Состав бетона с фибрами

Рассмотрим пример оценочного расчета состава бетона с добавлением фибр. Допустим, что у нас имеются следующие наборы материалов:

первый

  1. щебень гранитный 20-40, насыпная плотность – 1,37 г/см3, истинная плотность – 2,68 г/см3, пустотность – 49%
  2. песок мытый, модуль крупности (Mk = 2,0), насыпная плотность – 1,60 г/см3, истинная плотность – 2,60 г/см3, пустотность – 39%
  3. цемент М500 Д20 с зольной добавкой, истинная плотность – 3,10 г/см3, коэффициент нормальной густоты – 25%
  4. арматура – дисперсная, смешанная: анкерная фибра 50/1,0 с добавкой полимерного фиброволокна
  5. добавки: Д5, Монолит 20‑М

второй

  1. щебень гранитный 50-70, насыпная плотность – 1,37 г/см3, истинная плотность – 2,68 г/см3, пустотность – 49%
  2. песок мытый, модуль крупности (Mk = 2,0), насыпная плотность – 1,60 г/см3, истинная плотность – 2,60 г/см3, пустотность – 39%
  3. цемент М500 Д20 с зольной добавкой, истинная плотность – 3,10 г/см3, коэффициент нормальной густоты – 25%
  4. арматура – дисперсная, смешанная: анкерная фибра 50/1,0 с добавкой полимерного фиброволокна
  5. добавки: Д5, Монолит 20‑М

и нужно подобрать расход этих материалов на бетон B40 П4 F300 и сравнить значения расходов.

Средняя прочность бетона класса B35-B40 соответствует значению Rб = 500 кгс/см2. Активность цемента М500 Д20 возьмем равной Rц = 500 кгс/см2 (паспортные данные). За основу метода определения состава бетона возьмем метод абсолютных объемов, и ввод фибры осуществим за счет изменения объема крупного заполнителя. Из уравнений Боломея-Скрамтаева

Rб = АRц(Ц/В‑0,5), при Ц/В < 2,5; А = 0,65;                                     (1)

Rб = А1Rц(Ц/В+0,5), при Ц/В > 2,5; А1 = 0,43;                                  (2)

определим Ц/В:

Ц/В = 2,04;                                                                (3)

Ц/В = 1,83;                                                                (4)

Таблица расходов воды

Предварительный расход воды возьмем из таблицы расходов воды на 1 м3 бетона при крупности щебня 20‑40 мм и марки удобоукладываемости П4: 215 л/м3, при крупности 50‑70 мм и той же самой марки по удобоукладываемости: 205 л/м3. Однако в случае использования химических добавок-пластификаторов расход воды необходимо пересчитать по формуле:

Вд = В·(1-Kпл),                                                            (5)

где Kпл – относительное снижение нормальной густоты цементного теста при введении химической добавки. В случае использования добавки «Д5», указанной в техническом задании, Kпл = 0,3 при 3% добавки. Следовательно, количество воды, которое нужно использовать на 1м3 с учетом добавки при крупности щебня 20‑40 мм составит 151 л/м3, при крупности щебня 50‑70 мм – 144 л/м3.

Предварительный расход цемента определим по формуле:

Ц1 = В·(Ц/В),

где (Ц/В) – значение, определенное формулой (3). Следовательно, расход цемента Ц1 = 439 кг/м3 в случае крупности щебня 20‑40 мм и 418 кг/м3 в случае 50‑70 мм.

При превышении расхода цемента 400 кг количество воды необходимо увеличивать на 1 л на каждые 10 кг превышения цемента. Следовательно, новое количество воды будет равно 155 л/м3 для крупности щебня 20‑40 мм и 146 л/м3  для крупности щебня 50‑70 мм.

Объем плотно уложенного бетона примем равным 1м3:

Цци + В + П/ρпи + Щ/ρщи = 1000.                                         (6)

Будем считать, что пустоты между зернами крупного заполнителя должны быть заполнены цементно-песчаным раствором с раздвижкой зерен:

Ц/ρци + П/ρпи + В = αщKрз·Щ/ρнщ,                                                                                     (7)

где Ц, В, П, Щ – расходы цемента, воды, песка и щебня; ρ – соответствующие плотности (и – истинные, н – насыпные); αщ – пустотность щебня; Kрзкоэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя. Из формул (6), (7) получим:

Щ = 1000/(1/ρщи + αщKрз/ρнщ),                                              (8)

П = [1000 – (Цци + В + Щ/ρщи)] ρпи.                                               (9)

Коэффициент раздвижки определим по графику на рисунке 1, предварительно вычислив абсолютный объем цементного теста:

Vцт = Цци + В

Для случая щебня крупностью 20‑40 мм получим Vцт = 0,297 м3 и Kрз = 1,40, для щебня крупностью 50‑70 мм ‑ Vцт = 0,281 м3 и Kрз = 1,35. Соответственно, расходы щебня и песка:

Щ20‑40 = 1014 кг

Щ50‑70 = 1024 кг

П(Щ20‑40) = 845 кг

П(Щ50‑70) = 876 кг

Рисунок 1. Зависимость коэффициента раздвижки от объема цемента

Определим теперь расход фибры. Рекомендуемый ввод фибры по объему составляет 1%, что в расчете на 1м3 бетона дает 10 дм3. При плотности материала фибры (сталь) 7,86 кг/дм3, получаем расход фибры 78,6 кг/м3. При этом этот расход будет идти взамен крупного заполнителя, и новый расход щебня крупностью 20‑40 мм будет равен Щ20‑40=987 кг/м3 и для Щ50‑70=997 кг/м3.

Для увеличения эффекта добавления волокон используют смешанные фибры: стальная плюс полимерные. Максимальная эффективность соответствует 10% замены по объему стальной фибры на полимерную. Таким образом, для стальной фибры будем иметь новый расход 9,0 дм3 и в массовом эквиваленте это составляет 70,7 кг/м3, а для полимерной фибры, которая занимает 1,0 дм3, и при плотности материала 946 кг/м3 получим массовую часть 0,95 кг/м3.

Массовый расход добавки «Д5» составляет 3% по массе цемента и, в случае использования щебня крупностью 20‑40 мм, получим 13,2 кг/м3 и для щебня крупности 50‑70 мм – 12,5 кг/м3.

Расход пропитки «Монолит 20М» составляет 0,3 л/м2.

Плотность получившейся бетонной смеси будет равна:

ρ = 439 + 155 + 987 + 845 + 72 + 13 = 2511 кг/м3 (для щебня 20‑40)

ρ = 418 + 146 + 997 + 876 + 72 + 13 = 2522 кг/м3 (для щебня 50‑70)

Определим теперь расход материалов на бетономешалку 50 кг.

Расчет коэффициента загрузки бетономешалки η20‑40 = 50/2511 для щебня крупностью 20‑40 мм и η50‑70 = 50/2522 для щебня крупностью 50‑70 мм. Следовательно, расход компонентов на один замес в бетономешалку на 50 кг составляет:

Ц = 8,72 кг; В = 3,10 л; Щ20‑40 = 19,6 кг; П = 16,8 кг; Ф = 1,41 кг; ПФ = 19 гр; «Д5» = 218 мл; При В/Ц = 0,36; (Щ20‑40)

Ц = 8,31 кг; В = 2,90 л; Щ50‑70 = 19,8 кг; П = 17,4 кг; Ф = 1,41 кг; ПФ = 19 гр; «Д5» = 207 мл; при В/Ц = 0,35; (Щ50‑70).

Комментарии закрыты.