Расчет состава обычного (тяжелого) бетона
Бетонная смесь состоит вяжущего вещества (цемента), воды, крупного и мелкого заполнителя. Для получения ориентировочного состава бетона применяют различные методы расчета. В методических указаниях рассмотрен расчет обычного тяжелого бетона методом абсолютных объемов. Порядок расчета следующий:
1. Назначают вид крупного заполнителя.
В качестве его для тяжелого бетона применяют щебень или гравий. Область применения при производстве бетона существенно зависит от крупности наибольших зерен. Для массивных сооружений (массивные подпорные стенки, плотины, монолитные фундаменты) размер зерен не нормируется. В армированных конструкциях Днаиб должен быть не больше ¾ наименьшего расстояния между стержнями и не более 1/3 наименьшего размера бетонируемой конструкции. Для сборных железобетонных конструкций крупность щебня устанавливается по таблице 3.
Таблица 3 - Наибольшая крупность щебня (гравия) применяемого при производстве сборных железобетонных конструкций
| Вид конструкций | Предельная крупность зерен гравия (щебня) (Днаиб), мм |
| Ребристые конструкции, многопустотные панели, элементы тонкостенных оболочек, балки и другие изделия с размерами ребер, стенок полок до 25 мм или с многорядной арматурой | |
| То же, армированные с наименьшими размерами ребер, стенок, полок, от 25 до 80 мм, с расстоянием между стержнями арматуры более 15 мм. | |
| Крупноразмерные изделия (колонны, балки, ригели, фундаментные плиты, блоки и др.) с расстоянием между стержнями арматуры более 30 мм |
2. Марку цемента. Назначается в зависимости от требуемого класса бетона (таблица 4)
Таблица 4 - Рекомендуемая марка цемента в зависимости от прочности бетона
| Прочность бетона, МПа | ||||||
| Марка цемента |
Определяют водоцементное соотношение по формуле 1.
, если предполагаемое водоцементное соотношение > 0,4
или 
, если предполагаемое водоцементное соотношение < 0,4
где Rц – активность цемента, кгс/см2;
RБ - планируемый предел прочности бетона в возрасте 28 сут, кгс/см2.
А и А1 – коэффициенты учитывающие влияние на прочность бетона исходных материалов, принимаются по таблице 5.
Таблица 5 - Значение коэффициентов А и А1 в зависимости от качества материалов
| Характеристика исходных материалов для бетона | А | А1 |
| Высококачественные (щебень из плотных и прочных горных пород, песок, оптимальной крупности, отвечающий соответствующим стандартам, портландцемент высокой активности без добавок или с минимальным количеством добавки, заполнители промыты) | 0,65 | 0,43 |
| Рядовые (гравий соответствующий техническим требованиям ГОСТа, портландцементы средней активности, шлакопортландцементы – высокой активности) | 0,60 | 0,40 |
| Пониженного качества (крупный заполнитель – пониженного качества, мелкий песок, низкоактивные цементы) | 0,55 | 0,37 |
4. Определяют ориентировочный расход воды. Он зависит от необходимой удобоукладываемости смеси: жесткости или пластичности и наибольшей крупности крупного заполнителя (рисунок 12).
Пластичные смеси
Жесткие смеси
Рисунок 12 – График водопотребности бетонной смеси, изготовленной с применением портландцемента, песка средней крупности с водопотребностью 7% и гравия с наибольшей крупностью а – 80; б – 40; в – 20 и г – 10 мм.
При этом следует внести ряд поправок:
- если в качестве крупного заполнителя используется щебень, к значению, полученному с графика, добавляют 10 л;
- если водопотребность песка меньше или больше 7% расход воды уменьшают или увеличивают на 5 л на каждый процент водопотребности;
- при применении пуццолановых цементов расход воды увеличивают на 15-20л;
- при расходе цемента более 400 кг расход воды увеличивают на 10 л на каждые 100 кг (сверх 400);
- если крупный заполнитель поглощает воду, то поглощаемое количество нужно прибавить к полученному количеству воды.
5. При известном водоцементном соотношении и необходимом расходе воды вычисляют необходимое количество цемента:
(2)
Полученное значение Ц сопоставляют с минимально допустимым расходом цемента из условий получения связной смеси (таблица 6). Если полученное расчетное значение меньше указанного в таблице минимума, дальнейший расчет ведем по Ц мин.
