Проектування і оптимізація складу бетонної суміші

Максимальна крупність Днб 5...20мм. 

Згідно з вимогами ДСТУ Б. В.2.7-43-96 для  бетону марки щебеню із природного каменю мають бути не нижче:

• 600 - для бетону за міцністю В15 та нижче;
• 800 - для бетону класу за міцністю від В20 до В30 включно;
• 1200 - для бетону класу за міцністю вище В30.

Марки гравію та щебеню із гравію за показником дроблення мають бути не нижче Др12 для бетону за міцністю М500. Якщо до бетону ставляться вимоги щодо водонепроникності, треба застосовувати щебінь із вивержених порід марки не нижче 1000.

Мінімальна допустима міцність породи заповнювача  М1000  

Вимоги до морозостійкості заповнювачів диференційовані залежно від виду бетону і умов експлуатації залізобетонних конструкцій . В усіх випадках  водонепроникність і морозостійкість заповнювачів повинна забезпечити бетону потрібну марку за морозостійкістю. Морозостійкість щебеню та гравію має бути марки F100 при температурі до мінус 20°С і F200 – при температурі нижче мінус 10°С.

Мінімальна допустима морозостійкість F100

Отже, приймаємо щебінь фракції 5 -20мм, марка: за міцністю – М1000, 

за морозостійкістю - F100. Забруднення не більше 1% за масою (пилуваті і глинясті частинки), вміст зерен слабких порід не більше 5%, а пластинчастих і голкоподібних – не більше 35% за масою.

Властивості і показники прийнятого крупного заповнювача:

• середня густина зерен 2,6 кг/м3
• насипна густина 1,5 кг/м3
• міжзернова пустотність 0,4
• вартість 1,0м3 160 грн.

Згідно  ДСТУ Б В.2.7-43-96.  для щебеню.

 

 

• Дрібний заповнювач – кварцовий річковий пісок; 
• Модуль крупності Мкр=2,5 
• Допустимий вміст в піску пилуватих і глинистих  часток не більше 2% за масою (А=0,6). 

Властивості і показники прийнятого мілкого заповнювача:

• середня густина зерна  2,6 кг/м3
• насипна густина 1,5 кг/м3
• пустотність Vпщ=0,4
• вартість 1,0м3 65 грн.

Вибираємо  згідно  ДСТУ Б В.2.7-29-95 для піску.

 

 

Крім структурних характеристик основними факторами морозостійкості є мінералогічний склад і вид цементу, В/Ц, якість заповнювачів, однорідність і ступінь ущільнення бетонної суміші. Найбільш високу морозостійкість у мінералогічному складі цементу має аліт. Наявність у складі три кальцієвого алюмінату знижує морозостійкість аліту і беліту. Одна з причин – велика різниця в концентрації силікатних і алюмінатних фаз цементу, що спричинює появу мікротріщин у цементному камені. Найефективнішими видами цементу для бетону підвищеної морозостійкості є сульфатостійкий, гідрофобний і пластифікований портландцементи. Пуцоланові добавки в значних кількостях (до 30%) знижують морозостійкість бетону, оскільки істотно збільшують водопотребу цементу. Бетони на шлакопортландцементі після теплової обробки також мають досить високу морозостійкість, бо в таких умовах відбувається найповніше зв’язування гідроксиду кальцію, а низько основні гідросилікати, що виникають при цьому, досить стійкі і здатні не тільки ущільнювати бетон, але й релаксувати внутрішні напруження в ньому при фазових перетвореннях рідкої фази. Для бетонів високої морозостійкості рекомендується застосовувати свіжі цементи з втратою при прожарюванні (в п.п.) не більше 1%. Лежалі цементи знижують морозостійкість цементного каменю і бетону.

Згідно ДСТУ Б В.2.7-46:2010 на цементи загально будівельного призначення. 

Витрата цементу на 1м3 повинна бути не більше 350 кг/м3 за умови обмеження інтенсивності тепловиділення.

