СПОСОБ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОСТАВА СМЕСИ ПЕСЧАНОГО БЕТОНА Российский патент 1994 года по МПК C04B28/00 

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано на заводах железобетонных изделий и конструкций и на строительных площадках.

Известен способ подбора состава бетона. Известный способ подбора бетонной смеси отличается многоступенчатостью, включает большой объем экспериментальных испытаний и проверок, корректировок рассчитанной смеси, не обеспечивает возможности получения оптимально уплотненной смеси вследствие неполного учета свойств исходных минералов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ подбора состава дорожного бетона.

Однако известный способ подбора состава бетонной смеси основан на методе проб и ошибок, не в полной мере учитывает важнейшие показатели минерального сырья (гранулометрический состав, величину пористости и объема межзерновых пустот минералов), не использует такие важнейшие характеристики в процессе подбора составов и в процессе перемешивания сложных многокомпонентных систем как коэффициент раздвижки одних зерен другими, зерен - жидкими компонентами, а без этого невозможно получить способом подбора оптимальный состав бетонной смеси, тем более проектировать составы с оптимальной упаковкой зерен и частиц в планируемом объеме бетонной смеси.

Цель изобретения - упрощение проектирования и оптимизация плотности бетонной смеси.

Достигается тем, что в способе проектирования состава смеси песчаного бетона, включающем определение межзерновых пустот минеральных компонентов - песка и цемента расчетным путем, проведение ситового анализа минеральных компонентов, расчет объемных коэффициентов раздвижки зерен по данным ситового анализа и определение расхода компонентов на 1 м³ бетонной смеси с учетом полученных данных, расход песка, цемента и воды на 1 м³ бетонной смеси рассчитывают по формулам:
V_п= , м³,
V_ц= , м³,
V_в= · , м³, где V_п, V_ц, V_в - насыпные объемы соответственно песка, цемента, объем воды затворения, м³;
V_пп, V_пц - объемы межзерновых пустот соответственно песка и цемента, м³;
α_пц, α_пв, α_цв - объемные коэффициенты раздвижки зерен соответственно песка - цементом, песка - водой, цемента - водой.

П р и м е р 1. Имеется в наличии природный кварцевый песок. Испытание песка по ГОСТ 8735-65 (песок для строительных работ. - Методы испытаний) дало следующие результаты: плотность песка 2,63 т/м³; насыпная плотность песка 1,39 т/м³; размеры контрольных сит, мм: 2,5 ; 1,25 ; 0,63 ; 0,315; 0,14 ; <0,14 ;
частные остатки на ситах
3,6% ; 4,1% ; 4,9% ; 41,7% ; 32,9% ; 2,8% .

Цемент марки М500 (сланцезольный портландцемент), РСТ ЭССР 213-84. Плотность 3,01 т/м³, насыпная плотность 1,27 т/м³.

Проектирование состава смеси песчаного бетона для приготовления 1 м³ бетонной смеси производится в следующей последовательности.

Определяют объемные коэффициенты раздвижки зерен (частиц) песка частицами цемента по следующей формуле:
α_пц= ,
α_2,5= = 1,048 ;
₌ ;
;
α_0,315= = 1,431 ;
4 ;
α_0,14= 3,880 .

Определяют долю участия зерен песка в объемном коэффициенте раздвижки с учетом частных остатков на ситах
α_2,5= 1,048 ˙ 0,036= 0,038;
α_1,25= 1,099˙ 0,041= 0,045;
α _0,63= 1,203˙ 0,149= 0,179;
α_0,315= 1,431˙ 0,417= 0,597;
α_0,14= 2,125˙ 0,329= 0,699;
α_0,14= 3,880·0,028= ;
Общий объемный коэффициент раздвижки зерен песка частицами цемента равен
α_пц= 1,667.

Определяют объемный коэффициент раздвижки зерен песка прослойкой воды по формуле
,
;
₌;
α_0,63= = 1,0009;
α_0,315= = 1,002;
;
_1,0086 .

