Расчет составов мелкозернистого бетона

РАСЧЕТ СОСТАВОВ МЕЛКОЗЕРНИСТОГО БЕТОНА

Использование мелкозернистого бетона в строительстве (для дорожного покрытия, дорожных и тротуарных плит и др.) имеет ряд преимуществ над обычным бетоном [1].

Предлагаемая методика проектирования состава мелкозернистого бетона имеет ряд особенностей по сравнению с существующими [1, 2]:

• 
  При назначении необходимого цементно-водного отношения (Ц/В), учитывается тип бетонной смеси по ее удобоукладываемости, который определяет способ формования изделий и конструкций;
  
• 
  Используется физическая концепция формирования плотной структуры бетонной смеси (цементное тесто заполняет пустоты между зернами заполнителя и создает на его зернах пленку некоторой толщины , величина которой зависит от удобоукладываемости бетонной смеси, Ц/В, особенностей заполнителя и учитывает степень уплотнения бетонной смеси);
  
• 
  Учитывается не только крупность, но и форма зерен заполнителя через величину его удельной поверхности.
  

Для расчета прочности на сжатие мелкозернистого бетона можно использовать формулу общего вида [3]:

Анализ наших экспериментальных данных (табл.1), а также данных других авторов [2, 4] (рис.1) позволяет предложить усредненные значения коэффициентов А и b в формуле (1) (табл.2).

Влияние цементно-водного отношения и качества заполнителя

на прочность мелкозернистого бетона

Вид заполнителя	Удобоукладываемость бетонной смеси	Цементно-водное отношение
		1,5	1,75	2	2,25	2,5	2,75	3
		Прочность МЗБ на сжатие в возрасте 28 сут, МПа
Кварцевый песок (Мкр=2,5; содержание примесей –1%, п=0,44 )	ОК=10 см	18,8	19,9	26,3	34,6	38,9	–	–
	Ж=17 с	19,2	27,1	29,4	33,3	43	45,8	–
	—*	30	29,2	35,4	44	51	51,5	58,2
Кварцевый песок (Мкр=1,6; содержание примесей –3%, п=0,46 )	ОК=10 см	14	17	25,1	29,8	37	–	–
	Ж=17 с	18	21,3	27,7	35,1	36,3	44,6	–
	—*	27,7	29,7	32	40,8	45,3	48,9	53,7
Кварцевый песок (Мкр=0,8; содержание примесей –9%, п=0,45 )	ОК=10 см	12,1	20,4	20,5	25,5	32,5	–	–
	Ж=17 с	19,4	22,3	24,5	31,8	32,9	38,6	–
	—*	21,1	25,8	33	35	43,8	47,5	49,2

Примечание: образцы отмеченных (*) серий были изготовлены из сыпучей бетонной смеси (влажность 6...7%) способом вибропрессования (амплитуда – 0,5 мм, частота – 50 Гц, длительность – 20 с, давление –0,06 МПа).
Т
аблица 2

Коэффициенты А и b в формуле (1) для расчета

прочности мелкозернистого бетона

При расчете состава мелкозернистой бетонной смеси необходимо учитывать, что после ее уплотнения в бетоне всегда остается некоторый объем воздуха. Количество вовлеченного воздуха определяется особенностями конкретных воздухововлекающих добавок. Определенный объем воздуха остается в результате недоуплотнения бетонной смеси (защемленный воздух V_з.в). Аппроксимация данных [2] позволяет предложить выражения для расчета объем защемленного в мелкозернистых бетонных смесях воздуха (л):

• 
  для пластичных смесей:
  

• 
  для жестких смесей:
  

Для смесей, жесткость которых нельзя определить обычными методами (сверхжесткие или полусухие (сыпучие) смеси), а также для бетонных смесей, которые уплотняются силовыми способами, объем защемленного воздуха зависит от параметров и особенностей способа уплотнения. Для сыпучих бетонных смесей, которые уплотняются вибропрессованием количество защемленного воздуха можно найти по номограмме полученной на основе наших экспериментальных данных [5] (рис. 2).

Расходы всех компонентов мелкозернистой бетонной смеси связываются между собою условием:

V_ц.т.+V_п.+V_з.в =1000 л, (4)

где V_ц.т. -объем цементного теста, л; V_п. -объем песка, л.

