Расчет состава и корректировка обычного мелкозернистого бетона
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 14
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВА МЕЛКОЗЕРНИСТОГО БЕТОНА
Цель работы: освоить методику подбора составов обычного мелкозернистого бетона, бетона для армоцементных конструкций, дорожного мелкозернистого бетона, изучить правила подбора, назначения и выдачи в производство составов бетона с целью рассмотрения свойств, характеризующих мелкозернистый бетон, изучения показателей, характеризующих технологический процесс производства мелкозернистых бетонов.
Приборы, оборудование, материалы: лабораторный бетоносмеситель, лабораторная виброплощадка, формы размером 7,07x7,07x7,07 см, весы с разновесами, гидравлический пресс, мерная посуда, песок, цемент, вода.
Общие теоретические сведения
Мелкозернистым называют бетон, не содержащий щебня (песчаный бетон). Армируя этот бетон стальными ткаными сетками, получают армо- цемент - высокопрочный материал для тонкостенных конструкций.
Свойства мелкозернистого бетона определяются теми же факторами, что и обычного бетона. Однако мелкозернистый цементно-песчаный бетон имеет некоторые особенности, обусловленные его структурой, для которой характерны большая однородность и мелкозернистость, высокое содержание цементного камня, отсутствие жесткого скелета из крупного заполнителя, повышенные пористость и удельная поверхность твердой фазы.
Прочность на сжатие мелкозернистого цементно-песчаного бетона, как и обычного, определяется главным образом активностью цемента и водоцементным отношением, однако изменение В/Ц оказывает несколько большее влияние на прочность мелкозернистого бетона, чем обычного (крупнозернистого), так как возможности регулирования свойств заполнителя и соответственно его влияния на бетон в мелкозернистом бетоне ограничены. Более значительно, чем в обычном, на прочность цементнопесчаного бетона при сжатии влияет качество песка и состав бетона, а также изменение влажности среды при твердении. Меньшая крупность и повышенная удельная поверхность заполнителя (песка) увеличивают во- допотребность бетонной смеси, способствуют вовлечению в нее воздуха при вибрировании.
Для получения равнопрочного бетона и равноподвижной бетонной смеси в мелкозернистом бетоне на 20...40% возрастает расход цемента по сравнению с обычным бетоном. Для снижения расхода цемента следует применять химические добавки, эффективное уплотнение песчаных бетонных смесей и крупные пески с оптимальным зерновым составом.
Для изготовления тонкостенных железобетонных конструкций обычно применяют цементно-песчаную смесь малоподвижной консистенции составов 1:3- 1:4, а для изготовления армоцемента - более жирные составы 1:2.
Мелкозернистый бетон обладает повышенной прочностью при изгибе, водонепроницаемостью и морозостойкостью, что позволяет использовать его для дорожных покрытий, для груб, для гидротехнических сооружений.
Порядок выполнения работы
Наиболее просто и точно состав цементно-песчаного бетона определяют расчетно-экспериментальным путем. По этому способу вначале на основе определенных зависимостей рассчитывают предварительный состав бетона, обеспечивающий получение цементно-песчаной смеси заданной подвижности и бетона заданной прочности. Затем этот состав проверяют путем пробных замесов и, если необходимо, уточняют.
Лабораторная работа предусматривает расчет и корректировку составов трех видов мелкозернистого бетона: обычного мелкозернистого, мелкозернистого бетона для армоцементных конструкций и дорожного мелкозернистого бетона. Лабораторная работа выполняется тремя звеньями студентов, каждое из которых производит расчет состава и корректировку одного из видов мелкозернистого бетона.
Расчет состава и корректировка обычного мелкозернистого бетона
Состав цементно-песчаного бетона рассчитывают в следующем порядке:
1. Определяют водоцементное отношение, необходимое для получения заданного класса бетона:
где - прочность образцов половинок балочек размером 4x4x16 см из цементно-песчаного бетона в возрасте 28 дней, выдержанных в нормальных условиях, МПа;
- активность цемента, МПа;
- коэффициент, равный 0,8 для высококачественных материалов,
0,75 - для материалов среднего качества и 0,65 - для цемента низких марок и мелкого песка.
Формула действительна при коэффициенте уплотнения бетонной смеси более 0,97. Если такое уплотнение не может быть обеспечено, то необходимо учитывать возможное снижение прочности бетона примерно на 5% на каждый процент недоуплотнения.
