Особенности проектирования и подбора состава самоуплотняющегося бетона st-blog

Материалы, используемые для приготовления самоуплотняющихся бетонов (СУБ), не имеют принципиальных отличий от материалов, используемых в «обычных», традиционных бетонах. Однако сам процесс проектирования состава самоуплотняющегося бетона имеет ряд существенных особенностей.

При выборе цементов в случае проектирования составов бетонов следует отдавать предпочтение цементам с наименьшим водоотделением. Некоторые производимые в России цементы требуют значительной корректировки по параметру водоотделения с помощью увеличения дозировки стабилизирующих компонентов. В общем случае марка по прочности выбираемого вяжущего не имеет определяющего значения.

Для любой бетонной смеси в первую очередь важно установить необходимое количество воды затворения. Для этого существует термин водоцементное отношение (В/Ц), который показывает отношение массы воды затворения к массе цемента. От количества воды в смеси зависит ее пластичность и прочность бетона после застывания.

Чтобы достичь высоких физико-технических характеристик СУБ, необходимо снизить количество воды, требуемой для обеспечения подвижности цементного теста. Но при этом удобоукладываемость должна сохраняться. Для этого вводят разжижающие бетонную смесь пластифицирующие добавки. Высокая чувствительность самоуплотняющихся бетонных смесей к количеству воды затворения делает актуальным вопросы стабилизации водоцементного отношения.

В настоящее время можно добиться самоуплотнения при достаточно низком В/Ц, максимально оно может быть снижено до 22-27 %. Такое снижение может быть достигнуто за счёт применения нового поколения пластифицирующих добавок на основе поликарбоксилатных эфиров.

Вид расплывшейся смеси

Для создания СУБа необходимо правильно подобрать гранулометрию заполнителя, обязательно использовать тонкий наполнитель (каменная мука), иногда золу уноса и микрокремнезем. В отличие от российских рекомендаций по раздельному учету щебня и песка (причем песок различается только по модулю крупности), необходимо строить совместную кривую.

Идеальная гранулометрическая кривая заполнителя СУБа

Заполнители являются важной составной частью бетона и обычно занимают до 80% его объема. От вида и свойств заполнителей зависят строительно-технические характеристики бетона, его эксплуатационная стойкость. Влияют заполнители также на технологию изделий из бетона и железобетона, а кроме того на их стоимость. Заполнители для бетона весьма разнообразны по составу, происхождению, свойствам и назначению.

В самоуплотняющемся бетоне заполнитель необходим для создания высоких прочностных и технических свойств. При проектировании состава бетона необходимо учитывать соотношение крупного и мелкого заполнителей. Причём, малое количество крупного заполнителя значительно уменьшает вероятность возникновения видимых дефектов в возведённых из самоуплотняющегося бетона сложных архитектурных форм и объектов.

Основное отличие СУБ от состава обычных тяжелых бетонов – изменение соотношения крупного и мелкого заполнителя (увеличение содержания песка) и обязательное наличие в составе бетона мелкодисперсного наполнителя. Крупный и мелкий заполнители в СУБах должны сочетаться таким образом, чтобы самоуплотнение могло бы быть достигнуто легко, за счёт регулировки только водо – твёрдого (порошкового) отношения и дозировки пластификаторов. Содержание крупного заполнителя в бетоне может быть установлено в 50% от общего объема, мелкого заполнителя – в 40% от объема растворной части.

Помимо выбора гранулометрического состава заполнителей широкое распространение получило использование в составах бетонов различных инертных и активных микронаполнителей.

В составе бетонов микронаполнитель может проявлять себя как инертный материал либо как компонент, обладающий скрытой гидравлической активностью. К активным микронаполнителям (реагирующим с продуктами гидратации цемента), относят различные пуццоланы (туф, трепел, опока), микрокремнезем, кислые золы и т.д. а к инертным — известняки, доломиты, пылевидный кварц и т.д. Гранулометрический состав, форма частиц и водопоглощение минеральных наполнителей могут влиять на водопотребность и, следовательно, на стабильность показателей бетона при использовании в производстве. В России нашли широкое применение минеральные наполнители на основе карбоната кальция, которые придают смеси отличные реологические свойства и хорошее качество.

