулочных изделий.

Бетон для фундамента

Мы в этой статье говорим исключительно про «ПАПУ» среди всех бетонов. Про тяжелый бетон,. Методика и алгоритм, которые я буду рассказывать они являются учебными и преподаются в ВУЗах. Там дают в течение одной пары полтора часа + потом практические занятия.

Естественно вы не будете столько много читать и пойдете заниматься своими делами. Поэтому эту методику я максимально упростил, максимально адаптировал для домашнего использования. Но по максимуму сохранив ее в точности пригодность, поэтому прошу вас не относиться слишком строго, слишком критически. Кому надо подробней, тот может найти методический материал ВУЗов.

Традиционное определение бетона меня более чем устраивает, да и вас думаю тоже. Бетон это искусственный камень, получаемый в результате затвердевания тщательно подобранной рациональной бетонной смеси. Здесь самая важная бетонная смесь.

По сути, мы подбираемся состав не бетона, а состав бетонной смеси. Это и есть тот самый главный компонент, который в последствии твердеет и дает нам бетон.  Не замерзает, не подстывает, а именно твердеет. На шкале времени можно представить следующим образом. Бетонная смесь делится по состоянию на: жидкое, схватывание и твердое.

Переход бетона из жидкого в твердое состояние на шкале времени

Важно отметить, что бетонная смесь по своему агрегатному состоянию является жидкостью какой-никакой. Обладающей специфическими свойствами. Например тиксотропностью. Что такое тиксотропность? Это способность жидкости разжижаться, становиться более текучей при механическом воздействии.

Конкретно в бетонной смеси данное свойство используется для уплотнения. Погружаем вибратор в бетонную смесь и она у нас растекается. Через какой-то промежуток времени у нас бетонная смесь становится бетоном. Это уже твердое тело.

Схватывание бетона имеет начало и конец. Начало и конец схватывания бетона определяются ГОСТами в соответствии с вяжущими веществами: цемент, гипс, глиноземистый цемент и другие. Тут на этом участке времени твердения у нас бетон уже не жидкость, но еще и не твердое тело.

Прибор Вика

Конкретно для цемента схватывание определяется на приборе Вика. Если игла не доходит до пластины, на которой установлен образец на 1 — 2 миллиметра, то это начало схватывания. Если наоборот погружается на один два миллиметра, то это уже конец схватывания. Принципы, на основе которых мы будем подбирать и проектировать состав нашего бетона, их всего два.

Принципы подбора бетона (бетонной смеси)

Первый принцип — это принцип абсолютных объемов.

Второй принцип – это  принцип ФАЗ. Попросту говоря, это можно сформулировать следующим образом. Практически весь объем бетонной смеси занимает щебень. Он выступает в роли каркаса. Пустоты между зернами щебня заполняет песок. Это вторая текстура внутри первой и пустоты между песком и между щебнем, которые остались, заполняет цемент. Это уже третья структура.

Получается такая матрешка в матрешку и еще в одну матрешку. Именно эти два принципа, это как раз то, что щебень у нас выступает в роли каркаса и занимает большую часть объема. Принцип абсолютных объемов нам говорит о том, что все компоненты в составе тяжелого бетона, а именно: вода, цемент, песок и щебень, условно говоря, занимают сто процентов объема. Не оставляя там пустот.

Состав бетона: щебень, песок, цемент

С бетоном разобрались, с принципами разобрались. Теперь нам необходимо разобраться с исходными данными. То на основе чего мы будем проектировать наш состав. Нам необходимо знать модуль крупности. Но самое главное надо знать плотность истинную, насыпную плотность и плотность среднюю песка, щебня и цемента.

Предположим у нас все компоненты ( щебень и песок) среднего качества. Они не плохие, но и не сильно хорошие. Всем понятно, что по всей стране много разных карьеров, много месторождений. Разброс свойств по факту огромный, но будем ориентироваться на какие-то средние значения.

Истинная плотность песка и щебня примерно одинаковая 2,65 – 2,7. У цемента плотность 3,1. Рассматриваем щебень фракции 5 – 20 мм. Средняя плотность щебня и песка примерно в диапазоне 1,4 – 1,45. Воду по умолчанию принимаем близкую к питьевой. В принципе теперь нам достаточно этих данных для проектирования состава нашей бетонной смеси.

Самые главные исходные данные необходимые нам для проектирование это марка бетона по прочности на сжатие. Это самое главное. Исходим из того, какой прочности нам необходим бетон. Предположим М300.

Так же нам необходимо знать определиться с маркой цемента и удобоукладываемость бетона. Удобоукладываемость подразделяется на: сверхжесткие, жесткие, подвижные и литые. У литых измеряется расплыв лепешки. Два диаметра, берется среднее.

Литой бетон. Замер лепешки

У подвижных определяется осадка конуса. Стандартный конус Абрамса.

Подвижный бетон. Замер конусом

У жестких измеряется время по  вискозиметру. Вискозиметр это такая кастрюля. Туда вываливается бетон,  сверху ставится тарелка. Помещается на виброплиту, включается плита, засекается секундомер и там, на тарелке на двух, трех отверстиях, как только начинает выступать вода останавливается секундомер. Так мы получаем жесткость в секундах.

Бетон жесткий. Лабораторный замер

Мы рассматриваем исключительно подвижные смеси, потому что это наиболее распространенный вариант. Жесткие бетонные смеси все-таки больше применяются на заводах. Литые бетонные смеси это удел самоуплотняющих. Нам нужна подвижная смесь бетона. Она измеряется в осадке конуса (Ок).

Для примера зададимся какими-то данными, для того чтобы я не просто выпалил в воздух формулу мы прокатаем эту формулу на конкретном примере. Бетон у нас будет М300, цемент марки 400 и осадка конуса скажем 5 — 9 сантиметров и подвижность бетона делаем П2. С компонентами все выяснили и теперь мы можем приступать к подбору.

