Основные свойства проектируемого бетона

Основными характеристиками, определяющими качество бетонов для дорожных покрытий являются прочность и морозостойкость.

1. Прочность. В бетонных покрытиях дорог и аэродромов основными расчетными напряжениями являются напряжения от изгиба. Так как покрытие работает на изгиб, как плита на упругом основании. Требования по проектной прочности бетона представлены в таблице 12.

Таблица12. Требования к прочности бетона для дорожных покрытий
Назначение бетона	Заданная	прочность, МПа
	при изгибе		при сжатии
Для однослойных и верхнего слоя	4,0; 4,5; 5,0; 5,5		30; 35; 40; 50
двухслойных покрытии
Для нижнего слоя двухслойных покрытий	3,5; 4,0; 4,5		25; 30; 35
Для оснований усовершенствованных	2,0; 2,5; 3,0		10; 15;20; 25
капитальных покрытии	3,5

То есть, совокупная характеристика по прочности у бетонов дорожных покрытий складывается из характеристик прочности при сжатии и при изгибе.

На показатели прочности оказывает влияние ряд факторов. Важнейшим из них является водоцементное отношение В/Ц. Опыты подтвердили, что при значении В/Ц=0,4... 0,7 существует прямолинейная зависимость между прочностью бетона, активностью це­мента и цементно-водным отношением. При Ц/В> 2,5(В/Ц<0,4), прямолинейная зависимость нарушается.

Таким образом, зависимость прочности бетона от цементно-водного отношения и активности цемента не может быть выражена одной формулой. Строго говоря, эта зависимость вовсе не прямолинейная, а представля­ет собой довольно сложную кривую (рисунок 5). Однако для практических целей эту кривую можно заменить двумя прямыми и для расчета состава бе­тона использовать две эмпирические формулы:

Рисунок 5. Зависимость прочности бетона от Ц/В

для бетонов с В/Ц ≥0,4 (Ц/В ≤2,5): R_б = АR_ц /(Ц/В – 0,5)

для бетонов с В/Ц≤0,4 (Ц/В≥2,5): R_б = АR_ц /(Ц/В + 0,5).

Значения коэффициентов А принимаются в зависимости от качества материалов, применяемых при приготовлении бетона.

Для дорожных и аэродромных однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий водоцементное отношение в бетонной смеси должно быть не более 0,50, а для нижнего слоя двухслойных покрытий - не более 0,60.

Для тяжелых бетонов, применяемых в строительстве дорог и аэродромов, устанавливаются марки бетона по прочности на растяжение при изгибе.

Прочность бетона при изгибе в несколько раз меньше его прочности при сжатии. Марки бетона на растяжение при изгибе: М5, М10, М15, М20, М25, М30, М35, М40, М45, М50.

Прочность бетона при изгибе зависит от тех же факторов, что и проч­ность бетона при сжатии, однако количественные зависимости в этом слу­чае получаются другими. Соотношение R_сж/R_изг повышается с увеличением прочности бетона (рисунок 6). На практике обычно трудно достигнуть проч­ности бетона при изгибе более 6 МПа.

Рисунок 6. Зависимость прочности бетона Рисунок 7. Зависимость отношения R_р/R_сж от

от прочности при сжатии: 1 – при изгибе R_изг; возраста бетона

2 – при растяжении R_р

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 270.106.06 000.ПЗ  

.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 270.106.06 000.ПЗ  

Более точная зависимость прочности бетона при изгибе от качества цемента получается, если в ней учитывается активность цемента на изгиб, которую определяют в соответствии с ГОСТ 310.4-81. В этом случае можно использовать в расчетах формулу

R_изг = А_nR_ц^`(Ц/В -0,2)

где R_изг - прочность бетона при изгибе; А_n - эмпирический коэффици­ент, для высококачественных материалов А_n = 0,42, для рядовых материалов - 0,4, для материалов пониженного качества - 0,37; R_ц^` - активность цемен­та при изгибе.

Большей прочности при изгибе достигают использованием цемента с химическими добавками.

С увеличением возраста бетона его прочность при изгибе и растяже­нии возрастает более медленно, чем прочность при сжатии, и соотношение R_р/R_сж уменьшается (рисунок 7).

Важным свойством аэродромных бетонов является плотность.

Следует различать плотность незатвердевшей бетонной смеси и затвердевшего бетона. Качество уплотнения бетонной смеси обычно оценивают коэффициентом уплотнения k_упл ≈ 1, но вследствие воздухововлечения в бетонную смесь при вибрации и других факторов он часто составляет 0,96…0,98.

В затвердевшем бетоне только часть воды находится в химически связанном состоянии. Остальная (свободная) вода остается в порах или испаряется. Поэтому затвердевший бетон никогда не бывает абсолютно плотным. Пористость (%) бетона можно определить.