Предпочтительно следует применять наполнитель дисперсностью менее 0,125 мм, желательно, чтобы не менее 70% микронаполнителя проходило через сито с размером отверстий 0,063 мм. Специально молотые наполнители имеют более стабильный гранулометрический состав от партии к партии, что облегчает контроль водопотребности и делает их применение особенно подходящим для СУБ по сравнению с другими материалами.

В соответствии с EN 206 при введении тонкого заполнителя (золы и кремнезема) на смену В/Ц отношения приходит понятие «водовяжущее отношение», т.е. отношение количества воды к сумме количества цемента и тонкого заполнителя. Максимальное содержание золы-уноса и микрокремнезема, которое учитывается как заменитель при определении В/Ц, не должно превышать 0,33 и 0,11 от массы цемента. Если вводится большое количество, то излишек следует рассматривать как инертную добавку, не учитывая при определении расхода цемента или минимального содержания цемента.

При расчете состава самоуплотняющихся бетонов необходимо придерживаться следующих принципов:

• Суммарный объем микрочастиц (цемент + тонкодисперсный наполнитель) должен составлять 170-200 л/м3.
• Объемное соотношение между водой затворения и микрочастицами должно находиться в интервале 0,85-1,2 (желательно ближе к 1).
• Расход крупного заполнителя не должен превышать 340 л/м3, желательно применять заполнитель с максимальным размером 10-15 мм.
• При использовании фракции 5-20 мм желательно, чтобы содержание фракции 10-20 мм не превышало 40%.
• Применение крупного заполнителя с другим соотношением фракций допускается при условии обеспечения нерасслаиваемости бетонной смеси и корректировке расхода цемента.
• Содержание песка в смеси заполнителей должно составлять 50-60%.

Таким образом, особенностью проектирования составов СУБов является применение пластифицирующих добавок нового поколения-поликарбоксилатов, а также подбор не только мелкого и крупного заполнителя, но и микронаполнителя взамен доли вяжущего.

Ремонт технологических поддонов для вибропрессов

Итоги XVI международной выставки «Цемент. Бетон. Сухие смеси»

Состав бетона

Подбор номинального состава бетона производят в лабораториях растворобетонных узлов: для цемента конкретного вида и марки конкретного предприятия-изготовителя ; для щебня или гравия конкретного карьера ; для песков конкретного карьера ; для химических добавок конкретного вида …как много изменяющихся параметров… Поэтому для изготовления ответственных конструкций: армированных фундаментов, перекрытий, лестничных маршей и площадок, следует применять бетоны, рекомендуемые проектной документацией и доставляемые к месту строительства автомиксерами. Для неответственных конструкций либо при варианте, что вы берете риск на себя, бетон может быть изготовлен на строительной площадке.

Самый распространенный способ определения состава бетона заключается в следующем. В пустое ведро засыпается щебень или гравий. Ведро встряхивается, для более равномерного распределения крупного заполнителя. Затем в него мерной посудой, например литровой банкой, заливается вода до тех пор, пока вода не сравняется с верхом щебня. Объем вмещенной щебнем воды показывает требуемый объем песка. Щебень из ведра высыпается и в него насыпается песок, в том же объеме, что показала вода и той же банкой. Опять наливаем в ведро воду, пока она не покроет песок. В этот раз вмещенный объем воды показывает объем цемента. Последний компонент, требуемый для приготовления бетона — вода. Ее принимают в объеме равном 50–60% объема цемента.

