• Стройка и ремонт с нуля до успешного финиша
  • Пошаговые мастер-классы с фото и видео
  • Контролируем рабочих или делаем своими руками
  • Калькуляторы для расчета материалов

Расчет состава бетона

Опубликовано: 03.05.2017

Расчет состава бетона

Расчет состава бетона.

В этой статье мы будем говорить о классическом бетоне – на основе цементного вяжущего. Итак, бетон – это тщательно подобранная по количеству и перемешанная смесь цемента, щебня, песка, воды и добавок (химических). Раствор в отличие от бетона не включает в свой состав крупный заполнитель (щебень). После приготовления у строителей есть, как правило, 1,5 часа, чтобы уложить бетонную смесь в опалубку, после чего химические реакции начнут свой необратимый процесс, и бетон постепенно превратится в монолит (проектная прочность достигается через 28 суток, но процесс набора прочности может продолжаться и до года, правда уже не такими темпами.

При больших объемах бетон заказывают на бетонных заводах . Это оправдано с нескольких точек зрения. Во-первых, расчет состава бетона производится в лабораториях . которые предварительно исследуют свойства сырьевых материалов (цемент, песок). Затем подобранный состав проверяют, и при необходимости корректируют. И в дальнейшем, заводская лаборатория постоянно мониторит поступающие материалы и вносит изменения в подобранные ранее рецептуры, если свойства каких-то материалов изменились выше регламентированных погрешностей. Во-вторых, бетонные заводы – бетоносмесительные узлы (БСУ) получают материалы навалом (вагонами и автотранспортом), что позволяет снизить себестоимость произведенного бетона. В третьих, доставку приготовленного бетона БСУ осуществляют в автомобильных бетоносмесителях (миксерах) . что позволяет сохранить свойства во время транспортировки, а также, при необходимости, получить большой объем в короткие сроки (при заливке фундамента, например). Автомобильный миксер может перевезти за раз от 6 до 10 кубов (в зависимости от грузоподъемности), также возможна неполная загрузка (2-3 куба, правда в этом случае с заказчика все равно взимается плата за номинальную доставку.

При небольших объемах, опытные строители приготовляют бетонную смесь непосредственно на стройке в небольших смесителях на несколько десятков литров замеса. В этом случае, также необходимо рассчитать количество сырьевых материалов, привезти их на площадку и при необходимости подготовить (просеять песок, например). В любом случае, заказчик сам делает свой выбор, сравнивая затраты на материалы, доставку, зарплату рабочим и т.п. уверенность в приготовленном бетоне, наличие в часовой доступности БСУ, удобство заливки и т.д.

Структура бетона. Задача технологов – подобрать состав бетонной смеси по заданным параметрам (прочность, подвижность) при оптимальных затратах на сырье. Если рассматривать все составляющие бетонной смеси, то цемент, конечно, самый высокотехнологичный, и как следствие самый дорогой компонент. Если сравнивать, к примеру, оптовые цены на вагонные поставки по состоянию на май 2016г. то песок крупный стоит 450 руб/т, щебень гранитный 1150 руб/т, а цемент марки ЦЕМ I 42,5Н стоит 3550 руб/т. Поэтому, целесообразно «заменять» дорогой цемент на менее дорогие щебень и песок. Помимо экономической причины, есть и технологические: заполнители увеличивают прочность, снижают деформацию и ползучесть бетона (необратимые деформации, возникающие при длительном действии нагрузки), уменьшают усадку бетона. Самым крупным по размерам из всех составляющих является щебень (гравий). Размеры его зерен в бетонной смеси, как правило, составляют от 5 до 20-40 мм. Вследствие этого, щебень занимает в кубе бетона основной объем (зерна щебня плюс пустоты) – до 85 %. Зерна песка имеют размеры от 0,14 до 5 мм и занимают пустоты между зернами щебня. Зерна цемента имеют размеры, измеряемые в микронах (тысячная доля миллиметра), и составляют обычно от 15 до 20 микрон (мкм). Цементное тесто (цемент, затворенный водой плюс химические добавки) помимо того, что занимает «оставшееся» место в пустотах щебня и песка, должно дополнительно обволакивать их, то есть раздвинуть зерна друг от друга, чтобы впоследствии «склеить». В качественной бетонной смеси не должно быть прослоек воздуха, то есть объемы щебня, песка, цемента и воды в сумме занимают единицу объема бетона.

