| 4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА И ПОДБОРА СОСТАВА БЕТОНА
Выше уже указывалось, что при подборе состава бетона необходимо найти: 1) В/Ц (Ц/В), обеспечивающее необходимую прочность, 2) водосодержание бетонной смеси, соответствующее заданной жесткости, и 3) наивыгоднейшее содержание песка в смеси заполнителей, обусловливающее максимальную прочность бетона при наименьшем расходе цемента.
Величина Ц/В должна быть определена на основании построения прямолинейной зависимости Rб=/(Ц/В). Для построения зависимости прочности бетона от цементноводного отношения необходимо провести ряд затворений — изготовить и испытать образцы бетона при различных значениях цементноводного отношения. Значения Ц/В могут быть выбраны произвольно или взяты на основании определенных формул или таблиц. В первом случае рекомендуется принимать 3—4 значения Ц/В в пределах 3,5—1,5 с интервалом не менее 0,4. Например, 3; 2,6; 2,2. При этом следует учитывать, что пo мере снижения требуемой прочности бетона увеличения активности цемента, жесткости бетонной смеси или продолжительности твердения необходимо принимать более низкие значения Ц/В. Во втором случае значения Ц/В (В/Ц) принимаются в более узких пределах. Выбор ориентировочных значений Ц/В (В/Ц) для затворения опытных образцов с учетом требуемой прочности бетона и условий ее получения может быть произведен на основании данных табл. 31, или по формуле
Метод нахождения требуемого значения Ц/В посредством табл. 31 ясен из приведенных ниже примеров.
Пример 1. Требуется получить бетон в возрасте двух дней прочностью 200 кг/см2. Применяется портланд-цемент марки 500, твердение бетона происходит в нормальных условиях.
Так как (R28): Rц•100= (200): 500•100=40%, то из табл. 31 находим, что ориентировочное значение Ц/В составит примерно 2,6.
Пример 2. Требуется получить бетон прочностью 200 кг/см2 после пропаривания по (нормальному режиму при использовании портланд-цемента марки 400.
Так как прочность бетона после пропаривания по нормальному режиму составляет обычно около 60% от R28 и эти 60% должны составить 200 кг/см2, находим сперва соответствующее значение прочности бетона через 28 дней
Далее вещем расчет так же, как и в примере 1: (R28: Rц) 100= (334: 400) X 100=83%. По табл. 31 ориентировочное значение Ц/В составит примерно 2,35.
Для опытных затворений следует принимать 3 значения Ц/В (или В/Ц): первое, найденное из расчета; второе — на 20% большее и третье — на 20% меньшее.
Если для получения бетонов нескольких различных марок используются одни и те же материалы, смеси с одинаковой жесткостью и один режим твердения, то на основании построенной зависимости прочности бетона от Ц/В могут быть найдены значения Ц/В и составы для всех марок бетона. В этом случае целесообразно принимать, по крайней мере, 4 значения Ц/В в возможно более широких пределах, например: 3; 2,6; 2,2; 1,8.
Расход воды при выбранных значениях Ц/В зависит от требуемой жесткости смеси и характеристики составляющих. При использовании различных заполнителей и цементов он может колебаться на 25—30%. Даже при одних и тех же заполнителях и цементе одного и того же завода применение различных партий цемента может давать изменения водопотребности на 10—15%.
Поэтому предварительно намеченное водосодержание бетонной смеси должно всегда проверяться опытным определением жесткости. Если в результате выяснилось, что смесь оказалась слишком жесткой, необходимо повторить замес с увеличенным водосодержанием при том же значении Ц/В, т. е. с увеличенным количеством воды и цемента. Если смесь оказалась слишком пластичной, необходимо повторить замес с уменьшенным водосодержанием, для чего надо уменьшить количество воды и цемента в замесе.
Не рекомендуется добавлять воду и цемент к массе, выгруженной из вискозиметра, с повторным определением жесткости, так как при этом будут получены искаженные результаты. При необходимости снизить водосодержание затворенной бетонной смеси к ней добавляют некоторое количество гравия и песка, взятых в заданном соотношении. Это добавление желательно производить до определения жесткости. Лишь в крайнем случае, когда выгруженная из вискозиметра масса составляет менее 1/3 от общего объема замеса, можно добавлять необходимое количество заполнителей непосредственно в перемешанную бетонную смесь. Значение Ц/В при подобных корректировках должно оставаться неизменным.