Этот «полевой» метод определения состава бетона, подразумевает, что цемент заполнит пустоты между песчинками, а песок заполнит пустоты между камнями щебня, т.е. цементно-песчаная смесь используется как обычный клей. Прочность бетона получится примерно равной прочности щебня (зависит от его крупности). Метод не учитывает раздвижки зерен заполнителя и некоторых других характеристик, но он прост и может быть использован при изготовлении бетона для неответственных конструкций.

Более правильный подбор состава бетона делается по таблицам приведенным ниже.

Пример подбора состава бетона. Предположим нужно сделать бетон М300 объемным весом 2400 кг/м?. По таблице 1 определяем, что ему соответствует бетон класса прочности В22,5. Для изготовления одного кубометра такого бетона (табл. 3) требуется 350 кг портландцемента М400. Предположим, что имеется щебень фракцией до 20 мм, из которого нужно приготовить подвижный бетон с осадкой конуса 2–2,5 см. По таблице определения расхода воды (табл. 5) видим, что потребуется 190 кг воды. По таблице 6 определяем, что песок в бетоне должен составлять 40% от общей массы заполнителя. Тогда масса песка будет равна: (2400-350-190)?40/100=744 кг. Далее вычисляем массу щебня, она будет равна: 2400-350-190-744=1116 кг.

Таким образом получается, что для приготовления одного кубометра бетона М300 потребуется: портладцемент М400 — 350 кг, щебень — 1116 кг, песок — 744 кг, вода — 190 л.

При применении цементов других марок и щебня (гравия) другой крупности и формы к табличным расходам материалов применяются поправочные коэффициенты (табл. 4). Объемная масса одного кубометра тяжелого бетона на щебне может быть принята равной 2400 кг, на гравии — 2350 кг. Исходя из этого, находится требуемое количество сортового крупного заполнителя соответствующего ГОСТ 26633-91. 8267-93 .

В приведенном примере подбора состава бетона полученные результаты весьма приблизительны. В реальных условиях делают несколько разных по составу замесов и изготавливают образцы бетона, которые затем испытывают и только после этого бетону назначается номинальный класс прочности.

Соотношение между классами бетона по прочности на сжатие и марками

Класс бетона по прочности на сжатие

Средняя прочность бетона данного класса, кг/см?

Ближайшая марка бетона по прочности

СНиП 82-02-95 Федеральные (типовые) элементные нормы расхода цемента при изготовлении бетонных и железобетонных изделий и конструкций (загрузить весь документ, PDF 251 KВ)

Базовые нормы расхода цемента приведены для бетонов, изготовленных на портландцементе марки 400 и его разновидностях. При применении цемента марки 500 базовые нормы следует умножать на коэффициент 0,88, при применении цемента марки 300 — на коэффициент 1,13. При использовании шлакопортландцемента и сульфатостойкого шлакопортландцемента базовые значения умножают на коэффициент 1,1. При применении пуццоланового портландцемента базовые нормы расхода цемента умножают на коэффициенты: для бетонов проектного класса до В22,5 включительно — 1,08 и для бетонов проектных классов В25–В30 — 1,15.

В нормах предусмотрено применение щебня с наибольшей крупностью 40 мм, отвечающего требованиям ГОСТ 8267, 10260, 23254 и песка с модулем крупности 2,1–3,25 соответствующего ГОСТ 8736. При применении щебня с другой крупностью зерен табличные нормы расхода цемента следует умножать на коэффициенты, указанные в таблице 4.

Поправочные коэффициенты к нормам расхода

Наибольшая крупность зерен заполнителя, мм

Коэффициент для бетонов классов

до В25 включительно

При применении щебня с включением в него лещадных (плоских) и/или игольчатых камней либо при применении гравия, а также мелкого и очень мелкого песка, скачивайте СНиП 82-02-95 и применяйте к нормам расхода цемента соответствующие коэффициенты.

Ориентировочные расходы воды в бетонной смеси, л/м?