Щ/рщ +П/рп +Ц/рц +В = 1, где Щ, П, Ц, В масса щебня, песка, цемента, воды; рщ рп рц – истинные плотности щебня, песка и цемента. Такова упрощенная картина структуры бетонной смеси.

Теперь рассмотрим подробнее, как влияют свойства сырьевых материалов на конечные свойства бетона.

Цемент. Основными свойствами цемента непосредственно влияющими на свойства бетона, являются: активность, нормальная густота, сроки схватывания.

Активность цемента – фактическая прочность, измеряется в МПа. Так, например, цемента класса прочности 42,5 может иметь активность 42,5 МПа, а может и 48 МПа (разбег по ГОСТ 31108-2003 от 42,5 до 62,5 МПа). Применение цемента с более высокой активностью позволяет экономить от 2 до 5 кг/м³ на каждую «прибавленный» МПа по активности.

Цемент имеет ограниченный срок годности . 60 суток. Длительное хранение приводит к снижению прочности (спустя 2-3 месяца цемент может потерять 10-20 % активности). При использовании такого цемента необходимо увеличить время перемешивания бетонной смеси или применить активацию цемента, либо увеличить его расход.

Применение высокомарочных цементов (42,5 и выше) позволяет достичь высокой скорости набора прочности бетона (20 МПа спустя 3-е суток), что позволяет сократить сроки распалубки изделий и конструкций.

Нормальная густота – это количество воды (в % от массы цемента), необходимое для добавления в цемент для придания определенной консистенции цементного теста (НГ не регламентировано ГОСТом, НГ измеряемой специальным прибором). Чем выше нормальная густота, тем выше расход воды для приготовления бетонной смеси заданной подвижности, следовательно тем выше расход и самого цемента. Чтобы снизить расход воды в бетон добавляют специальные добавки (пластификаторы.

Сроки схватывания. Начало схватывания регламентировано 60 минутами после затворения (на практике схватывание начинается через 2-3 часа после затворения и заканчивается спустя -5-8 часов после затворения цемента водой). Сроки схватывания можно регулировать химическими добавками (ускоряющие или замедляющие сроки схватывания). Кроме того, на сроки схватывания можно влиять температурой (при повышении температуры сроки схватывания сокращаются и наоборот), а также водоцементным отношением (В/Ц; чем выше В/Ц, тем больше сроки схватывания и наоборот). В разгар строительного сезона цементные заводы иногда работают «с колес» и могут пустить в помол горячий клинкер. Это может привезти к дегидратации гипса с образованием полугидрата гипса и ангидрита. Быстрая гидратация этих компонентов при затворении цемента водой может показать преждевременной загустение бетонной смеси и дальнейшее разжижение его. Это явление называется ложной схватываемостью. Для предотвращения этого явления в бетонную смесь добавляют специальные добавки и увеличивают время перемешивания.

Тонкость помола. Через сито № 008 (около 4900 отверстий на 1 см² с размером ячеек на свету 0,08 мм) проходит обычно 85-98 % цемента. Тонкость помола напрямую влияет на удельную поверхность. Цемент среднего качества имеет удельную поверхность 250 м²/кг, цемент высокого качества имеет удельную поверхность 350 м²/кг и более.

Истинная плотность портландцемента составляет 3,05 … 3,15 т/м³. Насыпную плотность . используемую при расчетах составов бетона, принимают равной 1,3 т/м.

Все перечисленные свойства цемента (кроме плотности) указываются в паспорте на цемент (документ о качестве) . которым поставщик обязан сопроводить каждую партию товара.

