ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

важких бетонів, у щебені з осадових порід не повинен перевищувати 1–3 % залежно від призначення бетону. Для дорожніх бетонів вміст цих включень не повинен перевищувати 2 % по масі для бетону одношарових та верхнього шару двошарового покриття доріг; 3 % для бетону нижнього шару двошарового покриття і основ удосконалених капітальних покриттів.

Вміст зерен пластинчастої (лещадної) та голкоподібної форми у щебені для усіх видів важких бетонів не повинен перевищувати 35 %.

Вміст зерен слабких порід у крупному заповнювачі для всіх видів важких бетонів має бути не більше 10 %, а для бетонів конструкцій мостів і гідротехнічних споруд, розташованих у зоні змінного рівня води, водопропускних труб – не більше 5 %. Поверхня зерен щебеню має бути шорсткою для забезпечення кращого зчеплення з розчинною частиною в бетоні.

Пісок. Для виготовлення бетонів використовують природний пісок, пісок з відсівів дроблення вивержених гірських порід, з попутно видобутих порід та їх суміші з модулем крупності від 1,5 до 3,25, що відповідає вимогам ДСТУ БВ2.7-32, золу та золошлакові суміші – за ГОСТ 25818 і ГОСТ 25592.

Природний кварцовий пісок використовують у бетоні для забезпечення його щільності та покращення легкоукладальності бетонної суміші. Якість піску для бетонів характеризують гранулометричним складом, модулем крупності, вмістом пилуватих і глинистих частинок, петрографічним складом, вмістом органічних домішок, радіаційно-гігієнічною характеристикою.

Для важких бетонів класів В30 і вище використовують піски з модулем крупності 2,5 і вище, для бетонів нижчої міцності допустимо використання пісків з модулем крупності 1,5–2.

Для бетонів дорожніх покриттів необхідно використовувати крупні та середні піски з модулем крупності не менш 2,0. Вміст глини, мулистих та дрібних пилуватих частинок в природному піску не повинен перевищувати 2 %. Гранулометричний склад піску, крупність та форма його зерен, ступінь їх шорсткості впливають на водопотребу піску. Водопотреба визначає кількість води, яку пісок може утримати на своїй поверхні та в порожнинах поміж його частинками.

111

Водопотреба піску досить достовірно характеризує сумарну поверхню його зерен. Водопотребу піску визначають за такою методикою. Готують стандартну розчинну суміш складу 1:2 (300 г цементу і 600 г стандартного чистого середньозернистого кварцового піску з модулем крупності 2,0 та з водопотребою 4 %, якість якого відповідає вимогам ГОСТ 6139). Суху суміш перемішують протягом 1 хв, додають воду і перемішують ще 5 хв. Виготовленим розчином заповнюють стандартний конус, суміш ущільнюють, форму-конус знімають, а конус з розчинної суміші струшують 30 разів, після чого вимірюють діаметр розпливання цього конуса. Визначають значення В/Ц, при якому діаметр розпливання конуса дорівнює 170 мм. Водопотребу піску визначають за формулою

В

В cp

р−

Вп =

Ц

Ц

100

+ 4 ,

%

(5.3)

2

де

B

р

– водоцементне

відношення,

при

якому

розчин з

Ц

використанням піску, який випробовується, дає розпливання конуса

170 мм;

	B ср
			– те ж саме, але з використанням стандартного середньо-
	Ц

зернистого піску.

Водопотреба звичайного середньозернистого піску дорівнює приблизно 7–7,5 %.

Цемент. Для виготовлення цементних бетонів використовують різні види портландцементу залежно від призначення бетону. Для бетону дорожніх і аеродромних покриттів потрібно використовувати портландцемент на основі клінкеру з нормованим мінеральним складом, пластифікований, гідрофобний та сульфатостійкий портландцементи. Вміст у дорожньому портландцементі трикальцієвого алюмінату С3А не повинен перевищувати 8 % за масою для забезпечення морозостійкості дорожніх бетонів. Ці цементи можуть вміщувати до 15 % активної мінеральної

112

добавки у вигляді гранульованого доменного шлаку. Початок тужавлення портландцементу для дорожніх бетонів має наступати не раніш 2 год з моменту замішування його з водою. Тонкість помелу такого цементу за показником питомої поверхні має бути не менш 2800 см2/г, а марка за міцністю на стиск – М400 або М500. Для бетону дорожніх основ, згідно з ДСТУ Б В.2.7-46-96, дозволено використовувати шлакопортландцемент. Для бетону дорожніх і аеродромних покриттів, залізобетонних напірних і безнапірних труб, мостових конструкцій, стояків опір використовують один з таких різновидів цементу: ПЦI-400-Н, ПЦI-500-Н без добавок – для усіх виробів; ПЦI-500-Н з вмістом добавок до 5 % – для труб, мостових конструкцій, незалежно від виду добавки; ПЦII/А-Ш-400-Н і ПЦII/А-Ш-500-Н – для бетону дорожніх і аеродромних покриттів при використанні у вигляді добавки гранульованого доменного шлаку в кількості не більш 15 %.

