ТехЛиб СПБ УВТ

Библиотека Санкт-Петербургского университета высоких технологий

Получение производственного состава бетона

В строительстве используются различные виды бетонных смесей. В их составе может изменяться соотношение частей, вид и свойства наполнителя, наличие или отсутствие добавок, однако основные составляющие всегда остаются неизменны. Это цемент, песок и крупный наполнитель – щебень или гравий. Вода выступает химически активным компонентом, обеспечивающим прохождение химических реакций в растворе.

Цемент – основной элемент, выступающий в роли связующего вещества между остальными частями смеси. Затвердевание бетонного раствора происходит при взаимодействии цемента с водой. При этом на скорость и протекание химических реакций влияет как качество цемента, так и его количество. Чем больше цемента в бетонной смеси, тем прочнее получится бетон и тем быстрее застынет бетонный раствор. От количества и марки прочности цемента соответственно будет зависеть качество и марка бетона.

Щебень – крупный наполнитель бетонной смеси. Добавленный в раствор, он увеличивает прочность бетонной конструкции, снижая усадку и предотвращая ее деформацию. Помимо этого, щебень способствует уменьшению текучести бетонного раствора, что облегчает его формирование. В зависимости от вида бетона, вместо щебня может использоваться гравий, керамзит, шлак, или другой крупнозернистый наполнитель. В бетонной смеси его содержание может доходить до 80 %.

Песок – мелкий наполнитель. Его основная функция — заполнение собой пространства между гранулами щебня. Количество и качество песка зависит от требований, предъявляемых к конечному продукту – бетонному изделию. Чем ниже качество песка и меньше его количество, тем менее прочным получится в результате бетон. Для бетонной смеси может использоваться кварцевый песок, речной, морской и карьерный. При использовании карьерного песка, проводятся дополнительные работы по его очистке от нежелательных включений.

Вода – второй по важности компонент бетонного раствора. Ее количество напрямую влияет на качество бетона. Недостаток приводит к слишком быстрому застыванию раствора. Избыток воды приводит к повышению текучести смеси и возникновению излишней пористости бетона. И нехватка и излишек воды в конечном итоге приводит к снижению его прочности. На свойства бетона влияет также качество воды. Наличие в ее составе посторонних примесей мешает прохождению химических реакций и увеличивает время застывания раствора.

Пропорции смеси
Соотношение компонентов бетонной смеси варьируется в зависимости от необходимых качеств бетона. В среднем же, берутся такие пропорции:
-1 часть цемента;
-2 части песка;
-4 части щебня;
-0,5 части воды.
От весового соотношения входящих в бетонную смесь компонентов будет зависеть его прочность и марка бетона.

Пропорции бетонной смеси по маркам:
Бетон М100 – 1 часть цемента : 4,6 песка : 7 щебня : 0,85 частей воды.
М150 – 1:3,5:5,7:0,75
М200 – 1:2,8: 4,8:0,63
М250 – 1:2,1:3,9:0,56
М300 – 1:1,9:3,7:0,5.

Подобное соотношение используется, если применяется цемент марки М400, для цемента другой марки пропорции смеси будут другими.
Требования, предъявляемые к компонентам бетонной смеси.

Наиболее важный компонент бетона – цемент. От его качества будет зависеть сила скрепления его составных частей. Для того чтобы цемент не потерял своей вяжущей способности, необходимо соблюдать условия его хранения – температуру и влажность окружающей среды. Проследите, чтобы упаковка не была нарушена. В противном случае неизбежно повышение влажности цементного порошка и его комкование. Также необходимо проверить срок годности на упаковке, так как со временем цемент теряет свои активные свойства, и расход его увеличивается. По ГОСТу срок хранения цемента не должен превышать 60 дней.

Щебень или другой крупный наполнитель для бетонной смеси должен соответствовать установленным по ГОСТу стандартам. Учитывается его фракционный состав, прочность, морозостойкость, содержание пылевидных, глинистых и других вредных примесей, а также другие характеристики и свойства. Марка щебня должна превышать марку бетона в 2 раза.