Характеристика бетонной смеси

Наибольшая крупность мм

осадка конуса, см

Таблица взята из книги Конопленко А.И. «Технология бетона» стр. 222.

Жесткие бетонные смеси характеризуются малым содержанием цементного теста. У подвижных смесей прослойки теста между зернами заполнителя имеют величину более 30 мк, а у жестких смесей она может составлять всего 2–3 мк, что обусловливает некоторые особенности свойств смесей и затвердевшего бетона. Жесткие смеси имеют плохую удобоукладываемость, требуют повышенных затрат для их уплотнения вибрированием. Жесткие смеси следует применять, когда для продолжения работ требуется быстрая распалубка конструкции. Для конструкций с плотным армированием в жесткий бетон следует добавлять пластификаторы. Подвижные и малоподвижные бетонные смеси применяют более широко из-за сравнительной легкости приготовления и укладки, обеспечивающей получение плотного свежеуложенного бетона.

Процентное соотношение мелкого заполнителя (песка) к массе всего заполнителя

Приблизительный расход цемента в кг/м?

Наибольшая крупность зерен гравия (щебня), мм

Содержание песка в смеси заполнителей в % по весу

Примечание. В числителе указан % песка, назначаемый при применении щебня, в знаменателе — при применении гравия. Песок должен соответствовать ГОСТ 8736 .

Для облегчения подбора составов бетонов существуют компьютерные программы Ksybs6.3_rus (402 КВ) и concrete (3,91 МВ). Сразу необходимо сказать, что эти программы немного отличаются методикой вычисления и показывают разные составы бетонов. Они, как и приведенный выше пример расчета, созданы для подсчета компонентов бетонов для создания и последующего испытания образцов. Не нужно думать, что эти вычисления выдают окончательный приговор, хотя для самодеятельного строительства практикующего запасы прочности многократно превышающие требуемые значения, его будет достаточно. Однако еще раз повторим и напомним, что гарантированную требуемую прочность бетона можно получить заливая бетон, привезенный с растворобетонных узлов. Либо нужно производить подбор состава и испытание образцов самим. В этом, как и в понимании работы компьютерных программ, помогут книги: «Введение в технологию бетона» Черкасова Г.И. и «Технология бетона» Конопленко А.И.

Правда и здесь необходимо оговориться: авторы книг показывают методику вычислений направленную на экономию цемента, а приведенный выше пример расчета основан на расходе цемента рекомендованным СНиП 82-02-95. В котором прямо указано: «В отличие от ранее действующих норм расхода цемента (СНиП 5.01.23-83 и других нормативных документов), в которых единственным параметром оптимизации было снижение расхода цемента посредством его экономии, в настоящих нормах приведены технологически и статистически обоснованные коэффициенты, применение которых дает возможность оценить и учесть влияние вариации основных условий производства на расход цемента при безусловном обеспечении всех нормируемых показателей качества бетона».

При твердении бетонных и железобетонных изделий без тепловой обработки предусматривается, что оно происходит при положительной температуре 15–20°С с предотвращением влагопотерь из бетона. При этом прочность бетона 60% в изделиях, изготовленных на портландцементах и их разновидностях и быстротвердеющих шлакопортландцементах, достигается в течение 3–5 сут; равная 70% — в течение 6–10 сут; и во всех случаях в возрасте 28 сут обеспечивается проектный класс прочности бетона. Нагружать строительные конструкции из монолитного бетона можно по достижении им 50% прочности. Например, делать кирпичную кладку на монолитном фундаменте можно начинать по истечении 3-х суток (при температуре воздуха 15–20°С), поскольку возведение кирпичных стен процесс длительный и нагружение фундамента до проектного значения одномоментно не произойдет. Распалубить монолитные конструкции, тоже лучше по истечении 3 суток. Чем дольше стоит конструкция, тем тяжелее ее распалубить, при условии, что опалубка не разделена с бетоном гидроизоляцией.