Вода. Вода, яку використовують для виготовлення бетонної суміші, не повинна вміщувати шкідливих домішок, що перешкоджають нормальному тужавленню та твердінню цементу або спричиняють корозію арматури. Загальний вміст розчинених у воді солей не повинен перевищувати 5000 мг/л, вміст іонів SO4 – не більш 2700 мг/л. Водневий показник рН повинен бути не менш 4 і не більш 12,5. Річкову та морську воду дозволяють використовувати лише після спеціальних випробувань. Болотні, торфяні, а також стічні і забруднені промисловими відходами води використовувати в бетоні заборонено.

Добавки. Для регулювання та поліпшення властивостей бетонної суміші, підвищення якості і економічності бетонів, зниження витрат цементу та енергетичних витрат використовують хімічні добавки, які мають відповідати вимогам ГОСТ 24211. Різновиди і кількість добавок у бетонній суміші уточнюють за допомогою експерименту залежно від технології виготовлення, виду і якості вихідних матеріалів, режимів твердіння бетонів та галузей їх використання.

Добавки до бетонів поділяють за основним ефектом їх дії. Звичайні пластифікуючі добавки і суперпластифікатори

(ДФ,УПБ, ХДСК, ПФС,С-3, СМФ, та ін.) підвищують рухомість бетонної суміші, дозволяють за рахунок зменшення витрат води або

113

зменшити витрати цементу у складі бетону, або підвищити міцність і морозійкість бетону.

Повітряутягувальні добавки (СДО, НЧК, ГКЖ-10) підвищують морозостійкість бетонів за рахунок зміни форми пор при всмоктуванні повітря.

Газоутворюючі добавки (пудра алюмінієва ПАК, ГКЖ-94 та ін.) знижують середню щільність легких бетонів за рахунок підвищеного газоутворення.

Ущільнюючі добавки (хлорид заліза, сульфат заліза, ДЄГ-1, ТЄГ-1) збільшують водонепроникність бетону.

Добавки-прискорювачі твердіння (хлорид кальцію, нітрат натрію та ін.) прискорюють тужавлення цементу за рахунок прискорення хімічних реакцій гідратації його клінкерних мінералів.

Протиморозні добавки (хлорид натрію, хлорид кальцію та ін.) покращують умови зимового бетонування за рахунок зниження температури замерзання води.

Гідрофобізуючі добавки (ГКЖ-94, ГКЖ-10 та ін.) захищають бетон від проникнення вологи.

Інгибітори корозії (нітріт натрію, нітріт-нітрат кальцію та ін.) захищають арматуру від дії агресивних луг.

5.3. Розрахунок складу цементобетону

Розрахунок складу цементобетону полягає у визначенні оптимального кількісного співвідношення між щебенем, піском, цементом та водою, яке забезпечує отримання бетону із завданими будівельно-технічними властивостями (міцністю, морозостійкістю, водонепроникністю), та бетонної суміші з визначеними показниками легкоукладальності – рухомості або жорсткості.

Склад бетону визначають у вигляді витрат складових матеріалів на 1 м3 укладеної та ущільненої бетонної суміші або у вигляді кількісного співвідношення за масою або об’ємом між складовими матеріалами (номінальний склад) на одиницю маси, з обов’язковим зазначенням величини водоцементного відношення та активності цементу. Склад бетону може бути лабораторним, що установлює витрати сухих складових мінеральних матеріалів, та польовим, коли у складі бетону ураховується, що кам’яні матеріали під час зберігання знаходяться у природно-вологому стані.

114

Вихідними даними для розрахунку складу бетону, окрім проектної марки (або класу) бетону за міцністю Rб, можуть бути такі:

-марка бетону за морозостійкістю F або водонепроникністю W;

-призначення бетону, за яким визначається найбільша крупність щебеню НК;

-показник легкоукладальності бетонної суміші – її рухомість

або жорсткість, яка залежить від способів ущільнення бетонної суміші.

