Бетонная смесь обладает необходимой укладываемостью только при содержании в ней достаточного количества цемента. Уменьшение количества цемента ниже определенных величин повышает опасность расслоения

бетонной смеси и может привести к появлению в смеси микропустот и снижению прочности и долговечности бетона. Минимальный расход цемента зависит от консистенции бетонной смеси и крупности заполнителя (таблица 2.2).

Таблица 2.2 – Минимальный расход цемента для получения нерасслаиваемой плотной бетонной смеси

Примечание: Жесткость указана по стандартному вискозиметру.

В качестве заполнителей бетона стремятся использовать, как правило, местные материалы или материалы из близко расположенных карьеров, но отбирают из них те, которые позволяют получить бетон с заданными свойствами при минимальных расходах цемента. Заданную подвижность бетонной смеси обеспечивают правильным назначением расхода воды, а прочность бетона – правильным назначением водоцементного отношения и расхода цемента.

Минимального расхода цемента добиваются правильным выбором содержания крупного и мелкого заполнителя. При определении их содержания используют коэффициент раздвижки зерен щебня раствором α, который показывает, насколько объем раствора превышает объем пустот в щебне. Введение коэффициента α позволило упростить определение состава бетона и сделать его более надежным, так как оптимальные значения α, обуславливающие получение при прочих равных условиях бетона с минимальным расходом цемента, выбираются на основе зависимостей, вытекающих из физических основ структурообразования бетона. В этом случае расходы песка и щебня в тяжелом бетоне определяют по формулам, которые выводятся при решении системы двух уравнений:

(Ц/ρц) + В + (П/ρп) + (Щ/ρщ) = 1000 (2.2)

(Ц/ρц) + В + (П/ρп) = Пщ α (Щ/γщ) (2.3)

где Ц, В, П, Щ – соответственно расходы цемента, воды, песка и щебня, кг/м3;

ρц, ρп, ρщ – истинные плотности цемента, песка и щебня, кг/л;

Пщ – пустотность щебня (относительная величина);

α – коэффициент раздвижки зерен щебня раствором;

γщ – плотность щебня, кг/л.

Первое уравнение выведено из условия, что сумма абсолютных объемов компонентов бетона равна 1 м3 (1000л) готового плотного бетона, если в бетоне нет вовлеченного воздуха, а второе уравнение – из условия, что цементно-песчаный раствор должен заполнить все пустоты между щебнем с некоторой раздвижкой его зерен, что необходимо для получения удобообрабатываемой бетонной смеси и хорошего связывания зерен заполнителя в единый прочный монолит.

В этой системе уравнений два неизвестных – расход песка и щебня, так как расходы цемента и воды определяются в зависимости от прочности бетона и подвижности бетонной смеси, а коэффициент α назначается в соответствии с полученными экспериментальным путем, рекомендациями, обеспечивающими наиболее разумное соотношение между песком и щебнем, при котором расход цемента оказывается минимальным.

Решение приведенной системы уравнений получаем

Щ = 1000/ α(Пщ/ γщ) + (1/ ρщ) (2.4)

П = [1000-(Ц/ ρц +В + (Щ/ρщ)]/ ρп (2.5)

Одним из основных факторов, определяющих экономичность состава бетона, а также его высокое качество, является правильный выбор соотношения между крупным и мелким заполнителями.

Состав бетонной смеси выражают двумя способами:

1) Соотношением по массе между цементом, песком и щебнем с обязательным указанием водоцементного отношения и активности цемента. Количество цемента принимают за 1, поэтому соотношение между составными частями бетона записывают в виде 1:х:у с указанием В/Ц (например, 1:2:4 по массе при В/Ц=0,6);

2) Расходом материалов по массе (кг) на 1 м3 уложенной и уплотненной бетонной смеси, например, цемента – 280, песка – 700, щебня – 1250, воды – 170, итого – 2400.

Различают лабораторный состав бетона, устанавливаемый для сухих материалов, и производственный (полевой) – для материалов в естественно-влажном состоянии. Лабораторный состав бетона определяют расчетно-экспериментальным путем. Состав бетона предварительно рассчитывают по абсолютным объемам, используя формулы для определения расхода воды, цемента, песка и щебня, выведенные на основании рассмотренных выше зависимостей, а затем уточняют пробными затворениями.

Порядок расчета состава следующий:

1) Определяют В/Ц (или Ц/В) в зависимости от требуемой прочности, срока и условий твердения бетона. Водоцементное или цементноводное соотношение находят путем предварительных опытов, устанавливающих зависимость прочности бетона от этого фактора и активности цемента (с применением местных заполнителей) или ориентировочно по формулам:

а) для обычного бетона при В/Ц>0,4

В/Ц = АRц /(Rб + А 0,5 Rц) (2.6)

б) для высокопрочного бетона при В/Ц< 0,4

В/Ц = А1Rц /(Rб - А10,5 Rц) (2.7)

Значение коэффициентов А и А1 берут из таблицы 2.3

Таблица 2.3 – Значение коэффициентов А и А1