Относительная плотность бетона может быть повышена тщательным подбором зернового состава заполнителей, обеспечивающим меньший объем пустот в смеси заполнителей. Кроме того, можно применять цементы, присоединяющие при гидратации возможно больше воды (высокопрочный ПЦ, глиноземистый и расширяющиеся цементы), или цементы, занимающие больший абсолютный объем (ППЦ).

Плотность бетона может быть повышена путем уменьшения водоцементного отношения (В/Ц), что достигается введением в смесь специальных добавок - пластификаторов, уплотнением бетонной смеси вибрацией.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 270.106.06 000.ПЗ  

Часть свободной воды можно удалить вакуумированием или прессованием.

Для качественного уплотнения бетонная смесь должна иметь показа­тели подвижности или жесткости, приведенные в таблице 13, определяемые непосредственно перед укладкой в покрытие или основание.

Таблица13. Требования к подвижности бетонной смеси
Уплотнение бетонной смеси	Осадка конуса, см	Жесткость, с
Уплотнение покрытий бетоноукладоч­ными машинами Уплотнение покрытий площадочными вибраторами Уплотнение оснований	1...2 2...3 -	2...5   -   10...15

Бетонные смеси с небольшим избытком песка по сравнению с оптимальным хотя и имеют несколько повышенную жесткость, но хорошо укладываются в покрытие, сохраняют прочность при изгибе, не расслаиваются и дают при этом лучшее качество поверхности, поэтому такие смеси целесообразно применять для дорожных покрытий. При этом коэффициент раздвижки зерен заполнителя можно назначать 1,3... 1,7,для жестких смесей - 1,25... 1,3.

3. Марки бетона по морозостойкости назначают в соответствии с кли­матическими условиями района строительства (таблица 14).

Таблица 14. Выбор марки дорожного бетона по морозостойкости   бетона по морозостойкости
Среднемесячная температура воздуха наиболее холодного месяца	Марки по морозостойкости для бетона
Однослойного и верхнего слоя двухслойных покрытий	Нижнего слоя двухслойных покрытий и оснований усовершенствованных бетонных дорог
От 0 до 10 °С От – 10 до - 20 °С Ниже - 20 °С	F100 F150 F200	Не нормируется F50 F50

Для определения морозостойкости бетона применяют метод попеременного замораживания и оттаивания. Критерием морозостойкости бетона является количество циклов, при котором потеря в массе образца менее 5%, а его прочность снижается не более чем на 25%. Это количество циклов определяет марку бетона по морозостойкости (марки указаны выше).[1] Существуют два способа повышения морозостойкости:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 270.106.06 000.ПЗ  

1) повышение плотности бетона, уменьшение объема макропор и их проницаемости для воды (н/р, за счет снижения В/Ц, применения добавок);

Для обеспече­ния требуемой морозостойкости бетона и его стойкости против совместностью действия хлористых солей, применяемых для борьбы с гололедом, и за­мораживания бетона при отрицательных температурах водоцементное от­ношение следует принимать для однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий не более 0,5, для нижнего слоя двухслойных покрытий - не более 0,6, для оснований усовершенствованных покрытий - не более 0,75.

2) создание в бетоне с помощью специальных воздухововлекающих добавок резервного объема воздушных пор (более 20% от V замерзающей воды).

5 Расчет состава бетона Определение состава дорожного бетона производят расчетно -экспериментальным способом с учетом изложенных ранее дополнительных требований и рекомендаций. Порядок определения состава бетона обычный. [2] Исходными данными для расчета являются: - бетон рассчитывается для однослойного покрытия; - прочность на изгиб 4 МПа; - прочность на сжатие 30 МПа; - морозостойкость – F200; - бетон укладывают бетоноукладочной машиной на гусеничном ходу со скользящими формами со скоростью до 2 м/мин (требуемая осадка конуса смеси равна 2 см); - материалы: цемент марки 400 (40 МПа) прочностью на растяжение при изгибе 6 МПа, плотность - 3,1 кг/л; крупный заполнитель - гранитный щебень, состоящий из 60% фракции 5-20 мм и 40% фракции 20-40 мм; плотность щебня - 2,60 кг/л, объемная насыпная масса смеси фракции - 1,47 кг/л; пустотность щебня - 0,435; мелкий заполнитель - песок с модулем крупности 2,2; плотность - 2,60 кг/л; вода - питьевая; добавки ПАВ - СДБ и СНВ.

1. В начале, исходя из прочности при изгибе определяем требуемое В/Ц по формуле:

В/Ц = 0,36R_ц^{`</sup>/(R<sub>изг</sub> + 0,36·0,2R<sub>ц</sub><sup>`})

В/Ц = 0,36*6 /(4+0,36*0,2*6) = 0,37

По прочности на сжатие - по формуле:

В/Ц = АR_ц/(R_б + А*0,5 R_ц)

В/Ц = 0,6*40/(30 + 0,5*0,6*40) = 0,57

По морозостойкости В/Ц = 0,5

Для дальнейшего расчета используем В/Ц = 0,37<0,5<0,57, так как при других В/Ц не будет обеспечен весь требуемый комплекс свойств.