Для розрахунку складу бетону необхідно визначати такі властивості складових матеріалів:

для цементу – активність (Rц, МПа),

–істинну густину (ρц, кг/м3),

–насипну густину (ρцн, кг/м3),

для щебеню – середню густину (ρщм , кг/м3),

– насипну густину (ρщн , кг/м3),

	−	щ	,
– пустотність Vщ = 1		ρн 100%
		ρщ

для піску – істинну густину (ρn , кг/м3),

–насипну густину (ρнn , кг/м3),

–модуль крупності (Мкр),

–водопотребу (Вп,%).

Одним з найбільш поширених методів розрахунку складу бетону є розрахунково-експериментальний метод абсолютних об’ємів, розроблений Б.Г. Скрамтаєвим та Ю.М. Баженовим. Метод ґрунтується на тому, що сума абсолютних об’ємів усіх складових матеріалів дорівнює 1000 л готової ущільненої бетонної суміші (якщо не враховувати об’єм втягнутого до бетонної суміші повітря) до початку процесів тужавлення та твердіння

Vщ + Vп + Vц + Vв = 1000 л,

(5.4)

де Vщ, Vп, Vц та Vв – абсолютні об’єми відповідно щебеню, піску, цементу та води.

115

Розрахунок складу бетону за цим методом складається з двох етапів:

-попередній розрахунок витрати матеріалів на 1м3 бетону;

-визначення складу бетону після його коректування під час приготування пробних замісів.

Визначення складу бетону полягає у вирішенні чотирьох

рівнянь з чотирма невідомими (кількість Щ, П, Ц та В). Попередній розрахунок витрати складових матеріалів на 1 м3

бетону.

Визначення попереднього вмісту матеріалів здійснюють у такому порядку:

1. Залежно від необхідної міцності бетону, активності цементу

івластивостей заповнювачів з використанням рівняння Скрамтаєва

та Баженова визначають

В

Ц

Ц

Ц

В

Rб = АRц

−0,5

при

< 2,5;

>

0,4

(5.5)

В

Ц

В

Rб = А1Rц

Ц

+0,5

при

Ц

> 2,5;

В

< 0,4 .

(5.6)

В

В

Ц

При ЦВ ≥ 0,4

	В	=		АRц	.	(5.7)
	Ц		R	+0,5R
			б	ц

При ЦВ < 0,4

	В	=		А1Rц		.	(5.8)
	Ц		R	−0,5	АR
			б		1 ц

Значення коефіцієнтів А та А1 призначають за табл. 5.7 залежно від якості заповнювачів бетону.

116

			Таблиця 5.7
Значення коефіцієнтів якості бетону А та А1
Якість заповнювачів бетону	А		А1
Високоякісні	0,65		0,43
Рядові	0,60		0,40
Пониженої якості	0,55		0,37

Визнано доцільним, що для одношарових і верхнього шару двошарових дорожніх покриттів величина ЦB має бути не більш 0,5;

для нижнього шару двошарового покриття ЦВ < 0,60.

2.Призначають орієнтовну витрату води на 1 м3 бетонної суміші за табл. 5.8, яка складена на основі залежності водопотреби бетонної сумішівід потрібної їїрухомості тавластивостей заповнювачів.

3.Після визначення витрати води та величини ЦB розра-

ховують витрату цементу

Ц =		В		.	(5.9)
		В
		Ц

Таблиця 5.8

		Визначення витрати води
Рухомість,	Жорсткість,	Витративодил/м3 прикрупностізаповнювача, мм
см	см		гравій				щебінь
		10	20	40	70	10	20	40	70
-	> 30	150	135	125	120	160	150	135	130
-	21–30	160	145	130	125	170	160	145	140
-	11–20	165	150	135	130	175	165	150	145
-	5–10	175	160	145	140	185	175	160	155
1–4	-	190	175	160	155	200	190	175	170
5–9	-	200	185	170	165	210	200	185	180
10–12	-	215	205	190	180	225	215	200	190
12–16	-	225	220	205	195	235	230	215	205
Примітки:
1. Витрати води		наведені для суміші				на	портландцементі з

НК = 26 – 28 % та на піску з Мкр = 2,0.

117

2.При зміні нормальної густоти цементного тіста на кожний відсоток в менший бік витрати води зменшуються на 3 – 5 л/м3, в більший бік – збільшуються на 3 – 5 л/м3.

3.При зміні модуля крупності піску на кожні 0,5 в менший бік витрати води збільшуються на 3 – 5 л/м3, в більший бік – зменшуються на 3 – 5 л/м3.

Якщо витрати цементу на 1м3 бетону будуть за розрахунками нижче допустимих норм (табл. 5.9), тоді необхідно їх збільшити до нормативних.