© Охраняется Законом РФ об авторском праве. Копирование сайта или любой его части без согласия правообладателя. запрещено.

Подбор состава тяжелого бетона

Подбор состава бетонной смеси производится с целью получения смеси с заданными свойствами, обеспечивающими необходимую прочность бетона в требуемые сроки при минимально возможном содержании цемента в 1 м 3 объема, а также в отдельных случаях определенную водонепроницаемость, стойкость против коррозии и т. д. Подбор состава осуществляется с учетом режимов приготовления, уплотнения смеси при формовании и условий твердения отформованных изделий.

Наиболее простым и удобным методом определения состава обычного бетона является метод расчета по абсолютным объемам, разработанный проф. Б. Г. Скрамтаевым. Расчет и подбор бетона после испытания сырьевых материалов ведут в следующей последовательности: 1) определение оптимального водосодержания, обеспечивающего требуемые показатели удобоукладываемости смеси, и цементно-водного отношения; 2) установление расхода цемента на 1 м 3 смеси, обеспечивающего требуемую прочность бетона в заданный срок при определенных режимах уплотнения и твердения; 3) определение расхода заполнителей на 1 м 3 уложенной и уплотненной смеси, выбор рационального зернового состава заполнителей и соотношения между ними; 4) уточнение опытного состава смеси и расчет производственного состава.

Используя сухие материалы, сначала определяют так называемый номинальный (лабораторный) состав бетона:
1. Ориентировочный расход воды на 1 м 3 смеси требуемой удобоукладываемости на портландцементе М400 определяют по графикам или таблице в зависимости от размера, формы и состояния поверхности зерен заполнителей.

Осадка конуса, см

Расход воды (л/м 3 ) при наибольшей крупности зерен заполнителя, мм

При расходе цемента свыше 400 кг/м 3 расход воды увеличивают на 10 л на каждые 100 кг цемента.

2. При использовании пуццолановых портландцементов расход воды увеличивают на 15-20 л.

3. В случае применения мелкого или крупного песка с водопотребностью, отличающейся от 7%, расход воды соответственно увеличивают или уменьшают на 5 л на каждый процент понижения или повышения водопотребности песка.

Зная расход воды, ориентировочно определяют В/Ц (Ц/В) по формулам:
для смесей с В/Ц ? 0,4 (Ц/В ? 2,5)

для смесей с В/Ц < 0,4 (Ц/В > 2,5)

где R_б — расчетная марка бетона, кг/см 2 ; R_ц — активность цемента (ГОСТ 310—60); А и А₁ — эмпирические коэффициенты, для заполнителей высококачественных А = 0,65, А₁ = 0,43; рядовых А = 0,6; А₁ = 0,4; пониженного качества А = 0,55; А₁ = 0,37.

Эти формулы действительны для умеренно-жестких и пластичных смесей, уплотняемых вибрированием, а также не учитывают минералогического состава и тонкости помола цемента, свойств заполнителей и условий твердения бетона. Более точное значение Ц/В рекомендуется определять опытным путем, для чего из местных материалов изготавливают серию бетонных образцов с четырьмя-пятью Ц/В (1;5; 2; 2,5; 3) и выявляют зависимость прочности бетона от Ц/В.

Определив цементно-водное отношение и количество воды, вычисляют расход цемента Ц = (Ц/В)·В. Если полученное значение окажется меньше допустимого по условию плотности бетона согласно СН 386—74, то его увеличивают или вводят тонкомолотые добавки.