Песок – еще одна важная составляющая бетонного раствора.
К нему предъявляются следующие требования:
-отсутствие органических веществ;
-минимальное содержание глинистых включений;
-содержание в его составе не более 10 % песчаных крупинок с диаметром менее 0,14 мм.

Органические и глинистые вещества, при попадании в бетонный раствор значительно снижают его качество, вызывая брожение раствора и снижение сцепляющих свойств цемента. По ГОСТу разрешается содержание в песке не более 3 % подобных веществ.

Вода – компонент, без которого невозможно изготовление бетона. К ее качеству предъявляются повышенные требования. Она должна быть пресной и не должна содержать посторонних примесей. Как правило, используется очищенная при помощи фильтрации питьевая вода, но возможно применение и технической воды после тщательной ее очистки и проведения дополнительных анализов на наличие вредных веществ.
Технология приготовления бетонного раствора.

Процесс изготовления бетона требует четкого соблюдения последовательности смешивания его компонентов. При нарушении технологии происходит комкование цемента и снижение качества бетона.

Последовательность действий при замесе бетонного раствора:

1)Подготовка компонентов смеси
Щебень или другой крупный наполнитель очищается от посторонних примесей. Для получения разнофракционного состава, щебень просеивается. Вначале его пропускают сквозь сита с диаметром ячеек 2х2 см. Затем, то, что осталось, просеивают через ячейки 1х1 см. Получают фракцию с диаметром зерен 11 — 20 мм. В дальнейшем щебень еще несколько раз просеивается сквозь сита с ячейками 5х5 мм, и 3х3 мм и формируют следующий фракционный состав:
-щебень первой фракции (от 11 до 20 мм) – 55-60% от состава;
-вторая фракция (6-10мм) – 30-35%;
-третья фракция (4-5мм) – 10-15%.

Можно использовать щебень только первой и второй фракции, при этом доля первой будет составлять 30-40%, а на вторую остается 60-70%.
Песок предварительно просеивается и очищается от посторонних включений. Наиболее подходит для бетона мытый речной песок с диаметром частиц 2,5 мм. Можно также использовать фракции до 5 мм.

Цемент подбирается в зависимости от вида строительных работ. Для приготовления нужной марки бетона берется цемент с маркой выше в 2-3 раза. Для примера: на изготовление бетона М150 потребуется цемент марки М400.

2)Смешивание
Замес происходит в бетономешалках свободного падения или принудительного действия. Бетоносмеситель принудительного действия представляет собой неподвижный барабан с вращающими лопастями. Такой вид смесителя используется в основном при изготовлении больших объемов бетонного раствора.

В частном домостроении более целесообразно применение компактных бетономешалок так называемого свободного падения. При этом вращается сам барабан, а винт крепится неподвижно. Перемешивание происходит за счет многократного падения и подъема захватываемой лопастями винта смеси.

Последовательность закладки компонентов бетонной смеси может быть различной. Используют следующие способы замеса:

1 способ. Вначале засыпаются сухие компоненты смеси — цемент, песок и щебень. Вода добавляется в последнюю очередь. Периодически замес проверяют на однородность состава. Перемешивание при этом способе получается наиболее качественным, так как происходит предварительное смешивание сухой части состава.

2 способ. В бетономешалку заливается небольшое количество воды, что предотвращает образование пыли. Затем засыпается сухая смесь и небольшими порциями добавляется оставшийся объем воды. В последнюю очередь в бетономешалку загружается щебень. Такой способ замеса позволяет точно рассчитать необходимые пропорции смеси и использовать их в дальнейшей работе.
Время замеса бетонного раствора зависит от его объема и подвижности. Чем меньше подвижность и больше объем, тем более продолжительное время потребуется для перемешивания.