 

Властивості і показники вибраних для варіантного проектування складу бетонної суміші видів цементу:

Примітка. Решта властивостей повинна відповідати вимогам

 

 

Морозостійкість цементного каменю залежить від значення його загальної пористості і її характеру. Чим менша загальна пористість, тим вище морозостійкість цементного каменю. Зменшення загальної пористості досягається, по-перше, зниженням водоцементного відношення при виготовленні бетону, але не нижче 0,4 і, по-друге, тривалим твердненням його до початку циклів поперемінного замерзання і відтавання, під час якого капілярні пори заповнюються гідратними новоутвореннями.Раніше зазначалося, що при В/Ц= 0,4...0,45 при значній гідратації цементний камінь майже не містить капілярних пір. Пористість його створюється в основному гелевими порами, заповненими водою в псевдотвердому стані. Звідси випливає, що бетони високої морозостійкості доцільно готувати при В/Ц, що не перевищують 0,45-0,5. При цьому краще всього застосовувати портландцементи з зниженою водопотребою, а також вводити в них поверхнево-активні пластифікуючі (ССБ, СДБ, С-3 і ін) і пластифіцируючі-гідрофобізуючі (милонафт, окислений петрола-тум та ін) добавки, що сприяють одержанню потрібної рухливості бетонних сумішей при зниженому водонасиченню.Однак наявність капілярної пористості в цементному камені, переважно в початкові терміни тверднення, особливо при В/Ц, що перевищують 0,5-0,6, може сильно знижувати його морозостійкість. У цьому випадку велика значення набуває такий фактор, як характер пористості цементного каменю. Дуже важливо, щоб в цементному камені були рівномірно розподілені дрібні сферичні повітряні пори, замкнуті або частково сполучені з капілярами.

 Найбільше збільшують морозостійкість бетону повітровтягувальні добавки. Повітровтягувальні добавки виготовляються у вигляді концентрованих розчинів, густих паст чи сухого, легкорозчинного порошку. Для приготування добавок використовуються деревні смоли, продукти переробки нафти, рослинні жири й інша сировина. Найчастіше в якості повітровтягувальних застосовують добавки на основі деревної смоли (смола нейтралізована повітровтягувальна – СНП, синтетична поверхневоактивна добавка – СПД і ін.). Їх вводять у бетонні суміші в кількості 0,01...0,02% від маси цементу. При цьому об'єм втягнутого повітря складає 30...60 л/м3. Морозостійкість бетону з повітровтягувальними добавками зростає в кілька разів. Ці пори створюються з допомогою повітровтягуючих (піноутворюючий) добавок, що вводяться в бетон в такій кількості, щоб довести їх обсяг до 3-4 % загального обсягу бетону. Повітроутягувальними добавками служать абіетат натрію, та ін., що вводяться в кількості 0,1-0,25 %За експериментальними даними, введення повітряних бульбашок в кількості до 3-4 % обсягу бетонів дозволяє збільшувати морозостійкість бетонів з 200-400 до 1000-1600 циклів заморожування. Морозостійкість цементного каменю підвищується також при введенні в нього гідрофобізуючих добавок в кількість 0,075 - 0,1 % маси цементу (милонафт, олеїнова кислота та ін). Сприятливий вплив цих добавок пояснюється тим, що вони ускладнюють підсмоктування води на камінь та її міграцію. Крім того, вони сприяють збільшенню кількості замкнутих пір, не заповнюються водою при звичайному насичення бетону.

Підвищення морозостійкості може бути досягнуто також введенням в бетонну суміш кремнійорганічних сполук (ГКЖ-Ю, ГКЖ-П, ГКЖ-94) в кількості 0,05-0,28 % маси цементу. Позитивний вплив двох перших з'єднань обумовлено залученням повітря і гідрофобізацією внутрішньої поверхні пор цементного каменю. При добавці ж ГК.Ж-94 відбувається виділення газів, що утворюють закриті пори, поверхня яких також стає гідрофобною.

Таким чином, для підвищення морозостійкості цементного каменю і бетону застосовують добавки пластифікуючі, що сприяють ущільненню каменю внаслідок зменшення його водопотреби при збереженні рухливості; повітровтягуючі (піноутворювачі); гідрофобізуючі.

 

 

Склад бетонної суміші визначають за методом абсолютних об’ємів згідно з рекомендаціями. При цьому в ході розрахунків здійснюють корегування отримання параметрів суміші з метою:

• забезпечення спеціальних властивостей бетону, зазначених в завданні на курсову роботу (морозостійкість, водостійкість, водонепроникність, стійкість до агресивної дії навколишнього середовища тощо);
• зниження витрат цементу;
• скорочення циклу теплової обробки бетону, прискорення його твердіння, забезпечення можливості бетонування за низьких температур навколишнього середовища.

Як правило, цього досягають застосуванням різних хімічних добавок та інших технологічних прийомів. У процесі виконання розрахунків необхідно обґрунтувати (з посилання на відповідні нормативні вказівки) прийняті рішення про застосування тих чи інших технологічних прийомів в даній конкретній ситуації.