Щебень (гравий) – крупный заполнитель. Щебень – продукт дробления изверженных и осадочных пород. Гравий – это естественный материал, получившийся в результате выветривания горных пород и ледниковых процессов. Отличие гравия от щебня в форме зерен (зерна гравия более окатанные, округлые) и в большем содержании глинистых и пылевидных частиц. Основными свойствами крупного заполнителя, влияющими на свойства бетона, являются: прочность, размер (фракция), зерновой состав, лещадность, содержание глинистых и пылевидных частиц, морозостойкость. Прочность щебня должна превышать двойную прочность бетона для бетонов М300 (В25) и выше, и в 1,5 раза для бетонов более низких марок. Максимальный размер зерен не должен превышать ¼ от сечения конструкции и межарматурного расстояния.

Зерновой состав (остатки после просеивания через стандартный набор сит с круглыми отверстиями 70, 40, 20, 10, 5(3)) должен соответствовать графику. Прочность бетона на лещадном щебне (зерна пластинчатой и игловатой формы) будет неравномерна и ниже по сравнению с бетоном на кубовидном щебне, поэтому щебень классифицируют в зависимости от лещадности (качественным щебнем для бетона считается щебень с лещадностью до 15%). Чем ближе форма зерен к кубу, чем равномернее зерновой состав, чем меньше лещадность щебня – тем более плотно расположатся зерна в смеси, тем экономичнее будет расход цемента. Вредно для бетона содержание глинистых и пылевидных частиц, препятствующих сцеплению песка с цементным камнем. В гранитном щебне содержание таких частиц, как правило, незначительно, гравийный же щебень и гравий, при необходимости, промывают и снижают содержание этих вредных примесей до 1%. Морозостойкость – это способность щебня выдерживать многократные попеременные замораживания до -15°С и оттаивания, при этом суммарные потери в массе зерен не должны превышать 10% (количество циклов 25, морозостойкость F25, мягкие климатические условия), 5% (F50, умеренные), 3% (F200, суровые.

Песок – мелкий заполнитель. Свойствами песка, влияющими на свойства бетона, являются: крупность (модуль крупности), зерновой состав, содержание пылевидных и глинистых веществ, влажность. Крупность песка определяют просеиванием песка через стандартный набор сит с размерами отверстий 5, 2,5, 1,25, 0,63, 0,315, 0,14 мм. По результатам просеивания строят кривую просеивания и вычисляют модуль крупности, как сумму (в %) полных остатков на ситах, деленную на сто.

Для бетона наиболее подходит крупный песок, содержащий достаточное количество средних и мелких зерен. При таком сочетании (заштрихованная область на рисунке) объем пустот и площадь поверхности зерен будут небольшими. Насыпная плотность песка обычно составляет 1450-1670 кг/м³. Плотность песка, и как следствие его объем, чувствительны к влажности . Наибольший объем занимает песок с влажностью 5-7%. Это необходимо учитывать при приемке и дозировке при приготовлении бетона. Глинистые, песчаные и органические являются вредными для бетона, и их содержание в песке не должно превышать 3.

Важнейшим свойством бетонной смеси, наряду с прочностью, является удобоукладываемость . которая в свою очередь характеризуется подвижностью или жесткостью бетонной смеси. Исходя именно из этих свойств, рассчитывают состав бетонной смеси. Консистенция бетонной смеси зависит от ее состава и может изменяться от жидкой, растекающейся до жесткой, едва влажной. Подвижность – способность смеси растекаться под собственной тяжестью без воздействия внешних сил измеряется с помощью стандартного конуса в см. Жесткие смеси будут растекаться только при приложении вибрации. В этом случае жесткость измеряется в секундах.

Классификация бетонных смесей по удобоукладываемости (основные марки.

Марка по удобоукладываемости.

Подвижность (усадка конуса), см.

