Основи технології бетону

Виготовлення бетонних і залізобетонних конструкцій містить в собі наступні технологічні операції:

- підбір складу бетону;

- приготування і транспортування бетонної суміші;

- її укладання і ущільнення;

- забезпечення необхідного режиму затверднення бетону.

Склад бетону повинен бути таким, щоб бетонна суміш і затверділий бетон мали задані значення властивостей (зручноукладуваність, міцність, морозостійкість і т.п.), а вартість бетону при цьому була якомога низкою.

Розраховують склад бетону для даних сировинних матеріалів, використовуючи залежності, що зв'язують властивості бетону з його складом, у вигляді формул, таблиць і номограм. Загальна схема розрахунку наступна.

Для проектування складу бетону необхідно мати такі вихідні дані:

- призначення бетону;

- необхідна марочна міцність бетону на стиск;

- необхідна зручноукладуваність бетонної суміші;

- вид і марка (активність) цементу, (рекомендується задаватися маркою (активністю), що 2...2, 5 рази перевищує значення необхідної міцності бетону);

- щільність дійсна й насипна всіх компонентів;

- зерновий склад заповнювачів і порожнеч великого заповнювача;

Необхідна рухливість бетонної суміші забезпечується вибором (за таблицями і графіками) необхідної кількості води (В).

Необхідна міцність бетону досягається:

1) вибором марки цементу (вона, як правило, приймається в 1, 5, 2, 5 рази вище марки бетону);

2) розрахунком необхідного співвідношення цементу й води (Ц/В) за формулою основного закону міцності бетону.

Розраховують склад важкого бетону в наступному порядку:

1. Забезпечення необхідної міцності бетону. Залежність міцності бетону через 28 діб заверднення від його сполуки має вигляд:

Rб = ARц (Ц/В (0, 5),

де Rц – активність(марка) цементу, кг/см² , Ц/В – співвідношення цементу й води; А – коефіцієнт, що залежить від якості заповнювачів.

Зазначена формула (основний закон міцності, запропонований І. Боломеєм і уточнений Б.Г.Скрамтаєвим) дозволяє визначити співвідношення води й цементу, що при даній якості заповнювача А і введеної у вихідні дані активності цементу Rц забезпечує одержання необхідної міцності бетону:

для пластичних сумішей (при В/Ц ³ 0, 4) В/Ц = А₁ Rц/ Rб+ 0, 5 А₁ Rц;

для особливо твердих сумішей (при В/Ц < 0, 4) В/Ц = А₂ Rц/ Rб - 0, 5 А₂ Rц;

Таблиця 9.1 - Значення коефіцієнтів А₁ і А₂

2. Витрату води визначають, виходячи із заданої зручноукладуваності (рухливості або твердості) бетонної суміші за графіком Миронова або за табличним даними (табл.9.2).

Таблиця 9.2 - Витрата води, л, на 1м³ бетоної суміші

3. Визначення витрати цементу. Знаючи витрату води і попереднє В/Ц відношення, розраховують витрати цементу:

Ц =В: (В/Ц).

1. Витрати заповнювачів (піску і великого заповнювача) встановлюють, вирішуючи спільно два рівняння:

1) Ц/r_ц + В + П/r_п + Щ/r_щ = 1,

де Ц, В, П, Щ(Г), - витрата цементу, води, піску і щебенів (гравію), кг;

r_ц , r_п , r_щ - дійсні щільності цементу, піску, щебенів (гравію), кг/м³ .

Дане рівняння показує, що об'єм 1м³ щільно покладеної суміші складається з абсолютних об'ємів цементу, піску, води й щебенів (гравію).

2) a К_раз Щ/r_щ.нас. = Ц/r_ц + В + П/r_п,

де К_раз – коефіцієнт розсунення зерен, r_щ.нас. - насипна щільність щебенів (гравію), (міжзернова пустотність великого заповнювача).

Таблиця 9.3 - Коефіцієнт розсунення зерен К_раз залежно від витрати цементу і В/Ц відношення для пластичних сумішей

Коефіцієнт розсунення зерен для твердих бетонних сумішей приймають рівним 1, 05...1, 15.

