На активность цемента весьма существенно сказывается тонкость помола цемента, в то время как на величину тепловыделения она оказывает заметное влияние лишь в первые сроки твердения. Увеличение удельной поверхности цемента сверх 400 м2/кг практически уже не вызывает прироста теплового эффекта после 4 .5 сут. твердения.

Сложность задач проектирования составов массивного гидротехнического бетона заключается в необходимости увязки В/Ц и В, определяющих расход цемента, а также вида применяемого цемента и добавок, с требованиями обеспечить прочностные свойства, морозостойкость, водонепроницаемость с необходимым тепловыделением (Q). В еще большей мере усложняется поиск оптимальных решений, включающий не только сравнительные расчеты стоимости различных рецептурных вариантов, но и технологических решений, направленных на регулирование начальной температуры бетонной смеси, охлаждение бетона в процессе твердения.

2.Пропариваемые бетоны

При проектировании составов пропариваемого бетона в отличие от бетона нормального твердения, кроме проектной или марочной прочности через 28 сут, необходимо обеспечить отпускную (распалубочную, передаточную) прочность после тепловой обработки. Нормируемые прочностные параметры могут достигаться как при одинаковом, так и при различных Ц/В. В последнем случае можно установить определяющий прочностной параметр, для достижения которого требуется большее значение Ц/В. Последний может изменяться в зависимости от величины и соотношения и режима пропаривания, длительности последующего твердения.

По мере сокращения режима пропаривания и длительности последующего выдерживания, увеличения численного значения создаются предпосылки, чтобы последняя стала определяющим прочностным параметром и наоборот. Сужению интервала необходимых Ц/В вплоть до их совпадения способствует применение быстротвердеющих цементов, добавок-ускорителей твердения, оптимизация режимов тепловой обработки.

Прочность пропаренного бетона в 28 сут. может отклоняться от соответствующей прочности бетона нормального твердения в меньшую или большую сторону. Исследования и практический опыт показывают, что при оптимальном режиме пропаривания можно свести к минимуму или вообще устранить снижение 28-суточной прочности. Для определения Ц/В, обеспечивающего прочность пропаренного бетона в 28-суточном возрасте удобно использовать общую формулу.

3. Бетоны с активными минеральными добавками

В технологии бетона все шире применяют активные минеральные компоненты (активные наполнители) для экономии цемента и улучшения ряда строительно-технических свойств. Наряду с давно известной и широко применяемой добавкой как зола-унос в последние годы показана эффективность таких минеральных добавок как микрокремнезем, метакаолин и др. К настоящему времени разработан ряд методик проектирования оптимальных составов наполненных бетонов, основанных в основном на совместном решении комплекса полиномиальных факторных моделей.

Приемлемые результаты могут быть получены также при расчетах составов наполненных бетонов с минеральными добавками с помощью метода "приведенного Ц/В". Алгоритм расчета составов бетонов данным методом базирующемся на рассмотренном ранее правиле "приведенного Ц/В", отличается от обычного тем, что после установления оптимального количества активного наполнителя при известном значении его "цементирующей эффективности" определяется по зависимости сначала (Ц/В)пр, а затем расход цемента.

Для определения расхода добавки используются известные данные или специальные зависимости, связывающие расход добавки с требуемыми значениями прочности, условиями твердения и др.

Например, известно, что для бетонов нормального твердения оптимальный расход золы-уноса составляет 100 .150 кг/м3, пропариваемых - 150 .200 кг/м3, для микрокремнезема и метакаолина он колеблется в интервале 30 .50 кг/м3. При введении активного минерального наполнителя увеличивается объем вяжущего в бетонной смеси и соответственно должен увеличиваться коэффициент раздвижки (Кр) и уменьшаться доля песка в смеси заполнителей (r). Проведены опыты по определению возможности применения известных рекомендаций по назначению Кр и r, разработанных для цементных бетонов без добавки золы-унос. В качестве критерия оптимальности данных параметров выбрана подвижность бетонных смесей при постоянном объеме цементно-зольного теста. Исходными компонентами бетонных смесей служили портландцемент Здолбуновского ЦШК, зола-унос Бурштынской ТЭС, песок средней крупности с Мк=2,1 и гранитный щебень 5 .20 мм.

Результаты проведенных трех серий опытов показывают, что при равных расходах цементного и цементно-зольного вяжущих и одинаковых В/Ц оптимальные значения Кр и r, при которых достигается наилучшая подвижность бетонных смесей, практически одинаковы.

4. Мелкозернистые бетоны

В последние годы все шире применяются мелкозернистые бетоны (МЗБ), в том числе для литых, прессованных и вибропрессованных изделий.

Многочисленные экспериментальные данные показывают, что на прочность мелкозернистого бетона при сжатии кроме Ц/В, активности цемента и качества заполнителя, влияет много других факторов, таких как удобоукладываемость смеси, условия твердения, вид и количество активных минеральных добавок и т.д. Наряду с этим, значительное влияние на свойства мелкозернистого бетона имеет также и способ уплотнения смеси.

Предлагаемая методика проектирования состава мелкозернистого бетона имеет ряд особенностей по сравнению с существующими:

• при назначении необходимого цементно-водного отношения учитывается тип бетонной смеси по ее удобоукладываемости, который определяет способ формования изделий и конструкций;

• учитывается не только крупность, но и форма зерен заполнителя через величину его удельной поверхности;

• используется физическая концепция формирования плотной структуры бетонной смеси (цементное тесто заполняет пустоты между зернами заполнителя и создает на его зернах пленку некоторой толщины, от величины которой зависит удобоукладываемость бетонной смеси).

Анализ экспериментальных данных позволяет предложить усредненные значения коэффициентов А и b с учетом вида бетонных смесей по удобоукладываемости.

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 Vз.в). Аппроксимация данных позволяет предложить выражения для расчета объема защемленного в мелкозернистых бетонных смесях воздуха (л):

• для пластичных смесей:

Vз.в=-6,52ln(ОК+1) + 19,9,

• для жестких смесей:

Vз.в=24,95ln(Ж+1) - 8,3.

Для смесей, жесткость которых нельзя определить обычными методами, (сверхжесткие или полусухие смеси), а также для бетонных смесей, которые уплотняются силовыми способами, объем защемленного воздуха зависит от параметров и особенностей способа уплотнения. Для бетонных смесей, которые уплотняются вибропрессованием, количество защемленного воздуха можно найти по номограмме, полученной на основе экспериментальных данных. Расходы всех компонентов мелкозернистой бетонной смеси связываются между собою условием: Vц.т+ Vп+ Vз.в =1000 л,