Определяют долю участия в общем коэффициенте раздвижки зерен (частиц) песка прослойкой воды с учетом частных остатков на ситах:
α _2,5= 1,00024˙ 0,036= 0,0360086;
α _1,25= 1,0048 ˙0,041= 0,0410196;
α_0,63= 1,00090˙ 0,149= 0,1491341;
α_0,315= 1,002˙ 0,417= 0,4178340;
α_0,14= 1,0043˙ 0,329= 0,3304147;
α_0,07= 1,0086·0,028= ;
Общий объемный коэффициент раздвижки зерен (частиц) песка прослойкой воды равен α _пв= 1,0027.

Определяют объемный коэффициент раздвижки частиц цемента прослойкой воды по формуле α_цв= = 1,015.

Определяют потребность песка для приготовления 1 м³ бетонной смеси песчаного бетона по формуле V_п= = = 0,598 м³;
Определяют потребность цемента по формуле
V_ц= = = 0.673 м³ ;
V_пп= 1- = 1- = 0,471 м³ .

Определяют потребность воды затворения по формуле
V_в= · =
= × = 0,684·0,584= 0,400 м³, где V_пц= 1- = 1- = 0,578 м³ .

Определяют объем монолитных зерен (частиц) в 1 м³ бетонной смеси по формуле
V_мон= (V_п-V_п V_пп)+ (V_ц-V_ц V_пц)= (0,598- -0,598 ˙0,471)+ (0,673-0,673˙ 0,578)= (0,598- -0,282)+(0,673-0,389)= 0,316+0,284= 0,600 м³.

Определяют плотность бетонной смеси
γ_см= ρ_п˙ V_п+ ρ_ц˙ V_ц+ V_в= 2,63 0,316 + 3,01 0,284+0,400 = = 0,831+0,655+0,400= 2,086 т/м³.

Объем уплотненной бетонной смеси равен
V_см= V_мон+V_пцссм= 0,600+0,400= 1,000 м³,
V_пцссм= V_в, т. е. равен планируемой величине.

П р и м е р 2. Имеется в наличии природный кварцевый песок. Определение фракционного состава, плотности и насыпной плотности песка по ГОСТ 8735-65 (песок для строительных работ. Методы испытаний) показало следующие результаты: плотность песка 2,64 т/м³, насыпная плотность 1,38 т/м³;
размеры контрольных сит, мм: 2,5; 1,25 ; 0,63; 0,315; 0,14 ; 0,14; 4,3% ; 6,1% ; 17,6% ; 39,8% ; 30,3% ; 1,9% .

Характеристика цемента аналогична примеру 1. Проектирование состава бетонной смеси производится в следующей последовательности.

Определяют объемные коэффициенты раздвижки зерен (частиц) песка частицами цемента по формуле:
α_пц= .

Данные аналогичны примеру 1.

Определяют долю участия зерен песка в объемном коэффициенте раздвижки с учетом частных остатков на ситах
α _2,5= 1,048˙ 0,043= 0,045;
α _1,25= 1,099˙ 0,061= 0,067;
α _0,63= 1,203 ˙0,176= 0,255;
α _0,315= 1,431 ˙0,398= 0,570;
α _0,14= 2,125 ˙0,303= 0,644;
α_0,14= 3.880·0.019= ;
Общий объемный коэффициент раздвижки зерен песка частицами цемента равен
α_пц= 1,7.

Определяют объемный коэффициент раздвижки зерен песка прослойкой воды по формуле
.

Результаты расчета аналогичны примеру 1.

Определяют долю участия в общем коэффициенте раздвижки зерен (частиц) песка прослойкой воды с учетом частных остатков на ситах
α _2,5= 1,00024˙ 0,043= 0,0430103;
α_1,25= 1,00048 ˙0,061= 0,0610292;
α_0,63= 1,00090 ˙0,176= 0,1761584;
α_0,315= 1,002 ˙0,398= 0,398796;
α_0,14= 1,0043 ˙0,303= 0,3043029;
α_0,14= 1,0086·0,019= ;
Общий объемный коэффициент раздвижки зерен (частиц) песка прослойкой воды равен α _пв 1,0025.