Таблица 6 - Минимальный расход цемента (Ц мин) для получения нерасслаивающейся плотной бетонной смеси, кг на 1 м3 бетона
| Смесь | Предельная крупность заполнителя, мм | |||
| Особо жесткая | ||||
| Жесткая | ||||
| Малоподвижная | ||||
| Подвижная | ||||
| Литая |
6. Вычисляют расход крупного заполнителя (щебня или гравия):
(3)
где 
- средняя и насыпная плотность гравия (щебня);
Vмз – межзерновая пустотность, ед.
(4)
α – коэффициент раздвижки зерен гравия (щебня) для жестких бетонных смесей принимают 1,05…1,15, в среднем 1,1. Для пластичных смесей этот показатель принимают по таблице 7.
Таблица 7 - Коэффициент раздвижки зерен (α) в зависимости от В/Ц и расхода цемента
| Расход цемента, кг | Водоцементное соотношение | |||||
| 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | |
| - | - | - | 1,26 | 1,32 | 1,38 | |
| - | - | 1,30 | 1,36 | 1,42 | - | |
| - | 1,32 | 1,38 | 1,44 | - | - | |
| 1,31 | 1,40 | 1,46 | - | - | - | |
| 1,44 | 1,52 | 1,56 | - | - | - | |
| 1,52 | 1,56 | - | - | - | - |
Примечания.
1. При других значениях В/Ц и Ц коэффициенты α находят интерполяцией
2. При использовании мелкого песка с водопотребностью более 7% уменьшают на 0,03 на каждый процент увеличения водопотребления песка. Если меньше 7%, увеличивается на 0,03 на каждый процент уменьшения водопотребления.
7. Устанавливают расход песка в килограммах:
(5)
где Щ, Ц и В – масса щебня, цемента и воды, кг.
и 
- средняя плотность зерен щебня, песка и цемента, т/м3, значения плотности определяются опытным путем или в соответствии с заданием. Среднюю плотность частиц цемента можно принять 3.1 т/м3.
8. Определяем среднюю плотность бетонной смеси по формуле
rб = Ц + В + Щ + П (6)
Задачи
1.Для получения 1500 тыс м3 бетона марки 200 с подвижностью 6 см подготовлен среднезернистый песок и чистый фракционированный щебень с размером зерен до 80 мм. Определить потребное количество портландцемента М300.
2.Определить расход щебня на 1 м3 бетонной смеси, если расход цемента 350 кг Ц/В = 2, 
кг/м3, 
кг/м3, 
кг/м3
3.Какой объем бетона можно изготавливать имея 2500 м3 песка если в состав 1 м3 входит 300 кг цемента 200 л воды 1250 кг гранитного щебня 
кг/м3, кг/м3.
Литература
1. ГОСТ 8267-82. Технические условия. Щебень из природного камня для строительных работ.
2. ГОСТ 8268-82. Технические условия. Гравий для строительных работ.
3. ГОСТ 10260-82. Технические условия. Щебень из гравия для строительных работ.
4. ГОСТ 8736-77. Песок для строительных работ. Технические условия.
5. ГОСТ 310.6-85. Цементы. Методы испытаний.
6. ГОСТ 10178-85*, СТ СЭВ 5683-86. Портландцементы и шлакопортландцементы. Технические условия.
7. ГОСТ 25192-82. Бетоны. Классификация и общие технические требования.
8. ГОСТ 10268-80. Заполнители для тяжелых бетонов. Технические требования.
9. ГОСТ 10181.0-81 - ГОСТ 10181.4-81. Смеси бетонные. Методы испытаний.
10. ГОСТ 10180-78. Бетоны. Методы определения прочности на сжатие и растяжение.
11. Методические указания к самостоятельной работе по расчету состава бетона / Сост. Г.И. Зезина.- Омск. - 1988. - 20 с.
12. Попов К.Н. Строительные материалы и изделия: Учеб. / К.Н. Попов, М.Б. Каддо. – М.: Высш. шк., 2001.-367 с.
13. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение: Учеб. пособие для строит. спец. вузов / И.А. Рыбьев. – М.: Высш. шк., 2003. – 701 с.