2. По графикам (рис. 2.8) определяют соотношение между цементом и песком, обеспечивающее заданную подвижность или удобоукладывае- мость цементно-песчаной смеси при определенном В/Ц, установленном из формулы (2.138). На графиках показаны подвижность и удобоукладываемость цементно-песчаной смеси, приготовленной на песке с модулем крупности 2,5 и водопотребностью 7%. При применении другого песка влияние его крупности на подвижность (удобоукладываемость) цементнопесчаной смеси учитывают в соответствии с примечаниями к рис. 2.8 или, если не известна водопотребность песка, по графику на рис. 2.9.
Рассчитывают расход цемента:
где - плотность соответственно цемента и песка;
- соотношение между цементом и песком, определяемое в соответствии с указаниями п. 2.
Формула (2.139) выведена из уравнения
полученного из условия, что сумма абсолютных объемов составных частей плотного цементно-песчаного бетона (и) равна 1 м3, или 1000 л готового плотного бетона, если в нем нет вовлеченного воздуха или объем воздушных пор очень мал - менее 7,5% (при уплотнении бетона прокатом, прессованием, трамбованием, центрифугированием).
При уплотнении песчаного бетона вибрированием в него обычно вовлекается воздух (от 2 до 8% по объему). В этом случае расход цемента определяют по формуле
где ВВ - объем вовлеченного воздуха, л.
Для ориентировочных расчетов можно принять следующие объемы ВВ (л):
подвижная бетонная смесь на среднем и крупном песке 20
то же, на мелком песке 30
жесткая смесь на среднем и крупном песке 50
то же, на мелком песке 70
Действительное количество вовлеченного воздуха уточняют в опытных замесах.
4. Определяют расход воды:
В = Ц - В / Ц (2.142)
Рассчитывают расход песка:
П = п * Ц (2.143)
6. На пробных замесах проверяют подвижность или удобоукладывае- мость цементно-песчаной смеси и при необходимости вносят поправки в состав бетона. Определяют среднюю плотность свежеуложенного бетона и на контрольных образцах проверяют прочность цементно-песчаного бетона.
По средней плотности свежеуложенной цементно-песчаной смеси устанавливают окончательный расход материалов на 3 м3 бетона. Эта операция имеет важное значение при расчете состава цементно-песчаного бетона, так как возможно (в тощих смесях, при применении мелкого песка и т.д.), что цементного теста не хватит для заполнения пустот между зернами песка и уложенный бетон будет иметь определенное дополнительное количество пор, которое необходимо учитывать при подсчете материалов на 1 м3 бетона, или, наоборот, окажется, что в расчете учтено большее количество вовлеченного воздуха, чем его будет в действительности.
2. Определение состава бетона для армоцементных конструкций
При определении состава бетона для армоцементных конструкций необходимо учитывать формуемость армоцемента. На формуемость армо- цемента оказывает большое влияние схема армирования (число сеток, расстояние между ними и размер ячейки сетки). Чем гуще арматура, тем более интенсивным и продолжительным должно быть вибрирование для уплотнения цементно-песчаной смеси определенной подвижности.
Формуемость армоцемента выбирается в зависимости от принятого способа уплотнения.
При расчете состава цементно-песчаной смеси для армоцементных конструкций подвижность смеси определяют в зависимости от требуемой формуемости и заданной схемы армирования по графику (рис. 2.10). График составлен для стальной тканой сетки с ячейкой 7x7 мм. Если применяют сетку с ячейкой 5x5 мм, то подвижность (определяемая по графику) смеси увеличивается на 40%, а при сетке с ячейкой 10x10 мм - уменьшается на 30%.
Наибольшую крупность песка , допустимую по условиям армирования, определяют по формуле
где - размер ячейки стальной тканой сетки, мм;
- расстояние меузду сетками, мм.
Формула (2.144) действительна при . В остальном состав смеси определяется по изложенной выше методике:
1. Рассчитывают
2. Определяют требуемую подвижность цементно-песчаной смеси по рис. 2.10.
3. Проверяют по формуле (2.144).
4. По рис. 2.8 определяют соотношение Ц:П, обеспечивающее требуемую подвижность цементно-песчаной смеси, а с учетом водопотребно- сти песка увеличивают его содержание и производят перерасчет соотношения Ц:П (см. пример расчета состава). Далее расчет выполняют аналогично обычному мелкозернистому бетону, но с учетом вовлечения воздуха при вибрировании.
5. Расход цемента определяют по формуле
6. Определяют расход воды:
7. Рассчитывают расход песка:
8. Определяют среднюю плотность бетонной смеси.
9. По средней плотности бетонной смеси производят окончательную корректировку состава.