2. Расход воды определяется из условия обеспечения заданной подвижности

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 270.106.06 000.ПЗ  

бетонной смеси по рисунку 8.   Рисунок 8. График водопотребности В пластичной (а) и жесткой (б) бетонной смеси, изготовленной с применением портландцемента, песка средней крупности (водопотребность 7 %) и гравия наибольшей крупности: 1 - 80 мм; 2-40 мм; 3-20 мм; 4-10 мм; у₁ - удобоукладываемость по стандартному прибору; у₂ - то же, по способу Б. Г. Скрамтаева. При использовании бетоноукладоч­ных машин средний расход воды для щебня крупностью 40 мм принимают 160 л, для известнякового щебня или мелкого песка расход воды увеличива­ют на 10 л, известнякового щебня и песка - на 20 л. При введении в бетон­ную смесь поверхностно-активных добавок расход воды уменьшают на 10 л. Принимаем расход воды В = 160 – 10 = 150 л. 3. Расход цемента находим по формуле: Ц = В:В/Ц Ц = 150/0,37 = 405,4 кг. 4. Расход добавок: Д_СДБ = 0,002*405,4 = 0,81 кг Д_{СНВ =} 0,0002*405,4 = 0,081 кг. 5. Расход щебня определяем по формуле: Щ = 1000/(αП_щ/ρ`_щ + 1/ρ_щ) Щ = 1000/(1,51*0,435 +1/2,6) = 1220 кг П_щ = (2,6 – 1,48)/2,6 = 0,435 – пустотность щебня Коэффициент раздвижки зерен α = 1,51. 6. Расход песка определяем по формуле: П = ρ_п(1000 – Ц/ρ_ц - В – Щ/ρ_щ) П = 2,6 (1000 –(405,4/3,1 +150 + 1220/2,6 + 45)) = 539,12 кг где 45 – ориентировочный объем вовлеченного воздуха,л. Плотность бетона 405,4 + 150 +539,12 + 1220 = 2314,52 кг/м³.

Затем состав проверяют и уточняют на пробных замесах.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 270.106.06 000.ПЗ  

Выводы

Контрольный состав аэродромного бетона на 1 м³:

Цемент – 405,4 кг

Вода – 150 л

Щебень – 1220 кг

Песок – 539,12 кг

Добавка СДБ – 0,81 кг

Добавка СНВ – 0,081 кг.

При изготовлении дорожного бетона очень важно, чтобы все компоненты соответствовали требованиям ГОСТов:

портландцемент - по ГОСТ 10178;

песок - по ГОСТ 8736;

щебень – по ГОСТ 8297.

Битум – по ГОСТ 11955.

Применение суперпластификаторов дает возможность снижать В/Ц,тем самым обеспечивая проектируемому бетону заданные показатели прочности.

Проектируемый бетон является специальным видом бетонов. К нему предъявляются дополнительные требования по качеству. Поэтому качество используемых сырьевых материалов и наиболее точно подобранный состав играют огромную роль. Следовательно, необходимо внимательно следить за ходом испытаний сырьевых материалов и образцов бетона с рассчитанным составом. Все испытания должны проходить в соответствии с ГОСТами.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 270.106.06 000.ПЗ  

Список литературы

1. Михайлов В.В, Бабков В.Ф. Строительство и эксплуатация автомобильных дорог. – М: Транспорт, 1972. – 288 с.

2. Конструкция дорожных одежд с бетонными покрытиями и основаниями [Электронный ресурс] / Электрон, дан.: Нормативные документы 2008-2010 г. - Режим доступа: http: /normativa.ru/content/view/492/29/1/1, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. Рус.

3. ГОСТ 21924.0 – 84 «Плиты железобетонные для покрытий городских дорог. Технические условия»

4. ГОСТ 2519.0 – 91 «Плиты железобетонные предварительно напряжённых ПАГ для аэродромных покрытий. Технические условия»

5. ГОСТ 16557 – 78 «Порошок минеральный для асфальтобетонов. Технические условия»

6. Ильющенко А.С. «Определение состава различных видов бетона». Методические указания к КР по курсу “Бетоноведение”.

7. Баженов Ю.М. Технология бетона: Учеб. пособие для техн. спец. строит. вузов. 3-е изд., перераб.-М.:Высш. шк., 2002.-500 с.

8. Рабинович, Ф. Н. композиты на основе дисперсно-армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции: Монография-М: издательство АСВ, 2004 г.-560с.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 270.106.06 000.ПЗ  

Дата добавления: 2015-10-21