Для предварительных затворений расход воды при использовании портланд-цемента, плотного заполнителя с малым водопоглощением и песка средней крупности (Мкр 2,2—2,8) может быть ориентировочно принят по табл. 32.
Примечания. 1. При применении заполнителей с предельной крупностью 10 или 40 мм расход воды соответственно увеличивается или уменьшается на 10—15 л.
2. При применении мелких песков (Мкр 1—1,5) расход воды соответственно увеличивается на 10—15 л.
При проведении предварительных замесов всегда желательно получить смеси с меньшей жесткостью, чем требуется, так как в этом случае приготовленный замес корректируется добавлением песка и крупного заполнителя, легче перемешиваемых с бетонной смесью.
Для исправления приготовленного замеса, а также для более точного проведения повторных замесов и получения в них требуемой жесткости удобно пользоваться графиком, построенным на основании многочисленных опытов со смесями различной степени жесткости на различных мате риалах, который приведен на рис. 43.
При построении этого трафика в основу было положено уже высказанное ранее предположение о том, что зависимость жесткости бетонной смеси от ее водосодержания имеет вполне определенное математическое выражение и поэтому положение одной точки на графике Ж= f(В) определяет положение всей кривой на этом графике.
Внесение поправок в состав бетона при помощи зависимостей, приведенных на графике (см. рис. 43), заключается в следующем. После определения жесткости бетонной смеси с принятым водосодержанием на графике (см. рис. 43) наносится точка, соответствующая полученной жесткости и водосодержанию. Через эту точку, если она не будет лежать на одной из кривых, нанесенных на рисунке, проводится вспомогательная кривая, подобная кривым, имеющимся на графике. Абсцисса точки на данной кривой, имеющей ординату, равную заданной жееткости, и определяет необходимое водосодержание бетонной смеси.
Для удобства исправления уже приготовленного замеса в случае необходимости уменьшить водосодержание бетонной смеси путем добавления определенного количества заполнителей ниже приводится номограмма, связывающая необходимое дополнительное количество заполнителей (в процентах от первоначальной навески) в зависимости от требуемого процента уменьшения водосодержания и содержания цементного теста в бетоне (рис. 44).
Эта номограмма построена на основании формулы
где x — требуемый процент увеличения количества заполнителей;
k — процент уменьшения водосодержания;
Vт— первоначальный объем цементного теста в л/м3.
Ниже дается вывод этой формулы.
Допустим, что имеется замес бетона, в котором содержится Ц кг цемента, 3 кг заполнителя и В л воды.
Объем этого замеса выразится формулой
Необходимо уменьшить водосодержание в замесе на К процентов при неизменном В/Ц путем добавления определенного количества заполнителя. Объем будущего замеса выразится формулой
Процент уменьшения водосодержания связан с количеством воды в замесе и его объемом выражением
Требуемый процент увеличения количества заполнителей (х) выразится формулой
Из выражения (8) имеем
Выразим это выражение посредством формул (7), (7а), (8а), учтя, что объем цементного теста в замесе V = К + В.
После преобразования получим
Если предположить, что первоначальный объем замеса был равен 1 м3 (1 000 л), то выражение примет свой конечный вид (6);
Аналогичные формула и номограмма могут быть получены и тогда, когда уменьшение водосодержания не должно сопровождаться уменьшением расхода цемента. В этом случае причем x выражает изменение количества не только заполнителя, но и цемента.
При подборе состава бетонных смесей требуемой жесткости большую помощь оказывает известное правило о постоянстве водосодержания бетонной смеси при изменении расхода цемента. Обычно принято считать, что при изменении расхода цемента в пределах 200—400 кг/м3 для получения заданной жесткости требуется одно и то же водосодержание бетонной смеси. Это правило имеет силу и для жестких смесей, хотя верхний предел расхода цемента ограничивается по мере увеличения жесткости. Можно считать, что для жестких смесей верхняя граница действия правила постоянства водосодержания в среднем соответствует расходу цемента 300—330 кг/м3. При расходе цемента 400 кг/м3 водопотребность бетонной смеси возрастает на 10—15 л/м3. Увеличение расхода цемента сверх 400—500 кг/м3 является практически нецелесообразным, так как вызываемый им рост водопотребности не позволяет снизить водоцементное отношение и повысить тем самым прочность бетона.
На основании изложенного расчет и проведение подбора состава бетона заключается в выполнении следующих операций.
1. Предварительно проводится испытание заполнителей (определение их удельного и объемного весов, крупности, чистоты, зернового состава, пустотности).