Количество цементного теста должна быть таким, чтобы заполнить пустоты между зернами песка и создать на них пленку некоторой толщины .

Можно записать условие:

, (5)

где _п – пустотность заполнителя (песка);  – толщина пленки цементного теста; S – удельная поверхность заполнителя; _н.п – средняя плотность заполнителя в насыпном состоянии; П – расход заполнителя.

А
нализ известных экспериментальных данных [1, 6] дает возможность утверждать, что условная толщина пленки (зависит от удобоукладываемости бетонной смеси (Ж или ОК), Ц/В, удельной поверхности заполнителя (S), пустотности заполнителя в насыпном состоянии (_п) и объема между зернами заполнителя незаполненного цементным тестом (V_н).

Определить условную толщину цементной пленки на зернах заполнителя можно пользуясь номограммами (рис.3, 4).

Удельную поверхность заполнителя (S, см²/см³) с достаточной точностью можно определить, использовав формулу А.С. Ладинского [6]:

, (8)

где k – коэффициент, который зависит от вида песка; а...е – частные остатки на стандартных ситах с размером отверстий от 5 до 0,16 мм, %; ж – проход через сито с отверстиями 0,16 мм, %.

Величина V_н характеризует недостаток цементного теста для заполнения пустот между зернами заполнителя (а в некоторых случаях и на создание пленки условно-минимальной толщины (13 мкм)), наличие защемленного воздуха и уменьшение пустотности песка во время уплотнения смеси. Последний фактор можно учитывать, подставляя в формулы (6, 7) пустотность заполнителя в уплотненном состоянии.

В первом приближении V_н можно принимать равным объему защемленного воздуха V_з.в., однако в случае, если полученная величина будет м
еньше 13 мкм, V_н нужно увеличивать, пока условие (≥13 мкм) не будет выполнено.

Номограммы (рис. 3, 4) справедливы при применении портландцемента с нормальной густотой цементного теста НГ=28%, при НГ<28% толщину  нужно уменьшать, а при НГ>28% – увеличивать из расчета 5% на 1% изменения НГ. Для уточнения V_н по номограммам нужно соответственно сместить линию =13 мкм влево, если НГ>28% и вправо – если НГ < 28%.

Снижение величины V_н, в некоторых случаях (применение вибропрессования и сыпучих бетонных смесей), можно достичь увеличением количества цементного теста за счет введения дисперсного активного или инертного наполнителя (например гранитной пыли [7]).

Расходы компонентов мелкозернистого бетона можно найти, решив систему уравнений:

, ⁽⁹⁾

где V_ц – объем цемента; V_в – объем воды.

Из системы (9) находим расходы заполнителя и цемента:

(10)

(11)

Расход воды находится из условия:

В=Ц ^. В/Ц. (12)

Таблица 3

Примеры расчета состава мелкозернистого бетона

для Здолбуновского завода строительных материалов

1. 
   Баженов Ю.М. Технология бетона. – М.: Высшая школа, 1987.
   
2. 
   Сизов В.П. Проектирование составов тяжелого бетона. – М.: Стройиздат, 1980.
   
3. 
   Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Проектирование составов бетона с заданными свойствами. – Ровно, РДТУ, 1999.
   
4. 
   Оганесянц С.Я., Львович К.И. Проектирование составов песчаных бетонов в зависимости от технологии их изготовления. Совершенствование методов проектирования составов и контроля качества бетонов. Сб. науч. тр. МДНТП. М.: 1982.– с. 98-104.
   
5. 
   Дворкін Л.Й., Житковський В.В. Оптимізація параметрів ущільнення вібропресованого дрібнозернистого бетону з використанням гранітного відсіву.// Ресурсоекономні матеріали, конструкції будівлі та споруди. Зб. наук. праць. Вип.5.– Рівне: РДТУ, 2000.
   
6. 
   Сорокер В.И., Довжик В.Г. Жесткие бетонные смеси в производстве сборного железобетона. Г.: Стройиздат, 1964.
   
7. 
   Дворкин Л.И., Житковский В.В. Вибропрессованный бетон на основе отсевов измельчение гранита.//Вестник УДАВГ, вып.1, ч. 2., 1998.—С.120-124.
   

_____________ Дворкин О.Л.

_____________ Житковский В.В.

18 ноября 2002 г.