Определяют объемный коэффициент раздвижки частиц цемента прослойкой воды по формуле .

Определяют потребность песка для приготовления 1 м³ бетонной смеси песчаного бетона по формуле
V_п= = = 0,587 м³;
Определяют потребность цемента по формуле
_м3, где V_пп= 1- = 1- = 0,477 м³ ;
Определяют потребность воды затворения по формуле
V_в= · =
= × = 0,693·0,584= 0,405 м³ , где V_пц= 1- = 1- = 0,578 м³ .

Определяют объем монолитных зерен (частиц) минеральной части бетонной смеси по формуле:
V_мон= (V_п-V_п V_пп)+(V_ц-V_ц V_пц)= (0,587- -0,587˙ 0,477)+(0,683-0,683˙ 0,578)= (0,587- -0,280)+(0,683-0,395)= 0,307+0,288= 0,595 м³.

Определяют плотность бетонной смеси:
γ _см= ρ_п V_п+ ρ_ц V_ц+V_в= 2,64˙ 0,307+3,01x x0,288+0,405= 0,810+0,867+0,405= 2,082 т/м³.

Объем уплотненной бетонной смеси
V_см= V_мон+V_пцссм= 0,595+0,405= 1,000 м³, V_пцссм= V_в равен планируемой величине.

Применение предлагаемого способа проектирования смеси песчаного бетона по сравнению с прототипом обеспечивает сокращение объема испытаний исходного сырья, получение точных соотношений компонентов для приготовления бетонной смеси и оптимально упакованной гранулометрической структуры смеси с учетом размеров зерен и частиц каждого компонента и влияния воды на раздвижку зерен и частиц песка.

Предлагаемый способ проектирования позволяет рассчитывать различные варианты состава бетонной смеси и выбирать такие исходные материалы, которые наиболее приемлемы для конкретного потребителя и условий работы бетона. (56) Комар А. Г. Строительные материалы и изделия, М. : Высшая школа, 1976, с. 195-196.

Методические рекомендации по подбору состава дорожного бетона, М. , Союздорнии, 1973, с. 9-11.

Используется в промышленности строительных материалов. Сущность: способ проектирования состава смеси песчаного бетона, включающий определение межзерновых пустот минеральных компонентов - песка и цемента расчетным путем, проведение ситового анализа минеральных компонентов, расчет объемных коэффициентов раздвижки зерен по данным ситового анализа, определение расхода компонентов на 1 м³ бетонной смеси с учетом полученных данных, отличающийся тем, что, с целью упрощения проектирования и оптимизации плотности бетонной смеси, расход песка, цемента и воды на 1 м³ бетонной смеси рассчитывают по формулам, приведенным в описации.

СПОСОБ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОСТАВА СМЕСИ ПЕСЧАНОГО БЕТОНА, включающий определение межзерновых пустот минеральных компонентов - песка и цемента расчетным путем, проведение ситового анализа минеральных компонентов, расчет объемных коэффициентов раздвижки зерен по данным ситового анализа и определение расхода компонентов на 1 м³ бетонной смеси с учетом полученных данных, отличающийся тем, что, с целью упрощения проектирования и оптимизации плотности бетонной смеси, расход песка, цемента и воды на 1 м³ бетонной смеси рассчитывают по формулам
V_п= , м³
V_ц= , м
V_в= · , м³
где V_п, V_ц, V_в - насыпные объемы соответственно пуска, цемента, объем воды затворения, м³;
V_пп, V_пц - объемы межзерновых пустот соответственно песка и цемента, м³;
α_пц , α_пв , α_цв - объемные коэффициенты раздвижки зерен соответственно песка - цементом, песка - водой, цемента - водой.