Таблиця 5.9

Нормативні витрати цементу для бетонних конструкцій

	Витрати цементу, кг/м3, при
Умови роботи конструкції	ущільненні
	вібрацією	без вібрації
Бетон, що змочується водою та піддається
частому циклічному заморожуванню та	240	265
відтаванню
Бетон, не захищений від атмосферних дій	220	250
Бетон, захищений від атмосферних дій	200	250

4.Визначають рівняння для підрахунку витрати щебеню згідно

зположенням, що сума абсолютних об’ємів щебеню (Щ), піску (П), цементу (Ц) та води (В) дорівнює 1000 л готової свіжоущільненої бетонної суміші (якщо не брати до уваги невеликий об’єм повітря у складі суміші)

	Щ	+	П	+	Ц	+	В	=1000 л,	(5.10)
	ρщ		ρп		ρц		ρв

де ρщ, ρп, ρц та ρв – величини істинної щільності відповідно щебеню, піску, цементу та води.

Абсолютний об’єм цементного розчину у бетоні дорівнює об’єму порожнин у щебені при деякому розсуванні зерен

П	+	Ц	+	В	=V	Щ	α,	(5.11)
ρп		ρц		ρв
					щ ρщ
						н

118

звідси

Щ =			1000				.	(5.12)
		1		+	Vщα
		ρщ			ρщ
					н

де Vщ – пустотність щебеню,%;

ρщн – насипна густина щебеню, кг/м3;

ρщ – середня густина щебеню, кг/м3; α – коефіцієнт розсування зерен щебеню. Для пластичних

бетонних сумішей величину α визначають за табл. 5.10.

Таблиця 5.10

Значення коефіцієнта розсування зерен щебеню α

Витрати цементу, кг/м3			α при		B
					Ц
	0,3	0,4	0,5		0,6	0,7	0,8
1	2	3	4		5	6	7
250	-	-	-		1,26	1,32	1,38
300	-	-	1,30		1,36	1,42	-
1	2	3	4		5	6	7
350	-	1,32	1,38		1,44	-	-
400	1,31	1,40	1,46		-	-	-
500	1,44	1,52	1,56		-	-	-
600	1,52	1,56	-		-	-	-

Примітки:

1. При інших значеннях Ц и ЦB коефіцієнт α знаходять шляхом інтерполяції значень, наведених у таблиці.

2.При використанні дрібного піску з водопотребою більш 7 % коефіцієнт α зменшують на 0,03 на кожний відсоток збільшення величини водопотреби піску.

3.При використанні крупного піску з водопотребою менш 7 % коефі-

цієнт α збільшують на 0,03 на кожний відсоток зменшення величини водопотреби піску.

Для жорстких бетонних сумішей при витратах цементу менш ніж 400 кг/м3, приймають α = 1,05 – 1,15; у випадку використання дрібних пісків величину α приймають нижче 1,05. Для жорстких

119

бетонних сумішей з витратами цементу більш 400 кг/м3 коефіцієнт

αпризначають не менш 1,1.

5.Визначають витрати піску на 1м3 бетону

		Щ		Ц		ρп , кг.	(5.13)
П = 1000	−		+		+ В
		ρщ		ρц

Витрати матеріалів на 1 м3 бетону, отримані в результаті попереднього розрахунку, коректують при приготуванні пробних замісів.

Приготування пробних замісів

Пробний заміс об’ємом 10–15 л готують для перевірки легкоукладальності бетонної суміші, щоб виявити, наскільки витрати води, що орієнтовно призначалися по таблицях або номограмах, враховують всі особливості поверхні реальних кам’яних матеріалів, використаних при виготовленні бетонної суміші.

З використанням складу матеріалів на 1 м3 бетонної суміші за попереднім розрахунком, який було зроблено, готують пробний заміс і визначають експериментально показник осідання конусу для рухомих сумішей або жорсткості – для жорстких. Витрати води та цементу при недостатній їх кількісті (осідання конусу менш запланованого) коректують звичайно за рахунок збільшення кількості кожного з них на 10 % у співвідношенні, яке було визначено попереднім розрахунком. При надлишку їх кількості (осідання конусу більш запланованого) їх відносний вміст зменшується за рахунок збільшення на 10 % кількості щебеню та піску у визначеному кількісному співвідношенні.

При необхідності корегування ЦB для забезпечення необхідної міцності бетону на певному цементі, готують 3 пробних заміси з трьома різними значеннями ЦВ , що відхиляються від визначенного у

розрахунку в той чи інший бік на 0,05. В кожному з цих трьох замісів необхідно скоректувати фактичний вміст води для отримання суміші завданої легкоукладальності. За результатами

120