Вирішуючи спільно два рівняння, одержуємо формулу для визначення витрати (у кг на 1м³ бетону):

щебенів(гравію)

Щ(Г) = 1/ (a К_раз /r_щ.нас.+ 1/r_щ),

піску П= [ 1- (Щ/r_щ. +Ц/r_ц + В) ] r_п.

Так одержують розрахункові складові бетону у вигляді витрати основних компонентів П, Щ, В, Ц в кг для одержання 1м³ бетону.

Для одержання розрахункової щільності бетонної суміші отримані витрати складають:

r_б.с. = Ц+В+П+ Щ(Г).

Отриманий склад бетону може бути виражений двома способами:

• кількістю складових (кг) для одержання 1 м³ бетону (наприклад, цемент — 300, вода — 200, пісок — 650 і щебінь — 1250);

• співвідношенням компонентів у частинах чи за масою по обсязі; при цьому кількість цементу приймають за 1 (наприклад, запис 1: 2: 4 при В/Ц - 0, 7 означає, що на 1 частину цементу береться 0, 7 частину води, 2 частини піску і 4 частини великого заповнювача).

При використанні вологих заповнювачів необхідно враховувати воду, що міститься в них, і відповідно зменшувати кількість води затвору, щоб сумарна кількість води дорівнювала розрахунковій.

Приготування бетонної сумішіздійснюють у спеціальних агрегатах — бетонозмішувачах різних конструкцій і різної місткості (від 75 до 4500 дм³).

За принципом дії розрізняють бетонозмішувачі вільного падіння і примусового перемішування.

У бетонозмішувачах вільного падіння (гравітаційних) матеріал перемішується в повільно обертових навколо горизонтальної чи похилої осі змішувальних барабанах, обладнаних усередині короткими коритоподібними лопатами. Лопати захоплюють матеріал, піднімають його і при переході у верхнє положення скидають. У таких змішувачах готують пластичні бетонні суміші із заповнювачами з щільних гірських порід, тобто суміші звичайного важкого бетону.

Час перемішування залежить від рухливості бетонної суміші і місткості бетонозмішувача.

Такі готові суміші називають товарним бетоном.

Транспортування бетонної суміші. На будівельних об'єктах і заводах збірного залізобетону суміш транспортують у вагонетках, перекачують бетононасосами і подають транспортерами. Обов'язкова вимога до всіх видів транспортування бетонної суміші — збереження її однорідності й рухливості. На великі відстані транспортування здійснюється у спеціальних машинах — бетоновозах, що мають грушоподібну ємкість. У зимовий час повинен бути передбачений підігрів перевезеної бетонної суміші.

Укладання бетонної суміші. Якість і довговічність бетону багато в чому залежить від правильності укладання, а методи укладання й ущільнення визначаються видом бетонної суміші (пластична чи тверда, важкий чи легкий бетон) і типом конструкції. Укладання повинне забезпечувати максимальну щільність бетону (відсутність порожнеч) і неоднорідність складу по перетину конструкції.

Пластичні текучі суміші ущільнюються під дією власної ваги чи шляхом штикування, більш тверді — вібруванням.

Вібрування — найбільш ефективний метод укладання, заснований на використанні тиксотропних властивостей бетонної суміші. При вібруванні часткам бетонної суміші передаються швидкі коливальні рухи від джерела коливань — вібратора. При недостатньому часі вібрування бетонна суміш ущільнюється не повністю, при занадто великому — вона може розшаруватися: важкі компоненти — щебінь, пісок концентруються внизу, а вода виступає зверху залежно від виду і форми бетонованої конструкції застосовують різні типи вібраторів. При бетонуванні конструкцій великої площі і невеликої товщини використовують поверхневі вібратори, масивних елементів значної товщини — глибинні вібратори.

У заводських умовах при виготовленні бетонних каменів, великих блоків, панелей та інших виробів користуються віброплощадками, на які установлюють форми з бетонною сумішшю.