Пример расчета состава бетона

Задание. Выбрать материалы и провести подбор состава бетона класса B30 для пустотных плит перекрытий, изготавливаемых непрерывным формованием на длинных стендах. Толщина конструкции 220 мм, диаметр отверстий 160 мм, минимальная толщина стенок 30 мм.

Конструкция густоармированная, бетонирование производится на технологической линии БФ в цехе завода ЖБИ. Перемешивание бетонной смеси производится на двухвальной бетономешалке объем по выходу 1м³. Материалы: портландцемент R_ц 500 Д15, высокопрочный гранитный щебень фракции 5-20, песок с М_кр = 2,4.

Выбор материалов

Для расчета состава бетона используем метод «абсолютных объемов». Поскольку в формулах метода принят показатель – предел прочности бетона при сжатии (марка), необходимо перейти от класса бетона к его марке. Так как в задании не указан коэффициент вариации прочности бетона для предприятия–изготовителя, то приходится воспользоваться коэффициентом вариации, установленным нормативными документами для заводов сборного железобетона. Для тяжелого бетона ν=13,5%. При обеспеченности 95% формула пересчета примет вид:

         .

В качестве второй проектной величины при расчете состава бетона принимается удобоукладываемость, характеризуемая подвижностью (ОК, см) или жесткостью (Ж, с).

Известно, что на линиях непрерывного формирования (за исключением экструдеров) успешно уплотняются бетонные смеси с ОК=1-4 см.

Высокая прочность бетона (390 кг/см²) требует качественных заполнителей и цемента. С целью минимизации стоимости материалов выбираем (из доступных предприятию по дальности перевозки) портландцемент Rц 500Д15, поскольку к плитам перекрытий по условиям эксплуатации не предъявляются специальные требования (морозостойкость, водонепроницаемость, водопоглощение).

В качестве крупного заполнителя выбираем гранитный щебень фракции 5-20 без дополнительной промывки и активации поверхности. Выбор фракции крупностью до 20 мм вызван минимальной толщиной стенок плит перекрытий и высокой густотой армирования.

Из песков выбираем карьерный средней крупности (М_кр=2,4) в связи с небольшой дальностью его возки и приемлемым гранулометрическим составом. Все материалы удовлетворяют требованиям Государственных стандартов.

 Данные для расчета состава бетона:

Проектные данные: R_б=390 кг/см², ОК=2см.

Исходные данные по материалам: 

Цемент R_ц 500 Д15, ρ_ц=3,12т/м³, ρ_нц=1,3 т/м³        

Щебень Д_max=20, ρ_щ=2,72т/м³, ρ_нщ=1,36т/м³

Песок М_кр=2,4, ρ_n=2,66т/м³, ρ_нn=1,52т/м³.

Расчет расхода материалов на 1м³ бетонной смеси

Для определения, гарантирующего получение бетона заданной прочности используем уравнение (4):

Расход воды (л), обеспечивающей требуемую удобоукладываемость определяем по графикам, приведенным на Рис. 3 и откорректированным на использование щебня 5-20:

                                                     В=170+10=180 л/м³

Расход цемента определяем по формуле (7):

Для определения расхода щебня воспользуемся формулой (13):

В формуле имеются показатели, требующие предварительного определения: n- пустотность щебня, α- коэффициент раздвижки

284 л/м³

тогда

1124 кг/м³

количество песка определяется по формуле (14):

= 806 кг/м³                                                                     

Ориентировочно проверим правильность расчетов из условий примерного веса 1 м³ бетонной смеси – 2400 кг:

                                324+180+1124+806=2434 кг.

Метод «абсолютных объемов» не позволяет расчетами однозначно определить состав бетона, поэтому на опытном замесе уточним, получатся ли при установленных расчетом расходах материалов требуемые характеристики по прочности бетона и удобоукладываемости бетонной смеси.

Для корректировки состава принимаем объем пробного замеса – 10 литров. Расход материалов на замес, составляет:

          Ц=3,24 кг; В=1,8 л; Щ=11,2 кг; П=8 кг.

После перемешивания смеси и определения ее подвижности оказалось, что ОК=0-1 см. Для ее увеличения потребовалось добавить 5% цементного теста или 1,42 л, что соответствует 0,9л В и 1,62кг Ц.

Введение указанного количества цементного теста привело к увеличению подвижности смеси до ОК=2-3 см, что может быть признано удовлетворительным результатом.  Но, в связи с введением в смесь дополнительных материалов, состав смеси также изменился и нуждается в корректировке.

= 2,17 т/м³

Фактические расходы материалов кг на 1 м³ бетонной смеси составили:

тогда вес 1 м³ бетонной смеси – 2344 кг.

Для корректировки состава по прочности – к кубам, изготовленным из приведенных выше материалов, добавим еще две серии кубов, изготовленных из смесей с тем же расходом воды, но при

                                   и 

После выдержки в течение 28 суток в камере нормального хранения, кубы были испытаны и показали следующую прочность:

                                         ; R1=325;

                                         R2=370;

                                          ; R3=410.

Построенный график (Рис.6) позволил уточнить, что для получения R_б = 390 кг/см² на принятых материалах необходимо  

Рис. 6.  Определение расчетной величины В/Ц

Тогда, учитывая закон постоянства водосодержания, производим корректировку состава бетона по прочности:

Ц=236·1,93=455;

Контроль: 455+236+1064+604=2359.

С учетом исходной влажности песка и щебня расходы заполнителей и воды составят: П=604· 1,04=628 кг

                             Щ=1064 · 1,02=1085 кг

                             В=236-604 · 0,04-1064 · 0,02=191 л.

Измерение В/Ц и влажности инертных материалов

Формование ригелей

Геополимерный бетон- будущее дорожного строительства

Плиты перекрытия как основа бельгийского жилищного бума