Подбор состава бетонной смеси

Первое с чего начинается подбор это с определение водо-цементного соотношения. Это самый главный показатель, который характеризует прочность бетона.

Определение водо-цементного соотношения (ВЦ)

Физический смысл этой величины заключается в следующем. Она показывает концентрацию раствора.

Чем больше у нас в водоцементном растворе цемента, тем крепче при застывании будет цементный камень и наоборот. Формула применяется следующая. Это пожалуй единственная сама важная, самая сложная формула. Поэтому терпите пожалуйста. Хотя тут ничего такого сложного нет.

Формулы для расчета ВЦ в бетонной смеси

Первая формула, подчеркнутая зеленой линией, для водоцементного соотношения (ВЦ) больше 0,4. Именно она нам необходима.

А – это коэффициент учитывает качество наполнителей. Для среднего качества данный коэффициент равен  0,6

R_ц — это марка цемента

R_б — это марка бетона

Если у нас водоцементное соотношение меньше 0,4 то в знаменателе «ПЛЮС» меняется на «МИНУС» и выглядит формула

В ней коэффициент «А» будет равен 0,4. Но этот случай очень редкий. Бетонная смесь с таким водо-цементым соотношением очень жесткая. Вам это не пригодится. Основная формула первая. Теперь, имея все значения, мы подставляем их в первую формулу и получаем:

Расчет ВЦ в бетонной смеси

А в этом месте я хочу немножко притормозить и проговорить про воду. Для полной гидратации всех цементных минералов необходимо примерно 18 % воды от массы цемента. На самом же деле фактически для того, чтобы нам получить удобоукладываемую смесь с необходимой нам подвижностью мы добавляем воды намного больше.

Значения водоцементного соотношения в большинстве смесей варьируются от 0,4 до 1,0. Появляется важный вопрос. Что происходит с лишней водой, которая не участвует в гидратации? Все просто, она испаряется! При этом образует пустоты. Их называют поры или микропоры. Такая же картина получается, если в смесь добавлять моющие средства, которые дают пену. Например, любят добавлять FAIRY. Бетон при этом теряет прочность в несколько раз!

Закон прочности каменных материалов выглядит на графике следующим образом:

График согласно закона прочности каменных материалов

Кривая носит гиперболический характер. На графике видно, что чем выше пористость, тем лавинообразней идет снижение прочности. Помните, что лишняя вода увеличивает пористость и сильно снижает прочность бетона.

Именно поэтому на практике я не раз разворачивал и отправлял обратно на завод привезенный миксер с бетоном, в который водитель, никого не спрашивая добавлял воду. Бывало, миксер привозил на объект, чуть ли не «ослиную мочу», настолько бетон был разбавлен.

Бетонная смесь

Такая же картина часто встречается у самостройщиков. По незнанию он льют без памяти в бетон воды. Там у них уже не бетонная смесь получается, а скорее на баланду какую-то похоже. Далее заливают эту баланду. Идет отделение воды сверху на несколько сантиметров. Такой бетон через пару месяцев можно царапать, а через пару лет он превратиться в труху.

Поэтому это крайне важный момент относительно воды. Это небольшое лирическое отступление. Делюсь определенными секретами, вода для бетонов плохо, но в то же время без воды мы не получим удобоукладываемость смеси, которой можно работать, которую можно уплотнять.

Возвращаемся к расчетам.

ВЦ у нас получилось 0,57

Состав бетона. Расчет количества воды

Дальше нам надо определить количество воды. С водой все очень просто. Определяем ее количество исходя из требуемой нам подвижности Зависимости от наибольшей крупности щебня. В данном случае у нас фракция наибольшее значение 20. У вас может быть 10, может быть наоборот 40, в зависимости от того щебень или гравий. У щебня более рваная структура и поэтому воды надо чуть больше.

У гравия наоборот смачиваемая поверхность меньше, соответственно и воды надо немного меньше. Для подвижной смеси, для щебня фракции 20 идут следующие значения:

П1 – 180л. воды

П2 – 195л. воды

П3 – 210л. воды

П4 – 230л. воды

Допускается небольшое отклонение количества воды в бетонной смеси. Примерно плюс минус 5 литров. Мы задали в начале, что нам необходима подвижность бетонной смеси П2. Значит нам необходимо 195 литров воды.

Тут сразу можно немного отойти от расчета и рассказать вам про пластификаторы. На сегодня современный бетон без пластификаторов это не бетон. Строительная химия используется повсеместно и я считаю, что пластификатор обязательно надо применять. Неважно будет это завод или дома вы будете замешивать бетон.

Тем белее, что он есть в открытой продаже в любом нормальном строительном магазине. Одним из самых главных параметров пластификаторов является водоредуцирующий эффект и измеряется он в % процентах.

Водоредуцирующий эффект это значение, на которое пластификатор способен уменьшить количество затворяемой воды, при сохранении той же самой удобоукладываемости смеси.

В продаже огромное количество разных брендов и торговых марок. Но активные компоненты у них, по большому счету, одни и те же. К примеру я часто использую пластификатор, у которого водоредуцирующий эффект снижает количество воды на 10%. Ими легко пользоваться. Все указано на этикетках и в инструкциях.

Мы для примера берем какой-нибудь пластификатор, неважно какого производителя, слабо редуцирующего эффекта 10 % и нам для подвижности П2 надо брать уже не 195 литров воды, а на 10% меньше. Получается что-то в районе 175 литров. Еще раз резюмируем по поводу воды, если используем пластификатор, то уменьшаем количество полученной воды.

Состав бетона. Количество цемента.

Ну, здесь вообще все очень просто, надеюсь, вы уже догадались. У нас есть первый пункт «ВЦ»- водоцементный раствор и есть второй пункт «В»- количество воды. «В» делим на «ВЦ» и получаем 310 килограмм.

Четвертым пунктом мы определяем количество пластификатора. Предположим нам для получения водоредуцирующего эффекта 10%. Нам надо взять 1% от массы цемента (точный процент указывается в инструкции конкретного пластификатора).

Получаем 310 кг умножаем на 1% (310х0,01=3,1кг). Пластификатор всегда тяжелее воды, плотность его в среднем 1,1 и дозируем это в литрах. Получается 3,1 / 1,1 = 2,8 литров.

Смотрите теперь, какая получается разница. Если бы мы считали не на количество воды с применением пластификатора 175л, а на количество воды без пластификатора 195л, то нам бы понадобилось цемента 195 / 0,57= 342 кг.

За счет добавки самого дешевого первого поколения пластификатора в размере 2,8 л. мы экономим 30 кг цемента. Вроде это не много. Но в деньгах есть разница. К тому же есть пластификаторы с эффектом 20 и 30%. Там экономия очень большая.

Поэтому обязательно используйте пластификаторы для бетона. Для удобства запишем, что мы имеем и что осталось нам вычислить?

ВЦ – 0,57

В – 175л.

Ц – 310кг

Щ — ?

П — ?

Пластиф. – (2,8л – 10%)

Пришло время, перейти ко второй группе материалов. Это у нас инертные щебень и песок.

Состав бетона . Расчет количества щебня

В учебном пособии в ВУЗах дается сложная трехэтажная формула, по которой собственно все это и рассчитывается. Применяется несколько разных коэффициентов, но я даю вам упрощенную и адаптированную методику, что бы голова не пошла у читателей кругом. Сразу даю вам данные.

Щебень – 1000 – 1300 кг на 1 м³

Мы знаем, что средняя плотность щебня 1,4-1,45. Получаем, что у нас щебень занимает объем 70-95%. Почему так происходит? Почему не ближе к 100%. Ответ очевиден. Если все 100% объема займет щебень, то зерна щебня будут соприкасаться между собой и тогда песок с цементом не смогут полностью окружить зерна щебня и обеспечить соединение всех элементов. В учебном пособии есть коэффициент раздвижки.

В какую сторону нам лучше всего сместиться? Взять 1000 кг щебня или 1300 кг? Если мы возьмем больше щебня, то для сохранения нужной нам марочности бетона нам понадобиться меньше ВЦ. Это не плохо для крепости бетона, но он получиться сверх жестким и с ним очень тяжело будет работать.

Тут рекомендую варьировать песком и щебнем, в зависимости, сколько конкретно в вашем регионе они стоят. В большинстве регионов песок гораздо дешевле, но есть регионы, где наоборот песок дороже щебня. Возьмем для нашего примера щебень по максимуму 1300 кг.

Состав бетона. Расчет количества песка

Последним пунктом нам остался песок. В пособие в классической методике песок определяется с тем расчетом, что он занимает оставшуюся часть объема, который уже заняли щебень, цемент и вода. Дословно формула звучит так: Песок равен от единицы объема отнимается объем щебня, отнимается объем воды, отнимается объем цемента и все это умножаем на истинную плотность песка.

Но здесь я вам открою один если не секрет, то хитрость. У нас же упрощенная, адаптированная методика и нам некогда считать по этим формулам. Средняя плотность практически любой бетонной смеси, подчеркиваю бетонной смеси, а не бетона составляет 2400 килограмм на кубический метр. Она может быть 2350-2450 плюс минус 10-50кг. Все крутится вокруг 2400кг.

Поэтому, идем по простому пути, что бы узнать, сколько нам необходимо песка.

2400-175-310-1300=615 кг песка.

Два компонента щебень и песок нивелируют друг друга. Мы можем добавить больше песка и меньше щебня и наоборот. Все зависит от стоимости в вашем регионе. Но не стоит сильно уменьшать количество щебня. Рекомендую все-таки придерживаться максимального заполнения объема щебнем. Ведь именно щебень формирует основной силовой каркас бетона.

Казалось бы на этом все. Теперь мы знаем количество всех компонентов, но на самом деле нет. Это верно только для лабораторий. Где у нас с нулевой влажностью щебень и песок. В жизни на объектах и участках песок и щебень находятся под открытым небом и имеют влажность. Попросту говоря, что если мы не учтем эту влажность, то смесь будет неправильная. Будет нарушен ВЦ, соответственно снизится марка бетона.

Щебень имеет в среднем влажность 3 – 5%. Песок 5 — 7%. Теперь зная это нам, что бы выйти на рабочий состав бетона необходимо умножить значения песка и щебня на (1+W), где W – влажность. Получаем:

Щебень 1300 х 1,03 = 1340 кг

Песок 615 х 1,05 = 645 кг

Смотрите, что получается. У нас в щебне при его влажности 3% содержится 40 литров воды. В песке при его влажности 5% содержится 30 литров воды. Итого у нас в щебне и песке 70 литров воды. А всего нам надо 175 литров. Значит нам надо с учетом влажности щебня и песка только 105 литров воды.

Теперь можем записать таблицу с полным рабочим составом бетонной смеси.

Состав бетона

М300 П2 – 1 куб с цементом марки 400

ВЦ – 0,57

Вода – 105л.

Цемент – 310кг

Щебень — 1340

Песок — 645

Пластификатор – (2,8л – 10%) Его объем не вычитаем с объема воды, так как это незначительный объем.

Проверяем и складываем все компоненты, кроме пластификатора. Его доля незначительно мала.

105+310+1340+645=2400кг. Мы получили и проверили рабочий состав бетона заданной марки М300 подвижность П2 с цементом 400.

В заключение хочу рассказать вам ещё про некоторый интересный момент. Вообще предпочтительно, чтобы марка цемента было примерно на 100 — 200 единиц выше, чем марка бетона. То есть, если нам нужен 200 бетон, то берем цемент 300 – 400, а если нужен бетон 300, то берем цемент 400 до 500. Брать для бетона М300 цемент выше 500 не очень хорошо.

Если у нас большой разрыв между маркой бетона и маркой цемента, имеется в виду, что цемент у нас намного больше по своей активности, чем бетон. Приведем таблицу и наглядно проиллюстрируем.

Таблица. Состав бетона на разном цементе

	Мб -200, Мц -300, П2	Мб -200, Мц -500, П2
ВЦ	0,62	0,86
В (вода)	155	155
Ц (цемент)	250	180
Щ (щебень)	1200	1200
П (песок)	795	865

В таблице приведены составы для бетона М200 в первом и во втором случае. Только в первом случае у нас используются цемент М300, а во втором случае используется цемент марки

500. Одинаковая подвижность, вода здесь где-то с учетом 20% водоредуцирующего эффекта от 155 литров.

Обращаю ваше внимание на цемент. Его минимальное количество на 1 куб метр в бетонной смеси регламентируется. Минимальное количество цемента на 1 куб метр бетона составляет 200 кг. Исходя из каких условий вводится такое ограничение на минимум цемента? Все очень просто, цемент выступает не только в роли вяжущего, который обеспечивает сцепление компонентов между собой.

Цемент выступает также в роли мелкодисперсного заполнителя. Если цемента будет слишком мало, например 180 или 150 килограммов на 1 куб метр, то мы не сможем получить абсолютно плотную структуру. Утрированно это можно проиллюстрировать так. Возьмите ведро щебня и замешайте бетон без песка.

Лопату цемента на ведро щебня. В итоге вы получите не бетон, а пористый козинак, который в последствии будет легко крошить даже руками.

Такая же картина получается на уровне системы цемент + песок. Поэтому крайне не желательно, чтобы значение цемента было меньше 200 килограммов на метр куб. бетона. Именно это происходит, когда мы берем сильно прочный, сильно активный цемент при низкой марке бетона.

Все-таки предпочтительнее выбрать первый вариант, когда у нас цемент и бетон по своей марке находятся близко друг другу. Вы спросите, что же делать в этом случае, неужели нет никакого выхода? Выход есть всегда. Для этого нам необходимо добавить во второй состав дополнительно какой ни будь мелкодисперсный компонент, по своей удельной поверхности соответствующий цементу.

Это может быть либо молотый кварцевый песок, может быть известняковая мука, может быть какая-то тонко молотая активная минеральная добавка. Например  зола уноса. Возьмем во втором случае таблице добавим ее здесь

50 килограмм в нашу бетонную смесь.

Но нам необходимо из-за того расчета, что средняя плотность у нас бетонной смеси составляет фиксированное значение 2400 килограмм, то нам необходимо будет убрать эти 50 кг например из песка, 815 кг. Вот мы получили сбалансированный состав, где у нас мелкодисперсного компонента уже не 180 килограмм, а например 230 кг.

Но если мы посмотрим внимательно на вторую колонку, то мы видим, что 230 килограмм это сумма 180 кг цемента марки 500 + 50 кг золы. Это ничто иное, как цемент 250 кг марки М300 в первой колонке.

Ведь 500 цемент в большинстве своем это чистый клинкер молотый на

95% плюс 5% гипса. Если в него добавляем только молотую активную минеральную добавку, то мы получаем тот же самый 300 марку шлакопортландцемента.

Поэтому, по сути, второй вариант превратился в первый. Спрашивается, если нет разницы, то зачем нам вводить лишний компонент, когда можно просто взять первый вариант 300 цемент и на нем получать низкомарочный бетон.

Самое главное, любой состав его в конце необходимо всегда проверять, об этом сразу не сказал, но говорю сейчас. Потому, что ни одна методика на практике не гарантирует 100% попадания в изначальные свойства.

К примеру, у нас подвижность изначально была П2. Лабораторные испытания показали, что подвижность у нас по факту П1. Что надо делать? Надо увеличивать количество воды. Увеличиваем воду, соответственно увеличиваем цемент, что бы сохранить водоцементное соотношение.

Изменилось количество воды и цемента, значит пересчитываем песок и щебень. Если прочность бетона получилась ниже, то понижаем водоцементное соотношение (ВЦ). Либо уменьшаем воду, либо добавляем цемент в бетонную смесь. Тут опять же все это привязывается к осадке конуса и подвижности.

Но по своему опыту могу сказать, что данный алгоритм имеет достаточно высокую точность. Многократно делал подобный состав тяжелого бетона в лаборатории. Как правило, подвижность примерно находится на том уровне, который был задан. Изначально прочность чаще всего даже бывает выше.

Видео. Бетон и бетонные смеси

ГОСТ 27006-2019 | Стр. 9

6 Подбор номинального состава бетона

 

6.1 Подбор номинального состава бетона (заданного качества по ГОСТ 7473) проводят по следующим этапам:

— выбор и определение характеристик исходных материалов для бетона;

— расчет начального основного состава;

— расчет начальных дополнительных составов бетона;

— изготовление опытных замесов из начального и дополнительных составов:

     —  отбор проб  для испытания бетонной смеси и изготовления контрольных

образцов,

     — испытания бетона для определения нормируемых показателей качества;

— обработка полученных результатов с установлением зависимостей, отражающих влияние параметров состава бетона на нормируемые показатели качества;

— назначение номинального состава бетона, обеспечивающего получение бетонной смеси и бетона требуемого качества.

6.2 Подбор номинального состава бетона проводят на конкретных материалах, соответствующих требованиям стандартов на эти материалы.

6.3 Выбор материалов следует проводить на основе анализа их паспортных характеристик и результатов испытаний.

6.4 Расчет начального основного и дополнительных составов бетона следует проводить на основе данных входного контроля качества материалов для бетона. При этом активность цемента для расчета начальных составов принимают равной его гарантированной марке (классу).

6.5 Пробы материалов отбирают в объеме, необходимом для подбора номинального состава бетона.

Отобранные пробы заполнителей следует высушить до постоянной массы и просеять с отсевом от мелкого заполнителя зерен крупнее 5 мм, а от крупного заполнителя — мельче 5 мм.

6.6 Начальный основной состав бетона рассчитывают по фактическим характеристикам материалов в соответствии с методиками, пособиями и рекомендациями, утвержденными в установленном порядке.

6. 7 В качестве варьируемых параметров состава принимают параметры, оказывающие существенное влияние на свойства бетонной смеси, и нормируемые показатели качества бетона, например для тяжелого бетона — Ц/В отношение, доля песка в смеси заполнителей и расход добавки. При этом для каждого вида бетона устанавливают основной параметр, в большей мере влияющий на его прочность.

6.8 Начальные дополнительные составы рассчитывают аналогично начальному основному составу при значениях варьируемых параметров состава, отличающихся от принятых при расчете начального основного состава в меньшую и большую сторону на 15% — 30%. Число дополнительных составов должно быть не менее двух.

6.9 Объем каждого опытного замеса должен не менее чем на 10% превышать суммарный объем образцов и проб, используемых для контроля свойств бетонной смеси и бетона.

6.10 Материалы следует дозировать по массе с погрешностью не более 1,0%.

Воду и водные растворы добавок дозируют по массе или объему. Плотность водного раствора рабочего состава добавки должна быть предварительно определена.

6.11 Приготовление опытных замесов проводят в лабораторном смесителе принудительного или гравитационного действия. Опытные замесы объемом не более 15 л при подборе состава бетона допускается проводить вручную в предварительно увлажненной емкости с перемешиванием в течение не менее 5 мин.

6.12 Приготовление опытных замесов начинают с перемешивания заполнителей и цемента, а затем в замес добавляют воду с раствором добавки.

6.13 После окончания перемешивания отбирают пробы по ГОСТ 10181 для проверки удобоукладываемости, средней плотности и других технологических свойств бетонной смеси, предусмотренных в задании на подбор состава бетона.

Если по результатам проверки свойства бетонной смеси не соответствуют требованиям задания на подбор состава бетона, то следует провести корректирование составов до получения смеси с заданными технологическими свойствами.

При корректировании удобоукладываемости основного начального состава допускается разовое введение в пробный замес воды с добавкой. Если разовое введение воды не приводит к получению требуемой удобоукладываемости, пробный замес следует изготовить повторно.

Удобоукладываемость смеси соответствует заданной, если фактическая осадка конуса или жесткость бетонной смеси находятся в пределах заданной марки по удобоукладываемости по ГОСТ 7473 или соответствуют конкретному значению осадки конуса или жесткости, указанному в задании на подбор состава бетона.

6.14 После получения бетонной смеси с заданными свойствами определяют ее среднюю плотность по ГОСТ 10181 и для каждого состава рассчитывают фактический расход материалов на 1 м³ бетона в уплотненном состоянии (с учетом нормируемого воздухововлечения) по формулам:

 

(1)

 

(2)

 

(3)

 

(4)

 

(5)

 

где Ц, П, Щ, В и Д — расход цемента, мелкого заполнителя, крупного заполнителя, воды и добавки соответственно, кг/м³ бетона;

g_ц, g_п, g_щ, g_в, g_д — масса цемента, мелкого заполнителя, крупного заполнителя, воды и добавки соответственно в замесе, кг;

— плотность бетонной смеси, кг/м³;

— суммарная масса всех материалов в замесе, кг.

6.15 Из составов, рассчитанных по 6.14, изготавливают контрольные образцы бетона и определяют их прочность по ГОСТ 10180 в заданном возрасте.

В зависимости от условий твердения бетона изделий или конструкций для разрабатываемых составов бетона назначают режимы твердения контрольных образцов для бетона:

— изделий сборного железобетона — контрольные образцы твердеют по температурно-влажностному режиму, принятому в технологии изготовления данных изделий;

— монолитных конструкций и товарного бетона — контрольные образцы твердеют в нормальных условиях.

6.16 По результатам испытаний бетонной смеси и бетона основных и дополнительных начальных составов строят базовые зависимости прочности бетона от Ц/В отношения в 3-, 7- и 28-суточном возрасте для бетона монолитных конструкций и прочности бетона, прошедшего тепловую обработку, от Ц/В отношения по отпускной (передаточной) и проектной (28-суточной) прочности изделий сборного железобетона.

Указанные зависимости используют для назначения и корректирования номинальных составов бетона, обеспечивающего нормируемые требования по прочности в промежуточном и проектном возрастах, а также для разработки производственных норм расхода материалов.

В случае корректирования бетона для обеспечения требуемой прочности по ГОСТ 18105 состав бетона рассчитывают, используя разработанные зависимости.

6.17 По нормативной прочности проектного класса бетона, указанной в задании на подбор состава бетона, определяют Ц/В отношение и рассчитывают контрольный состав бетона, обеспечивающий нормируемые требования по прочности в промежуточном и проектном возрасте.

6.18 Контрольный состав бетона по 6.17 следует экспериментально проверить на соответствие бетона всем другим нормируемым показателям качества, предусмотренным в задании на подбор состава бетона (например, средней плотности, водонепроницаемости, морозостойкости и др.).

Проверку соответствия следует проводить на основании действующих нормативных документов, утвержденных в установленном порядке, в которых содержатся методы определения нормируемых показателей свойств бетонов, а также правила и рекомендации по их назначению [1] <*>.

———————————

<*> В Российской Федерации также применяют СП 28. 13330.2017 «СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии».

 

6.19 При подтверждении соответствия контрольный состав принимается за номинальный.

6.20 При неподтверждении соответствия следует скорректировать контрольный состав бетона таким образом, чтобы состав соответствовал всем нормируемым показателям качества бетона, установленным в задании на проектирование состава бетона. Скорректированный по [1] состав бетона принимают за номинальный.

6.21 Номинальный состав бетона, отвечающий всем нормируемым показателям по требованиям к материалам и бетонной смеси, указанным в задании на подбор состава, используют для назначения рабочего состава бетона.