Расход цемента на куб бетона
При расчете необходимого количества цемента на 1м3 бетона необходимо, чтобы погрешность не превышала 1 кг. Для сравнения, щебню установлен предел в 5 кг. Уменьшение количества цемента ведет к снижению прочности бетона. Увеличение – к ее возрастанию, но лишь до определенного предела. Далее качество бетона ухудшается, а его прочность снижается.

Отсюда вытекает закономерный вопрос: а сколько же цемента потребуется для приготовления 1м3 бетона? Единого ответа на этот вопрос не существует. Расчет необходимого количества цемента варьирует в зависимости от его марки. Чем выше марка, тем меньшее количество цемента потребуется для приготовления бетонного раствора. И наоборот, чем ниже марка, тем больше расход цемента.

Имеется и другая зависимость количества цемента от марки бетона. Чем выше марка бетона, тем больше цемента в нем содержится.
Существуют таблицы расчета количества цемента на 1 м3 бетона в зависимости от его марки и марки бетона. В соответствии с ними, для приготовления 1м3 бетона М150 потребуется 510 кг цемента М300, 400 кг цемента М400 и 330 кг цемента марки М500.

На увеличение расхода цемента также может повлиять повышение температуры внешней среды. В жарком время года процесс затвердевания бетонного раствора идет быстрее, однако при этом бетон не успевает набрать необходимую прочность. Для предотвращения снижения прочности, количество цемента в этом случае увеличивают.

При использовании бетоносмесителя, в первую очередь заливается вода, потом добавляется цемент. Раствор тщательно перемешивают, затем закладывается песок и в последнюю очередь щебень.

Производственный состав бетонной смеси определяют с учетом влажности заполнителей. При этом расход заполнителей увеличивают в соответствии с массой содержащейся в нем воды. Для сохранения номинального водоцементного отношения расход воды уменьшают, так как часть воды вводится вместе с заполнителем. Раход цемента не изменяют.

    Расчетные формулы:

Цпр = Ц,

Ппр = П+WnП/100,

Кпр = К + WкК/100,

В = В – (WnП/100 + WкК/100),

где W – влажность, %;

Ц, П, К, В – номинальный расход материалов на 1 м3 бетона, (кг/м3);

Цпр, Ппр, Кпр, Впр – расход материалов на 1 м3 бетона с учетом влажности, (кг/м3).

В производственных условиях необходимо рассчитать количество материалов на 1 замес бетоносмесителя. При этом объем готового бетона будет меньше геометрической емкости смесителя, рассчитанной на рыхлые материалы. Коэффициент выхода бетона из смесителя определяют по формуле:

,

где ρоц, ρоп, ρок – насыпная плотность цемента, песка, крупного заполнителя.

Расход материалов на 1 замес бетоносмесителя определяют по формулам:

Цсмпр·Vсм·β;

Всмпр·Vсм·β;

Псмпр·Vсм·β;

Ксмпр·Vсм·β;

где Цсм, Всм, Псм, Ксм – расход материалов на 1 замес бетоносмесителя с учетом влажности заполнителей;

Цпр, Впр, Ппр, Кпр – производственный состав бетона;

Vсм – геометрическая емкость смесителя;

β – коэффициент выхода бетона из смесителя.

Для решения разнообразных задач, выдвигаемых наукой и производством, ныне широко применяются персональные компьютеры. Быстродействие и возможность получения правильного результата обеспечивают все более широкое применение компьютеров, в частности, для решения различных задач в строительстве. Подбор состава бетона – одна из самых трудоемких работ в строительных лабораториях, в лабораториях заводов сборного железобетона. Большая номенклатура выпускаемых изделий с различными марками и классами бетона, необходимость ежедневной корректировки на влажность, периодическая корректировка состава при изменении качества материалов требуют высокой оперативности в работе лабораторий. Применение компьютеров облегчает решение этих проблем. Программа решения задачи на компьютере представляет собой алгоритм, составленный в соответствии с этапами подбора состава бетона по выбранной пользователем методике.

Литература

  1. Способы определения состава бетона различных видов. Баженов Ю.М. 1975
  2. Методическое пособие по приготовлению бетонных смесей