Бетоны с подвижностью П1 применяются при обустройстве дорожных и аэродромных покрытий, бетонироании стен, в неармированных и малоармированных конструкциях; П2 – П3 – для плит, ригелей, колонн, свай, плотноармированных конструкций; П4 – при бетонировании с помощью бетононасоса, труднодоступные места, конструкции с малым поперечным сечением, густоармированные конструкции, можно не применять вибратор; жесткие смеси применяются там, где необходима быстрая распалубка, при закладке бордюров.

На удобоукладываемость в первую очередь влияет количество воды (цементного теста) – чем больше ее, тем подвижность выше (но незабываем, что если не повышать одновременно цемент, то прочность бетона будет падать). В меньшей степени на подвижность влияет качество заполнителя и соотношение щебня и песка. Чем больше мелкой фракции, тем больше площадь поверхности зерен, тем больше их влияние на цементное тесть, тем меньше подвижность.

Важнейшим показателем при расчете состава бетона является водоцементное отношение (В/Ц) . Для гидратации цемента требуется 15…25% воды по массе, но для перемешивания и для придания подвижности бетонной смеси количество воды увеличивают до 40…70% от массы цемента (В/Ц=0,4…0,7). Дальнейшее повышение В/Ц может привезти к расслаиваемости бетонной смеси. Низкое значение В/Ц может способствовать недоуплотнению. Нормальная густота (НГ) влияет на В/Ц. Структура бетонной смеси будет доброкачественной если В/Ц находится в пределах (0,86…1,65)НГ. Водоцементное отношение непосредственно влияет на сроки схватывания и на прочность бетонной смеси. В достаточном приближении можно говорить о том, что чем больше В/Ц, тем больше сроки схватывания и тем меньше прочность бетона.

Прежде чем перейти к расчету состава бетона, необходимо отметить, что помимо физических свойств заполнителей, о которых было сказано выше, существует еще технологические свойства, которые можно определить только в составе бетонной смеси. Важнейшим таким свойством является водопотребность . Водопотребностью песка (щебня) называется такое количество воды (в % от массы заполнителя), которое нужно добавить в цементно-песчаное тесто (бетонную смесь), чтобы достичь такой же подвижности, которая бы была в отсутствие этого песка (щебня.

Водопотребность некоторых заполнителей.

Очень мелкие пески.

Известняковый щебень (с учетом водопоглощения.

Водопотребность заполнителей (наряду с их влажностью) необходимо учитывать при расчете состава бетонной смеси.

Расчет состава бетона. Любой расчет состава бетона является предварительным. В дальнейшем полученные соотношения необходимо проверять на практике и вносить при необходимости коррективы. Все коэффициенты в формулах и все графики, на основе которых высчитываются массовые величины компонентов, являются эмпирическими, то есть получены опытным путем. Поэтому приведенные ниже методы расчета являются первым этапом перед подбором проб (формулы и графики приведены из учебника Баженова Ю.М. «Технология бетона», 2003, изд-во АСВ.

Определяют В/Ц (или Ц/В) в зависимости от требуемой прочности. Формулу (1) следует применять, если R6 2ARц, в других случаях надо пользоваться формулой (2.

а) для обычного бетона при В/Ц 0,4.

В/Ц=АRц / (Rб+А·0,5Rц) (1.

б) для высокопрочного бетона при В/Ц 0,4.

В/Ц=А1Rц / (Rб- А1·0,5Rц) (2.

Значения эмпирических коэффициентов А и А 1 берут из табл.

Материалы для бетона.

Примечание. Высококачественные материалы: щебень из плотных горных пород высокой прочности, песок оптимальной крупности и портландцемент высокой активности, без добавок или с минимальным количеством гидравлической добавки; заполнители чистые, промытые, фракционированные с оптимальным зерновым составом смеси фракций. Рядовые материалы: заполнители среднего качества, в том числе гравий, портландцемент средней активности или высокомарочный шлакопортландцемент. Материалы пониженного качества: крупные заполнители низкой прочности и мелкие пески, цементы низкой активности.

Определяют расход воды в зависимости от требуемой подвижности бетонной смеси на основании результатов предварительных испытаний или ориентировочно по графикам.