Какие факторы влияют на выбор состава бетонной смеси?

🕑 Время чтения: 1 минута

Содержание:

• Что такое расчет бетонной смеси?
• Основа для выбора и подбора материалов
• Различные факторы, влияющие на выбор состава бетонной смеси:
  • 1. Прочность бетона на сжатие
  • 2. Удобоукладываемость бетона
  • 3. Долговечность бетона
  • 4. Максимальная номинальный размер заполнителя
  • 5. Сортировка и тип заполнителя
  • 6. Контроль качества на объекте

Что такое расчет бетонной смеси?

Состав бетонной смеси определяется как соответствующий подбор и пропорции компонентов для производства бетона с заданными характеристиками в свежем и затвердевшем состояниях. Кроме того, бетонные смеси разрабатываются для достижения определенной удобоукладываемости, прочности и долговечности. Наконец, в этой статье представлены факторы, влияющие на выбор состава бетонной смеси.

Основа для выбора и подбора материалов

• Структурные требования к бетону
• условия окружающей среды
• Условия на рабочей площадке, особенно методы производства, транспортировки, укладки, уплотнения и отделки бетона
• Характеристики доступного сырья

На выбор состава бетонной смеси влияют следующие факторы:

1. Прочность бетона на сжатие

• Прочность бетона на сжатие считается самым важным свойством бетона. Это влияет на многие другие описываемые свойства затвердевшего бетона.
• Средняя прочность на сжатие (fcm), необходимая для определенного возраста, обычно 28 дней, определяет номинальное водоцементное отношение смеси.
• ISO 456-200, Британский стандарт и Еврокод используют термин «средняя прочность на сжатие», который немного превышает характеристическую прочность на сжатие. Однако в Кодексе ACI такой термин не используется.
• Другими факторами, влияющими на прочность бетона на сжатие в заданное время и при заданной температуре, является степень уплотнения.
• Наконец, показано, что прочность на сжатие полностью уплотненного бетона обратно пропорциональна водоцементному отношению.

Рис.1: Средняя прочность на сжатие в зависимости от характеристической прочности на сжатие

Рис.2: Прочность бетона на сжатие

2. Удобоукладываемость бетона

• Удобоукладываемость бетона для удовлетворительной укладки и уплотнения зависит от размера и формы бетонируемого участка, количества арматуры и расстояния между ними, а также транспортировки бетона; размещение; и технику уплотнения.
• Кроме того, используйте бетон высокой удобоукладываемости для узких и сложных участков с многочисленными углами или недоступными частями. Это обеспечит достижение полного уплотнения с разумным усилием.
• Часто значения испытаний на осадку используются для оценки удобоукладываемости бетона.
• Наконец, ACI 211.1 предоставляет значения испытаний на осадку для различных железобетонных профилей в диапазоне от 25 мм до 175 мм.

Рис.3: Удобоукладываемость бетона

Рис.4: Самоуплотняющийся бетон, бетон с высокой удобоукладываемостью

3. Долговечность бетона

• Способность бетона противостоять вредным условиям окружающей среды, называемая долговечностью бетона.
• Бетон высокой прочности, как правило, более долговечен, чем бетон низкой прочности.
• В ситуациях, когда высокая прочность не требуется, но условия воздействия таковы, что высокая прочность является жизненно важной, требование долговечности будет определять используемое водоцементное отношение.
• Прочность бетона снижается с увеличением водоцементного отношения.

Рис.5: Долговечность бетона

4. Максимальный номинальный размер заполнителя

• Расстояние между арматурами определяет максимальный размер заполнителя.
• Крупность заполнителя обратно пропорциональна потребности в цементе для водоцементного отношения. Это связано с тем, что обрабатываемость прямо пропорциональна размеру заполнителя
• Однако прочность на сжатие имеет тенденцию к увеличению с уменьшением размера заполнителя. меньший размер заполнителя обеспечивает большую площадь поверхности для сцепления с растворной смесью, что обеспечивает более высокую прочность.
Стандарты
• IS 456:2000 и IS 1343:1980 рекомендуют, чтобы номинальный размер заполнителя был как можно больше.
• Наконец, в соответствии с кодом ACI, максимальный размер заполнителя не должен превышать минимальное расстояние между арматурами, диаметр стержня или 25 мм.

Рис. 6: Максимальный размер агрегата

5. Классификация и тип заполнителя

• Классификация заполнителя влияет на пропорции смеси для заданной удобоукладываемости и водоцементного отношения.
• Относительное соотношение крупного и мелкого заполнителя в бетонной смеси влияет на прочность бетона.
• Хорошо отсортированный мелкий и крупный заполнитель позволяет получить плотный бетон благодаря достижению предельной плотности упаковки.
• Если имеющийся заполнитель, полученный из природного источника, не соответствует указанному сорту, пропорция двух или более заполнителей становится обязательной.
• Кроме того, на удельную удобоукладываемость и водоцементное отношение тип заполнителя влияет на соотношение заполнителя и цемента.
• Наконец, важной характеристикой удовлетворительного заполнителя является однородность гранулометрического состава, достигаемая за счет смешивания фракций разного размера.

Рис.7: совокупные типы классификации

6. Контроль качества на объекте

• Степень контроля можно оценить по вариациям результатов испытаний.
• Различия в прочности возникают из-за различий в свойствах ингредиентов смеси, а также из-за отсутствия контроля за точностью дозирования, смешивания, размещения, отверждения и испытаний.
• Наконец, чем меньше разница между средней и минимальной прочностью смеси, тем ниже будет требуемое содержание цемента. Фактор, контролирующий эту разницу, называется контролем качества.