Содержание заполнителей определяют по формулам, составленным из условия, что сумма абсолютных объемов всех компонентов, расходуемых на 1 м 3 бетона, равняется 1000 л уплотненной бетонной смеси, а объем песчаного раствора несколько больше объема пустот крупного заполнителя, что обеспечивает некоторую раздвижку его зерен (при этом небольшой объем воздуха, вовлеченный в смесь при его перемешивании, укладке и уплотнении, в расчет не принимают)

где V_пуст — пустотность крупного заполнителя, доли от его, объема; ? — коэффициент, учитывающий увеличение объема раствора с учетом раздвижки зерен крупного заполнителя в смеси и зависящий от расхода цемента и вида заполнителей, для жестких смесей ?= 1,05-1,1; для подвижных с В/Ц = 0,4<?0,7, ? = 1,26?1,46; ?_{o6. н.кр}. ?_кр — объемная насыпная масса и плотность зерен крупного заполнителя, кг/л;

где ?_ц. ?_кр и ?_п — соответственно плотности цемента, крупного заполнителя и песка.

Оптимальный зерновой состав крупного заполнителя, обеспечивающий наименьший расход раствора (и, следовательно, меньший расход цемента), определяют опытным путем. Ориентировочно соотношение между фракциями крупного заполнителя принимают: при наибольшей крупности щебня (гравия) 20 мм: 30% фракции 3(5)-10 мм и 70% фракции 10-20 мм; при наибольшей крупности 40 мм: 15% фракции 3(5)-10 мм, 25% фракции 10-20 мм и 50% фракции 20-40 мм. Для жестких смесей в ряде случаев целесообразно применять крупный заполнитель без мелкой фракции 3(5)—10 мм (прерывистый зерновой состав). Из имеющихся видов песка выбирают такой, который имеет наименьшие удельную поверхность и объем межзерновых пустот.

Наилучшее соотношение между крупным и мелким заполнителями, при котором получается смесь с наименьшей пустотностью, определяют по графикам или формуле

где П и З_кр — расчетное количество песка и крупного заполнителя в 1 м 3 бетонной смеси по массе, кг; k — коэффициент увеличения потребного объема песка с учетом раздвижки зерен крупного заполнителя в смеси, для жестких смесей k=0,9?1,0, для подвижных k= 1,1?1,2.

4. По окончании предварительных расчетов производят проверку удобоукладываемости бетонной смеси, для чего берут 1/10 (по массе) от общего количества подсчитанных материалов, приготовляют 10 л бетонной смеси и определяют ее удобоукладываемость. Если она оказалась меньше требуемой, то уменьшают содержание песка на 15%, соответственно увеличивая количество щебня. Если и в этом случае удобоукладываемость оказалась меньше требуемой, то добавляют цемент порциями по 10% от первоначальной навески до тех пор, пока не будет достигнута необходимая удобоукладываемость. Одновременно с цементом добавляют и соответствующее количество воды. Если же смесь, исходного состава оказалась слишком подвижной, то уменьшают расход цемента (до нормативного предела) и воды. Если это оказывается недостаточным, то постепенно уменьшают количество воды, проверяя каждый раз удобоукладываемость смеси.

Для оценки экономичности бетонной смеси приготавливают дополнительно два замеса с увеличенным содержанием песка (на 10 и 20% от принятой навески) и выбирают тот состав, при котором потребовалось меньшее количество цемента для обеспечения заданной удобоукладываемости смеси. Замерив получаемый объем смеси и зная расход материалов на пробный замес, определяют расход материалов на 1 м 3 бетонной смеси и выражают ее состав в виде соотношения 1. х. у по массе или объему с указанием величины В/Ц (Ц/В).

Уплотнение бетонной смеси в лаборатории осуществляется теми же способами, которые применяются на заводах при формовании изделий. Бетонные образцы, изготовленные из смеси уточненного состава, испытывают на сжатие. Испытания производят через 28 суток или в другие установленные сроки. При тепловлажностной обработке образцов испытание ведут через 4 ч после окончания обработки.

Пересчет номинального состава бетонной смеси на рабочий (полевой) производят путем уменьшения количества вводимой воды и увеличения расхода заполнителей на величину, равную содержанию влаги в песке и крупном заполнителе.

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться .