Главная
Бетон
Блог
Виды бетона
Прочность бетона
Деформации бетона
Строительные решения
Добавки для бетона
Бетонная смесь
Твердение бетона
Информация о цементе




Вход на сайт

Состав бетона

Автор: admin от 12-02-2012, 20:40

Состав бетона характеризуется большим разнообразием условий эксплуатации бетонных и железобетонных конструкций, условий обеспечения сырьевыми материалами и требования по повышению технико-экономической эффективности применения бетона как строительного материала значительно затрудняют определение оптимального состава бетона для данной конкретной ситуации. Невозможно найти оптимальный состав бетона без четкого определения критерия оптимальности. В разных ситуациях эти критерии могут очень отличаться. Критериями могут быть, например максимальная прочность бетона при сжатии, расход цемента, стоимость бетонной смеси, требования обеспечения определенного уровня специальных свойств бетона (морозостойкости, водонепроницаемости и т.п.), энергетические затраты при тепловой обработке бетона и т.д. Чаще критериям оптимальности принимают минимальный расход цемента и минимальную общую стоимость бетонной смеси.

Проектирование состава тяжелого бетона, а именно состав бетонной смеси, является система технологических расчетов для определения такого соотношения между компонентами бетонной смеси, которое гарантирует необходимую прочность и долговечность бетона в конструкции и заданную удобоукладываемость смеси на основе технологии и изготовления и уплотнения, а также необходимую экономичность ( минимальная стоимость смеси, минимальный расход цемента и т.д.)

Основой методики технологических расчетов для определения ориентировочного (предварительного) состава бетонной смеси является применение эмпирических формул, графиков и других графических и математических моделей, которые были получены в течение длительного развития технологии бетона путем обработки и обобщения большого количества результатов научно-исследовательских работ и практического опыта. Известные эмпирические зависимости не претендуют на высокую точность и не гарантируют быстрого с первого раза достижения поставленной цели - получить состав бетона с заданными свойствами, используя данный конкретный комплекс исходных (сырьевых) материалов. Это связано с тем, что на свойства бетонной смеси и затвердевшего бетона влияет очень много технологических и физических факторов - широкий диапазон изменения свойств исходных материалов (компонентов) смеси, условия твердения бетона, влияние окружающей среды.

Учесть действие всех этих факторов при разработке и создании теоретических зависимостей и моделей пока невозможно. Поэтому определение оптимального состава бетона в современных условиях является поиск, на первой стадии которого получают ориентировочный состав бетона с помощью расчетов с использованием эмпирических зависимостей. Результатом этой стадии является сужение границ поиска. Далее продолжается поиск и уточнение в "узких" границах с применением уже и экспериментальных методов, что дает возможность определить с достаточной точностью состав бетона с заданными свойствами.

В современных условиях расчет ориентировочного состава бетона производят с использованием следующих основных эмпирических зависимостей:
- Прочности бетона от активности цемента и величины водоцементного отношения;
- Удобоукладываемости бетонной смеси от расхода воды (в виде таблиц и т.д.);
- Прочности бетона и удобоукладываемости бетонной смеси от качества заполнителей (в виде коэффициентов).

Совершенно очевидно, что все указанные характеристики и особенности заполнителя являются весьма важными факторами прочности бетона, а также технологических свойств бетонной смеси. Очевидно и то, что учет этих факторов в явном виде в эмпирической формуле Боломея - Скрамтаева и в других подобных формулах, а также математических моделях связано с очень большими трудностями, поскольку каждый вид заполнителя, имеет свои довольно индивидуальные особенности. Поэтому применение коэффициента А в подобных формулах является главным признаком их эмпирического характера - только в результате экспериментальной проверки состава бетона может быть уточненное значение этого коэффициента.

В процессе проектирования состава бетона необходимо найти наиболее эффективные значения следующих технологических параметров:

- Обоснование вида и активности цемента;
- Величину водоцементного отношения, которая обеспечит необходимую плотность цементного камня для обеспечения заданной прочности бетона;
- Водопотребность бетонной смеси, которая обеспечит заданную удобно укладываемость;
- Определение оптимального значения коэффициента а, отражающий соотношение между объемами цементного раствора в бетоне и объемом пустот в крупном заполняемые;
- Определение расхода цемента мелкого и крупного заполнителей, воды и добавок, пользуясь известными формулами.

Порядок расчета состава бетона.

Проектирование состава бетонной смеси включает несколько стадий:

1. Технологический анализ ситуации, который определяет:
- Условия эксплуатации бетона в конструкциях и обусловленные ими требования по обеспечению специальных свойств бетона; - Особенности технологии процесса уплотнения и формирования изделий или бетонирования конструкций в опалубке и обоснование на этой основе марки бетонной смеси по подвижности или жесткости;
- Условия и особенности процесса твердения и структурообразования бетона, предусмотренные технологической картой процесса изготовления конструкций или проектом организации работ при монолитном бетонировании.

2. Обоснование и выбор исходных материалов для приготовления бетонной смеси с учетом ограничений и рекомендаций нормативных документов.

3. Экспериментальное определение физико-механических свойств выбранных исходных (сырьевых) материалов.

4. Ориентировочное определение состава бетонной смеси (расход материалов на 1 м3 бетонной смеси) одним из рекомендованных расчетно-экспериментальных материалов.