Преимущество и назначение бетонных смешанных конструкций

Бетонные смешанные конструкции помогают создать прочную инфраструктуру. Состав бетонной смеси включает в себя процесс приготовления, при котором смесь ингредиентов создает необходимую прочность и долговечность бетонной конструкции. Поскольку каждый ингредиент в смеси имеет разные свойства, создать отличную бетонную смесь непросто. Крайне важно, чтобы все ингредиенты были протестированы для определения их физических свойств и несущей способности места проекта. Тестируемые ингредиенты: вода, мелкий заполнитель (песок), крупный заполнитель, цемент, химикаты, арматура и грунт.

Расчет бетонной смеси не является простая задача из-за сильно различающихся свойств составляющих материалов, условия, преобладающие на рабочем месте, в частности воздействие условия, а также условия, которые требуются для конкретной работы, для которой смесь рассчитана.

Значения физических свойств полученные после испытаний, будут использоваться в качестве основы для всех расчетов бетонных смесей соображения. Это обеспечит прочность конструкции и предотвратит неисправность смеси. Важно отметить, что ингредиенты для смеси могут варьироваться от одного проекта к другому, поэтому физические свойства должны быть протестированы на соответствие требованиям, указанным для каждого местоположения.

Выбор состава бетонной смеси

Современные составы бетонной смеси могут быть сложными. Выбор бетонной смеси зависит от потребности проекта как с точки зрения прочности и внешнего вида, так и в соответствии с местным законодательством и строительными нормами.

Проектирование начинается с определения требований к бетону. Эти Требования учитывают погодные условия, в которых бетон будет подвергаться эксплуатации, а также необходимой расчетной прочности. Прочность бетона на сжатие определяют, принимая стандартные формованные, образцы цилиндров стандартного отверждения.

Необходимо принимать во внимание множество факторов, от стоимости различных добавок и заполнителей до компромисса между «усадкой» для легкого смешивания и укладки и максимальными характеристиками. Затем составляется смесь с использованием цемента (портландского или другого вяжущего материала), крупных и мелких заполнителей, воды и химических добавок. Также будет указан метод смешивания, а также условия, в которых он может использоваться.

Это позволяет пользователю бетона быть уверенным в том, что конструкция будет работать должным образом. Различные типы бетона были разработаны для специального применения и стали известны под этими названиями. Бетонные смеси также могут быть разработаны с помощью компьютерных программ. Такое программное обеспечение предоставляет пользователю возможность выбрать предпочитаемый метод составления смеси и ввести данные о материалах, чтобы получить правильный состав смеси.

Типы составов бетонных смесей

Существует два виды бетонных конструкций, каждая из них поясняется ниже.

Обычный бетон

Обычный бетон — термин укладки для бетона, производится в соответствии с инструкциями по смешиванию, которые обычно публикуются на пакеты цемента, обычно с использованием песка или другого обычного материала в качестве заполнителя и часто смешивают в импровизированных емкостях. Ингредиенты в любом конкретное сочетание зависит от характера применения. Обычная бетонная банка обычно выдерживают давление примерно от 10 МПа (1450 фунтов на кв. дюйм) до 40 МПа (5800 фунт/кв. рейтинг, чем конструкционный бетон. Доступны многие типы предварительно смешанного бетона которые включают порошкообразный цемент, смешанный с заполнителем, для которого требуется только вода.

Высокопрочный бетон

Высокопрочный бетон имеет прочность на сжатие больше чем 40 МПа (5800 фунтов на кв. дюйм). В Великобритании стандарт BS EN 206-1 определяет высокопрочный бетон как бетон с классом прочности на сжатие выше С50/60. Высокая прочность бетон производится путем снижения водоцементного отношения (В/Ц) до 0,35 или ниже. Часто добавляют микрокремнезем, чтобы предотвратить образование свободного гидроксида кальция. кристаллы в цементной матрице, что может снизить прочность на связь цемент-заполнитель. Низкое соотношение В/Ц и использование микрокремнезема делают бетон смеси значительно менее работоспособны, что особенно вероятно будет проблемой в высокопрочных бетонных применениях, где плотные каркасы арматуры, вероятно, будут использовал. Чтобы компенсировать снижение удобоукладываемости, обычно используют суперпластификаторы. добавляют в высокопрочные смеси. Совокупность должна быть тщательно отобрана для высокопрочные смеси, так как более слабые заполнители могут быть недостаточно прочными, чтобы сопротивляться нагрузки, воздействующие на бетон и приводящие к невозможности запуска агрегата а не в матрице или в пустоте, как это обычно происходит в обычном бетоне.

Лучшая бетонная смесь дизайн – это тот, который удовлетворяет всем аспектам, для которых он был разработан

Прочность- Прочность 95% кубического литья после 28 дней отверждения должна быть больше, чем характеристическая прочность, для которой был разработан бетон.

Удобоукладываемость и укладка- По мере изменения условий работы меняются и желаемые свойства бетона, бетон, который можно легко укладывать без расслоения и с наименьшими требованиями к уплотнению.

Прочность- Бетон должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать суровые атмосферные условия, для которых он был разработан.

Это основные свойства, учитываемые при проектировании бетона, и бетон, разработанный с учетом таких условий, можно назвать лучшим составом бетонной смеси. Состав бетонной смеси зависит от марки бетона. Кроме того, минимальная марка бетона определяется с учетом требований прочности и долговечности. При определенных условиях воздействия марка бетона может различаться для разных элементов конструкции. IS 456 определяет минимальную марку бетона для мягких, умеренных, тяжелых и очень тяжелых условий воздействия.

Факторы, влияющие выбор пропорций бетонных смесей

Различные факторы, влияющие на состав смеси:

Прочность на сжатие

влияет на многие другие описываемые свойства затвердевшего бетона. Значение прочность на сжатие, необходимая в определенном возрасте, обычно 28 дней, определяет номинальное водоцементное отношение смеси. Другой фактор, влияющий на Прочность бетона в данном возрасте и отвержденном при заданной температуре равна степень уплотнения.