2. Принимаются значения Ц/В (В/Ц), необходимые для построения зависимости прочности бетона от цементноводного отношения.
3. Определяется ориентировочный расход воды (В) для получения бетонной смеси требуемой жесткости.
4. По найденным Ц/В и В находится расход цемента для проведения опытных замесов
5. Расход крупного заполнителя — Щ в кг/м3 для опытных замесов вычисляют по формуле (2)
где γщ—кажущийся удельный вес крупного заполнителя в кг/л;
γ'щ - объемный насынпой вес крупного заполнителя в кг/л;
а — пустотность крупного заполнителя в долях его объема;
Кизб —коэффициент избытка раствора, равный 1,1.
6. Расход песка П в кг/м3 устанавливается по формуле (3)
7. Все найденные величины приводятся в систему расхода материала на 1 м3 и на 1 пробный замес объемом в 5—15 л (в зависимости от потребности). По данным подсчетов отвешивают нужные количества материалов для замесов, которыми прежде всего проверяют и корректируют жесткость бетонной смеси. Далее приготовляют образцы, контролируя при этом объемный вес бетона после его уплотнения.
8. Изготовленные образцы после их твердения по режиму, установленному в производственных условиях для изделий, испытывают на сжатие. По результатам испытаний уточняют Ц/В и соответственно состав бетонной смеси.
Отвешиваем необходимое количество материалов на замес № 1. Производим затвореиие и перемешивание бетонной смеси. Смесь на вид кажется менее жесткой, чем требуется. Решаем уменьшить водосодержание на 10%, т. е. получить смесь с водосодержанием 130 л/м3. По рис. 44 находим, что для этого надо увеличить количество заполнителей на 14,5%. Добавляем в замес 0,58 кг песка и 1,45 кг гравия. Перемешиваем введенное количество заполнителей с остальной. бетонной смесью, производим определение жесткости. Жесткость смеси оказалась, равной 125 сек.
Наносим на рис. 43 точку, отвечающую водосодержанию 130 л/м3 и жесткости 125 сек. (точка С). По кривой CD находим, что для получении жесткости 70 сек. необходимо иметь водосодержание смеси, равное 140 л/м3. Отвешиваем новую порцию материалов (в кг) для состава № 1 с пониженным на 3,5% водосодержанием:
Ц= 1,66;
/7= 3,92;
Г=10;
В= 0,98.
Проводим замес и определяем жесткость смеси. На этот раз она составила 75 сек. Признаем замес удовлетворительным и изготовляем две формы 10Х10Х10 см (по три кубика в каждой). После окончания уплотнения проверяем объемный вес бетона в формах.
В составе № 2 заранее уменьшаем водосодержание и расход цемента на 3,5%. Получаем смесь с жесткостью 70 сек. и изготовляем образцы бетона аналогично предыдущему.
Состав № 3 оставляем в соответствии с табл. 33. Жесткость смеси оказывается равной 80 сек. Приготовляем образцы бетона.
Производим окончательный подсчет составов бетона с учетом изменений, внесенных во время опытов.
Точно так же для состава № 2 определяем:
После пропаривания по заданному режиму производим испытание образцов на сжатие. Испытание следует производить не ранее чем через 6 час. после выемки их из пропарочной камеры. На следующий день после изготовления, испытываем половину отформованных образцов. Остальные образцы оставляем твердеть в естественных условиях для выяснения прироста прочности после тепловой обработки.
Получаем следующие результаты (в кг] см2):
состав № 1 — прочность 142;
состав № 2— прочность 218;
состав № 3— прочность 275.
Полученные результаты по расходу цемента и прочности бетона наносим на графики зависимости прочности бетона и расхода цемента (при постоянной жесткости смеси) от цементного отношения (рис. 45).
По графикам находим, что для получения прочности 200 кг/см2, при жесткости смеси 60—80 сек., необходимо иметь цементноводное отношение равным 2,05 и расход цемента 290 кг/м3.
Окончательный состав бетона при Ц=290 кг/м3 и Ц/В=2,05 будет следующий:
5. ИСПЫТАНИЕ ЦЕМЕНТА В БЕТОНЕ
Существенными особенностями заводского производства железобетонных изделий являются работа на одном или нескольких постоянных материалах (цемент одного или двух заводов, песок и крупный заполнитель одного или нескольких месторождений) и необходимость получения, как правило, самых различных марок бетона и жесткостей бетонной смеси. Кроме того, на заводах железобетонных изделий, как правило, осуществляется пропаривание бетона. Все это обусловливает особую методику подбора состава бетона, состоящую из двух основных этапов.