5. Экспериментальная проверка и уточнение состава бетонной смеси. Подбор исходных материалов для приготовления бетонной смеси (вяжущего, добавок, заполнителей) осуществляется с учетом требований соответствующих ГОСТ, СНиП и других нормативных документов. При этом принимаются во внимание особенности и размеры конструкции, условия формирования и твердения бетона и т.д..

Исходными данными для определения состава бетона есть такие условия:
- Необходимое (проектная) прочность бетона на сжатие (марка или класс), а также прочность в момент выдачи изделий потребителям;
- Необходимая марка по подвижностью (жесткостью) бетонной смеси;
- Необходимые марки за другими физико-механическими свойств себя (морозостойкость, водонепроницаемость и др.);
- Условия и сроки твердения бетона;
- Наибольшая крупность заполнителя (в соответствии с размерами сечения конструкции и плотности армирования).

До начала определения состава бетонной смеси необходимо выполнить испытания исходных материалов по стандартной методике и получить следующие характеристики:
9632; для цемента - активность, истинную плотность, насыпную плотность, нормальную густоту цементного теста Нг;
9632; для заполнителей - насыпную плотность, среднюю плотность, пустотелость, зерновой состав, наибольшую крупность, влажность. При использовании фракционированного щебня (гравия) определяется оптимальное соотношение между фракциями, обеспечивая наименьшую пустотелость смеси фракций.
Наибольшее распространение получили так называемые расчетно-экспериментальные методы определения бетонной смеси. Такие методы состоят из двух стадий.

Первая стадия - ориентировочный расчет основных параметров состава смеси с использованием ряда эмпирических зависимостей, математических моделей, таблиц и графиков, полученных в результате накопления и обработки данных экспериментальных исследований, а также инструкций и рекомендаций.

Вторая стадия - экспериментальная проверка и уточнение полученных расчетом параметров состава бетонной смеси.
Расчет параметров состава бетонной смеси - водоцементного отношения, водосодержания, расхода цемента, заполнителей и добавок производится в следующей последовательности:

В лаборатории завода железобетонных изделий необходимо накапливать данные, характеризующие основные зависимости свойств бетонной смеси и бетона от свойств конкретных использованных материалов, способов уплотнения, условий и режимов твердения и обрабатывать эти данные в виде таблиц, графиков, номограмм и т.п.. Такая информация помогает более оперативно решать задачи назначения и корректировки составов бетона в производственных условиях.

Математические методы в последние годы находят широкое применение для определения и оптимизации состава бетона путем в использовании моделей - математических зависимостей между свойствами бетона и расходом и свойствами составляющих материалов и параметрами технологических действий. Полученные на основе обработки результатов, запланированных по специальной методике предыдущих опытов, математические модели количественно отражают влияние и значимость технологических факторов, определяющих в данных конкретных условиях изменчивость оптимизируемого параметров-подвижности (жесткости) бетонной смеси, прочности бетона, морозостойкости и т. п. В отличие от традиционных упрощенных эмпирических зависимостей в технологии бетона, модели получены с использованием математико-статистических методов, позволяющих учесть влияние большого количества факторов и не только уточнить технологические расчеты, но и вносить коррективы в состав смесей и режимы процессов при изменении входных параметров.

Коротко изложим основные идеи и принципы математических методов планирования экспериментов применительно к задачам технологии бетона, эффективно решаются с применением математических моделей, которые созданы и развиты в работах профессоров Ю.М.Баженова, В.А.Вознесенського, Л.И.Дворкина.

Главными этапами получения многофакторных моделей являются:
- Расчет и определение основного исходного состава бетонной смеси расчетно-экспериментальным или другим общепринятым способом;
- Расчет всех составов бетонной смеси и проведение экспериментов по выбранному плану;
- Обработка результатов эксперимента и построение математической модели в виде зависимости свойств бетонной смеси и бетона от рассматриваемых факторов, которыми могут быть значения В / Ц, водосодержание, расход цемента, добавок, коэффициент "раздвижки" зерен заполнителя и т.д. в зависимости от конкретных условий и поставленной задачи .

Значение факторов в основном исходном составе называют основным (средним или нулевым) уровнем. Варьирование факторов обычно производится на двух уровнях (верхнем и нижнем), удаленных от основного уровня в большую и меньшую сторону на одинаковую величину, которую называют интервалом варьирования. Это величественное зависит от реальных границ колебания факторов и обычно составляет, например, для В / Ц - 0,1 ... 0,15, для расхода воды - 20 ... 25 л, расход цемента - 15 ... 20% основного уровня, расхода добавок - 50 ... 70% и т.п.

Профессор Л.Й.Дворкин на основании многолетних исследований проблемы совершенствования методологии проектирования составов (рецептуры) бетонов предложил эффективную систему технологических расчетов и математических моделей для определения оптимальных параметров состава бетонов с заданными свойствами. Оптимизация состава бетона на основе зависимости "состав-структура - свойства" осуществляется путем совместного рассмотрения многие факторных математических моделей. Особое значение результаты этих исследований имеют при проектировании состава бетонов, где предъявляются требования по их специальных свойств - морозостойкости, водонепроницаемости, коррозионной стойкости и т.п..

Опираясь на использование многофакторных моделей зависимости между свойствами бетонных смесей и бетона и технологическими факторами, получены уравнения регрессии для оптимизации структуры бетонов и параметров технологических режимов. При этом учтены минералогический состав вяжущих, свойства заполнителей, условия твердения и структурообразования бетона и т.д..

Использование математических методов для расчета состава бетона существенно расширяет возможности регулирования и управления качеством бетона и железобетонных изделий.

Категория: Бетон