Технологичность

Требуемая степень технологичности зависит от трех факторов. Это размер бетонируемого участка, количество арматуры и используемый метод уплотнения. Для узкого и сложного участка с многочисленными углами или недоступными частями бетон должен обладать высокой удобоукладываемостью, чтобы можно было добиться полного уплотнения с разумным усилием. Это также относится к закладным стальным профилям. Желаемая удобоукладываемость зависит от оборудования для уплотнения, имеющегося на объекте.

Долговечность

Долговечность бетона – это его устойчивость к агрессивные условия окружающей среды. Высокопрочный бетон, как правило, более долговечнее бетона низкой прочности. В ситуациях, когда требуется высокая прочность не обязательно, но условия воздействия таковы, что необходима высокая стойкость важно, требование долговечности будет определять водоцементное отношение, которое должно быть использовал.

Максимальный номинальный размер заполнителя

Как правило, чем больше максимальный размер заполнителя, тем меньше — это потребность в цементе для определенного водоцементного отношения, потому что удобоукладываемость бетона увеличивается с увеличением максимального размера агрегат. Тем не менее, прочность на сжатие имеет тенденцию к увеличению с увеличением уменьшение размера агрегата. ИС 456:2000 и ИС 1343:1980 рекомендуют номинальный размер агрегата должен быть как можно больше.

Класс и тип заполнителя

Класс заполнителя влияет на пропорции смеси для заданной удобоукладываемости и водоцементного отношения. Более грубая оценка ученика будет смесью, которую можно использовать. Очень бедная смесь не желательна, так как она не содержат достаточно более мелкого материала, чтобы сделать бетон связным. Тип заполнитель сильно влияет на соотношение заполнителя и цемента для желаемого удобоукладываемость и заданное водоцементное отношение. Важная особенность а удовлетворительная совокупность — это однородность сортировки, которая может быть достигнута путем смешивания фракций разного размера.

Контроль качества

Степень контроля можно оценить статистически с помощью вариации результатов испытаний. Разница в силе возникает из-за различия в свойствах ингредиентов смеси и отсутствие контроля точность дозирования, смешивания, размещения, отверждения и испытаний. Чем ниже разница между средней и минимальной крепостью смеси ниже будет требуется содержание цемента. Фактор, контролирующий эту разницу, называется контроль качества.

Факторы, которые следует учитывать при расчете состава бетонной смеси

Прочность и долговечность конструкции бетонной смеси зависят от следующих факторов: Факторы:

Обозначение марки: Бетон прочность измеряется в Н/мм2 при испытании после отверждения при любом отверждении середина. Выбор марки бетона зависит от его назначения.

Выбор цемента: Цемент выбор зависит от использования. Цемент должен быть проверен на работоспособность. требуется их использованием перед тестированием в дизайне.

Выбор размера агрегата: агрегаты необходимо для каждой смеси, зависит от физических свойств, необходимых для дизайн. Перед использованием все заполнители должны быть качественно откалиброваны.

Тип воды: Любая Вода, используемая для приготовления бетонной смеси, должна быть проверена перед использованием, чтобы убедиться, что она в диапазоне воды, необходимой для бетона. Почти вся потребляемая вода хорошо подходит для бетонных работ, но все же следует проверить.

Водоцементное отношение: соотношение воды и цемента следует проверять на консистенцию, начальную и конечную схватывание, прочность цемента, удобоукладываемость, осадка бетона и коэффициент уплотнения.

Работоспособность: Это является мерой легкости смешивания бетона без расслоения или просачивания. Это в основном зависит от расчетной осадки бетона.

Прочность: Это мера требуемой прочности (Н/мм2) любой марки бетона после 28 дней лечения. Прочность должна быть проверена на месте.

Это метод дозирования был впервые опубликован в 1944 году комитетом ACI 613. В В 1954 году метод был пересмотрен, и среди прочих модификаций было использовано захваченный воздух. В 1970, метод проектирования смеси ACI стал ответственностью комитета ACI 211. Теперь мы рассмотрим последний комитет ACI 211.1. метод.

Цель составы бетонных смесей

Состав бетонных смесей представляет собой экономное распределение ингредиентов бетона для повышения прочности и долговечности в зависимости от строительной площадки. В то время как номинальная бетонная смесь может содержать большее количество цемента, когда она представляет собой расчетную смесь (здесь номинальная бетонная смесь и расчетная бетонная смесь являются двумя типами расчета бетонной смеси), потребность в цементе может быть ниже для той же марки бетона для данный сайт. Пропорции, полученные в результате расчета бетонной смеси, проверяются на прочность с помощью испытаний на прочность на сжатие бетонных кубов и цилиндров.

Правильно подобранная бетонная смесь гарантирует, что готовая структура настолько сильна, насколько это возможно. Это также максимизирует эффективность ингредиентов за счет сокращения потерь и извлечения максимального количества бетона из мокрого и сухие ингредиенты.

Состав бетонной смеси предназначен для производства бетона по вашему выбору из доступных местных материалов. Прочность, долговечность и удобоукладываемость являются основными критериями, которые должны быть оговорены перед составлением рецептуры любого бетона. Соотношение воды и цемента и соотношение заполнителя и цемента являются основными факторами, влияющими на свойства бетона. Таким образом, разработка смеси — это процесс определения наиболее подходящих пропорций вода:цемент:мелкий заполнитель:крупный заполнитель:добавка для желаемого бетона.

Целью проектирования смеси является определение пропорций материалов, позволяющих производить бетон с требуемыми свойствами. Пропорции смеси должны быть выбраны таким образом, чтобы полученный бетон имел желаемую удобоукладываемость в свежем виде и его можно было легко укладывать и уплотнять по назначению. Свежий бетон должен быть достаточно жидким, чтобы заполнить опалубку и полностью окружить арматуру, а затвердевший бетон должен приобрести необходимую прочность и долговечность.

Все производители готовых смесей стремятся найти идеальный пропорции этих ингредиентов для оптимизации их бетонных смесей и придают бетону прочность, долговечность, удобоукладываемость и другие желательные характеристики.