Первый этап проводится при пуске завода; он состоит в установлении основных свойств используемых на заводе заполнителей
(водопотребности, загрязненности, гранулометрии, прочности в бетоне и т. д.) и их оптимального зернового состава (соотношение между отдельными фракциями крупного заполнителя и содержания песка в смеси заполнителей). Эта работа может быть выполнена по методике, изложенной выше.
На втором этапе проверяются поступающие на завод отдельные партии цемента для корректировки требуемых величин водоцементного отношения и водопотребности бетонной смеси.
Практика работы большинства заводов железобетонных изделий подтвердила целесообразность такой методики, значительно упрощающей проведение подборов состава бетона.
Для испытаний цемента рекомендуется пользоваться инструкцией по испытанию цемента на заводах железобетонных изделий. Эта инструкция приводится полностью.
1. Производственный контроль качества каждой вновь прибывшей партии цемента состоит в испытании этого цемента в бетоне в условиях тепловлажностной обработки и в установлении зависимости между пределом прочности бетона при сжатии и цементноводным отношением — при пропаривании бетона на данном цементе.
2. Приготовление бетонной смеси производится на заранее заготовленных лабораторией «стандартных» заполнителях из числа преимущественно применяемых заводом. Песок и крупный заполнитель должны быть высушены; песок должен быть отсеян от гравия (пропущен через сито 5 мм); крупный заполнитель должен быть освобожден от песка и зерен крупнее 20 мм. Заполнители должны быть соответственно перемешаны и храниться в специальных ларях. Рекомендуется заготовить около 3 м3 крупного заполнителя и 1,5 м3 песка (запас для испытания цемента примерно в течение года) и расходовать этот материал только на производственное испытание цемента.
3. На испытуемом цементе и «стандартных» заполнителях изготовляются вручную бетонные смеси с расходом цемента на 1 м3 уплотненной бетонной смеси порядка 200, 300, 400 и 500 кг/м3 с долей песка от веса заполнителей, соответственно равной 0,35, 0,32, 0,28 и 0,25, и с жесткостью смеси по техническому вискозиметру 50—60 сек.
Перемешивание составляющих производится в следующей последовательности: сначала песок с цементом до получения смеси однородного цвета, затем эта смесь перемешивается с крупным заполнителем и потом с водой. Продолжительность перемешивания с водой должна составлять 5 мин. В табл. 34 даны расходы материала на каждый замес объемом около 7,5 л.
4. Из бетонной смеси заданной подвижности изготовляются для каждого расхода цемента 3 или 6 образцов-кубов (одна-две формы по 3 образца) с ребром 100 мм каждый. Уплотнение смеси производится на лабораторной вибрационной площадке, при вибрировании каждой формы до полного уплотнения бетонной смеси.
5. Формы с уплотненной бетонной смесью подвергаются тепловлажностной обработке в лабораторной камере пропаривания при режиме, принятом в производственных камерах твердения; относительная влажность среды лабораторной камеры во всех случаях (независимо от влажности производственной камеры) принимается равной 95—100%.
6. Испытание образцов производится через 6—12 час. после их извлечения из камеры. Через 6—12 час. после окончания пропаривания испытываются все 3 или 6 образцов-близнецов, если отпуск изделий потребителю намечено производить без дополнительного твердения бетона изделий в условиях их выдерживания на складе готовой продукции (в теплое время года) или в производственном корпусе. В случае же подобного дополнительного твердения бетона изделий через 6—12 час. после окончания пропаривания испытываются только 3 образца-близнеца; остальные 3 образца испытываются через число суток нормального хранения, принятое технологическим процессом.
Результаты испытания приводятся к стандартному размеру образцов 200 мм путем умножения их на коэффициент 0,85.
7. Данные испытания наносятся на график, характеризующий прямолинейную, зависимость между прочностью бетона и цементноводным отношением для цемента данной партии сразу после выхода изделий из камеры твердения и в отдельных случаях — через заданное число дней нормального выдерживания изделий после прогрева в теплое время года на складе готовой продукции. Наличие этого графика позволяет определять для данного испытуемого цемента необходимое значение цементноводного отношения, обеспечивающее заданную отпускную прочность бетона (инструкция составлена совместно с инж. Л. А. Кайсером.)
Жесткие бетонные смеси в производстве сборного железобетона
д-р техн. наук В.И.Сорокер, инж. В.Г.Довжик
Москва 1958
|