Рис. График водопотребности В (л/м ³ ) пластичной (а) и жесткой (б) бетонной смеси . изготовленной с применением портландцемента, песка средней крупности (водопотребность 7 %) и гравия наибольшей крупности: 1 80 мм; 2 40 мм; 3 20 мм; 4-10 мм; у 1 удобоукладываемость по стандартному прибору; у 2 то же, по способу Б. Г. Скрамтаева. Примечания: 1. Если применяют мелкий песок с водопотребностью свыше 7%, то расход воды увеличивают на 5 л на каждый процент увеличения водопотребности; при применении крупного песка с водопотребностью ниже 7 % расход воды уменьшают на 5 л на каждый процент уменьшения водопотребности. 2. При применении щебня расход воды увеличивают на 10 л. 3. При применении пуццолановых цементов расход воды увеличивают на 15 20 л. 4. При расходе цемента свыше 400 кг расход воды увеличивают на 10 л на каждые 100 кг цемента.

Также для расчета водопотребности можно воспользоваться следующей таблицей.

Расход воды л/м³, при крупности, мм.

В данной таблице расход воды приведен для цемента с НГ 26…28% и на песке с модулем крупности М=2. При изменении НГ на 1% в меньшую сторону расход воды уменьшается на 3…5л, при изменении НГ на 1% в большую сторону расход увеличивается на 3…5л. При изменении модуля крупности на 0,5 в меньшую сторону расход воды увеличивается на 3…5л, в большую сторону – уменьшается на 3…5л.

Определяют расход цемента.

Если расход цемента на 1 м3 бетона окажется ниже допускаемого по СНиПу (см. табл.), то следует увеличить его до требуемой нормы.

Минимальный расход цемента для получения нерасслаиваемой плотной бетонной смеси.

Минимальный расход цемента, кг/м³, при предельной крупности заполнителя, мм.

Особо жесткая (Ж=20 с.

Жесткая (Ж=10…20 с.

Малоподвижная (Ж=5…10 с.

Подвижная (ОК=1…10 см.

Очень подвижная (ОК=10…16 см.

Литая (ОК 16 см.

Примечание: Жесткость указана по стандартному вискозиметру.

Иногда в качестве минимальных принимают Федеральные (типовые) элементные нормы расходы цемента, указанные в СНиП 82-02-95.

Класс бетона по прочности на сжатие.

Базовые нормы расхода цемента марки 400 для монолитных конструкций (на щебне крупностью 40 мм лещадностью 25-35%, на строительном песке с модулем крупности 2,1-3,25), кг/м.

Для жестких бетонных смесей при расходе цемента менее 400 кг/м³ α следует принимать 1,05…1,15 (в среднем 1,1). Меньшее значение принимают в случае использования мелких песков.

Определяют расход щебня или гравия по формуле (4.

Щ = 1000/(α•Пщ/р щ +1/рщ), где.

Пщ – пустотность щебня (относительная величина); р щ – плотность щебня, кг/л; рщ – истинная плотность щебня, кг/л.

Определяют расход песка по формуле (5.

П = рп • (1000 Ц/рц В Щ/рщ), где.

П, Ц, В, Щ – соответственно расходы песка, цемента, воды, щебня, кг/м³; рп, рц, рщ – соответственно истинные плотности песка, цемента и щебня, кг/л.

Пример Определить состав бетона при заданной средней прочности 25 МПа с подвижностью бетонной смеси по осадке конуса 4 … 5 см. Материалы: портландцемент активностью 42,5 Мпа, песок средней крупности с водопотребностью 7% и истинной плотностью 2,62 кг/л; гравийный щебень с предельной крупностью 20 мм, истинной плотностью 2,6 кг/л и плотностью 1,48 кг/л. (плотность материала = масса, деленная на насыпной объем; чтобы высчитать истинную плотность, нужно сначала насыпной объем уменьшить на объем воды, который вмещается в пустоты.

По формуле (1), В/Ц=0,6•42,5 / (25+0,5•0,6•42,5)=0,676.

По графикам на рис. ориентировочный расход воды составляет 180+10 (для щебня) = 190 л/м 3.

По формуле (3), Ц=190/0,676=281 кг/м 3.

По табл. Находим коэффициент раздвижки α =1,36 (по интерполяции.

Пустотность щебня П щ = 1-1,48/2,6=0,43.

По формуле (4), Щ=1000 / (1,36•0,43/1,48+1/2,6)=1280 кг/м 3.

По формуле (5), П=2,62•(1000-281/3,1-190-1280/2,6)=595 кг/м 3.

Плотность бетонной смеси равна 281+190+1280+595=2346 кг/м 3. Состав проверяют и при необходимости уточняют на пробных замесах.

Чтобы учесть влажность заполнителей надо: увеличить массу щебня и песка на массу воды, которую они содержат, и соответственно уменьшить расход воды.

Если влажность песка составляет 3%, то масса воды в песке составит: 595•0,03=18л. Если влажность щебня составит 1%, то масса воды в нем составит: 1280•0,01=13л.

Таким образом, уточненные расходы компонентов составят.

Ц (без изменений) = 281 кг, П = 595+18=613, Щ = 1280+13=1293, В = 190-18-13=159. Итого плотность бетонной смеси не изменится и составит 2346 кг/м 3.

Упрощенный способ расчета состава бетона (дачный вариант.

Количество щебня. Для умеренноподвижных смесей назначают количество щебня, равное 85% от объема бетона ( V щ =0,85м³ ), то есть на куб бетона потребуется 850 литров щебня. В этом случае масса щебня будет равна: Щ = 0,85 р щ, где р щ – плотность щебня (насыпная), кг/м.

Объем песка принимают равным пустотности щебня, увеличенной на 10-30% (раздвижка) для обеспечения удобоукладываемости. (Пустотность щебня равна объему воды, поместившейся в ведро щебня). V п = V пуст.щ. α . где α – коэффициент раздвижки – для очень мелкого песка α=1,1, для мелкого 1,2, для песка средней крупности α=1,3. Масса песка П = V п • р п, где р п – (насыпная) плотность песка, кг/м.

Определяют Ц/В (обратное от В/Ц) по формуле Ц/В = Rб/А Rц+0,5.

Расход цемента выбирают по графику в зависимости от Ц/В и удобоукладываемости.

5. Расход воды вычисляют по формуле В = Ц/(Ц/В), л/м.

Для вышеприведенного примера (без учета влажности материалов) Щ = 0,85 • 1,48 ( • 1000) = 1 258 кг/м³. П = 0,43*1,3*1400 (насыпная плотность ориентировочно) = 783 кг/м³. Ц/В = 25/06*42,5+0,5=1,481. Ц (по графику) = 280 кг, В=280/1,481=189л.

Как видно, только количество песка сильно отличается (783 против 595), остальные компоненты практически совпали.

Пластифицирующие химические добавки позволяют повысить подвижность бетонной смеси, тем самым давая возможность понизить расход воды и соответственно снизить расход цемента, или наоборот, не сокращая расход цемента, повысить прочность бетона. Поэтому, используя различные добавки, необходимо вносить коррективы в расчет состава бетона, и проверять их на практике.

Для того, чтобы рассчитанные соотношения дали нам в итоге заданные свойства бетонной смеси, необходимо соблюсти некоторые правила по уходу за бетоном. В процессе укладки необходимо утрамбовать бетонную смесь вибратором, либо штыкованием, чтобы не было воздушных прослоек и бетон стал максимально плотным. После окончания формования необходимо укрыть бетон влагонепроницаемым материалом и в последующие 7 дней периодически проливать его водой.

Проконсультироваться по поводу выбора марки бетона (раствора). рассчитать количество и доставку, и сделать заказ на бетон, или цемент. или сухие смеси вы можете в СКМ ТЕХГРУПП.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *