НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА ГОССТРОЯ СССР
(НИИЖБ)
РУКОВОДСТВО
ПО ПОДБОРУ СОСТАВОВ ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА
Рекомендовано к изданию решением секции заводской технологии бетона и железобетона НТС НИИЖБ Госстроя СССР.
Руководство содержит основные положения и рекомендации по подбору составов тяжелого бетона различного назначения как для изготовления сборных конструкций, так и для монолитного строительства.
Изложены требования к материалам, приведены справочные данные о предельных значениях водоцементного отношения и расхода цемента, даны вспомогательные таблицы, графики и номограммы. Приведены четыре метода и даны примеры подбора составов бетона и их корректирования.
Предназначено для инженерно-технических работников заводов железобетонных изделий, строительных и проектных организаций.
Табл. 47, рис. 14.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящее Руководство составлено к пп. 4.10 и 4.11 главы СНиП III-15-76 «Бетонные и железобетонные конструкции монолитные» и содержит рекомендации по выбору материалов и подбору составов тяжелого бетона различных назначения и марок, включая высокопрочный, особотяжелый и напрягающий, по прочности, самонапряжению, морозостойкости, долговечности и подвижности бетонной смеси.
В Руководстве приведены четыре метода (в том числе ускоренный метод оценки активности цемента в бетоне и назначение его состава, а также математико-статистический метод), позволяющие решить задачу подбора рационального состава бетона для заводов сборного железобетона и монолитного строительства как при наличии подробных данных о составляющих материалах, так и при отсутствии их, в частности при отсутствии сведений об активности цемента.
Использование одного из изложенных методов позволяет подобрать состав бетона для проверки его опытным затворением с последующей корректировкой подвижности смеси, содержания песка, прочности и других свойств бетона. Четвертый метод подбора состава бетона с применением математико-статистических методов применяется для решения задачи подбора ряда составов бетонов нескольких марок по прочности, морозостойкости, водонепроницаемости и др. при различной подвижности смеси.
Настоящее Руководство разработано НИИЖБ Госстроя СССР (д-р техн. наук Л.А. Малинина, кандидаты техн. наук В.М. Медведев и В.П. Сизов при участии д-ра техн. наук, проф. В.В. Михайлова, кандидатов техн. наук М.И. Бруссера, И.М. Красного, А.В. Лагойды, О.Е. Королевой, С.Л. Литвера, Э.Г. Соркина, В.П. Петрова, В.Г. Довжика, Л.И. Будогянца, инженеров В.Ф. Хардиной и В.А. Загурского).
В Руководстве использованы материалы НИИЖБ Госстроя СССР (доктора техн. наук С.А. Миронов и И.М. Френкель), МИСИ им. В.В. Куйбышева Министерства высшего и среднего образования СССР (доктора техн. наук, профессора Ю.М. Баженов и Г.И. Горчаков, кандидаты техн. наук Л.А. Алимов и В.В. Воронин), Союздорнии Минтрансстроя СССР (канд. техн. наук А.М. Шейнин), ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева Минэнерго СССР (кандидаты техн. наук Ц.Г. Гинзбург и В.Б. Судаков).
Все замечания и пожелания просьба направлять по адресу: 109389, Москва, 2-я Институтская, д. 6, НИИЖБ.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Руководство устанавливает порядок выбора материалов (составляющих) для бетона и методы подбора составов тяжелого бетона различных марок по прочности на сжатие, водонепроницаемости, морозостойкости и другим свойствам бетонов, приготовляемых на цементах различных видов и марок и тяжелых заполнителях, применяемых для изготовления сборных конструкций и возведения монолитных сооружений.
1.2. Методика, изложенная в Руководстве, обеспечивает получение бетонной смеси требуемой подвижности или жесткости и бетона с заданными свойствами.
1.3. Подбор составов бетона производится с учетом исходных данных раздела 3 настоящего Руководства одним из трех методов:
а) расчетно-экспериментальным — по формулам и графикам или таблицам, когда имеются данные об активности цемента и качестве заполнителей (раздел 4);
б) ускоренным, когда отсутствуют данные об активности цемента и качестве заполнителей (раздел 5);
в) по таблицам, графикам и номограммам, когда имеются подробные данные по качеству составляющих бетон материалов (раздел 6).
Три метода позволяют решить задачу по подбору номинального (лабораторного) состава бетона для пробных замесов на сухих материалах.
1.4. Подобранные (расчетные) составы бетона корректируются на опытных замесах по подвижности смеси и оптимальному количеству песка в смеси заполнителей, проверяются на прочность и другие свойства бетона в соответствии с техническим заданием и после уточнения их передаются на производство.
1.5. Производственные составы бетона рассчитываются с учетом фактической влажности заполнителей, применяемых при приготовлении бетона, путем корректировки количества воды затворения и влажных заполнителей.
1.6. В разделе 9 изложены принципы подбора и корректирования состава бетонов с применением математико-статистических методов, позволяющих решить задачу подбора составов бетонов ряда марок по прочности, морозостойкости, водонепроницаемости и др. при различной подвижности (жесткости) смесей.
1.7. Составы особых видов бетонов должны подбираться с учетом рекомендаций, приведенных в Прил. 2 настоящего Руководства.
2. ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЕТОНА
2.1. Материалы для приготовления бетона должны отвечать всем требованиям, изложенным в государственных и отраслевых стандартах на эти материалы.
При несоответствии отдельных составляющих бетон материалов требованиям ГОСТ и ТУ необходимо провести их испытание в бетонах и дать технико-экономические обоснования целесообразности их применения.
ЦЕМЕНТ
2.2. Виды и марки цемента должны отвечать требованиям ГОСТ 10178-76 и ГОСТ 22266-76.
Рациональные марки цементов для бетона различных марок приведены в табл. 1.
Таблица 1
────────┬─────┬───────┬───────┬───────┬───────┬───────┬───────┬───────┬──────
Марка │М 150│ М 200 │ М 250 │ М 300 │ М 350 │ М 400 │ М 450 │ М 500 │М 600
бетона │ │ │ │ │ │ │ │ │и выше
────────┼─────┼───────┼───────┼───────┼───────┼───────┼───────┼───────┼──────
Марка │М 300│М 300 -│М 300 -│М 400 -│М 400 -│М 500 -│М 500 -│М 500 -│М 600
цемента │ │ М 400 │ М 400 │ М 500 │ М 500 │ М 600 │ М 600 │ М 600 │
по ГОСТ │ │ │ │ │ │ │ │ │
10178-76│ │ │ │ │ │ │ │ │
Примечание. При необходимости применения цемента высокой активности для бетонов низких марок по прочности следует применять добавки: молотого доменного гранулированного шлака, золы-уноса тепловых электростанций или активные минеральные добавки естественного происхождения.
Выбор вида цемента для различных условий работы конструкций рекомендуется принимать по табл. 2.
Таблица 2
─────────────────┬─────────────────────────────────────────────────────────────────────
Условия работы │ Вид цемента
конструкций ├─────────┬─────────┬─────────┬─────────┬─────────┬─────────┬─────────
│портланд-│портланд-│шлако- │сульфато-│сульфато-│сульфато-│пуццола-
│цемент │цемент с │портланд-│стойкий │стойкий │стойкий │новый
│ │минераль-│цемент │портланд-│портланд-│шлако- │портланд-
│ │ными │ │цемент │цемент с │портланд-│цемент
│ │добавками│ │<1> │минераль-│цемент │
│ │ │ │ │ными │ │
│ │ │ │ │добавками│ │
─────────────────┼─────────┼─────────┼─────────┼─────────┼─────────┼─────────┼─────────
Внутри зданий с │ │ │ │ │ │ │
относительной │ │ │ │ │ │ │
влажностью │ │ │ │ │ │ │
воздуха: │ │ │ │ │ │ │
│ │ │ │ │ │ │
до 60% │ Р │ Р │ Р │ Д │ Д │ Д │ Н
│ —— │ │ —— │ │ │ │
│ Р <2> │ │ Р <3> │ │ │ │
│ │ │ │ │ │ │
более 60% │ Р │ Р │ Р │ Д │ Д │ Д │ Д
│ — │ │ — │ │ │ │
│ Р │ │ Р │ │ │ │
│ │ │ │ │ │ │
На открытом │ Р │ Р │ Д <3> │ Д │ Д │ Д <3> │ Н
воздухе (при │ — │ │ │ │ │ │
воздействии │ Р │ │ │ │ │ │
атмосферных │ │ │ │ │ │ │
условий) │ │ │ │ │ │ │
│ │ │ │ │ │ │
При воздействии │ Н │ Н │ Д <3> │ Р │ Р │ Р │ Р
сред, агрессивных│ — │ │ —— │ │ │ │
по содержанию │ Н │ │ Д │ │ │ │
сульфатов │ │ │ │ │ │ │
│ │ │ │ │ │ │
То же, при │ Н │ Н │ Д <3> │ Р │ Д │ Д <4> │ Н
одновременном │ — │ │ —— │ │ │ │
систематическом │ Н │ │ Д │ │ │ │
попеременном │ │ │ │ │ │ │
замораживании и │ │ │ │ │ │ │
оттаивании │ │ │ │ │ │ │
или увлажнении и │ │ │ │ │ │ │
высыхании │ │ │ │ │ │ │
│ │ │ │ │ │ │
При действии │ Н │ Д │ Р │ Р │ Д │ Р │ Р
сред, агрессивных│ — │ │ — │ │ │ │
по содержанию │ Н │ │ Д │ │ │ │
сульфатов, при │ │ │ │ │ │ │
необходимости │ │ │ │ │ │ │
обеспечения │ │ │ │ │ │ │
пониженного │ │ │ │ │ │ │
тепловыделения │ │ │ │ │ │ │
│ │ │ │ │ │ │
В подземных и │ Д │ Д │ Д │ Н │ Н │ Н │ Р
гидротехнических │ — │ │ — │ │ │ │
(и внутри │ Н │ │ Н │ │ │ │
массивных) │ │ │ │ │ │ │
сооружениях │ │ │ │ │ │ │
│ │ │ │ │ │ │
В зоне перемен- │ Д │ Н │ Н │ Р │ Д │ Н │ Н
ного действия │ — │ │ — │ │ │ │
воды и мороза │ Н │ │ Н │ │ │ │
(гидросооружений,│ │ │ │ │ │ │
облицовки каналов│ │ │ │ │ │ │
открытых │ │ │ │ │ │ │
емкостей) │ │ │ │ │ │ │
———————————
<1> Сульфатостойкие цементы ввиду их дефицитности следует применять с ограничением только там, где они действительно необходимы.
<2> Под чертой приведены данные для быстротвердеющего портландцемента и шлакопортландцемента.
<3> Применение шлакопортландцементов для бетонов, к которым предъявляются требования по морозостойкости, допускается при введении порообразующих добавок.
<4> При работе в условиях пониженных положительных температур необходимо учитывать рост прочности, особенно при применении шлакопортландцемента и пуццоланового портландцемента, а в сухую и жаркую погоду, особенно в южных районах страны, необходимо обеспечить тщательный уход за свежеуложенным и твердеющим бетоном.
Примечание. В таблице даны следующие обозначения: Р — рекомендуется; Д — допускается; Н — не допускается.
2.3. Для бетонов низких марок при наличии цементов высокой активности следует применять добавки золы-уноса ТЭЦ, молотого кислого граншлака, активные минеральные добавки естественного происхождения, добавки природного мелкозернистого маршаллита или молотого песка.
2.4. Во всех случаях следует применять отдельные или комплексные добавки поверхностно-активных веществ, позволяющие повысить подвижность бетонных смесей, экономить цемент и улучшить структурные свойства затвердевшего бетона, его коррозионную стойкость и морозостойкость.
Выбор и назначение добавок рекомендуется производить по табл. 3. Снижение водопотребности бетона при введении добавки СДБ приведено в табл. 4.
Таблица 3
──────────────────────┬────────────────┬───────────────────────────────────
Добавка │ Количество │ Цель применения
│добавки от массы│
│ цемента в │
│расчете на сухое│
│ вещество, % │
──────────────────────┼────────────────┼───────────────────────────────────
СДБ │0,1 — 0,25 — 0,5│Для улучшения подвижности
(пластифицирующая) │ │смеси и качества бетона, экономии
│ │цемента, замедления загустевания
│ │смеси и продления времени
│ │перекрытия слоев при укладке
СНВ │ 0,01 — 0,025 │Для повышения морозостойкости
(воздухововлекающая) │ │бетона
М , АМН │ 0,05 — 0,2 │То же
1 │ │
(пластифицирующие и │ │
воздухововлекающие) │ │
ГКЖ-94 │ 0,04 — 0,1 │ «
(микрогазообразующая) │ │
СДБ + СНВ (комплексная│ 0,2 + 0,02 │Для улучшения подвижности смеси и
пластифицирующая и │ │повышения морозостойкости бетона
воздухововлекающая) │ │
Примечания. 1. При применении пластифицированного цемента допускается вводить воздухововлекающую добавку СНВ в количестве до 0,02% массы цемента.
2. При применении гидрофобного цемента допускается вводить пластифицирующую добавку в количестве до 0,2%.
3. Более подробные данные приведены в «Рекомендациях по применению химических добавок в бетоне» (М., Стройиздат, 1977).
Таблица 4
───────────┬───────────────────────────┬───────────────────────────────────
Подвижность│ Жесткость смеси Ж, с │ Снижение водопотребности
смеси ОК, ├────────────────┬──────────┤ бетонной смеси, %, при расходе
см │по техническому │ по ГОСТ │ цемента, кг/м3
│ вискозиметру │ 10181-76 ├───────────┬───────────┬───────────
│ │ │ 300 │ 400 │ 500
───────────┼────────────────┼──────────┼───────────┼───────────┼───────────
— │ 30 — 100 │ 8 — 25 │ — │ 6 │ 8
0 — 2 │ 20 — 30 │ 5 — 8 │ 6 │ 8 │ 10
2 — 5 │ 10 — 20 │ 3 — 5 │ 7 │ 9 │ 11
5 — 7 │ — │ — │ 8 │ 10 │ 12
10 — 12 │ — │ — │ 9 │ 11 │ 13
12 — 15 │ — │ — │ 10 │ 12 │ 14
16 — 20 │ — │ — │ 10 │ 12 │ 15
ПЕСОК
2.5. Песок для бетона должен отвечать требованиям ГОСТ 8736-77; ГОСТ 10268-70* и дополнительным требованиям ГОСТ 17539-72, ГОСТ 8424-72*, ГОСТ 4797-69*, а также главы СНиП III-15-76.
2.6. Помимо природных песков, удовлетворяющих требованиям указанных ГОСТов, допускается после соответствующих испытаний, технико-экономических обоснований и согласования с вышестоящей организацией применять более мелкие пески, отсев каменной мелочи, получаемой от дробления породы на щебень, мелкозернистые отходы промышленности: золошлаковую смесь из отвалов тепловых электростанций, дробленый шлак, удаляемый из топок котлов после гидравлической обработки, и др.
На основе золошлаковой смеси из отвалов ТЭЦ взамен песка и щебня может быть получен мелкозернистый бетон марок М 400 — М 500.
КРУПНЫЙ ЗАПОЛНИТЕЛЬ
2.7. В качестве крупного заполнителя в бетоне могут быть использованы материалы как естественного, так и искусственного происхождения.
2.8. Крупный заполнитель для бетона должен отвечать требованиям ГОСТ 8267-75, ГОСТ 10260-74*, ГОСТ 8268-74*, ГОСТ 10268-70* и дополнительным требованиям ГОСТ 17539-72, ГОСТ 5578-76, ГОСТ 8424-72*, ГОСТ 4797-69*.
2.9. Допускается также применение промышленных отходов и хвостов, получаемых при переработке и обогащении руд черных и цветных металлов, асбеста, различных флюсов, шлаков и др., после проведения испытаний и технико-экономических обоснований.
2.10. Не допускается применять щебень из осадочных пород с примесью мергеля или аморфного кремнезема, разрушающихся при воздействии атмосферных агентов или щелочей, содержащихся в цементе.
2.11. Не допускается применять природную гравийно-песчаную смесь без ее рассева на песок и гравий, а также гравий, содержащий в своем составе зерна глинистого сланца, легкоразрушающиеся при насыщении их водой и замораживании.
2.12. Наибольшая крупность щебня и гравия должна приниматься в соответствии с указаниями главы СНиП III-15-76. Заполнители для особо тяжелых бетонов приведены в Прил. 2 настоящего Руководства.
ДОБАВКИ МИНЕРАЛЬНЫЕ, УСКОРИТЕЛИ ТВЕРДЕНИЯ И ПРОТИВОМОРОЗНЫЕ
2.13. Добавки, улучшающие свойства бетонной смеси и структуру затвердевшего бетона, дающие экономию цемента или ускоряющие твердение, должны применяться в соответствии с указаниями главы СНиП I-В.2-69 «Вяжущие материалы неорганические и добавки для бетонов и растворов», а также «Руководства по применению химических добавок к бетону» (М., Стройиздат, 1975) и «Рекомендаций по применению химических добавок в бетоне» (М., Стройиздат, 1977).
ВОДА ДЛЯ ЗАТВОРЕНИЯ И ПОЛИВКИ БЕТОНА
2.14. Для приготовления бетонной смеси и поливки бетона в процессе твердения допускается применять любую воду (из хозяйственного водопровода, рек или естественных водоемов), имеющую водородный показатель pH не менее 4 и содержащую минеральные соли не более 5000 мг/л, в том числе не более 2700 мг/л сульфатов (в пересчете на 
).
2.15. Не разрешается применять болотные и сточные (бытовые и промышленные) воды без их очистки.
2.16. Допускается применение оборотной воды и конденсата из камер пропаривания при содержании в них остатков смазки не более 0,1% по массе (после проверки в бетоне).
2.17. Морскую воду с содержанием солей не более 3,4% разрешается применять для изготовления бетонной смеси и поливки бетона массивных неармированных конструкций в тех случаях, когда может быть допущено появление высолов на их поверхности.
3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА И ПОДБОРА СОСТАВА БЕТОНА
3.1. Задание на расчет (проектирование) и подбор состава бетона дается в проекте сооружения, в проекте организации работ или нормативных документах и должно содержать следующие данные:
а) проектную марку бетона к определенному возрасту, требуемую долю марочной прочности к заданному сроку (распалубочную, передаточную прочности), устанавливаемые по ГОСТ 10180-74, а также марки по водонепроницаемости (В), морозостойкости (Мрз), истираемости, коррозионной стойкости и др. с указанием срока достижения требуемых свойств или ограничения значения В/Ц;
б) подвижность (см) или жесткость (с), определяемые по ГОСТ 10181-76;
в) вид и наибольшую крупность заполнителя, число и размеры фракций, на которые будет разделяться заполнитель при приготовлении бетонной смеси;
г) вид и марку цемента при испытании по ГОСТ 310.4-76.
3.2. Ограничения В/Ц для бетона, применяемого в различных условиях, приведены в табл. 5, «а» — «в».
Таблица 5а
При воздействии морской и пресной воды
───────────────────────────────────┬───────────────────┬───────────────────
Условия службы бетона │ В/Ц для бетона │ В/Ц для наружной
│ железобетонных │ зоны массивных
│ конструкций │ гравитационных
│ (немассивных) │ сооружений
├─────────┬─────────┼─────────┬─────────
│в морской│в пресной│в морской│в пресной
│ воде │ воде │ воде │ воде
───────────────────────────────────┼─────────┼─────────┼─────────┼─────────
В зоне переменного горизонта воды │ │ │ │
при климатических условиях: │ │ │ │
особо суровых │ 0,42 │ 0,47 │ 0,45 │ 0,48
суровых │ 0,45 │ 0,5 │ 0,47 │ 0,52
умеренных │ 0,5 │ 0,55 │ 0,55 │ 0,56
В частях сооружений, постоянно │ │ │ │
находящихся под водой: │ │ │ │
напорных │ 0,55 │ 0,58 │ 0,56 │ 0,58
безнапорных │ 0,6 │ 0,62 │ 0,62 │ 0,62
Во внутренних зонах сооружений │Принимается из условий обеспечения
│водонепроницаемости, прочности,
│ограничения тепловыделения, изменения
│объема, но не выше 0,75
Таблица 5б
При воздействии жидких агрессивных сред
─────────────────────────────────────────┬───────────────────┬─────────────
Среда и характеристика плотности │ Марка по │ Предельное
│водонепроницаемости│ В/Ц
─────────────────────────────────────────┼───────────────────┼─────────────
При воздействии жидких агрессивных сред │ │
на конструкции гидротехнических │ │
сооружений и промышленных зданий и │ │
сооружений в соответствии с требованиями │ │
ГОСТ 4795-68 и главы СНиП II-28-73 для │ │
бетонов: │ │
нормальной плотности │ В-2 │ В/Ц <= 0,7
│ В-4 │ В/Ц <= 0,6
повышенной плотности │ В-6 │ В/Ц <= 0,55
особоплотных │ В-8 │ В/Ц <= 0,45
│ В-12 │ В/Ц <= 0,4
Примечание. При укладке бетона в изделия методами ударной технологии марка бетона по водонепроницаемости при указанных В/Ц повышается на одну ступень.
Таблица 5в
При переменном действии воды и мороза
───────────────────────────────────────────────┬──────────────────
Марка бетона по морозостойкости (Мрз), циклы │ В/Ц, не более
───────────────────────────────────────────────┼──────────────────
100 │ 0,6
200 │ 0,55
300 │ 0,5
400 │ 0,45
500 │ 0,4
Примечание. Для повышения морозостойкости бетона рекомендуется применять добавки СДБ, СНВ, ГКЖ-10, 11 и 94, эмульбит, комплексную СДБ + СНВ и др. по специальным рекомендациям.
3.3. Наибольшая крупность заполнителей в зависимости от видов бетонируемых элементов и способов подачи смеси к месту укладки назначается по табл. 6.
Таблица 6
─────────────────────────────────┬─────────────────────────────────────────
Вид конструкций и способ укладки │ Допускаемая НКЩ
бетонной смеси │
─────────────────────────────────┼─────────────────────────────────────────
Плиты покрытий, перекрытий │Не более 1/2 толщины плиты
Балки, колонны, рамы │Не более 3/4 наименьшего расстояния между
│стержнями арматуры
Укладка бетонной смеси в │Не более 1/6 наименьшего размера
скользящую опалубку │поперечного сечения конструкции
Подача бетонной смеси по хоботам │Не более 1/3 диаметра и при содержании
и бетононасосами │лещадки не более 15%
3.4. Соотношение фракций крупного заполнителя в смеси принимается по табл. 7.
Таблица 7
────────────────┬──────────────────────────────────────────────────────────
НКЩ, мм │ Соотношения между фракциями, %, при размере фракций, мм
├──────────┬──────────┬───────────┬────────────┬───────────
│ 5 — 10 │ 10 — 20 │ 20 — 40 │ 40 — 80 │ 80 — 120
────────────────┼──────────┼──────────┼───────────┼────────────┼───────────
10 │ 100 │ — │ — │ — │ —
20 │ 35 │ 65 │ — │ — │ —
40 │ 45 — 60 │ 40 — 55 │ — │ —
80 │ 25 — 35 │ 25 — 35 │ 30 — 50 │ —
120 │ 15 — 25 │ 15 — 25 │ 25 — 35 │ 15 — 45
Примечания. 1. При необходимости зерновой состав смеси крупного заполнителя уточняется экспериментально по наибольшей плотности и объемной насыпной массе с учетом местных технико-экономических возможностей.
2. Для бетона марки до М 300 рекомендуется (см. ГОСТ 8267-75) рядовой крупный заполнитель (гравий, карбонатный щебень и др.); для марки М 400 — улучшенный крупный заполнитель (мытые щебень, щебень из гравия, гравий); для марок М 500 — М 600 — высококачественный крупный заполнитель (гранитный и базальтовый щебень, щебень из плотного известняка, доломита и песчаника после опытной проверки); для марки М 600 и выше — особовысококачественный щебень из незатронутых выветриванием прочных изверженных пород с шероховатой поверхностью излома при дроблении (мелкокристаллические граниты и др.).
3.5. Подвижность и жесткость бетонной смеси устанавливаются по табл. 8 и уточняются в проектах организации работ (в зависимости от характера и размеров конструкций, степени армирования, способа транспортирования, уплотнения смеси) в соответствии с требованиями ГОСТ 4795-68, ГОСТ 8424-72*, ГОСТ 7473-76, главы СНиП III-15-76 и СН 386-74.
Таблица 8
──────────────────────────────┬────────────────────────────────────────────
Конструкции │ Способ укладки бетонной смеси
├───────────────────────────────┬────────────
│ с вибрацией │без вибрации
├───────┬───────────────────────┼────────────
│ОК, см │ Ж, с │ ОК, см
│ ├───────────┬───────────┤
│ │ по ГОСТ │ по ГОСТ │
│ │ 10181-62 │ 10181-76 │
──────────────────────────────┼───────┼───────────┼───────────┼────────────
Сборные железобетонные на │ 0 │ 90 — 35 │ 20 — 10 │ —
жестких смесях с немедленной │ │ │ │
распалубкой │ │ │ │
Подготовка под фундаменты и │ 1 — 2 │ 35 — 25 │ 10 — 6 │ 2 — 3
полы, дорожные и аэродромные │ │ │ │
покрытия │ │ │ │
Массивные неармированные │ 2 — 4 │ 25 — 15 │ 6 — 4 │ 3 — 6
и с редко расположенной │ │ │ │
арматурой │ │ │ │
Каркасные железобетонные │ 4 — 8 │ 15 — 10 │ 4 и менее │ 6 — 12
(плиты, балки, колонны) │ │ │ │
Железобетонные с густо │8 — 10 │ 10 — 5 │ Менее 2 │ 12 — 15
расположенной арматурой │ │ │ │
(бункера, силосы и др.) │ │ │ │
Кассеты и элементы для │12 — 18│ — │ — │ —
объемно-сборного домостроения │ │ │ │
Буронабивные сваи, шахтные │16 — 20│ — │ — │ —
стволы │ │ │ │
Конструкции, сильно насыщенные│20 — 24│ — │ — │ —
арматурой и закладными │ │ │ │
деталями (стены АЭС, швы, │ │ │ │
штрабы, пазухи и т.п.), │ │ │ │
препятствующими укладке │ │ │ │
пластичных смесей с │ │ │ │
вибрированием │ │ │ │
3.6. Количество вовлеченного воздуха по объему уплотненной смеси должно быть в пределах величин, приведенных в табл. 9.
Таблица 9
────────────────────────────────┬─────────────────────────────────
Вид сооружений │Количество вовлеченного воздуха,
│ % по объему
├────────────────┬────────────────
│ допускаемое │ требуемое
────────────────────────────────┼────────────────┼────────────────
Гидротехнические при НКЩ, мм: │ │
40 │ Не более 5 │ —
80 │ » » 4 │ —
120 │ » » 3 │ —
Дорожные однослойные и верхний │ — │ 5 — 6
слой двухслойных покрытий │ │
Нижний слой двухслойных покрытий│ — │ 3,5 — 4,5
3.7. Предел капиллярной пористости морозостойкого бетона должен быть не более значений, указанных в табл. 10.
Таблица 10
─────────────────────┬────────────────────────────────────────────
Марка бетона по │ Капиллярная пористость бетона, %
морозостойкости ├─────────────────────┬──────────────────────
(Мрз), циклы │нормального твердения│ пропаренного
├──────────┬──────────┼──────────┬───────────
│ ССПЦ │ БТЦ │ ССПЦ │ БТЦ
─────────────────────┼──────────┼──────────┼──────────┼───────────
100 │ 6,2 │ 5,2 │ 5,2 │ 4,2
200 │ 4,7 │ 4 │ 3,5 │ 2,5
300 │ 4 │ 3 │ 2,5 │ 2,5
500 │ 2 │ — │ 2 │ —
Примечание. Отношение контракционной пористости к капиллярной должно быть не менее 0,25.
3.8. Минимально допустимые количества цемента в бетонах в зависимости от условий работы конструкций и подвижности смеси приведены в табл. 11 и 12.
Таблица 11
──────────────────────────────────────────┬───────────────────────
Условия работы конструкций │Расход цемента, кг/м3,
│ при уплотнении
├──────────┬────────────
│вибрацией │без вибрации
──────────────────────────────────────────┼──────────┼────────────
Бетон, находящийся в соприкосновении с │ 240 │ 265
водой, подверженный частому замерзанию и │ │
оттаиванию │ │
Бетон, не защищенный от атмосферных │ 220 │ 250
воздействий │ │
Бетон, защищенный от атмосферных │ 200 │ 220
воздействий │ │
Таблица 12
───────────────────────┬─────────────┬────────────────────────────
Бетонная смесь │ Ж, с │ Расход цемента, кг/м3, при
│ —— │ НКЩ, мм
│ ОК, см ├──────┬───────┬──────┬──────
│ │ 10 │ 20 │ 40 │ 70
───────────────────────┼─────────────┼──────┼───────┼──────┼──────
Особо жесткая │ 12 │ 160 │ 150 │ 140 │ 130
│ — │ │ │ │
│ — │ │ │ │
│ │ │ │ │
Жесткая │ 5 — 12 │ 180 │ 160 │ 150 │ 140
│ —— │ │ │ │
│ — │ │ │ │
│ │ │ │ │
Малоподвижная │ — │ 200 │ 180 │ 160 │ 150
│ —— │ │ │ │
│ 2 — 4 │ │ │ │
│ │ │ │ │
Подвижная │ — │ 220 │ 200 │ 180 │ 160
│ —— │ │ │ │
│ 4 — 12 │ │ │ │
│ │ │ │ │
Литая │ — │ 250 │ 220 │ 200 │ 180
│ ———- │ │ │ │
│ 12 и более │ │ │ │
РОСТ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА ВО ВРЕМЕНИ
3.9. При возведении сооружений, воспринимающих расчетную нагрузку в возрасте более 28 сут (который обычно принимают при подборе состава бетона), например 90 или 180 сут, следует учитывать рост прочности бетона к этим срокам, что дает экономию цемента.
3.10. Рост прочности бетона во времени зависит от минералогического состава клинкера, вещественного состава цемента, В/Ц и условий выдерживания бетона.
В табл. 13 приведены осредненные значения коэффициентов прироста прочности бетонов на цементах различных типов, твердеющих на открытом воздухе при положительных температурах в возрасте 90 и 180 сут. При низких положительных температурах рост прочности бетона замедляется, что необходимо учитывать при загрузке конструкций.
Таблица 13
───────┬────────────────────────────────────────┬──────────────────────────
Тип │ Вид и минералогический состав цемента │ Значения коэффициента К
цемента│ │ по отношению к R в
│ │ 28
│ │ возрасте, сут
│ ├─────────────┬────────────
│ │ 90 │ 180
───────┼────────────────────────────────────────┼─────────────┼────────────
I │Алюминатный портландцемент (C A >= 12%) │ 1,05 │ 1,1
│ 3 │ │
II │Алитовый портландцемент (C S > 50%; │ 1,05 │ 1,1
│ 3 │ │
│C A <= 8%) │ │
│ 3 │ │
III │Пуццолановый портландцемент, шлакопорт- │ 1,05 │ 1,25
│ландцемент с содержанием шлака до 40% │ │
IV │Белитовый портландцемент и шлакопорт- │ 1,1 │ 1,3
│ландцемент с содержанием шлака более 50%│ │
Примечания. 1. Усредненные значения К для 90 и 180 сут принимаются соответственно 1,2 и 1,3.
2. Значения К могут устанавливаться по формуле 
(где n — возраст бетона, сут). Полученными данными можно пользоваться для ориентировочных расчетов, так как формула справедлива только при твердении бетона в нормальных условиях.
3. Расчетная прочность при подборе состава бетона принимается для бетона каркасных конструкций на обычном портландцементе (I — II типа) марки 300 при загружении в возрасте 90 сут: 
.
4. То же, для массивных конструкций, загружаемых в возрасте 180 сут: 
.
3.11. Расход воды при подборе состава бетона рекомендуется принимать в зависимости от подвижности смеси, вида и крупности заполнителя по табл. 14.
Таблица 14
───────┬───────────┬───────────────────────────────────────────────────────
ОК, см │ Ж, с, по │ Расход воды, л/м3, при крупности гравия и щебня, мм
│ ГОСТ ├──────────────────────────┬────────────────────────────
│ 10181-76 │ гравий │ щебень
│ ├──────┬──────┬──────┬─────┼──────┬──────┬───────┬──────
│ │ 10 │ 20 │ 40 │ 70 │ 10 │ 20 │ 40 │ 70
───────┼───────────┼──────┼──────┼──────┼─────┼──────┼──────┼───────┼──────
— │ 40 — 50 │ 150 │ 135 │ 125 │ 120 │ 160 │ 150 │ 135 │ 130
— │ 25 — 35 │ 160 │ 145 │ 130 │ 125 │ 170 │ 160 │ 145 │ 140
— │ 15 — 20 │ 165 │ 150 │ 135 │ 130 │ 175 │ 165 │ 150 │ 145
— │ 10 — 15 │ 175 │ 160 │ 145 │ 140 │ 185 │ 175 │ 160 │ 155
2 — 4 │ — │ 190 │ 175 │ 160 │ 155 │ 200 │ 190 │ 175 │ 170
5 — 7 │ — │ 200 │ 185 │ 170 │ 165 │ 210 │ 200 │ 185 │ 180
8 — 10 │ — │ 205 │ 190 │ 175 │ 170 │ 215 │ 205 │ 190 │ 185
10 — 12│ — │ 215 │ 205 │ 190 │ 180 │ 225 │ 215 │ 200 │ 190
12 — 16│ — │ 220 │ 210 │ 197 │ 185 │ 230 │ 220 │ 207 │ 195
16 — 20│ — │ 227 │ 218 │ 203 │ 192 │ 237 │ 228 │ 213 │ 202
Примечания. 1. Расход воды приведен для смеси на портландцементе с НГЦТ = 26 — 28% и на песке с 
.
2. При изменении нормальной густоты цементного теста на каждый процент в меньшую сторону расход воды уменьшается на 3 — 5 л, в 
сторону — увеличивается на 3 — 5 л/м3.
3. При изменении модуля крупности песка на каждые 0,5 в меньшую сторону расход воды увеличивается на 3 — 5 л, в сторону — уменьшается на 3 — 5 л.
4. РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА
ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА
4.1. Расчет и назначение исходного состава тяжелого бетона производится в следующем порядке:
а) определяется В/Ц в зависимости от требуемой прочности, срока и условий твердения бетона либо на основе предварительных опытов, устанавливающих зависимость прочности бетона от этого фактора и активности цемента (с применением местных заполнителей), либо ориентировочно по формулам:
при В/Ц >= 0,4……. 
; (1)
при В/Ц < 0,4……. 
. (2)
Значения коэффициентов А и 
берут по табл. 15.
Таблица 15
───────────────────────────────────────────┬──────────┬───────────
Заполнители бетона │ А │ А
│ │ 1
───────────────────────────────────────────┼──────────┼───────────
Высококачественные │ 0,65 │ 0,43
Рядовые │ 0,6 │ 0,4
Пониженного качества │ 0,55 │ 0,37
б) определяется расход воды по требуемой подвижности бетонной смеси на основании результатов предварительных испытаний (рис. 1, см. табл. 14). Графики на рис. 1 получены для бетона на гравии, песке средней крупности с водопотребностью песка 7% и при расходе портландцемента до 400 кг/м3 бетона. При использовании песка с водопотребностью менее 7% расход воды необходимо уменьшать на 5 л на каждый процент уменьшения водопотребности. При применении щебня и пуццоланового цемента расход воды следует соответственно увеличивать на 10 — 15 л. При расходе цемента свыше 400 кг/м3 расход воды необходимо увеличивать на 1 л на каждые 10 кг цемента сверх 400 кг. Методика определения водопотребности песка и крупного заполнителя приведена в Прил. 1 настоящего Руководства;
а)
б)
Рис. 1. Водопотребность бетонной смеси, приготовленной
на гравии крупностью 1 — 80; 2 — 40; 3 — 20 и 4 — 10 мм
а — пластичные смеси; б — жесткие смеси; определение
жесткости: I — по ГОСТ 10181-76; II — по техническому
вискозиметру; III — по упрощенному способу
в) находится расход цемента по формуле
Ц = В:В/Ц. (3)
Если расход цемента на 1 м3 бетона окажется ниже допускаемого нормами (см. табл. 11 и 12), то необходимо увеличить его до требуемой нормы или ввести тонкомолотую добавку. Последняя нужна в тех случаях, когда активность цемента слишком высока для бетона данной марки;
г) устанавливается коэффициент раздвижки 
для пластичных бетонных смесей по табл. 16.
Таблица 16
────────────────┬─────────────────────────────────────────────────
Расход цемента, │ альфа при В/Ц
кг/м3 ├───────┬───────┬───────┬────────┬────────┬───────
│ 0,3 │ 0,4 │ 0,5 │ 0,6 │ 0,7 │ 0,8
────────────────┼───────┼───────┼───────┼────────┼────────┼───────
250 │ — │ — │ — │ 1,26 │ 1,32 │ 1,38
300 │ — │ — │ 1,3 │ 1,36 │ 1,42 │ —
350 │ — │ 1,32 │ 1,38 │ 1,44 │ — │ —
400 │ 1,31 │ 1,4 │ 1,46 │ — │ — │ —
500 │ 1,44 │ 1,52 │ 1,56 │ — │ — │ —
600 │ 1,52 │ 1,56 │ — │ — │ — │ —
Примечания. 1. При других значениях Ц и В/Ц коэффициент находится интерполяцией.
2. При использовании мелкого песка с водопотребностью более 7% коэффициент уменьшают на 0,03 на каждый процент увеличения водопотребности песка. Если применить крупный песок с водопотребностью менее 7%, коэффициент увеличивают на 0,03 на каждый процент уменьшения водопотребности песка.
Для жестких бетонных смесей при расходе цемента менее 400 кг/м3 коэффициент принимают равным 1,05 — 1,15, в среднем 1,1. Значения меньше 1,05 принимают в случае использования мелких песков. Для жирных составов жестких смесей с расходом цемента более 400 кг/м3 коэффициент назначают не менее 1,1;
д) определяется расход щебня (или гравия) по формуле
; (4)
е) определяется расход песка по формуле
. (5)
Пример 1. Требуется подобрать состав бетона марки М 300 с подвижностью бетонной смеси по осадке конуса 4 — 5 см. Материалы: портландцемент активностью 375 кгс/см2, песок средней крупности с водопотребностью 7% и плотностью 2,63 кг/л. Гранитный щебень с предельной крупностью 40 мм, плотностью 2,6 кг/л, объемной насыпной массой 1,48 кг/л, пустотностью 0,43. Принимаем среднее значение коэффициента А = 0,6 (заполнители рядовые удовлетворяют соответствующим стандартам, твердение бетона в естественных условиях).
Определяется:
;
по графикам (рис. 1, а) — ориентировочный расход воды 178 кг/м3;
Ц = 178:0,54 = 330 кг/м3;
по табл. 16 — коэффициент 
(по интерполяции);
;
.
Расчетная объемная масса бетонной смеси составляет 
.
Пример 2. Требуется подобрать состав бетона марки М 300 с жесткостью 11 — 12 с по ГОСТ 1018-76. Материалы те же, что и в примере 1.
Определяется:
;
по графикам рис. 1, б — ориентировочный расход воды 150 кг/м3;
Ц = 150:0,54 = 278 кг/м3.
Коэффициент для жесткой бетонной смеси при умеренном расходе цемента принимаем равным 1,1.
.
.
4.2. Экспериментальную проверку состава бетона производят в следующем порядке:
а) приготовляют пробный замес бетонной смеси и определяют осадку конуса или жесткость. Если подвижность смеси отвечает заданной, то из нее изготовляют контрольные образцы. При этом определяют массу уложенного и уплотненного бетона. Затем образцы испытывают в заданные сроки;
б) на каждый срок испытания готовят не менее трех образцов. Приемы укладки и уплотнения образцов должны соответствовать требованиям ГОСТ 10180-74.
Образцы в течение 1 сут хранят в формах в помещении с температурой от 16 до 20 °C, затем освобождают от форм, маркируют и до момента испытания хранят во влажной среде в специальной камере или в периодически увлажняемом песке, опилках и т.д. Перед испытанием тщательно осматривают образцы, измеряют грани (с точностью до 1 мм), взвешивают;
в) если при изготовлении пробного замеса подвижность смеси отличается от заданной или если действительная прочность бетона при сжатии отличается от заданной более чем на 5 — 8%, то следует внести коррективы в состав бетона. Методика корректирования состава бетона по подвижности смеси, содержанию песка и прочности бетона при сжатии изложена в разд. 8 настоящего Руководства.
5. УСКОРЕННЫЙ СПОСОБ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ЦЕМЕНТА В БЕТОНЕ
И НАЗНАЧЕНИЕ СОСТАВА БЕТОНА
5.1. При отсутствии данных об активности имеющегося цемента рекомендуется применять ускоренный способ оценки качества цемента в бетоне и назначения состава бетона требуемой марки.
5.2. Для ускорения оценки качества цемента в бетоне и одновременного назначения состава бетона требуемой марки используется линейная зависимость прочности бетона от цементно-водного отношения. Делают затворение трех составов бетона с В/Ц от 0,7 до 0,36 или соответственно с Ц/В от 1,43 до 2,8. Изготовляют контрольные образцы, которые пропаривают или выдерживают в условиях нормальной температуры и влажности, испытывают на сжатие в суточном или ином возрасте и по полученным данным строят график зависимости 
от Ц/В. Использование накопленных данных и графика позволяет установить Ц/В для получения требуемой прочности бетона в заданное время, на основе которого и определяется состав бетона.
5.3. В зависимости от наибольшей крупности применяемого щебня или гравия и размера контрольных образцов подготавливают необходимое количество материалов для изготовления девяти контрольных образцов трех разных составов (по три образца из каждого состава), как указано в табл. 17.
Таблица 17
──────┬───────┬───────────┬────────────────────────────────────┬────────────┬──────┬───────
Ребро │НК │ Число │ кг, │ Расход, │Общая │Объем
куба, │запол- │ фракций │ Расход щебня, — при │ кг │масса │плотно
см │нителя,│ крупного │ % │ │мате- │уложен-
——│мм │заполнителя│ размере фракции, мм │ │риала,│ной
объем,│ │ ├──────┬───────┬───────┬───────┬─────┼─────┬──────┤кг │смеси,
л │ │ │5 — 10│10 — 20│20 — 40│40 — 70│всего│песка│цемен-│ │л
│ │ │ │ │ │ │ │ │та │ │
──────┼───────┼───────────┼──────┼───────┼───────┼───────┼─────┼─────┼──────┼──────┼───────
10 │ 10 │ 1 │ 12 │ — │ — │ — │ 12 │ 7 │ 5 │ 24 │ 10
— │ │ │ — │ │ │ │ — │ │ │ │
1 │ │ │ 100 │ │ │ │ 100 │ │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │
10 │ 20 │ 1 │ 6 │ 6 │ — │ — │ 12 │ 7 │ 5 │ 24 │ 10
— │ │ │ — │ — │ │ │ — │ │ │ │
1 │ │ │ 50 │ 50 │ │ │ 100 │ │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │
15 │ 40 │ 2 — 3 │ — │20 <*> │ 20 │ — │ 40 │ 24 │ 17 │ 81 │ 34
—- │ │ │ │—— │ — │ │ — │ │ │ │
3,38 │ │ │ │ 50 │ 50 │ │ 100 │ │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │
20 │70 — 80│ 2 — 3 — 4 │ — │58 <*> │ — │ 38 │ 96 │ 56 │ 40 │ 192 │ 80
— │ │ │ │—— │ │ — │ — │ │ │ │
8 │ │ │ │ 60 │ │ 40 │ 100 │ │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │
20 │70 — 80│ 3 — 4 │ │ 29 │ 29 │ 38 │ 96 │ 56 │ 40 │ 192 │ 80
— │ │ │ │ — │ — │ — │ — │ │ │ │
8 │ │ │ │ 30 │ 30 │ 40 │ 100 │ │ │ │
———————————
<*> Щебень или гравий может быть применен одной (5 — 10, 5 — 20,5 — 40 мм), двух (5 — 10 и 10 — 20; 5 — 20 и 20 — 40; 5 — 40 и 40 — 70 мм), трех (5 — 10, 10 — 20 и 20 — 40 или 5 — 20, 20 — 40 и 40 — 70 мм) или четырех (5 — 10, 10 — 20, 20 — 40 и 40 — 70 мм) фракций.
5.4. Указанный в табл. 17 расход материалов достаточен для изготовления по одной серии образцов (по 3 шт.) трех составов для испытания их в один срок (например, через 12 ч после пропаривания или в возрасте 2, 7 или 14 сут нормального хранения). При необходимости испытания бетона еще в два срока, например после пропаривания и дополнительного твердения 27 сут, а также в возрасте 28 сут нормального твердения, количество заготовляемых материалов должно быть утроено.
5.5. Для уточнения составов бетона по прочности, подвижности смеси или по содержанию песка рекомендуется заготовить дополнительное количество материалов.
5.6. Подготовленное количество цемента просеивают через сито с 64 отв/см2 и оставшиеся комки удаляют. Просеянный цемент помещают в жесткую тару с плотно закрывающейся крышкой.
Тонкость помола цемента определяют по ГОСТ 310.2-76.
5.7. Необходимое количество щебня и песка просушивают, рассеивают по фракциям, удаляют оставшиеся куски крупнее предельных размеров и складывают в чистую тару — ящики или закрома, например:
песок просеивают через сито 
;
щебень фракции 5 — 10 мм через сито 
» » 10 — 20 мм и 5 — 20 мм через сито 
» » 20 — 40 » » » 
» » 40 — 70 » » » 
.
5.8. Определяют водопоглощение щебня (гравия), для чего из разных фракций отбирают по 3 — 5 или более кусков общей массой не менее 1 кг, взвешивают, укладывают их на решето и погружают в воду, уровень которой должен быть выше слоя замачиваемой пробы на 5 — 7 см. Через 0,5 ч решето с пробой извлекают из воды, дают воде стечь, спустя 0,5 — 1 ч обтирают мягкой тканью куски щебня, определяют их массу и вычисляют водопоглощение по формуле
, (6)
где 
— водопоглощение щебня, %;
— масса щебня до погружения в воду, кг;
— масса влажного щебня, кг.
5.9. После подготовки материалов приготовляют три состава бетонной смеси: 1-й состав с Ц/В = 1,43; 2-й состав с Ц/В = 2 и 3-й состав с Ц/В = 2,8.
5.10. Расход материалов на замес, из которого может быть отформовано три серии образцов по три кубика размером 10 x 10 x 10 см каждого состава бетонной смеси, приведен в табл. 18.
Таблица 18
───────┬────┬──────────────────────────────────────────────────────────────
Состав │Ц/В │ Расход материалов, кг, на один замес для изготовления девяти
│— │ образцов размером 10 x 10 x 10 см
│В/Ц ├───────┬─────┬──────────────┬────────┬────────────────────────
│ │цемента│песка│ крупного │ воды │ воды на поглощение
│ │ │ │ заполнителя │основной│ крупным заполнителем
│ │ │ │ сухого │ │
───────┼────┼───────┼─────┼──────────────┼────────┼────────────────────────
1 │1,43│ 2,5 │ 8,3 │ 13,5 │ 1,74 │ 13,5
│—-│ │ │ │ │ —- W
│0,7 │ │ │ │ │ 100 щ
│ │ │ │ │ │
2 │ 2 │ 3,6 │ 7,5 │ 12,3 │ 1,8 │ 12,3
│— │ │ │ │ │ —- W
│0,5 │ │ │ │ │ 100 щ
│ │ │ │ │ │
3 │2,8 │ 7,7 │ 4,5 │ 10,6 │ 2,73 │ 10,6
│—-│ │ │ │ │ —- W
│0,36│ │ │ │ │ 100 щ
Примечания. 1. Расход материалов на замес, приведенный в таблице, дан с некоторым избытком примерно на 10 — 11 л уплотненного бетона.
2. Для образцов-кубов с ребром 15 или 20 см расход каждого материала находят умножением расхода, приведенного в табл. 18, на объем большого куба, т.е. соответственно на 3, 4 и 8 л, как указано в табл. 17.
5.11. Отвешенные на замес материалы для каждого состава перемешивают вручную или в смесителе и устанавливают для перемешанной смеси объемную массу, подвижность, осадку конуса или жесткость.
Подвижность смеси в трех приведенных составах может получиться несколько различной. Однако это не окажет влияния на прочность бетона, если смесь каждого состава будет хорошо уплотнена в формах.
5.12. Из каждого состава бетонной смеси формуют девять образцов-близнецов. Смесь уплотняют на стандартной виброплощадке до полного прекращения ее оседания, выравнивания и появления на всей поверхности цементного раствора. На форму какой-либо краской, стойкой к влажным и температурным условиям, наносят номер состава, из которого в этой форме изготовлены образцы, или навешивают металлическую бирку с выбитым номером состава.
5.13. После изготовления и 2 ч выдержки шесть образцов каждого состава помещают в формах в пропарочную камеру, где подвергают тепловой обработке при атмосферном давлении по следующему режиму:
а) если бетонная смесь приготовлена на портландцементе: 3 ч — подъем, 6 ч — выдержка при температуре изотермического прогрева 80 — 85 °C и 2 ч — охлаждение;
б) если бетонная смесь приготовлена на шлакопортландцементе или пуццолановом портландцементе: 3 ч — подъем, 8 ч — выдержка при температуре изотермического прогрева 90 — 95 °C и 2 ч — охлаждение.
Три оставшихся образца каждого состава выдерживают в форме в течение 1 сут при комнатной температуре.
На заводах железобетонных изделий пропаривание может производиться по принятому на заводе режиму.
5.14. Через 12 ч с момента отключения пара образцы извлекают из форм, переносят метку с формы на каждый образец и испытывают на сжатие три из шести пропаренных образцов по ГОСТ 10180-74.
Три оставшихся пропаренных образца каждого состава и три образца, не подвергавшихся пропариванию, по освобождении из форм помещают в камеру нормального хранения для испытания в возрасте 28 сут.
5.15. Результаты испытания на сжатие кубов разных размеров должны быть приведены к прочности кубов с ребром 15 см, для чего их прочность надо умножить:
на 0,91, если был испытан куб с ребром 10 см;
» 1,05 » » » » » » 20 «.
Завод или строительная площадка могут установить для своих прессов и форм другие переводные коэффициенты согласно ГОСТ 10180-74.
5.16. По результатам испытания образцов на сжатие выводят среднюю прочность бетона каждого состава по ГОСТ 10180-74.
5.17. Для построения зависимости 
(где — прочность бетона после тепловой обработки) по горизонтальной оси откладывают значение Ц/В, а по вертикальной — прочность в кгс/см2. На рис. 2, а откладывают три точки, абсциссы которых показывают Ц/В, а ординаты — полученную среднюю прочность, приведенную к прочности куба с ребром 15 см. Через отложенные точки проводят прямую, которая и является графическим изображением искомой функции.
Рис. 2. Прочность бетона в зависимости
от цементно-водного отношения
а — при пропаривании и нормальном твердении:
— испытанного через 12 ч после отключения пара;
— испытанного через 27 сут последующего нормального
твердения; 
— нормального твердения в возрасте 28 сут;
б — при нормальном твердении: 
— в возрасте 2 сут;
— в возрасте 28 сут
В случае, если прямая не проходит через три точки и какая-нибудь из них по ординате отклоняется от возможного расположения на проводимой прямой с той же абсциссой более чем на 10%, опыт должен быть повторен.
Пример построения функции 
приведен на рис. 2, а.
5.18. На заводах железобетонных изделий построение функции достаточно для выбора Ц/В и для получения бетона заданной прочности.
Если по остывании требуется, например, прочность бетона, равная 70%-ной проектной марки 200, т.е. необходимо найти Ц/В для прочности 140 кгс/см2, то через точку прочности 140 кгс/см2 на оси ординат проводят прямую параллельно оси абсцисс до пересечения с прямой . Абсцисса точки пересечения дает искомую величину Ц/В = 1,6 (см. рис. 2, а).
Если бы требовалось обеспечить полную проектную прочность сразу после остывания, линию, параллельную абсциссе, пришлось бы провести через точку ординаты 200 кгс/см2. В этом случае Ц/В = 2.
5.19. Для строительных площадок, когда требуемая прочность, как правило, должна быть обеспечена к возрасту 28 сут, построение функции недостаточно. Необходимо построить функцию 
; с этой целью следует воспользоваться значениями М, приведенными в графах 
(табл. 19), подсчитать величины при каких-либо двух значениях Ц/В, например 1,43 и 2,8.
Таблица 19
────┬─────────────┬──────────────┬──────────────┬──────────────┬────────────┬─────────────
Ц/В │ R = f(R ) │ R = f(R ) │ R = f(R ) │ R = f(R ) │ R = f(R ) │ R = f(R )
│ 2 1 │ 3 1 │ 1 ц │ 2 ц │ 1 3 │ 2 3
├───┬────┬────┼────┬────┬────┼────┬────┬────┼────┬────┬────┼───┬───┬────┼───┬────┬────
│ М │ S │ С │ М │ S │ С │ М │ S │ С │ М │ S │ С │ М │ S │ С │ М │ S │ С
│ │ │ v │ │ │ v │ │ │ v │ │ │ v │ │ │ v │ │ │ v
────┼───┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼───┼───┼────┼───┼────┼────
1,43│177│ 44 │ 25 │158 │ 37 │ 23 │ 27 │ 10 │ 37 │ 44 │ 16 │ 36 │67 │14 │ 21 │116│ 18 │ 15
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │
2 │143│ 23 │ 16 │131 │ 22 │ 17 │ 51 │ 10 │ 20 │ 71 │ 12 │ 20 │78 │11 │ 15 │115│ 17 │ 15
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │
2,5 │138│ 24 │ 17 │123 │ 20 │ 17 │ 72 │ 12 │ 17 │ 96 │ 19 │ 20 │81 │13 │ 16 │112│ 16 │ 14
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │
2,8 │135│ 22 │ 17 │120 │ 21 │ 18 │ 85 │ 16 │ 15 │110 │ 20 │ 18 │83 │14 │ 17 │110│ 16 │ 14
│ │ │ │ │ │
│ R М │ R М │ R М │ R М │ R М │ R М
│ 1 │ 1 │ ц │ ц │ 3 │ 3
│ R = —- │ R = —- │ R = —- │ R = —- │ R = —- │ R = —-
│ 2 100 │ 3 100 │ 1 100 │ 2 100 │ 1 100 │ 2 100
│ │ │ │ │ │
│ │ │ R x 100 │ R x 100 │ │
│ │ │ 1 │ 2 │ │
│ │ │R = ——— │R = ——— │ │
│ │ │ ц М │ ц М │ │
Примечание. Все величины даны в процентах. Обозначения , , — см. рис. 2, а; М — средний коэффициент прочности; S — среднеквадратическое отклонение; 
— коэффициент вариации.
5.20. Если при испытании образцов после их пропаривания и остывания получены прочности для построения при Ц/В = 1,43 — 115 кгс/см2 и при Ц/В = 2,8 — 310 кгс/см2, то при тех же значениях Ц/В для построения имеем (см. табл. 19) <*>:
при Ц/В = 1,43 ……….. 
;
при Ц/В = 2,8 ………… 
.
———————————
<*> Данные табл. 19 и 20 получены на основе обобщения большого числа результатов испытаний образцов бетона, нормально твердевших в возрасте 2, 7, 14 и 28 сут, после пропаривания в суточном возрасте, дополнительного выдерживания в нормальных условиях 27 сут и определения активности цементов, на которых были изготовлены бетонные образцы.
Таблица 20
───────────┬─────────────────────┬────────────────────┬────────────────────
│ н н │ н н │ н н
Ц/В │ R в % R │ R в % R │ R в % R
│ 2 28 │ 7 28 │ 14 28
├──────┬───────┬──────┼──────┬──────┬──────┼──────┬──────┬──────
│ М │ S │ С │ М │ S │ С │ М │ S │ С
│ │ │ v │ │ │ v │ │ │ v
───────────┼──────┼───────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────
1,43 │ 47 │ 9,2 │ 19,5 │ 73 │ 9 │ 12 │ 89 │ 7,6 │ 8
│ — │ — │ —- │ — │ — │ —- │ — │ — │ —
│ 20 │ 7,8 │ 39 │ 62 │ 9,8 │ 15,8 │ 83 │ 7,5 │ 9
│ │ │ │ │ │ │ │ │
2 │ 56 │ 8,4 │ 15 │ 84 │ 8,6 │ 10,2 │ 94 │ 7,8 │ 8,3
│ — │ — │ — │ — │ — │ —- │ — │ — │ —
│ 31 │ 8,5 │ 27 │ 71 │ 7,7 │ 10,9 │ 84 │ 6 │ 7,1
│ │ │ │ │ │ │ │ │
2,8 │ 68 │ 10,5 │ 15,4 │ 86 │ 8,5 │ 9,8 │ 95 │ 5,4 │ 5,7
│ — │ —- │ —- │ — │ — │ —- │ — │ — │ —
│ 37 │ 8 │ 22 │ 77 │ 8 │ 10,3 │ 88 │ 7 │ 8
Примечание. Цифры над чертой даны для быстротвердеющих цементов повышенной дисперсности 4000 — 4500 см2/г, под чертой — для обычных цементов с дисперсностью 2500 — 3000 см2/г. Для промежуточных значений дисперсности множитель М следует брать по интерполяции.
На рис. 2, а проведена прямая .
5.21. В тех случаях, когда интерес представляет прочность пропаренного бетона через 27 сут последующего твердения в нормальных условиях, нужно построить 
. Данные для этого построения приведены в табл. 19, где находим:
при Ц/В = 1,43 ……….. 
;
при Ц/В = 2,8 ………… 
.
На рис. 2, а приведена прямая .
5.22. Приведенные расчеты, выполненные с привлечением данных табл. 19, проверяются в последующем при испытании образцов, выдержанных после пропаривания 27 сут в нормальных условиях, и образцов, не подвергавшихся пропариванию, выдержанных в нормальных условиях 28 сут.
5.23. Для проверки активности примененного для бетона цемента используется зависимость 
(см. табл. 19).
Поскольку как функция 
может быть выяснена при разных значениях В/Ц, следует принять то из них, которому соответствует наименьшая величина коэффициента вариации; 
и является наименьшей величиной. найдем из частного от деления при Ц/В = 2,8 на 0,85 (см. табл. 19), а именно:
.
5.24. В условиях монолитного строительства испытание цемента в бетоне и нахождение В/Ц может быть выполнено без ускорения твердения бетона пропариванием.
5.25. Кубы, изготовленные так же, как это приведено для бетона с пропариванием его (см. п. 5.12), хранят в нормальных условиях и испытывают по 3 шт. от каждого состава через 2, 7 и 28 сут или через 7, 14 и 28 сут.
5.26. Испытания (2-, 7- или 14-суточные) могут быть использованы для построения функции 
. При этом если время позволит воспользоваться функцией 
или 
, они дают более точный результат, нежели функции , как это видно по величине изменчивости из табл. 20, в которой приведены коэффициенты прочности бетона нормального твердения.
5.27. Чтобы построить функцию 
или 
, нужно испытать в возрасте 2 или 7 сут три из девяти кубов каждого состава, найти среднюю прочность и привести ее к прочности кубов с ребром 15 см. По полученным прочностям строят функцию 
или 
и далее, пользуясь величиной М по табл. 20 (с учетом тонкости помола цемента), находят значение или . Например, бетон, изготовленный из цемента с удельной поверхностью, определяемой по ГОСТ 310.2-76, равной 2800 см2/г, при испытании в возрасте 2 сут показал средние прочности, приведенные к стандартному образцу:
при Ц/В = 1,43 …………………. 
;
» Ц/В = 2 ……………………. 
;
» Ц/В = 2,8 ………………….. 
.
С учетом дисперсности цемента по табл. 20 и по найдем :
при Ц/В = 1,43 …….. 
;
» Ц/В = 2 ……….. 
;
» Ц/В = 2,8 ……… 
.
5.28. По полученным прочностям строим график функции 
, по которому можно найти требуемое для бетона значение Ц/В (рис. 2, б).
Пусть на материалах, которые применены в последних замесах, требуется получить бетон марки 
для монолитного строительства, твердеющий в естественных условиях. Проводим горизонтальную линию от точки R = 400 кгс/см2 до пересечения с прямой и далее опустим перпендикуляр на ось абсцисс. Получаем значение Ц/В = 2,3. Дальнейший подбор состава бетона проводится аналогично изложенному в разд. 4 настоящего Руководства. По графикам рис. 1 или по табл. 14 устанавливается водопотребность бетона. Затем по формуле (3) определяется расход цемента. По разности объемной массы бетонной смеси и цементного теста определяется масса смеси заполнителей. Значение r принимается по табл. 21.
Таблица 21
──────────────────┬───────────────────────────┬────────────────────────────
Расход цемента │ Бетон с гравием │ Бетон с щебнем
в бетоне, кг/м3 ├───────────────────────────┴────────────────────────────
│ Наибольшая крупность заполнителей, мм
├───────┬──────┬──────┬─────┬──────┬──────┬───────┬──────
│ 10 │ 20 │ 40 │ 70 │ 10 │ 20 │ 40 │ 70
──────────────────┼───────┼──────┼──────┼─────┼──────┼──────┼───────┼──────
200 │ 0,42 │ 0,4 │ 0,38 │0,37 │ 0,45 │ 0,43 │ 0,41 │ 0,4
300 │ 0,4 │ 0,38 │ 0,36 │0,35 │ 0,43 │ 0,41 │ 0,4 │ 0,39
400 │ 0,38 │ 0,36 │ 0,35 │0,34 │ 0,4 │ 0,38 │ 0,37 │ 0,36
500 │ 0,36 │ 0,35 │ 0,34 │0,33 │ 0,38 │ 0,36 │ 0,35 │ 0,34
Затем определяется расход песка и щебня на 1 м3 бетона. Соотношения между фракциями щебня принимаются по табл. 7.
Предполагаемая активность (и, следовательно, марка) цемента примерно равна по величине при Ц/В = 2,8.
В приведенном примере (п. 5.27) можно считать, что был применен цемент марки 500.
Пример 1. Требуется установить активность портландцемента, если при испытании его в бетоне после тепловой обработки и остывания были получены следующие прочности в пересчете на контрольный куб размером 15 x 15 x 15 см:
при Ц/В = 1,43 ………………. 
;
» Ц/В = 2 …………………. 
;
» Ц/В = 2,8 ……………….. 
.
Пользуясь данными графы 
(табл. 19), отмечаем, что наименьшее значение коэффициента вариации С получено при Ц/В = 2,8. Принимаем М = 85% для этого значения Ц/В и можем записать
,
откуда
.
Следовательно, примененный портландцемент относится к марке 600.
Пример 2. Требуется выбрать Ц/В — отношение для бетона марки М 400 нормального твердения, если данные по прочности после пропаривания и остывания составляют величины, приведенные в примере 1.
Пользуясь показателями графы (табл. 19), находим:
при Ц/В = 1,43 …….. 
;
» Ц/В = 2 ……….. 
;
» Ц/В = 2,8 ……… 
.
Строим график и устанавливаем, что искомое Ц/В = 1,88 (рис. 3, а).
Рис. 3. Графики для определения требуемой величины
Ц/В в бетоне
а — и — см. рис. 2, а; б — 
и 
— см. рис. 2, б
Пример 3. Требуется рассчитать состав бетонной смеси по следующим данным:
а) бетон марки М 300 после твердения в нормальных условиях;
б) подвижность смеси — сразу после перемешивания по осадке конуса 5 см;
в) крупный заполнитель — известняковый щебень (НКЩ = 40 мм);
г) кварцевый песок с влажностью 3%;
д) цемент с удельной поверхностью 4200 см2/г;
е) образцы должны быть испытаны в возрасте 7 сут.
Расчет состава бетонной смеси производится следующим образом:
а) выбираем размер образцов для построения функции: R = f(Ц/В). Пусть это будет куб размером 15 x 15 x 15 см. Объем такого куба 
;
б) для проведения опытных затворений бетона согласно п. 5.3 настоящего Руководства заготавливаем 40 кг щебня, фракционируем, просеиваем его через сито диаметром 20 и 40 мм и высушиваем до постоянной массы;
в) определяем водопоглощение щебня после погружения его в воду на 1/2 ч. Пусть масса щебня 
повысилась до 
. Следовательно, водопоглощение его составит
;
г) отбираем пробу песка согласно п. 5.3 настоящего Руководства 24 кг, высушиваем ее до постоянной массы;
д) подсчитываем нужное количество материалов на замес, умножая данные табл. 18 настоящего Руководства на объем формы куба размером 15 x 15 x 15 см, т.е. на 3,4;
е) изготовляем три замеса и отформовываем по девять образцов из каждого состава бетона для испытания в три срока в возрасте 2, 7 или 14 и 28 сут. Если достаточно данных испытаний в один или в два срока, объем замесов можно соответственно сократить.
Устанавливаем объемную массу свежеуложенной и уплотненной бетонной смеси по формуле
,
где 
— масса формы 15 x 15 x 15 см, кг;
— то же, с уплотненным бетоном;
— объем формы, л.
Допустим, получили 
, или 2360 кг/м3.
Изготовленные образцы-кубы размером 15 x 15 x 15 см при испытании через 7 сут нормального твердения показали следующие средние прочности:
при Ц/В = 1,43 ……………… 
;
» Ц/В = 2 ………………… 
;
» Ц/В = 2,8 ………………. 
.
По этим данным строим график 
, приведенный на рис. 3, б.
Пользуясь данными табл. 20 настоящего Руководства, находим:
при Ц/В = 1,43 ……………… 
;
» Ц/В = 2,8 ………………. 
.
Строим график этой функции (см. рис. 3, б), из которого следует, что для бетона марки М 300 необходимо принять 
.
Установив значение Ц/В для бетона марки М 300 нормального твердения, равное 1,9, проводим расчет состава на 1 м3 бетона:
а) по табл. 14 настоящего Руководства принимаем расход воды: В = 185 л/м3;
б) определяем расход цемента: Ц = 185 x 1,9 = 352 кг/м3;
в) определяем расход заполнителей в бетоне:
;
г) по табл. 21 настоящего Руководства принимаем значение r = 0,38 и подсчитываем содержание песка в бетоне:
П = (Щ + П) r = 1823 x 0,38 = 692 кгс/см3;
д) подсчитываем содержание щебня в бетоне как разность массы заполнителей и массы песка:
П = (Щ + П) — П = 1823 — 692 = 1132 кгс/см3;
е) записываем номинальный (на сухих заполнителях) состав бетона в уплотненном состоянии на 1 м3:
Ц — 352 кг
П — 692 «
Щ — 1131 «
В — 185 «
___________________
Производим проверочный замес бетона объемом 10 л.
Для этого берем Ц = 3,52 кг; П = 6,92 кг; Щ = 11,31 кг; В = 1,85 л.
Перед замесом насыщаем щебень водой, опуская его в решете или в ящике с дырчатыми стенками и дном в воду на 1/2 ч, затем вынимаем, даем воде стечь и через 0,5 ч вытираем щебень мягкой тканью.
Тщательно перемешиваем сухой песок с цементом, затем с влажным щебнем и далее с водой до однородности консистенции. Определяем подвижность получившейся смеси по осадке конуса. Если при двукратном определении получили требуемую по заданию осадку конуса 5 см, состав можно передавать на производство. Одновременно проверяем объемную массу уплотненного бетона. Если она отличается от расчетной более чем на 1%, состав бетона следует пересчитать по уточненной объемной массе.
Если подвижность смеси отличается от заданной, корректировку состава производят, как указано в разд. 8 настоящего Руководства.
6. ПОДБОР СОСТАВА БЕТОНА ПО ТАБЛИЦАМ, ГРАФИКАМ, НОМОГРАММАМ
6.1. Расчет состава бетона производится в следующем порядке:
а) водоцементное отношение определяется по формуле
. (7)
Коэффициент А определяют в зависимости от чистоты заполнителей по табл. 22, 
и 
— по табл. 23.
Таблица 22
───────────────┬──────────┬─────────────────────┬──────────────────────────
Вид │Содержание│Суммарное содержание │ Значение коэффициента А
заполнителя │ глины, │глины, пыли и ила, % │ для бетона на
│пыли и ила│ (в навеске щебня ├─────┬──────┬─────────────
│в щебне и │ 3 кг, песка 1 кг) │щебне│гравии│гравии речном
│ песке, % │ │ │горном│ и морском
───────────────┼──────────┼─────────────────────┼─────┼──────┼─────────────
Щебень (гравий)│ 0 │ 0 │0,64 │ 0,6 │ 0,57
Песок │ 0 │ │ │ │
───────────────┼──────────┼─────────────────────┼─────┼──────┼─────────────
Щебень (гравий)│ 0 │ 0,75 │0,61 │ 0,56 │ 0,53
Песок │ 3 │ │ │ │
───────────────┼──────────┼─────────────────────┼─────┼──────┼─────────────
Щебень │ 1 │ 1,5 │0,58 │ 0,53 │ 0,5
Песок │ 3 │ │ │ │
───────────────┼──────────┼─────────────────────┼─────┼──────┼─────────────
Щебень (гравий)│ 2 │ 2,2 │0,55 │ 0,5 │ 0,47
Песок │ 3 │ │ │ │
───────────────┼──────────┼─────────────────────┼─────┼──────┼─────────────
Щебень (гравий)│ 2 <*> │ 2,8 │0,52 │ 0,47 │ 0,44
Песок │ 5 <*> │ │ │ │
———————————
<*> Если на зернах щебня и песка имеется пылевидная рубашка, такие заполнители допускается применять только для бетонов марки М 250 и ниже после опытной проверки в бетонах.
Таблица 23
─────────────────────────────────────────────┬────────────────────
Минералогический состав клинкера цемента │ Значения
и производственные условия │ коэффициентов
├──────────┬─────────
│ К │ К
│ 1 │ 2
─────────────────────────────────────────────┼──────────┼─────────
Бетон пропариваемый │ │
│ │
Высокоалюминатный (C A > 10, < 15%) │ 0,88 │ —
3 │ │
Среднеалюминатный (C A < 10, > 6%) │ 0,92 │ —
3 │ │
Низкоалюминатный (C A < 6%) │ 0,99 │ —
3 │ │
Высокоалитовый (C S > 55%) │ 0,92 │ —
3 │ │
Среднеалитовый (C S < 55%) │ 0,94 │ —
3 │ │
Высокобелитовый (C S > 40%) │ 1,02 │ —
2 │ │
Среднебелитовый (C S > 25%) │ 0,98 │ —
2 │ │
Алюмоферритовый (C AF > 18%) │ 0,97 │ —
4 │ │
Бетон пропариваемый и естественного твердения│ │
│ │
Высокий уровень производства (дозировка │ — │ 0,98
материалов по массе, хорошие формы оснастки и│ │
контрольных образцов-кубиков, совершенный │ │
контроль за качеством бетона, надлежащий уход│ │
за твердением бетона) (С = 9 — 12%) │ │
п │ │
Средний уровень производства (С = 13%) │ — │ 0 95
п │ │
Низкий уровень производства (С = 14 — 17%) │ — │ 0,92
п │ │
Примечания. 1. Введение поправочных коэффициентов производится при наличии подробных данных по составу цементов и производственным условиям.
2. 
— коэффициент вариации прочности бетонных образцов.
Данные табл. 22 получены на гранитном щебне с НК = 80 мм, песке с 
, цементе с НГЦТ = 27%, на бетонных смесях с ОК = 2 см и жесткостью 5 с (по ГОСТ 10181-76), 15 с (по упрощенному способу), 23 с (по техническому вискозиметру) при соотношении прочности каменной породы к прочности бетона 
и при Ц/В <= 2,25.
Значения коэффициента А уточняются по графику рис. 4 в зависимости от требуемой подвижности или жесткости бетонной смеси, крупности песка и щебня, НГЦТ, Ц/В и 
. Поправка 
подсчитывается как алгебраическая сумма частных поправок (табл. 24) и вводится в формулу (7) со своим знаком. Уточненное значение коэффициента 
позволяет более точно устанавливать В/Ц, состав бетона для пробного замеса и сократить работу по подбору состава смеси.
Рис. 4. График для уточнения коэффициента А в зависимости
от подвижности ОК и жесткости бетонной смеси Ж, модуля
крупности песка 
, нормальной густоты цементного теста
НГЦТ, крупности щебня (гравия) НКЩ, цементно-водного
отношения Ц/В, соотношения прочности щебня к прочности камня
I, II, III — определение жесткости (см. рис. 1)
Таблица 24
─────────────────────────────────────────────────────────┬────────
Отдельные показатели для определения поправок │Поправка
─────────────────────────────────────────────────────────┴────────
По подвижности (жесткости) бетонной смеси ОК или Ж 
» модулю крупности песка 
» нормальной густоте цементного теста НГЦТ 
» наибольшей крупности щебня НКЩ 
» цементно-водному отношению Ц/В 
» отношению прочности каменной породы к прочности бетона 
────────────────────────────
Уточненное В/Ц с учетом поправок определяется по формуле
. (7а)
Найденное значение В/Ц сравнивается с допускаемым для данного вида бетона по ТУ, СНиП или ГОСТ (см. табл. 5). Если расчетное В/Ц окажется больше допускаемого, то принимается последнее. Если же оно будет меньше допускаемого, то принимается расчетное значение В/Ц;
б) расход воды на 1 м3 бетона 
определяется по графикам рис. 5 и 6. Графики построены на основе закономерности постоянной водопотребности в равноподвижных бетонных смесях при затворении бетона на песке с на гранитном щебне крупностью 10, 20, 30, 40, 60, 80 и 150 мм, на цементе с НГЦТ = 28% при содержании в щебне частиц меньше, а в песке больше 5 мм <= 5%. Жесткость определялась тремя способами (см. рис. 1). При использовании других материалов расход воды также назначается по рис. 5 и 6 с уточнением по табл. 25. Поправки к расходу воды сводятся в табл. 26. 
считается как алгебраическая сумма.
Рис. 5. График расхода воды на 1 м3 бетона в зависимости
от пластичности бетонных смесей
Рис. 6. График расхода воды на 1 м3 бетона в зависимости
от жесткости бетонной смеси
I, II, III — определение жесткости (см. рис. 1)
кривые: 1 — для песка; 2 — 9 — для щебня НК 10, 15, 20,
30, 40, 60, 80 и 150 мм
Таблица 25
────────────────────────┬──────────────────────┬───────────────────────────
Материал, расход │ Расход воды, л/м3 │ Дополнительные указания
цемента, температура ├──────────┬───────────┤
бетонной смеси │увеличение│уменьшение │
────────────────────────┴──────────┴───────────┴───────────────────────────
Щебень из 4 — 13 — 4 л/м3 при прочности камня
метаморфических и 800 кгс/см2; 13 л/м3 — при
осадочных пород камня прочности камня
400 кгс/см2. Для другой
прочности поправки
определяются по
интерполяции
┐ Меньшие значения — при
Горный гравий — 5 — 10 │ средней окатанности зерен;
> 
— при хорошо
Морской и речной гравий — 9 — 15 │ окатанной поверхности зерен
┘
При изменении модуля
крупности песка на
каждые 0,5:
┐ 3, 4 и 5 л при содержании
в меньшую сторону от 3 3; 4; 5 — │ пыли, ила и глины
в 
сторону от 3 — 3; 4; 5 > соответственно до 1, 3 и
│ 5%
┘
Щебень из пород камня с — 3 —
гладкой поверхностью
излома (диабаз, базальт,
кварцитовый песчаник и
др.)
Песок с гладкой, хорошо — 4 —
окатанной поверхностью
(типа Вольского)
При изменении нормальной
густоты цементного теста
на каждый процент:
в сторону от 28% 4 — —
в меньшую сторону от 28% — 4 —
При изменении расхода 1 — —
цемента на каждые 10 кг
сверх 350 кг/м3
Промытый щебень — 6 —
Промытый песок — 7 —
При увеличении 1 — 2 — 1 л при содержании частиц
содержания в щебне ила, меньше 5 мм; 2 л — при
пыли сверх 1% и частиц содержании только ила и
меньше 5 мм сверх 5% на пыли
каждый процент сверх
нормы
При увеличении 2 — —
содержания в песке ила,
пыли (но не глины) на
каждый процент сверх 3%
При температуре бетонной
смеси, °C:
5 — 5 ┐
10 — 4 > —
15 — 2 ┘
20 — — Эталон
25 3 — ┐
30 7 — > —
35 11 — ┘
Таблица 26
────────────────────────────────────────────────────────┬────────
Корректировка расхода воды │Поправка
────────────────────────────────────────────────────────┴────────
По породе крупного заполнителя 
» виду крупного заполнителя 
» модулю крупности песка 
» нормальной густоте цементного теста 
» расходу цемента 
» содержанию в щебне пыли, ила и каменной мелочи 
» содержанию в песке ила, пыли (но не глины) 
─────────────────────────────────────
Итого
Расход воды с учетом произведенной корректировки определяется по формуле
. (8)
Корректировка водопотребности дает возможность точнее определять требуемый расход воды и позволяет сократить число опытных замесов при подборе состава бетона;
в) расход цемента, кг/м3, определяется по формуле (3) или (9):
. (9)
Установленный расход цемента сравнивается с требованиями ТУ, СНиП и ГОСТ (см. табл. 11 и 12). Если он окажется меньше минимального, принимается последний; больше минимального и меньше максимального, принимается расчетный расход цемента; больше максимального — необходимо использовать более высокую марку цемента;
г) абсолютный объем цементного теста определяется по формуле
; (10)
д) абсолютный объем заполнителей определяется по формуле
; (11)
е) соотношение между фракциями щебня устанавливается на основе выбора их смесей, имеющих наибольшую объемную массу и наименьшую пустотность. При двух фракциях щебня, например с НК = 40 мм, указанное определение выполняют следующим образом. Составляют три смеси (по массе): 1-я смесь — 40% мелкой и 60% крупной фракции; 2-я смесь — 50% мелкой и 50% крупной фракции; 3-я смесь — 60% мелкой и 40% крупной фракции.
Составленные смеси фракций щебня тщательно перемешивают и определяют объемную массу смеси в рыхлонасыпанном (стандартном) состоянии. За основу принимают смесь с наибольшей объемной массой. Если объемные массы смесей окажутся близкими между собой и мелкая фракция дефицитна, то принимается смесь с меньшим содержанием мелкой фракции.
При двух — четырех фракциях щебня определение оптимального соотношения между ними можно принимать по табл. 27 или устанавливать опытным путем;
ж) расход щебня, кг/м3, определяется по формуле
. (12)
Таблица 27
───────┬──────────┬────────┬──────────────┬─────────────────┬──────────────
Число │Предельная│Размеры │ Оптимальное │ Ориентировочная │ Смеси с
фракций│крупность │фракций,│ содержание │ усредненная │ большим
щебня │щебня, мм │ мм │ фракции │объемная насыпная│ содержанием
│ │ │в смеси щебня │ масса смеси │ фракции
│ │ │ по массе, % │ фракций, кг/л ├──────┬───────
│ │ │ │ │мелкой│крупной
───────┼──────────┼────────┼──────────────┼─────────────────┼──────┼───────
2 │ 20 │ 5 — 10 │ 35 │ 1,4 │ 50 │ 20
│ │10 — 20 │ 65 │ │ 50 │ 80
├──────────┼────────┼──────────────┼─────────────────┼──────┼───────
│ 40 │ 5 — 20 │ 45 │ 1,46 │ 60 │ 25
│ │20 — 40 │ 55 │ │ 40 │ 75
├──────────┼────────┼──────────────┼─────────────────┼──────┼───────
│ 70 │ 5 — 40 │ 55 │ 1,52 │ 70 │ 37
│ │40 — 70 │ 45 │ │ 30 │ 63
├──────────┼────────┼──────────────┼─────────────────┼──────┼───────
│ 120 │ 5 — 70 │ 55 │ 1,54 │ 70 │ 65
│ │70 — 120│ 45 │ │ 30 │ 35
───────┼──────────┼────────┼──────────────┼─────────────────┼──────┼───────
3 │ 40 │ 5 — 10 │ 18 │ 1,47 │ 23 │ 12
│ │10 — 20 │ 26 │ │ 40 │ 12
│ │20 — 40 │ 56 │ │ 37 │ 76
├──────────┼────────┼──────────────┼─────────────────┼──────┼───────
│ 70 │ 5 — 20 │ 26 │ 1,53 │ 32 │ 18
│ │20 — 40 │ 28 │ │ 43 │ 18
│ │40 — 70 │ 46 │ │ 25 │ 64
├──────────┼────────┼──────────────┼─────────────────┼──────┼───────
│ 120 │ 5 — 40 │ 32 │ 1,55 │ 40 │ 24
│ │40 — 70 │ 24 │ │ 30 │ 16
│ │70 — 120│ 44 │ │ 30 │ 60
├──────────┼────────┼──────────────┼─────────────────┼──────┼───────
│ 150 │ 5 — 40 │ 27 │ 1,57 │ 35 │ 18
│ │40 — 70 │ 20 │ │ 25 │ 12
│ │70 — 150│ 53 │ │ 40 │ 70
───────┼──────────┼────────┼──────────────┼─────────────────┼──────┼───────
4 │ 70 │ 5 — 10 │ 12 │ 1,54 │ 16 │ 9
│ │10 — 20 │ 14 │ │ 16 │ 10
│ │20 — 40 │ 28 │ │ 40 │ 17
│ │40 — 70 │ 46 │ │ 28 │ 64
├──────────┼────────┼──────────────┼─────────────────┼──────┼───────
│ 120 │ 5 — 20 │ 16 │ 1,56 │ 20 │ 13
│ │20 — 40 │ 16 │ │ 20 │ 10
│ │40 — 70 │ 24 │ │ 30 │ 17
│ │70 — 120│ 44 │ │ 30 │ 60
├──────────┼────────┼──────────────┼─────────────────┼──────┼───────
│ 150 │ 5 — 20 │ 14 │ 1,58 │ 17 │ 11
│ │20 — 40 │ 12 │ │ 18 │ 7
│ │40 — 70 │ 20 │ │ 25 │ 12
│ │70 — 150│ 54 │ │ 40 │ 70
Значение устанавливается: для бетонных смесей, уплотняемых вибрацией (обычные конструкции) по номограмме рис. 7, а для тонкостенных и густоармированных конструкций (из пластичных и литых смесей) — по номограмме рис. 8. Номограммы построены для бетонных смесей пластичностью 2 см, жесткостью 5 с (по ГОСТ 10181-76), 15 с (по упрощенному способу), 23 с (по техническому вискозиметру) при расходах цемента до 350 кг/м3 бетона. При использовании гравия значение , установленное по номограммам, уменьшается на 0,04 — 0,05.
Рис. 7. Номограмма для определения коэффициента заполнения
пустот и раздвижки зерен щебня (гравия) раствором 
в зависимости от пустотности песка и щебня
Рис. 8. Номограмма для определения коэффициента
в зависимости от крупности щебня, пустотности песка
и щебня (гравия)
При подборе составов бетона с другой осадкой конуса или жесткостью и при других расходах цемента значение вначале устанавливается по указанным номограммам, а затем уточняется в зависимости от пластичности по графику (рис. 9) и от расхода цемента по графику (рис. 10). В этом случае расход щебня определяется по формуле
, (12а)
где 
— уточнение по осадке конуса;
— уточнение по расходу цемента;
Рис. 9. График для уточнения коэффициента в зависимости
от жесткости и подвижности бетонной смеси (
— изменение
значения , установленного по номограммам рис. 7 и
Рис. 10. График для уточнения коэффициента при расходе
цемента свыше 350 кг/м3 бетона (обозначение — см. рис. 9)
з) расход песка на 1 м3 бетона определяется по формуле
(13)
или
; (13а)
и) расчетная объемная масса бетонной смеси, кг/м3, определяется по формуле
. (14)
При точном определении плотности составляющих фактическая объемная масса бетонной смеси должна быть равна или близка к теоретической (расчетной) объемной массе. Допускается отклонение +/- 1%, при большем отклонении состав бетона уточняется по фактической объемной массе бетонной смеси;
к) абсолютный объем материалов определяется по формуле
. (15)
В бетонных смесях пластичностью более 1 — 2 см при точном определении плотности составляющих абсолютный объем материалов должен равняться 1000 л. Возможно отклонение в пределах 1% за счет вовлеченного воздуха, который обычно не учитывается. В жестких бетонных смесях за счет защемленного воздуха абсолютный объем материалов в зависимости от показателя удобоукладываемости колеблется в пределах 990 — 950 л.
Пример. Требуется подобрать состав тяжелого бетона, к которому не предъявляется иных требований, кроме прочности. Марка бетона 300, ОК = 6 см.
Характеристика материалов. Цемент портландский марки 500 активностью 485 кгс/см2; 
, НГЦТ = 25%, минералогический состав — среднеалюминатный. Песок горный кварцевый; 
, 
, 
, 
; содержание органических примесей — в пределах нормы; глины, пыли, ила — 3%. Щебень известняковый; 
, 
; 
, 
, КЩ = 5 — 20 мм (одна фракция). Содержание глины, пыли, ила — 2%, каменной мелочи (частиц менее 5 мм) — 5%.
Производственные условия: средний уровень производства 
, дозировка составляющих по массе, уплотнение бетонной смеси вибрированием. Условия твердения: пропаривание с обеспечением 70%-ной прочности. Заданная прочность должна быть получена в 28-суточном возрасте.
Расчет состава бетона производится в следующем порядке. Определяем:
а) предварительное водоцементное отношение по формуле (7), табл. 22 и 23:
;
.
Значение А уточняем в зависимости от качества применяемых материалов и Ц/В по рис. 6. Значения поправки приведены в табл. 28.
Таблица 28
───────────────────────────────────────────────┬──────────────────
Вид поправки │Величина поправки
───────────────────────────────────────────────┴──────────────────
По ОК ……………………………. 
-0,015
» 
………………………….. 
-0,015
» НГЦТ ………………………….. 
-0,03
» НКЩ …………………………… 
-0,02
» Ц/В …………………………… 
—
» ……………………….. 
—
───────────────────────────
-0,08
б) расчетное водоцементное отношение по формуле (7а), табл. 22 и 23:
;
;
в) предварительный расход воды 
по рис. 5:
.
Расход воды уточняется в зависимости от качества применяемых материалов (см. табл. 25) и сводится в табл. 29.
Таблица 29
──────────────────────────────────────────────────────────────┬────────────
Вид поправки │ Величина
│ поправки
──────────────────────────────────────────────────────────────┴────────────
По породе крупного заполнителя (известняка) ……….. 
+4
По виду крупного заполнителя (щебня) ……………… 
—
» …………………………………… 
+7
» НГЦТ = 25% ………………………………….. 
-2
» содержанию в щебне пыли и ила …………………. 
+2
(каменной мелочи)
По содержанию в песке ила и пыли (но не глины) …….. 
—
────────────────────────
+1
г) предварительный расход цемента по формуле (9):
;
д) добавку воды на повышенный расход цемента в соответствии с табл. 25:
.
Добавляем 4 л, так как при увеличении воды при постоянном В/Ц = 0,51 расход цемента возрастает;
е) окончательный расход воды по формуле (8):
В = 196 + 4 = 200 л;
ж) окончательный расход цемента по формуле (3):
;
з) абсолютный объем цементного теста по формуле (10):
;
и) абсолютный объем заполнителей по формуле (11):
.
При НКЩ = 5 — 20 мм принимается одна фракция;
к) расход щебня по формуле (12а):
,
где 
(по рис. 7);
(ОК = 6 см по рис. 9);
(Ц = 392 кг/м3 по рис. 10);
л) расход песка по формуле (13а):
;
м) объемную массу бетонной смеси по формуле (14):
;
н) абсолютный объем материалов по формуле (15):
.
7. ПОДБОР СОСТАВА МЕЛКОЗЕРНИСТОГО (ПЕСЧАНОГО) БЕТОНА
7.1. Расчет состава бетона по формулам и графикам производится в следующем порядке:
а) водоцементное отношение для песчаного бетона определяется по формуле (7). Значение А определяется в зависимости от чистоты песка по табл. 30.
Таблица 30
───────────────────┬──────────────────────────────────────────────
Бетон │ Значение А при содержании в песке пыли, ила
│ и глины, %, до
├───────────┬───────────┬───────────┬──────────
│ 1 │ 2 │ 3 │ 5
───────────────────┼───────────┼───────────┼───────────┼──────────
Песчаный │ 0,52 │ 0,51 │ 0,5 │ 0,47
Коэффициенты и принимаются по табл. 23.
Данные табл. 30 установлены на песке с , цементе с НГЦТ = 27% при Ц/В <= 2,25 и жесткости: 5 с — по ГОСТ 10181-76; 15 с — по упрощенному способу; 23 с — по техническому вискозиметру. На практике применяются пески разной крупности, песчано-бетонные смеси разной подвижности и жесткости, песчаный бетон разных марок (при различных Ц/В).
Значения коэффициента А уточняются по графику рис. 11 <*>, а поправка подсчитывается по табл. 31.
а)
б)
в)
г)
Рис. 11. График для уточнения коэффициента А в зависимости
от пластичности и жесткости бетонной смеси (а), модуля
крупности песка (б), нормальной густоты цементного теста (в)
и цементно-водного отношения (г):
I, II, III — определение жесткости (см. рис. 1)
Таблица 31
─────────────────────────────────────────────────────────┬────────
Показатели для определения поправки │Поправка
─────────────────────────────────────────────────────────┴────────
По подвижности или жесткости смеси ОК, Ж
» модулю крупности песка
» нормальной густоте цементного теста НГЦТ
» цементно-водному отношению Ц/В 
─────────────────
Уточненное В/Ц с учетом поправки устанавливается по формуле (7а);
б) расход песка, кг/м3, определяется по формуле
, (16)
где 
определяется по рис. 12 (рис. 12 построен при Ц/В <= 2,25; НГЦТ = 28%; 
);
— устанавливается по рис. 13;
в) абсолютный объем песка, л/м3, определяется по формуле
; (17)
г) объем вовлеченного (защемленного) воздуха, л/м3, определяется по формуле
; (18)
д) абсолютный объем цементного теста, л/м3, определяется по формуле
; (19)
е) выход цементного теста из 1 кг цемента при расчетном В/Ц определяется по формуле
; (20)
ж) расход цемента, кг/м3, определяется по формуле
; (21)
з) расход воды, л/м3, определяется по формуле
В = Ц x В/Ц; (22)
и) теоретическая объемная масса смеси, кг/м3, определяется по формуле
; (23)
к) уточнение расчетного состава бетона.
Рис. 12. Номограмма для определения коэффициента заполнения
пустот и раздвижки зерен песка цементным тестом 
в зависимости от подвижности (жесткости) смеси,
Ц/В, , НГЦТ
Ж, с: кривые 1 — 3, 10, 15; 2 — 7, 20, 30; 3 — 10; 30, 45;
4 — 13, 40, 60; 5 — 17, 50, 75; 6 — 20, 60, 90 (жесткость
определялась тремя способами, см. рис. 1); ОК, см: кривые
7 — 2; 8 — 6; 9 — 14 и 10 — 22
Рис. 13. График для определения абсолютного объема
песчанобетонной смеси 
в зависимости от жесткости
бетонной смеси
I, II, III — определение жесткости (см. рис. 1)
Для уточнения расчетного состава песчаного бетона затворяется пробный замес. Если жесткость окажется заданной, то этот состав принимается за основу. Если жесткость окажется выше требуемой, то добавляют цемент и воду (при расчетном В/Ц), а если меньше заданной — песок.
После уточнения состава бетона по жесткости или подвижности смеси производится уточнение В/Ц, для чего затворяется три состава бетона: один состав при расчетном В/Ц и уточненном составе и два дополнительных при В/Ц, отличающемся от основного на +/- 0,05. После испытания кубиков принимается окончательный состав песчаного бетона, который имеет заданную прочность или превышающую ее на 5 — 10%.
Пример. Требуется подобрать состав мелкозернистого (песчаного) бетона марки 300 жесткостью: 7 с — по ГОСТ 10181-76, 20 с — по упрощенному способу, 30 с — по техническому вискозиметру.
Характеристика материалов. Песок: 
, 
, 
, , содержание пыли и ила 1%. Цемент портландский марки 500 (по паспорту), минералогический состав среднеалюминатный, НГЦТ = 28%, 
.
Дозировка — по массе, уровень производства работ средний , условия твердения — пропаривание.
Расчет ведется в следующей последовательности. Определяем:
а) предварительное В/Ц по формуле (7):
;
,
где А = 0,52 (по табл. 30); 
и 
(по табл. 23).
Уточняем коэффициент А по графику (см. рис. 11) и по табл. 32 подсчитываем поправку .
Таблица 32
───────────────────────────────────────────────────────┬──────────
Вид поправки │ Величина
│ поправки
───────────────────────────────────────────────────────┴──────────
По …………………………………. -0,07
» Ж ……………………………………. +0,02
» НГЦТ …………………………………. -0,01
─────────────────────
-0,06
б) расчетное В/Ц по формуле (7а):
;
;
в) расход песка по формуле (16):
,
где 
(по рис. 12, точки А, Б, В);
(по рис. 13, точки 
, 
, );
г) абсолютный объем песка по формуле (17):
;
д) объем защемленного воздуха по формуле (18);
;
е) абсолютный объем цементного теста по формуле (19);
;
ж) выход цементного теста из 1 кг цемента по формуле (20):
;
з) расход цемента по формуле (21):
;
и) расход воды по формуле (22):
В = 507 x 0,51 = 258 л/м3;
к) теоретическую объемную массу бетона по формуле (23):
.
Уточняем расчетный состав мелкозернистого (песчаного) бетона на пробных затворениях.
Материалы Расход материалов на 10 л бетона
Песок ………………………………………….. 14 кг
Цемент …………………………………………. 5,07 «
Вода …………………………………………… 2,58 л
Пробное затворение показало, что фактическая жесткость получилась 7 с (по ГОСТ 10181-76) и 30 с (по техническому вискозиметру), объемная масса 2,17 кг/л. Следовательно, состав бетона подобран правильно. Если жесткость получится значительно меньше заданной, то добавляется песок, а если больше, то цемент и вода (при В/Ц = 0,51). После получения требуемой жесткости определяется объемная масса и расход материалов на замес.
Для уточнения В/Ц затворяем дополнительно еще два состава при В/Ц = 0,46 и В/Ц = 56. После этого на пробных замесах уточняются жесткость, объемная масса и расход материалов на 1 м3 бетона. Затем делаем три замеса, изготовляем бетонные кубики и на основе испытаний устанавливаем окончательный состав бетона для производства. Все данные по экспериментальной проверке сведены в табл. 33.
Таблица 33
────────────────────────────────────────────┬──────────────────────────────
Материалы и характеристики песчаного бетона │ Состав
├──────────┬─────────┬─────────
│ 2 │ 1 │ 3
────────────────────────────────────────────┼──────────┼─────────┼─────────
Цемент, кг │ 5,9 │ 5,07 │ 4,2
Песок, кг │ 13,08 │ 14 │ 15,15
Вода, л │ 2,72 │ 2,58 │ 2,35
Жесткость, с │ 5/19/29 │ 6/20/30 │ 7/22/32
Объемная масса, кг/л │ 2,17 │ 2,17 │ 2,17
Водоцементное отношение │ 0,46 │ 0,51 │ 0,56
Прочность, кгс/см2 │ 350 │ 332 │ 300
Примечания. 1. С учетом коэффициентов и в формуле (7) прочность бетона должна быть 330 кгс/см2. Из таблицы видно, что состав 2 имеет завышенную прочность, а состав 3 — заниженную. Для производства принимаем состав 1.
2. Жесткость определяется по ГОСТ 10181-76, упрощенному способу и техническому вискозиметру.
7.2. Расчет состава бетона по упрощенному способу <1> производится в следующем порядке:
а) прочность на сжатие и Ц/В для мелкозернистого (песчаного) бетона на песке среднего качества, твердеющего в естественных условиях с пропариванием, определяются по формулам:
; (24)
; (24а)
б) количество материалов на 1 м3 смеси определяется по формулам:
; (25)
; (26)
; (27)
, (28)
где Ц, П, 
и В — расходы цемента, песка, минеральной добавки и воды, кг/м3;
ц’, п’, 
, в’ — то же, в пробных замесах;
— объемная масса мелкозернистой бетонной смеси;
в) требования по подвижности или жесткости смеси, прочности, водонепроницаемости и морозостойкости мелкозернистого бетона определяются проектом и проверяются на опытных замесах и при испытании образцов.
———————————
<1> См. «Инструкцию по приготовлению мелкозернистых (песчаных) бетонов». СН 488-76. М., Стройиздат, 1977.
Пример. Требуется подобрать состав мелкозернистого бетона марки М 200 естественного твердения на портландцементе марки М 400 (если известна активность цемента, в расчет вводят ее) и песке средней крупности с насыпной объемной массой 1500 кг/см3. Подвижность смеси 5 с (по ГОСТ 10181-76). Расчет состава бетона производится в следующей последовательности. Определяем:
а) требуемое Ц/В по формуле (24а):
;
б) количество материалов на пробный замес объемом 7 л, принимая осредненный расход воды 220 л/м3 и расход песка 1 м3/м3;
;
;
.
Готовим первый пробный замес и определяем жесткость смеси. Она получена значительно большей.
Вводим добавку цемента и воды по 0,1 от их содержания в пробном замесе до достижения заданной жесткости 5 с. Потребовалось ввести одну добавку. Содержание материалов в откорректированном пробном замесе:
b’ = 1,54 + 0,154 = 1,69 кг;
ц’ = 2,59 + 0,259 = 2,85 кг;
п’ = 10,5 кг.
Состав бетонной смеси по массе Ц:П:В = 1:3,7:0,6;
в) объемную массу 
в мерном цилиндре объемом 1 л, жестко закрепленном на вибростоле, и уплотняем ее 5 с.
Объемная масса получилась 
;
г) расход материалов, кг/м3, смеси:
;
;
.
Готовим контрольные образцы-кубы, которые испытываем после пропаривания или в возрасте 28 сут нормального твердения в соответствии с требованиями ГОСТ 10180-74.
Прочность образцов должна оцениваться по ГОСТ 13105-77 и соответствовать заданной марке.
Если прочность бетона получилась больше или меньше заданной, проводится корректировка состава Ц/В подобно изложенному в разд. 8 настоящего Руководства.
При необходимости иметь водонепроницаемый, морозостойкий или коррозионно-стойкий бетон необходимо соблюдать рекомендации по выбору вяжущего и проводить испытания образцов мелкозернистого бетона на эти воздействия.
Для снижения расхода цемента в мелкозернистом бетоне низких марок следует применять минеральные добавки (молотый гранулированный шлак, золу-унос тепловых электростанций и др.), а в бетоне высоких марок — пластифицирующие и воздухововлекающие добавки, которые, кроме того, повышают морозостойкость мелкозернистого бетона.
8. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА И КОРРЕКТИРОВАНИЕ РАСЧЕТНОГО
СОСТАВА БЕТОНА, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО СОСТАВА БЕТОНА
(С УЧЕТОМ ВЛАЖНОСТИ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ) И РАСЧЕТ МАТЕРИАЛОВ
НА ЗАМЕС БЕТОНОСМЕСИТЕЛЯ
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ КОРРЕКТИРОВКИ РАСЧЕТНОГО СОСТАВА
8.1. Состав бетона, рассчитанный по любому из трех методов, изложенных в разд. 3, 4 и 5, проверяется и при необходимости корректируется по подвижности, количеству песка и требуемой прочности путем изготовления опытных замесов и последующего испытания образцов бетона.
Корректирование подвижности смеси можно производить двумя способами.
8.2. Изготовляют первый замес по рассчитанному составу объемом 10 л или более в зависимости от крупности заполнителя и определяют подвижность смеси по осадке конуса или ее жесткость по ГОСТ 10181-76, а также объемную массу бетона после ее уплотнения в форме для контрольного образца. Если подвижность смеси получилась менее требуемой, то в опытный замес добавляются 5 — 10% цемента и воды с соблюдением принятого соотношения В/Ц. Если подвижность получилась более требуемой, то в замес добавляется песок и щебень — 5 — 10% от расчетного в принятом соотношении. Путем нескольких попыток добиваются требуемой подвижности смеси, после чего расчетный состав бетона пересчитывается и делается новый замес для изготовления 3, 6 или 9 контрольных образцов.
8.3. Задачу можно решить и по графику рис. 5. Например, пробный замес на щебне 5 — 80 мм и с расходом воды 150 л/м3 показал осадку конуса 0,5 см вместо требуемых 2 см (точка В на рис. 5). Для получения требуемой подвижности уточняют расход воды на 1 м3 бетона. На график наносят точку, отвечающую расходу воды 150 л и осадке конуса 0,5 см (точка А). Из точки А проводят кривую, подобную кривым, нанесенным на график, до пересечения с ординатой, соответствующей осадке конуса 2 см (точка Б). Из точки Б проводят горизонтальную линию и определяют уточненный расход воды — 160 л (точка Г). Если необходимо уменьшить подвижность смеси, например 3,5 см (точка Д), то на графике проводится линия на уменьшение воды затворения (точка Е) до 140 л/м3. Далее состав пересчитывается и изготовляется новый замес для проверки подвижности смеси и изготовления контрольных образцов.
Корректирование содержания песка и щебня при необходимости производится после уточнения подвижности смеси.
8.4. На основе откорректированного состава бетона готовят три замеса: 1 — из бетонной смеси строго рассчитанного состава; 2 и 3 — из смеси с содержанием песка менее или более расчетного приблизительно на 50 кг и с одновременным увеличением или уменьшением содержания щебня на то же количество.
8.5. Можно поступать иначе: рассчитывая новый состав, величину в контрольных замесах принимать на 0,1 больше или меньше. Далее приготовляют новые замесы, измеряют подвижность или жесткость полученных смесей и принимают тот состав, удобоукладываемость которого лучше (если она не слишком отличается от заданной). Если показатели удобоукладываемости окажутся близки между собой, выбирают состав с меньшим содержанием песка, как правило, обеспечивающий более высокую прочность бетона. Если удобоукладываемость оптимального состава после корректировки будет значительно отличаться от заданной, состав вновь пересчитывают, увеличив или уменьшив содержание цементного теста, и затем опять проверяют.
КОРРЕКТИРОВАНИЕ ВОДОЦЕМЕНТНОГО ОТНОШЕНИЯ
8.6. Когда состав откорректирован пробными затворениями и достигнуты требуемые подвижность и оптимальное количество песка в бетонной смеси, приступают к проверке прочности бетона подобранного состава.
8.7. Готовят образцы-кубы из откорректированного состава и одновременно из двух параллельных, в которых В/Ц принимается большее и меньшее на 0,05. Величину В/Ц изменяют, уменьшая или увеличивая расход цемента, и каждый раз компенсируют это обратным изменением расхода песка, сохраняя объемы раствора и щебня неизменными. Взаимную компенсацию объемов песка и цемента предпочтительнее производить по их абсолютным объемам, а не по массе. На каждый срок испытания готовят не менее трех образцов. Укладка и уплотнение образцов должны соответствовать требованиям ГОСТ 10180-74.
8.8. Образцы в течение 1 сут хранят в формах в помещении с температурой от 16 до 20 °C, а затем освобождают из форм и до момента испытания хранят во влажной среде в специальной камере или в периодически увлажняемом песке, опилках и т.д.
8.9. Перед испытанием образцы тщательно осматривают, измеряют грани (с точностью до 1 мм), взвешивают. Испытав бетонные образцы в сроки, соответствующие проекту, корректируют величину В/Ц по результатам контрольных испытаний и в качестве окончательного принимают состав, прочность которого отвечает заданной, с отклонением не более + (5 — 8)%.
8.10. Если нет времени ожидать 28 сут для получения прочности контрольных образцов, образцы испытывают через 3 и 7 сут выдерживания или через 4 ч после пропаривания по установленному режиму. В этом случае состав бетона выбирают на основе имеющихся данных по нарастанию прочности бетона на данном цементе и заполнителях по времени.
Примеры корректировки расчетного состава бетона.
Корректирование состава бетона иллюстрируется на расчетном составе, приведенном в примере раздела 6 настоящего Руководства.
УТОЧНЕНИЕ ПОДВИЖНОСТИ СМЕСИ
Затворяется бетон в объеме 10 л при В/Ц = 0,51. Для замеса отвешивается: Ц = 3,92 кг; В = 2 кг; П = 6,18 кг; Щ = 11,65 кг. Пробное затворение показало, что осадка конуса оказалась 5 вместо 6 см. По рис. 5 уточняется расход воды. Из точки, соответствующей ОК = 5 см, проводится вертикальная, а из точки, соответствующей В = 200 л, — горизонтальная линии до их пересечения. Из точки пересечения проводится кривая, подобная кривым рис. 5, до пересечения с вертикальной линией, соответствующей ОК = 6 см, и по точке пересечения определяется расход воды. Он оказался равным В = 204 л/м3.
Уточняется количество материалов на 1 м3 бетона, номинальный состав бетона и теоретическая объемная масса смеси:
а) расход цемента по формуле (3):
;
б) абсолютный объем цементного теста по формуле (10):
;
в) абсолютный объем заполнителей по формуле (11):
;
г) расход щебня по формуле (12):
Щ = 1165 кг/м3, или 439 л (остался без изменения);
д) расход песка по формуле (13а):
П = (667 — 439) 2,63 = 600 кг/м3;
е) номинальный состав бетона
Ц:П:Щ:В = 400:600:1165:204 = 1:1,5:2,9:0,51;
ж) теоретическая объемная масса бетона 2369 кг/м3.
УТОЧНЕНИЕ РАСХОДА ПЕСКА
Расход песка, определенный по изложенной методике, является оптимальным. Однако при необходимости можно произвести эту проверку. Затворяем три состава; основной 1 и два дополнительных 2 и 3 с расходом песка, большим и меньшим на 50 кг/м3 (так как разница в плотности песка и щебня незначительна) с соответствующим изменением на 50 кг количества щебня. Пробные затворения показали, что осадка конуса (или жесткость) основного состава соответствует требуемой или превышает осадку, или менее жесткости двух смежных составов. Поэтому состав 1 остается для последующей проверки на прочность бетона.
УТОЧНЕНИЕ ВОДОЦЕМЕНТНОГО ОТНОШЕНИЯ
Затворяем три пробных состава: основной 1 при В/Ц = 0,51 и два дополнительных 4 и 5 при В/Ц = 0,46 и 0,56. После испытания кубиков в возрасте 28 сут (или в другие сроки) определяют фактическую прочность бетона (табл. 34).
Таблица 34
────────────────────────┬────────────────────┬────────────────────
Материалы и │ Уточнение │ Уточнение В/Ц
характеристики бетона │ расхода песка │
├────────────────────┴────────────────────
│ Состав
├──────┬──────┬──────┬──────┬──────┬──────
│ 2 │ 1 │ 3 │ 4 │ 1 │ 5
────────────────────────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────
Цемент, кг │ 4 │ 4 │ 4 │ 4,44│ 4 │ 3,64
Песок, кг │ 5,5 │ 6 │ 6,5 │ 5,63│ 6 │ 6,3
Щебень, кг │ 12,15│ 11,65│ 11,15│ 11,65│ 11,65│ 11,65
Вода, л │ 2,04│ 2,04│ 2,04│ 2,04│ 2,04│ 2,04
В/Ц │ 0,51│ 0,51│ 0,51│ 0,46│ 0,51│ 0,56
Осадка конуса, см │ 5 │ 6 │ 5 │ 6 │ 6 │ 6
Жесткость <1>, с │ 12 │ 9 │ 11 │ 9 │ 9 │ 9
Прочность бетона │ — │ — │ — │380 │328 │296
на сжатие, кгс/см2 │ │ │ │ │ │
———————————
<1> По техническому вискозиметру.
Примечание. По результатам испытания бетона для производства принимаем состав 1.
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ СОСТАВ БЕТОНА И РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА
МАТЕРИАЛОВ НА ЗАМЕС БЕТОНОСМЕСИТЕЛЯ
8.11. Лабораторный подбор состава бетона производят обычно на сухих материалах. Состав бетона, подобранный таким образом, принято называть номинальным. В производственных условиях применяемые материалы обычно бывают влажными, поэтому номинальный состав бетона необходимо пересчитать, учитывая влагу, содержащуюся в заполнителях, и корректируя количество воды и заполнителей, вводимых в замес.
Порядок такой корректировки показан на конкретном примере.
а) Допустим, что в лаборатории подобран состав бетона, приведенный ниже.
Цемент ……………………………… 336 кг/м3
Щебень ……………………………… 1332 «
Песок ………………………………. 636 «
Вода ……………………………….. 150 л/м3
Суммарная масса материалов ……………. 2454 кг
Номинальный состав 1:1,89:3,97
при В/Ц = 0,47
б) Допустим, что в производственных условиях щебень имеет влажность 1% по массе и песок — 4%. Тогда на 1 м3 бетона необходимо взять влажного щебня 1332 x 1,01 = 1345 кг и влажного песка 636 x 1,04 = 661 кг.
В этом количестве заполнителей будет содержаться воды 1332 x 0,01 + 636 x 0,04 = 38 л. На это количество следует убавить объем воды, указанный в номинальном составе.
Откорректированный производственный состав бетона на влажных заполнителях будет следующим:
Цемент ………………………………….. 336 кг
Щебень …………………………………. 1345 «
Песок …………………………………… 661 «
Вода ……………………………………. 112 л
Суммарная масса материалов ……………….. 2454 кг
Производственный состав 1:1,97:4
при В/Ц = 0,47.
в) Так как объем бетоносмесителя чаще всего таков, что выход готовой бетонной смеси не равен 1 м3, то для составления дозировки материалов на один замес необходимо состав бетона, рассчитанный на 1 м3 бетона, пересчитать в соответствии с емкостью бетоносмесителя. В новых моделях бетоносмесителей емкость их барабана указывается в литрах готового замеса бетонной смеси 
, например 330, 800, 1600 л. В старых моделях емкость бетоносмесителей указывалась по суммарному объему загрузки сухих компонентов бетона — заполнителей и цемента 
, например 250, 500, 1200 и 2400 л.
При использовании новых моделей бетоносмесителей для составления дозировки на замес необходимо количество каждого компонента из производственного состава пересчитать по формулам:
; 
и т.д.
При использовании старых моделей бетоносмесителей следует определить по производственному составу суммарный насыпной объем всех сухих компонентов бетона 
в литрах и определить соотношение
.
Затем массу каждого компонента надо умножить на полученный коэффициент 
и определить тем самым производственную дозировку.
Для нашего примера в случае объема барабана бетоносмесителя новой модели 330 л (по выходу) следует массу каждого компонента производственного состава бетона умножить на 0,33. Получим дозировку на замес:
Ц = 111 кг; Ш = 443 кг; П = 218 кг; В = 37 л.
Всего 810 кг.
При объеме барабана бетоносмесителя старой модели 500 л (по загрузке) определяем суммарный насыпной объем сухих материалов в нашем номинальном составе:
.
При этом
.
Умножая массу каждого компонента производственного состава на коэффициент 
, получим дозировку на замес:
Ц = 105 кг; Щ = 419 кг; П = 206 кг; В = 35 л.
Всего 765 кг.
Расход материалов на замес можно определить по коэффициенту выхода бетона. В этом случае вначале определяется коэффициент выхода бетона при сухих заполнителях, а затем расход материалов на замес с учетом влажности заполнителей исходя из производственного состава бетона.
Коэффициент выхода бетона 
устанавливается для лабораторного состава по формуле
.
Зная , определяется объем бетона одного замеса. При емкости бетоносмесителя 500 л он будет равен: 0,500 x 0,625 = 0,312 м3. Умножая массу каждого компонента производственного состава на объем бетона одного замеса, получим дозировку материала на замес бетоносмесителя
Ц = 336 x 0,312 = 105 кг; П = 661 x 0,312 = 206 кг;
Щ = 1345 x 0,312 = 419 кг; В = 112 x 0,312 = 35 л.
9. ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ВЫБОР СОСТАВА БЕТОНОВ
С ПРИМЕНЕНИЕМ МАТЕМАТИКО-СТАТИСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
9.1. Планирование экспериментов и выбор состава бетонов с применением математико-статистических методов рекомендуется производить при использовании на заводе или на стройке нескольких составов бетона по марке и по подвижности (жесткости) бетонной смеси (например, марки М 200, М 300 и М 400 при подвижности 1 — 3, 4 — 6 и 8 — 12 с); при построении зависимостей, необходимых для корректировки состава бетона в процессе его приготовления; при организации производства изделий по новой технологии, а также в случае использования автоматических систем управления технологическим процессом.
9.2. Сущность планирования экспериментов и выбора состава бетонов с применением математико-статистических методов заключается в установлении математической зависимости между заданными свойствами бетона и расходом и свойствами составляющих материалов. Получаемая математическая зависимость используется для назначения и поиска оптимальных составов.
9.3. Построение математических зависимостей производится на основе специальных лабораторных экспериментов с последующим их уточнением в производственных условиях.
9.4. Проведению лабораторных экспериментов должны предшествовать следующие этапы:
уточнение в зависимости от конкретной задачи оптимизируемых параметров (марок бетона, заданных значений удобоукладываемости, специальных требований и т.д.);
выбор факторов, определяющих изменчивость оптимизируемых параметров;
расчет основного исходного состава бетонной смеси;
выбор интервалов варьирования факторов;
выбор плана и условий проведения эксперимента;
расчет всех составов бетонной смеси в соответствии с выбранным планом и реализация эксперимента;
обработка результатов эксперимента с построением математических зависимостей свойств бетонной смеси от выбранных факторов.
9.5. В качестве факторов в зависимости от условий конкретной задачи могут назначаться В/Ц (Ц/В) смеси, расход воды (или цемента), расход заполнителей или соотношение между ними (r), показатели качества составляющих материалов, расходы различного рода добавок и т.п.
9.6. Основной исходный состав назначается в соответствии с указаниями разд. 4, 5, 6 настоящего Руководства.
9.7. Значение фактора в основном исходном составе называется основным (средним или нулевым уровнем).
При проведении экспериментов в зависимости от условий стоящей задачи все факторы варьируются или на трех уровнях — среднем (основном), нижнем и верхнем, отстоящих от основного на одинаковую величину, называемую интервалом варьирования, или на двух уровнях — верхнем и нижнем.
Рекомендуемые значения интервалов варьирования факторов приведены в табл. 35.
Таблица 35
────────────────────────────────────┬──────────────────────────────────────
Факторы │ Интервалы варьирования
────────────────────────────────────┼──────────────────────────────────────
В/Ц смеси │ 0,1 — 0,15
Расход воды, л │ 20 — 25
Расход цемента │15 — 20% величины основного уровня
Доля песка в смеси заполнителей r │ 0,05 — 0,1
Расход крупного заполнителя, л │ 75 — 100
Расход добавок │50 — 70% величины основного уровня
9.8. Для упрощения записей и последующих расчетов верхний уровень факторов обозначается символом (+1) средний — (о), а нижний — (-1), что равносильно переводу факторов в новый кодовый (нормализованный) масштаб:
,
где 
— значение i-го фактора в новом кодовом масштабе;
— значение i-го фактора в натуральном масштабе;
— основной уровень i-го фактора;
— интервал варьирования i-го фактора.
Часто при записи плана проведения эксперимента цифру 1 опускают и кодовая запись уровней фактора имеет вид соответственно: «+», «о» и «-«.
9.9. Эксперименты (опытные замесы) в зависимости от числа факторов и условий решаемой задачи проводятся по одному из приведенных в табл. 36 — 37 планов (или матриц).
Таблица 36
Линейный план экспериментов
а) При числе факторов k = 2
─────────┬───────────────────┬───────────────────┬─────────────────────────
N опыта │ Матрица │ Взаимодействие │ Свойства бетона
│ планирования (x ) │ (x x ) │ (выход)
│ i │ i j │
├───────┬───────────┼───────────────────┼──────┬─────┬──────┬─────
│ x │ x │ x x │ y │ y │ y │ …
│ 1 │ 2 │ 1 2 │ i1 │ i2 │ i3 │
─────────┼───────┼───────────┼───────────────────┼──────┼─────┼──────┼─────
N 1│ + │ + │ + │ │ │ │
1 2│ — │ + │ — │ │ │ │
3│ + │ — │ — │ │ │ │
4│ — │ — │ + │ │ │ │
─────────┼───────┼───────────┼───────────────────┼──────┼─────┼──────┼─────
n 5│ 0 │ 0 │ 0 │ │ │ │
0 6│ 0 │ 0 │ 0 │ │ │ │
7│ 0 │ 0 │ 0 │ │ │ │
б) При числе факторов k = 3
─────────────┬─────────────────────┬─────────────────────┬─────────────────
N опыта │Матрица планирования │ Взаимодействие │ Свойства бетона
│ (x ) │ (x x ) │ (выход)
│ i │ i j │
├──────┬──────┬───────┼───────┬──────┬──────┼─────┬─────┬─────
│ x │ x │ x │ x x │ x x │ x x │ y │ y │ …
│ 1 │ 2 │ 3 │ 1 2 │ 1 3 │ 2 3 │ i1 │ i2 │
─────────────┼──────┼──────┼───────┼───────┼──────┼──────┼─────┼─────┼─────
N 1│ + │ + │ + │ + │ + │ + │ │ │
1 2│ — │ + │ + │ — │ — │ + │ │ │
3│ + │ — │ + │ — │ + │ — │ │ │
4│ — │ — │ — │ + │ — │ — │ │ │
5│ + │ + │ — │ + │ — │ — │ │ │
6│ — │ + │ — │ — │ + │ — │ │ │
7│ + │ — │ — │ — │ — │ + │ │ │
8│ — │ — │ — │ + │ + │ + │ │ │
─────────────┼──────┼──────┼───────┼───────┼──────┼──────┼─────┼─────┼─────
n 9│ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
0 10│ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
11│ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
в) При числе факторов k = 4
──────┬───────────────┬───────────────────────────────────┬───────────────
N │ Матрица │ Взаимодействие (x x ) │ Свойства
опыта│ планирования │ i j │ бетона (выход)
├───┬───┬───┬───┼────┬─────┬─────┬─────┬──────┬─────┼─────┬────┬────
│ x │ x │ x │ x │x x │ x x │ x x │ x x │ x x │ x x │ y │ y │ …
│ 1│ 2│ 3│ 4│ 1 2│ 1 3│ 1 4│ 2 3│ 2 4 │ 3 4│ i1 │ i2│
──────┼───┼───┼───┼───┼────┼─────┼─────┼─────┼──────┼─────┼─────┼────┼────
N 1│ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ │ │
1 2│ — │ + │ + │ + │ — │ — │ — │ + │ + │ + │ │ │
3│ + │ — │ + │ + │ — │ + │ + │ — │ — │ + │ │ │
4│ — │ — │ + │ + │ + │ — │ — │ — │ — │ + │ │ │
5│ + │ + │ — │ + │ — │ — │ + │ — │ + │ — │ │ │
6│ — │ + │ — │ + │ + │ + │ — │ — │ + │ — │ │ │
7│ + │ — │ — │ + │ + │ — │ + │ + │ — │ — │ │ │
8│ — │ — │ — │ + │ — │ + │ — │ + │ — │ — │ │ │
9│ + │ + │ + │ — │ — │ + │ — │ + │ — │ — │ │ │
10│ — │ + │ + │ — │ + │ — │ + │ + │ — │ — │ │ │
11│ + │ — │ + │ — │ + │ + │ — │ — │ + │ — │ │ │
12│ — │ — │ + │ — │ — │ — │ + │ — │ + │ — │ │ │
13│ + │ + │ — │ — │ + │ — │ — │ — │ — │ + │ │ │
14│ — │ + │ — │ — │ — │ + │ + │ — │ — │ + │ │ │
15│ + │ — │ — │ — │ — │ — │ — │ + │ + │ + │ │ │
16│ — │ — │ — │ — │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ │ │
──────┼───┼───┼───┼───┼────┼─────┼─────┼─────┼──────┼─────┼─────┼────┼────
n 17│ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
0 18│ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
19│ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
20│ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
г) При числе факторов k = 5
──────┬───────────────────┬─────────────────────────────────────────────────┬───────────
N │ Матрица │ Взаимодействие (x x ) │ Свойства
опыта│ планирования │ i j │ бетона
│ (x ) │ │ (выход)
│ i │ │
├───┬───┬───┬───┬───┼────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┼───┬───┬───
│ x │ x │ x │ x │ x │x x │x x │x x │x x │x x │x x │x x │x x │x x │x x │y │y │…
│ 1│ 2│ 3│ 4│ 5│ 1 2│ 1 3│ 1 4│ 1 5│ 2 3│ 2 4│ 2 5│ 3 4│ 3 5│ 4 5│ i1│ i2│
──────┼───┼───┼───┼───┼───┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼───┼───┼───
N 1│ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ │ │
1 2│ — │ + │ + │ + │ — │ — │ — │ — │ + │ + │ + │ — │ + │ — │ — │ │ │
3│ + │ — │ + │ + │ — │ — │ + │ + │ — │ — │ — │ + │ + │ — │ — │ │ │
4│ — │ — │ + │ + │ + │ + │ — │ — │ — │ — │ — │ — │ + │ + │ + │ │ │
5│ + │ + │ — │ + │ — │ + │ — │ + │ — │ — │ + │ — │ — │ + │ — │ │ │
6│ — │ + │ — │ + │ + │ — │ + │ — │ — │ — │ + │ + │ — │ — │ + │ │ │
7│ + │ — │ — │ + │ + │ — │ — │ + │ + │ + │ — │ │ — │ — │ + │ │ │
8│ — │ — │ — │ + │ — │ + │ + │ — │ + │ + │ — │ + │ — │ + │ — │ │ │
9│ + │ + │ + │ — │ — │ + │ + │ — │ — │ + │ — │ │ — │ — │ + │ │ │
10│ — │ + │ + │ — │ + │ — │ — │ + │ — │ + │ — │ + │ — │ + │ — │ │ │
11│ + │ — │ + │ — │ + │ — │ + │ — │ + │ │ + │ │ — │ + │ — │ │ │
12│ — │ — │ + │ — │ — │ + │ — │ + │ + │ — │ + │ + │ — │ — │ + │ │ │
13│ + │ + │ — │ — │ + │ + │ — │ — │ + │ — │ — │ + │ + │ — │ — │ │ │
14│ — │ + │ — │ — │ — │ — │ + │ + │ + │ — │ — │ — │ + │ + │ + │ │ │
15│ + │ — │ — │ — │ — │ — │ — │ — │ — │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ │ │
16│ — │ — │ — │ — │ + │ + │ + │ + │ — │ + │ + │ — │ + │ — │ — │ │ │
──────┼───┼───┼───┼───┼───┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼───┼───┼───
n 17│ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
0 18│ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
19│ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
20│ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
21│ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
Таблица 37
Трехуровневый план проведения экспериментов
а) При числе факторов k = 2 
──────────┬──────────────┬────────────┬────────────────┬───────────────────
N опыта │ Матрица │ Квадраты │ Взаимодействие │ Свойства бетона
│ планирования │ переменных │ (x x ) │ (выход)
│ (x ) │ 2 │ i j │
│ i │ (x ) │ │
│ │ i │ │
├───────┬──────┼──────┬─────┼────────────────┼───┬───┬───┬───────
│ │ │ 2 │ 2 │ │ │ │ │
│ x │ x │ x │ x │ x x │y │y │y │y …
│ 1 │ 2 │ 1 │ 2 │ 1 2 │ i1│ i2│ i3│ i4
──────────┼───────┼──────┼──────┼─────┼────────────────┼───┼───┼───┼───────
1 │ 2 │ 3 │ 4 │ 5 │ 6 │ 7 │ 8 │ 9 │ 10
──────────┼───────┼──────┼──────┼─────┼────────────────┼───┼───┼───┼───────
N 1│ + │ + │ + │ + │ + │ │ │ │
1 2│ + │ — │ — │ + │ — │ │ │ │
3│ — │ + │ + │ + │ — │ │ │ │
4│ — │ — │ + │ + │ + │ │ │ │
──────────┼───────┼──────┼──────┼─────┼────────────────┼───┼───┼───┼───────
N 5│ + │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ │ │ │
альфа 6│ — │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ │ │ │
7│ 0 │ + │ 0 │ + │ 0 │ │ │ │
8│ 0 │ — │ 0 │ + │ 0 │ │ │ │
──────────┼───────┼──────┼──────┼─────┼────────────────┼───┼───┼───┼───────
n 9│ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │ │
0 10│ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │ │
11│ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │ │
б) При числе факторов k = 3
─────────────┬──────────────┬───────────────┬─────────────────┬────────────
N опыта │ Матрица │ Квадраты │ Взаимодействие │ Свойства
│ планирования │ 2 │ (x x ) │ бетона
│ (x ) │переменных (x )│ i j │ (выход)
│ i │ i │ │
├────┬────┬────┼────┬────┬─────┼─────┬─────┬─────┼───┬───┬────
│ │ │ │ 2 │ 2 │ 2 │ │ │ │ │ │
│ x │ x │ x │ x │ x │ x │ x x │ x x │ x x │y │y │…
│ 1 │ 2 │ 3 │ 1 │ 2 │ 3 │ 1 2│ 1 3│ 2 3│ i1│ i2│
─────────────┼────┼────┼────┼────┼────┼─────┼─────┼─────┼─────┼───┼───┼────
1 │ 2 │ 3 │ 4 │ 5 │ 6 │ 7 │ 8 │ 9 │ 10 │11 │12 │
─────────────┼────┼────┼────┼────┼────┼─────┼─────┼─────┼─────┼───┼───┼────
N 1│ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ │ │
1 2│ — │ + │ + │ + │ + │ + │ — │ — │ + │ │ │
3│ + │ — │ + │ + │ + │ + │ — │ + │ — │ │ │
4│ — │ — │ + │ + │ + │ + │ + │ — │ — │ │ │
5│ + │ + │ — │ + │ + │ + │ + │ — │ — │ │ │
6│ — │ + │ — │ + │ + │ + │ — │ + │ — │ │ │
7│ + │ — │ — │ + │ + │ + │ — │ — │ + │ │ │
8│ — │ — │ — │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ │ │
─────────────┼────┼────┼────┼────┼────┼─────┼─────┼─────┼─────┼───┼───┼────
N 9│ + │ 0 │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
альфа 10│ — │ 0 │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
11│ 0 │ + │ 0 │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
12│ 0 │ — │ 0 │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
13│ 0 │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
14│ 0 │ 0 │ — │ 0 │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
─────────────┼────┼────┼────┼────┼────┼─────┼─────┼─────┼─────┼───┼───┼────
n 15│ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
0 16│ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
17│ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
в) При числе факторов k = 5
─────────┬───────────────────┬───────────────────┬─────────────────────────────────────────────────┬───────────
N │ Матрица │Квадраты переменных│ Взаимодействие (x x ) │ Свойства
опыта │ планирования │ 2 │ i j │ бетона
│ (x ) │ (x ) │ │ (выход)
│ i │ i │ │
├───┬───┬───┬───┬───┼───┬───┬───┬───┬───┼────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┼───┬───┬───
│ x │ x │ x │ x │ x │ x │ x │ x │ x │ x │x x │x x │x x │x x │x x │x x │x x │x x │x x │x x │y │y │…
│ 1│ 2│ 3│ 4│ 5│ 1│ 2│ 3│ 4│ 5│ 1 2│ 1 3│ 1 4│ 1 5│ 2 3│ 2 4│ 2 5│ 3 4│ 3 5│ 4 5│ i1│ i2│
─────────┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼───┼───┼───
1 │ 2 │ 3 │ 4 │ 5 │ 6 │ 7 │ 8 │ 9 │10 │11 │ 12 │ 13 │ 14 │ 15 │ 16 │ 17 │ 18 │ 19 │ 20 │ 21 │22 │23 │
─────────┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼───┼───┼───
N 1│ + │ + │ 1 │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ │ │
1 2│ — │ + │ + │ + │ — │ + │ + │ + │ + │ + │ — │ — │ — │ + │ + │ + │ — │ + │ — │ — │ │ │
3│ — │ — │ + │ + │ — │ + │ + │ + │ + │ + │ — │ + │ + │ — │ — │ — │ + │ + │ — │ — │ │ │
4│ — │ — │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ — │ — │ — │ — │ — │ — │ + │ + │ + │ │ │
5│ + │ + │ — │ — │ — │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ — │ + │ — │ — │ + │ — │ — │ + │ — │ │ │
6│ — │ + │ — │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ — │ + │ — │ — │ — │ + │ + │ — │ — │ + │ │ │
7│ + │ — │ — │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ — │ — │ + │ + │ + │ — │ — │ — │ — │ + │ │ │
8│ — │ — │ — │ + │ — │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ — │ + │ + │ — │ + │ — │ + │ — │ │ │
9│ + │ + │ + │ — │ — │ + │ + │ + │ + │ + │ — │ + │ — │ — │ + │ — │ — │ — │ — │ + │ │ │
10│ — │ + │ + │ — │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ — │ — │ + │ — │ + │ — │ + │ — │ + │ — │ │ │
11│ + │ — │ + │ — │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ — │ + │ — │ + │ — │ + │ — │ — │ + │ — │ │ │
12│ — │ — │ + │ — │ — │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ — │ + │ + │ — │ + │ + │ — │ — │ + │ │ │
13│ + │ + │ — │ — │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ — │ — │ + │ — │ — │ + │ + │ — │ — │ │ │
14│ — │ + │ — │ — │ — │ + │ + │ + │ + │ + │ — │ + │ + │ + │ — │ — │ — │ + │ + │ + │ │ │
15│ + │ — │ — │ — │ — │ + │ + │ + │ + │ — │ + │ — │ — │ — │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ │ │
16│ — │ — │ — │ — │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ — │ + │ + │ — │ + │ — │ — │ │ │
─────────┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼───┼───┼───
N 17│ + │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
альфа 18│ — │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
19│ 0 │ + │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
20│ 0 │ — │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
21│ 0 │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
22│ 0 │ 0 │ — │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
23│ 0 │ 0 │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
24│ 0 │ 0 │ 0 │ — │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
25│ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
26│ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ — │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
─────────┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼───┼───┼───
n 27│ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
0 28│ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
29│ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
30│ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
31│ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
32│ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ │ │
Для примера рассмотрим данные, приведенные в табл. 37 «а». 2-я и 3-я графы табл. 37 «а» представляют собственно матрицу планирования и задают условия проведения каждого опыта. В 4-й и 5-й графах приведены квадраты переменных, получаемые возведением в квадрат данных столбцов 2, 3. Они принимают значение +/- 1 или 0 и обозначаются 
. 6-я графа получена построчным перемножением факторов (взаимодействие переменных). Так, для четвертого опыта, согласно плану, факторы 
, 
и должны устанавливаться на нижнем уровне, а расчетное значение взаимодействия 
. В последующих графах помещаются результаты опытов, так называемые «выходы» (прочность на сжатие, растяжение, В, Мрз и др.).
9.10. При описании прочностных характеристик бетона рекомендуется использовать планы первого порядка (табл. 36 «а» — «г»). В случае, когда вид искомой зависимости неизвестен, а также при описании таких характеристик, как жесткость (подвижность) бетонной смеси, следует применять планы второго порядка (см. табл. 37 «а» — «в»).
9.11. При проведении опытных замесов в соответствии с выбранным планом целесообразно опыты в нулевой точке (все факторы на основном уровне) равномерно распределять между всеми остальными, дублируя их через каждые 3 — 5 замесов.
Объем замеса в каждом опыте устанавливается с учетом числа определяемых характеристик (прочности на сжатие, растяжение, В, Мрз и т.д.). Приготовление бетонной смеси, формование образцов, испытание смеси и образцов производятся в соответствии с указаниями разд. 4 — 6 настоящего Руководства и положениями соответствующих стандартов.
9.12. Результаты опытов обрабатывают с использованием методов математической статистики, получая при этом алгебраические уравнения, отражающие связь между исследуемыми свойствами бетона и исходными факторами.
Для планов первого порядка:
а) двухфакторный эксперимент (см. табл. 36 «а»)
; (29)
б) трехфакторный эксперимент (см. табл. 36 «б»)
; (30)
в) четырехфакторный эксперимент (см. табл. 36 «в»)
г) пятифакторный эксперимент (см. табл. 36 «г»)
д) в общем виде
; (33)
.
Для планов второго порядка:
а) двухфакторный эксперимент (см. табл. 37 «а»)
; (34)
б) трехфакторный эксперимент (см. табл. 37 «б»)
; (35)
в) пятифакторный эксперимент (см. табл. 37 «в»)
г) в общем виде
; (37)
,
где i, j = 1, 2,…, k — порядковые номера факторов;
— исследуемое свойство бетона;
, 
, 
, 
,…, 
— исходные факторы;
, 
, 
,…, 
, 
,…, 
, 
— коэффициенты уравнений.
9.13. Коэффициенты уравнений при использовании планов первого порядка (см. табл. 36) вычисляются по следующим формулам:
; (38)
; (39)
, (40)
где 
— значение исследуемого свойства бетона в u-том опыте;
— значение i-того фактора в u-том опыте;
— значение j-того фактора в u-том опыте 
;
— число опытов в плане, за исключением опытов в нулевых точках (для k = 2, 
; для k = 3, 
; для k = 4, 
; для k = 5, ).
9.14. Для планов второго порядка в зависимости от числа факторов k расчет коэффициентов уравнений производится с использованием следующих формул:
а) двухфакторный трехуровневый план на квадрате (см. табл. 37 «а»)
; (41)
; (42)
; (43)
; (44)
б) трехфакторный трехуровневый план на кубе (см. табл. 37 «б»)
; (45)
; (46)
; (47)
; (48)
в) пятифакторный трехуровневый план на гиперкубе (см. табл. 37 «в»)
; (49)
; (50)
; (51)
, (52)
где 
; 
; ;
; 
;
N — общее число опытов в плане (включая нулевые точки).
9.15. После получения уравнений производят проверку отличия коэффициентов от нуля и пригодности уравнения для описания исследуемых зависимостей (проверка адекватности).
Выбор схемы статистического анализа и расчетных формул зависит от типа использования плана и вида получаемых уравнений.
9.16. Статистический анализ линейных зависимостей (планы по табл. 36 «а» — «г») производится, как указано ниже.
По результатам опытов в нулевых (или основных) точках (например, опыты N 17 — 21, табл. 36 «г») определяют:
а) среднее арифметическое значение
; (53)
где 
— значение исследуемого свойства бетона в нулевой точке в u-том опыте;
— число опытов в нулевой точке;
б) дисперсию в нулевой точке
; (54)
в) среднее квадратическое отклонение, характеризующее ошибку опыта:
; (55)
г) среднюю квадратическую ошибку в определении коэффициентов
. (56)
Далее определяют расчетное значение 
— критерия Стьюдента — по формуле
(57)
и сравнивают полученное значение с табличным 
при числе степеней свободы 
, с которым определялась 
; 
(табл. 38).
Таблица 38
─────────────────────────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────
Число степеней свободы │ 2 │ 3 │ 4 │ 5 │ 6 │ 8 │ 10 │ 12 │ 14 │ 16
f_ = n — 1 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │
y 0 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │
─────────────────────────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┼────
Критерий Стьюдента │4,3 │3,18│2,78│2,57│2,45│2,31│2,23│2,18│2,15│2,12
t │ │ │ │ │ │ │ │ │ │
т │ │ │ │ │ │ │ │ │ │
Если 
, то при обычно назначаемом уровне значимости 
коэффициент считают равным нулю, а соответствующий ему член уравнения отбрасывают.
Начинать проверку следует с наименьшего по абсолютному значению коэффициента, так как в случае его значимости надобность в проверке остальных величин отпадает. После отбрасывания незначимых членов получают уточненное уравнение.
Для проверки пригодности полученного уточненного уравнения вычисляют дисперсию адекватности (или остаточную дисперсию) по формуле
, (58)
где — значение исследуемого свойства бетона в u-том опыте;
— значение исследуемого свойства бетона в u-том опыте, вычисленное по уточненному уравнению;
m — число значимых коэффициентов, включая .
Определяют расчетное значение 
— критерия Фишера:
(59)
и сравнивают с F <*> для степеней свободы, с которыми определялись 
и 
, т.е. 
; (табл. 39).
———————————
<*> См. табл. 39.
Таблица 39
|
|
Значение F — критерия при |
||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
12 |
24 |
|
|
|
2 |
18,5 |
19,2 |
19,2 |
19,3 |
19,3 |
19,3 |
19,4 |
19,5 |
19,5 |
|
3 |
10,1 |
9,6 |
9,3 |
9,1 |
9 |
8,9 |
8,7 |
8,6 |
8,5 |
|
4 |
7,7 |
6,9 |
6,6 |
6,4 |
6,3 |
6,2 |
5,9 |
5,8 |
5,6 |
|
5 |
6,6 |
5,8 |
5,4 |
5,2 |
5,1 |
5 |
4,7 |
4,5 |
4,4 |
|
6 |
6 |
5,1 |
4,8 |
4,5 |
4,4 |
4,3 |
4 |
3,8 |
3,7 |
|
7 |
5,6 |
4,7 |
4,4 |
4,1 |
4 |
3,9 |
3,6 |
3,4 |
3,2 |
|
8 |
5,3 |
4,5 |
4,1 |
3,8 |
3,7 |
3,6 |
3,3 |
3,1 |
2,9 |
|
10 |
5 |
4,1 |
3,7 |
3,5 |
3,3 |
3,2 |
2,9 |
2,7 |
2,5 |
Уравнение признается пригодным, если 
.
Следует иметь в виду, что при вычислении F в числителе всегда должна стоять 
дисперсия. Так, если 
, то
. (59а)
9.17. Статистический анализ квадратичных зависимостей (по планам табл. 37) производится, как указано ниже.
Вычисляют среднее арифметическое значение, дисперсию и среднее квадратическое отклонение, характеризующее ошибку опыта по формулам (53) — (55).
Ошибку в определении коэффициентов вычисляют по следующим формулам в зависимости от числа принятых факторов k:
а) двухфакторный план (см. табл. 37 «a»), k = 2:
; 
;
; 
;
; 
;
; 
;
б) трехфакторный эксперимент (см. табл. 37 «б»), k = 3:
; 
;
; 
;
; 
;
; 
;
в) пятифакторный эксперимент (см. табл. 37 «в»), k = 5:
; 
;
; 
;
; 
;
; 
.
Далее определяют расчетные значения t — критерия Стьюдента для каждой группы коэффициентов по формуле (57) и сравнивают полученные значения с табличным 
при числе степеней свободы .
Коэффициенты при квадратичных членах не следует исключать из уравнения даже в случае их статистической незначимости (т.е. при ).
Дисперсию адекватности вычисляют по формуле
, (60)
где N — общее число экспериментов в плане, включая и опыты в нулевых точках;
— число экспериментов на нулевом уровне.
Остальные обозначения соответствуют принятым в п. 9.16 настоящего Руководства.
Расчетное значение F — критерия Фишера и оценку пригодности уравнения определяют в соответствии с правилами, изложенными в п. 9.16, но при числе степеней свободы 
.
9.18. Перед использованием полученных уравнений для решения поставленных задач корректируют коэффициент . Для этого в производственных условиях приготавливают подряд 10 замесов бетонной смеси. Из приготовленных смесей отбирают пробы бетона, которые испытывают с определением свойств бетона и бетонной смеси по методикам соответствующих стандартов. По всем 10 замесам вычисляют среднее арифметическое значение
(61)
и средние квадратические отклонения
, (62)
где 
(i = 1, 2,…, 10) — показатели свойств бетона в первом, втором десятом замесах.
Для условий приготовления данного состава по соответствующим уравнениям вычисляют теоретические значения показателей свойств бетона 
.
Далее вычисляют абсолютное значение разницы между 
и и сравнивают его с величиной 
.
Если 
, то разница между и признается несущественной и уточнение коэффициента не производится.
В противном случае коэффициент в уравнении меняют на величину 
, т.е. увеличивают на 
, если эта величина положительная, и уменьшают, если она отрицательная.
9.19. Уточненные производственными экспериментами уравнения могут использоваться для решения различных производственных задач, связанных с корректировкой и оптимизацией состава бетона.
Пример. Требуется подобрать состав бетона марок М 300 и М 400 с прочностью 60 — 70% марочной в возрасте 3 сут нормального твердения при введении в состав бетона добавки — ускорителя твердения 
в количестве 3% массы цемента и с жесткостью смеси не более 30 с по техническому вискозиметру.
Характеристики материалов. Портландцемент М 400; НГЦТ = 0,265. Песок рядовой Тучковского карьера 
; 
. Щебень гранитный фракции 5 — 20 мм; водопоглощение W = 0,5%, 
.
В качестве переменных выбираем следующие: 
смеси; 
— доля песка в смеси заполнителей, r; 
— водосодержание смеси В, л/м3.
Интервалы варьирования переменных назначаем с учетом рекомендаций табл. 35.
Значения интервалов варьирования факторов сведены в табл. 40.
Таблица 40
─────────────────────────────┬──────────┬─────────────────────────
Код │ Значение │ Значение факторов
│ кода ├────────┬────────┬───────
│ │ X │ X │ X
│ │ 1 │ 2 │ 3
─────────────────────────────┼──────────┼────────┼────────┼───────
Основной уровень │ 0 │ 0,4 │ 0,4 │ 180
Интервал варьирования │Дельта X │ 0,05 │ 0,05 │ 10
│ i │ │ │
Верхний уровень │ + │ 0,45 │ 0,45 │ 190
Нижний уровень │ — │ 0,35 │ 0,35 │ 170
Поскольку ставится задача определения прочностных характеристик в сравнительно узком диапазоне изменения переменных, принимаем для реализации линейный план для k = 3 (см. табл. 36 «б»), а для определения жесткости — трехуровневый нелинейный план для k = 3 (см. табл. 37 «б»).
Расчет состава бетона (расход цемента, песка, щебня и т.д.) производится в соответствии с рекомендациями разд. 4 — 6 настоящего Руководства. Для этого, помимо кодовой записи плана эксперимента (см. табл. 36 «б» и 37 «б»), составляем параллельную таблицу натуральных значений переменных в каждом опыте (табл. 41).
Таблица 41
───────────────┬────────────────────┬─────────────────────────────
N опыта │ План │ Натуральные значения
│ эксперимента │ переменных
───────┬───────┼──────┬──────┬──────┼─────────┬──────────┬────────
табл. │ табл. │ x │ x │ x │x — В/Ц │ x — r │ x — В,
36 «а» │37 «а» │ 1 │ 2 │ 3 │ 1 │ 2 │ 3
│ │ │ │ │ │ │ л/м3
───────┼───────┼──────┼──────┼──────┼─────────┼──────────┼────────
1 │ 1 │ +1 │ +1 │ +1 │ 0,45 │ 0,45 │ 190
2 │ 2 │ -1 │ +1 │ +1 │ 0,35 │ 0,45 │ 190
3 │ 3 │ +1 │ -1 │ +1 │ 0,45 │ 0,35 │ 190
4 │ 4 │ -1 │ -1 │ + │ 0,35 │ 0,35 │ 190
5 │ 5 │ +1 │ +1 │ -1 │ 0,45 │ 0,45 │ 170
6 │ 6 │ -1 │ +1 │ -1 │ 0,35 │ 0,45 │ 170
7 │ 7 │ +1 │ -1 │ -1 │ 0,45 │ 0,35 │ 170
8 │ 8 │ -1 │ -1 │ -1 │ 0,35 │ 0,35 │ 170
— │ 9 │ -1 │ 0 │ 0 │ 0,45 │ 0,4 │ 180
— │ 10 │ -1 │ 0 │ 0 │ 0,35 │ 0,4 │ 180
— │ 11 │ 0 │ +1 │ 0 │ 0,4 │ 0,45 │ 180
— │ 12 │ 0 │ -1 │ 0 │ 0,4 │ 0,35 │ 180
— │ 13 │ 0 │ 0 │ +1 │ 0,4 │ 0,4 │ 190
— │ 14 │ 0 │ 0 │ -1 │ 0,4 │ 0,4 │ 170
9 │ 15 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0,4 │ 0,4 │ 180
10 │ 16 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0,4 │ 0,4 │ 180
11 │ 17 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0,4 │ 0,4 │ 180
Определение жесткости смеси проводим с помощью технического вискозиметра, а прочности бетона — испытанием кубов 10 x 10 x 10 см в возрасте 3 — 28 сут нормального хранения, т.е. в каждом опыте изготовляем 6 образцов-кубов. Объем одного замеса 7 л. Опытные замесы выполняются в соответствии с указаниями разд. 4 настоящего Руководства. При проведении замесов опыты (в соответствии с рекомендациями п. 9.11 настоящего Руководства) разбиваются на группы таким образом, чтобы опыты в нулевой точке были равномерно распределены между остальными. В частности, принимаем следующий порядок реализации линейного плана: опыты 1, 2, 3, 9, 4, 5, 10, 6, 7, 8, 11, а трехуровневого нелинейного — соответственно опыты 1, 2, 3, 4, 5, 15, 6, 7, 8, 9, 10, 16, 11, 12, 13, 14, 17. Результаты определений прочности заносятся в табл. 42.
Таблица 42
─────┬───────────┬──────────────┬─────────┬───────┬───────────────────────────────────
N │План экспе-│Взаимодействие│Прочность│R /R ,│ R x
опыта│римента │ │ бетона, │ 3 28 │ 3
│ │ │ кгс/см2 │ % │
├───┬───┬───┼────┬────┬────┼────┬────┤ ├─────┬─────┬─────┬─────┬─────┬─────
│ x │ x │ x │x x │x x │x x │ R │ R │ │ x │ x │ x │ x x │ x x │ x x
│ 1│ 2│ 3│ 1 2│ 1 3│ 2 3│ 3 │ 28│ │ 1 │ 2 │ 3 │ 1 2│ 1 3│ 2 3
─────┼───┼───┼───┼────┼────┼────┼────┼────┼───────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────
1 │ 2 │ 3 │ 4 │ 5 │ 6 │ 7 │ 8 │ 9 │ 10 │ 11 │ 12 │ 13 │ 14 │ 15 │ 16
─────┼───┼───┼───┼────┼────┼────┼────┼────┼───────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────
1 │ + │ + │ + │ + │ + │ + │166 │302 │ 55 │ 166 │ 166 │ 166 │ 166 │ 166 │ 166
2 │ — │ + │ + │ — │ — │ + │280 │391 │ 72 │-280 │ 280 │ 280 │-280 │-280 │ 280
3 │ + │ — │ + │ — │ + │ — │166 │353 │ 47 │ 166 │-166 │ 166 │-166 │ 166 │-166
4 │ — │ — │ + │ + │ — │ — │311 │425 │ 73 │-311 │-311 │ 311 │ 311 │-311 │-311
5 │ + │ + │ + │ + │ — │ — │151 │281 │ 54 │ 151 │ 151 │-151 │ 151 │-151 │-151
6 │ — │ + │ — │ — │ + │ — │279 │472 │ 59 │-279 │ 279 │-279 │-279 │ 279 │-279
7 │ + │ — │ — │ — │ — │ + │225 │340 │ 66 │ 225 │-225 │-225 │-225 │-225 │ 225
8 │ — │ — │ — │ + │ + │ + │269 │447 │ 60 │-269 │-269 │-269 │ 269 │ 269 │ 269
9 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │223 │363 │ 62 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0
10 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │235 │375 │ 63 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0
11 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │228 │381 │ 60 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0
│ │ │ │ │ │ │ │ ├───────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────
│ │ │ │ │ │ │ │ │ SUM │-431 │ -95 │ -1 │ -53 │ -87 │ 33
Продолжение табл. 42
─────┬───────────────────────────────────┬─────────────────────────────
N │ R x │ R /R x
опыта│ 28 │ 3 28
│ │
├─────┬─────┬─────┬─────┬─────┬─────┼────┬────┬────┬────┬────┬────
│ x │ x │ x │ x x │ x x │ x x │ x │ x │ x │x x │x x │x x
│ 1 │ 2 │ 3 │ 1 2│ 1 3│ 2 3│ 1 │ 2 │ 3 │ 1 2│ 1 3│ 2 3
─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼────┼────┼────┼────┼────┼────
1 │ 17 │ 18 │ 19 │ 20 │ 21 │ 22 │ 23 │ 24 │ 25 │ 26 │ 27 │ 28
─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼────┼────┼────┼────┼────┼────
1 │ 302 │ 302 │ 302 │ 302 │ 302 │ 302 │ 55 │ 55 │ 55 │ 55 │ 55 │ 55
2 │-391 │ 391 │ 391 │-391 │-391 │ 391 │-72 │ 72 │ 72 │-72 │-72 │ 72
3 │ 353 │-353 │ 353 │-353 │ 353 │ 353 │ 47 │-47 │ 47 │-47 │ 47 │-47
4 │-425 │-425 │ 425 │ 425 │-425 │-425 │-73 │-73 │ 73 │ 73 │-73 │-73
5 │ 281 │ 281 │-281 │ 281 │-281 │-281 │ 54 │ 54 │-54 │ 54 │-54 │-54
6 │-472 │ 472 │-472 │-472 │ 472 │-472 │-59 │ 59 │-59 │-59 │ 59 │-59
7 │ 340 │-340 │-340 │-340 │-340 │ 340 │ 66 │-66 │-66 │-66 │-66 │ 66
8 │-447 │-447 │-447 │ 447 │ 447 │ 447 │-60 │-60 │-60 │ 60 │ 60 │ 60
9 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0
10 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0
11 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0
─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼────┼────┼────┼────┼────┼────
SUM │-459 │-119 │ -69 │-101 │ 137 │ -51 │-42 │ -6 │ 8 │ -2 │-44 │ 20
По формулам (38) — (40) рассчитываем коэффициенты соответствующих уравнений прочности.
Знак перед численным значением прочности определяется соответствующей графой табл. 42. Так, например, при вычислении коэффициента 
умножаем значение прочности (графа 9) на соответствующие значения (графа 2); коэффициента умножаем на соответствующие значения (графа 3); коэффициента умножаем на соответствующие значения 
и т.д.
Например, для , имеем:
;
;
;
;
;
;
.
Для имеем:
;
;
;
;
;
;
.
Для 
имеем:
;
;
;
;
;
;
.
План проведения опытов и результаты определения жесткости смеси заносим в табл. 43.
Таблица 43
─────┬────────────┬───────────┬──────────────┬─────┬────┬───────┬──────────┬───────────────┬──────────────┬────────────────────
│ │ │ │ │ / │ │ 2 │ │ │
N │ План │ Квадрат │Взаимодействия│ y │ y │ Дельта│ Дельта │ Ж , (x ) │ Квадрат │ Взаимодействия
опыта│эксперимента│ переменных│ (x x ) │ u │ р │ │ │ с i │ перемен. │ Ж, с (x x )
│ (x ) │ 2 │ i j │ │ │ │ │ │ 2 │ i j
│ i │ (x ) │ │ │ │ │ │ │ Ж, с (x ) │
│ │ i │ │ │ │ │ │ │ i │
├───┬───┬────┼───┬───┬───┼────┬────┬────┼─────┼────┼───────┼──────────┼─────┬────┬────┼────┬────┬────┼──────┬──────┬──────
│ │ │ │ 2│ 2│ 2│ │ │ │ │ │ /│ / 2│ │ │ │ 2 │ 2 │ 2 │ │ │
│ x │ x │ x │ x │ x │ x │x x │x x │x x │Ж, с │Ж, с│y — y │(y — y ) │ x y │x y │x y │x y │x y │x y │x x y │x x y │x x y
│ 1│ 2│ 3 │ 1│ 2│ 3│ 1 2│ 1 3│ 2 3│ │ │ u p│ u p │ 1 u│ 2 u│ 3 u│ 1 u│ 2 u│ 3 u│ 1 2 u│ 1 3 u│ 2 3 u
─────┼───┼───┼────┼───┼───┼───┼────┼────┼────┼─────┼────┼───────┼──────────┼─────┼────┼────┼────┼────┼────┼──────┼──────┼──────
1 │ 2 │ 3 │ 4 │ 5 │ 6 │ 7 │ 8 │ 9 │ 10 │ 11 │ 12 │ 13 │ 14 │ 15 │ 16 │ 17 │ 18 │ 19 │ 20 │ 21 │ 22 │ 23
─────┼───┼───┼────┼───┼───┼───┼────┼────┼────┼─────┼────┼───────┼──────────┼─────┼────┼────┼────┼────┼────┼──────┼──────┼──────
1 │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ 18 │16,5│ 1,5 │ 2,25 │ 18 │ 18 │ 18│ 18 │ 18 │ 18 │ 18 │ 18 │ 18
2 │ — │ + │ + │ + │ + │ + │ — │ — │ + │ 30 │28,5│ 1,5 │ 2,25 │ -30 │ 30 │ 30│ 30 │ 30 │ 30 │ -30 │ -30 │ 30
3 │ + │ — │ + │ + │ + │ + │ — │ + │ — │ 16 │19,5│ 3,5 │ 12,25 │ 16 │-16 │ 16│ 16 │ 16 │ 16 │ -16 │ 16 │ -16
4 │ — │ — │ + │ + │ + │ + │ + │ — │ — │ 26 │25,5│ 0,5 │ 0,25 │ -26 │-26 │ 26│ 26 │ 26 │ 26 │ 26 │ -26 │ -26
5 │ + │ + │ — │ + │ + │ + │ + │ — │ — │ 47 │46,5│ 0,5 │ 0,25 │ 47 │ 47 │ -47│ 47 │ 47 │ 47 │ 47 │ -47 │ -47
6 │ — │ + │ — │ + │ + │ + │ — │ + │ — │ 58 │58,5│ 0,5 │ 0,25 │ -58 │ 58 │ -58│ 58 │ 58 │ 58 │ -58 │ 58 │ -58
7 │ + │ — │ — │ + │ + │ + │ — │ — │ + │ 53 │49,5│ 3,5 │ 12,25 │ 53 │-53 │ -53│ 53 │ 53 │ 53 │ -53 │ -53 │ 53
8 │ — │ — │ — │ + │ + │ + │ + │ + │ + │ 54 │55,5│ 1,5 │ 2,25 │ -54 │-54 │ -54│ 54 │ 54 │ 54 │ 54 │ 54 │ 54
9 │ + │ 0 │ 0 │ + │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ 0 │ 23 │23 │ — │ — │ 23 │ — │ — │ 23 │ — │ — │ — │ — │ —
10 │ — │ 0 │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 35 │32 │ 3 │ 9 │ -35 │ — │ — │+35 │ — │ — │ — │ — │ —
11 │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 26 │24,5│ 1,5 │ 2,25 │ — │ 26 │ — │ — │ 26 │ — │ — │ — │ —
12 │ 0 │ — │ 0 │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 26 │24,5│ 1,5 │ 2,25 │ — │-26 │ — │ — │ 26 │ — │ — │ — │ —
13 │ 0 │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ 0 │ 11 │ 8,5│ 2,5 │ 6,25 │ — │ — │ 11│ — │ — │ 11 │ — │ — │ —
14 │ 0 │ 0 │ — │ 0 │ 0 │ + │ 0 │ 0 │ 0 │ 39 │38,5│ 0,5 │ 0,25 │ — │ — │ -39│ — │ — │ 39 │ — │ — │ —
15 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 27 │19 │ 8 │ 64 │ — │ — │ — │ — │ — │ — │ — │ — │ —
16 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 23 │19 │ 4 │ 16 │ — │ — │ — │ — │ — │ — │ — │ — │ —
17 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 22 │19 │ 3 │ 9 │ — │ — │ — │ — │ — │ — │ — │ — │ —
│ │ │ │ │ │ │ │ │ ├─────┼────┼───────┴──────────┼─────┼────┼────┼────┼────┼────┼──────┼──────┼──────
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ 2 │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │SUM =│508 │SUM Дельта = 141 │SUM =│ 4 │-150│360 │354 │352 │ -12 │ -10 │ 8
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │= 534│ │ │= -46│ │ │ │ │ │ │ │
Расчет коэффициентов уравнения жесткости проводим по соотношениям (45) — (48).
Для этого вычисляем соответствующие суммы из табл. 43:
;
;
;
;
;
;
;
;
;
; 
.
Подставляя полученные промежуточные значения сумм в соотношения (45) — (48), получаем:
;
;
;
;
;
;
;
;
;
.
Значения коэффициентов всех уравнений сводим в табл. 44.
Таблица 44
────────────┬──────────────────────────────────────────────────────────────
Параметр │ Коэффициенты уравнений
├─────┬──────┬─────┬───────┬────┬────┬────┬──────┬──────┬──────
│ b │ b │ b │ b │ b │ b │ b │ b │ b │ b
│ 0 │ 1 │ 2 │ 3 │ 11│ 22│ 33│ 12 │ 13 │ 23
────────────┼─────┼──────┼─────┼───────┼────┼────┼────┼──────┼──────┼──────
R │ 231 │ -54 │ -12 │-0,125 │ — │ — │ — │ -6,5 │ -11 │ 4
3 │ │ │ │ <*> │ │ │ │ <*> │ │ <*>
────────────┼─────┼──────┼─────┼───────┼────┼────┼────┼──────┼──────┼──────
R │ 376 │ -57 │ -15 │ -8,6 │ — │ — │ — │-12,5 │ 17,1 │ -6,5
28 │ │ │ │ <*> │ │ │ │ <*> │ │ <*>
────────────┼─────┼──────┼─────┼───────┼────┼────┼────┼──────┼──────┼──────
R /R x 100│ 61 │-5,25 │ -1 │ 1 │ — │ — │ — │-0,25 │ -5,5 │ 2,5
3 28 │ │ │ <*> │ <*> │ │ │ │ <*> │ │
────────────┼─────┼──────┼─────┼───────┼────┼────┼────┼──────┼──────┼──────
Ж │22,8 │-4,6 │ 0,4 │ -15 │7,4 │4,4 │3,4 │ -1,5 │-1,25 │ 1
│ │ │ <*> │ │ │ │ │ <*> │ <*> │ <*>
———————————
<*> Незначимые коэффициенты.
В соответствии с указаниями п. 9.16 настоящего Руководства проводим статистическую проверку значимости коэффициентов и пригодности полученных уравнений для описания исследуемых зависимостей.
Для этого по результатам опытов в нулевой точке (основной) в соответствии с формулами (53) и (56) определяем:
среднеарифметическое значение параметра — 
;
дисперсию в нулевой точке — 
;
среднее квадратическое отклонение 
и среднюю квадратическую ошибку в определении коэффициентов 
.
Например, для имеем:
;
;
;
.
Для имеем:
;
;
;
.
Для имеем:
;
;
;
.
Результаты расчетов заносим в табл. 45.
Таблица 45
────────────────────────┬──────────┬──────────┬─────────┬─────────
│ │ 2 2 │ │
Параметр │ y │ S_ = S │ S_ = S │ S {b }
│ 0 │ y 0 │ y 0 │ i
────────────────────────┼──────────┼──────────┼─────────┼─────────
R │ 229 │ 36 │ 6 │ 2,14
3 │ │ │ │
R │ 373 │ 84 │ 9,16 │ 3,24
28 │ │ │ │
R /R │ 62 │ 2,5 │ 1,6 │ 0,56
3 28 │ │ │ │
Определяем расчетное значение t — критерия Стьюдента по формуле (57) и устанавливаем значимость коэффициентов уравнений для определения , , и . Проверку производим, начиная с самого малого коэффициента.
Для имеем
и сравниваем
с из табл. 38 при 
; 
.
— коэффициент незначим. Далее
— коэффициент незначим;
— то же;
— коэффициент значим.
Следовательно, значимы и все остальные коэффициенты.
Аналогичную оценку коэффициентов устанавливаем для и . Незначимые коэффициенты отмечаем звездочкой в табл. 44 и приравниваем нулю.
Для уравнения жесткости смеси имеем следующие оценки:
;
;
.
Используя соотношения п. 9.17 «б» настоящего Руководства, вычисляем ошибки в определении коэффициентов уравнения:
;
;
;
.
Определяем значимость коэффициентов, сравнивая 
с 
(f = 17 по табл. 38):
а) для 
, 
— коэффициент значим;
для 
— коэффициент незначим;
» 
— коэффициент значим;
следовательно, значим и коэффициент 
;
б) для 
— коэффициент незначим;
» 
— коэффициент значим;
следовательно, значим и коэффициент 
;
в) для 
— незначим,
следовательно, незначимы все парные взаимодействия.
Окончательно уточненные коэффициенты приведены в табл. 46.
Таблица 46
────────────────┬──────────────────────────────────────────────────────────
Параметры │ Значения коэффициентов
├────┬──────┬────┬────┬───┬─────┬────┬─────┬──────┬───┬────
│ b │ b │ b │ b │b │ b │ b │ b │ b │b │ m
│ 0 │ 1 │ 2 │ 3 │ 11│ 22 │ 33│ 12 │ 13 │ 23│
────────────────┼────┼──────┼────┼────┼───┼─────┼────┼─────┼──────┼───┼────
R │231 │ -54 │-12 │ 0 │ — │ — │ — │ 0 │ -11 │0 │ 4
3 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │
R │376 │ -57 │-15 │ 0 │ — │ — │ — │ 0 │ 17 │0 │ 4
28 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │
R /R x 100 │ 61 │ -5 │ 0 │ 0 │ — │ — │ — │ 0 │ -5,5│2,5│ 4
3 28 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │
Ж │ 23 │ -4,5│ 0 │-15 │7,4│ 4,4 │3,4 │-1,5 │ 0 │0 │ 7
В таблице значения коэффициентов приняты с точностью до 0,5.
Полученные уравнения прочности и жесткости имеют вид:
;
;
;
.
Производим проверку пригодности уточненных уравнений по формулам (58) и (59). Для вычисления дисперсии адекватности (или остаточной дисперсии) составляем вспомогательную таблицу для каждого параметра. В каждой строке этой таблицы в числителе представлены кодированные значения переменных в соответствии с матрицей планирования, а в знаменателе приведены произведения, полученные перемножением коэффициентов на соответствующее кодированное значение переменной.
Пример расчета для параметра представлен в табл. 47 и далее по тексту.
Таблица 47
─────┬───┬────┬────┬──┬────┬──────┬────┬───┬───┬────────┬──────────────────
│ │ │ │ │ │ │ │ /│ │ │ 2
N │ x │ x │ x │x │x x │ x x │x x │ y │ y │|Дельта|│ Дельта
опыта│ 0│ 1 │ 2 │ 3│ 1 2│ 1 3 │ 2 3│ │ э│ │
─────┼───┼────┼────┼──┼────┼──────┼────┼───┼───┼────────┼──────────────────
1 │376│ + │ + │ +│ + │ + │ + │321│302│ 19 │ 361
│ ├────┼────┼──┼────┼──────┼────┤ │ │ │
│ │-57 │-15 │ 0│ 0 │ 17,1 │ 0 │ │ │ │
─────┼───┼────┼────┼──┼────┼──────┼────┼───┼───┼────────┼──────────────────
2 │376│ — │ + │ +│ — │ — │ + │401│391│ 10 │ 100
│ ├────┼────┼──┼────┼──────┼────┤ │ │ │
│ │ 57 │-15 │ 0│ 0 │-17,1 │ 0 │ │ │ │
─────┼───┼────┼────┼──┼────┼──────┼────┼───┼───┼────────┼──────────────────
3 │376│ + │ — │ +│ — │ + │ — │351│353│ 2 │ 4
│ ├────┼────┼──┼────┼──────┼────┤ │ │ │
│ │-57 │+15 │ 0│ 0 │ 17,1 │ 0 │ │ │ │
─────┼───┼────┼────┼──┼────┼──────┼────┼───┼───┼────────┼──────────────────
4 │376│ — │ — │ +│ + │ — │ — │431│425│ 6 │ 36
│ ├────┼────┼──┼────┼──────┼────┤ │ │ │
│ │ 57 │ 15 │ 0│ 0 │-17,1 │ 0 │ │ │ │
─────┼───┼────┼────┼──┼────┼──────┼────┼───┼───┼────────┼──────────────────
5 │376│ + │ + │ -│ + │ — │ — │287│281│ 6 │ 36
│ ├────┼────┼──┼────┼──────┼────┤ │ │ │
│ │-57 │-15 │ 0│ 0 │-17,1 │ 0 │ │ │ │
─────┼───┼────┼────┼──┼────┼──────┼────┼───┼───┼────────┼──────────────────
6 │376│ — │ + │ -│ — │ + │ — │435│472│ 37 │ 1369
│ ├────┼────┼──┼────┼──────┼────┤ │ │ │
│ │ 57 │-15 │ 0│ 0 │ 17,1 │ 0 │ │ │ │
─────┼───┼────┼────┼──┼────┼──────┼────┼───┼───┼────────┼──────────────────
7 │376│ + │ — │ -│ — │ — │ + │317│340│ 23 │ 529
│ ├────┼────┼──┼────┼──────┼────┤ │ │ │
│ │-57 │ 15 │ 0│ 0 │-17,1 │ 0 │ │ │ │
─────┼───┼────┼────┼──┼────┼──────┼────┼───┼───┼────────┼──────────────────
8 │376│ — │ — │ -│ + │ + │ + │465│447│ 18 │ 324
│ ├────┼────┼──┼────┼──────┼────┤ │ │ │
│ │ 57 │ 15 │ 0│ 0 │ 17,1 │ 0 │ │ │ │
─────┼───┼────┼────┼──┼────┼──────┼────┼───┼───┼────────┼──────────────────
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ 2
b │376│-57 │-15 │ 0│ 0 │ 17,1 │ 0 │ — │ — │ — │SUM Дельта = 2759
i │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │
Для удобства расчета в последней строке табл. 47 из табл. 46 приведены расчетные значения четырех коэффициентов уравнения (m = 4).
Столбец 
обозначает расчетное значение по уточненному уравнению (см. табл. 47); в столбце 
представлены значения , полученные в результате испытания опытных образцов (см. табл. 42, графа 9):
, а 
.
Далее определяем дисперсию адекватности:
.
В нашем примере 
, 
; m = 4, 
и 
.
Определяем расчетное значение — коэффициента Фишера, учитывая, что 
[см. формулы (59), (59а) и табл. 46]:
.
По табл. 39 при 
и 
, т.е. 
,
и уравнение прочности пригодно для описания исходной зависимости в исследованных пределах изменения факторов.
Приступаем к решению поставленной задачи.
Первым ограничением является обеспечение жесткости бетонной смеси, которая не должна быть выше 30 с.
Из анализа уравнения жесткости следует, что при прочих равных условиях минимальной жесткостью будет обладать смесь, в которой доля песка примерно равна 0,4 
. Принимая 
и подставляя это значение в уравнение, получим
.
Определяем предельные значения факторов и , обеспечивающих значение жесткости смеси не более 30 с;
а) при 
.
Подставляя заданное значение Ж = 30 с, получаем квадратное уравнение:
или
;
;
.
Второе значение 
лежит за пределами эксперимента и не учитывается.
Следовательно, из условия получения жесткости не более 30 с должно лежать в интервале 0,364 — 1 или в натуральных значениях:
;
,
т.е. в пределах В = 184 — 190 л/м3.
Все последующие значения В/Ц (
; 0; +0,5; +1) дают близкие значения , т.е. близкие расходы воды:
б) при (В/Ц = 0,375)
; В = 178 — 190 л/м3;
в) при 
(В/Ц = 0,4)
; В = 176 — 190 л/м3;
г) при 
(В/Ц = 0,425)
; В = 175,4 — 190 л/м3;
д) при 
(В/Ц = 0,45)
; В = 178 — 190 л/м3.
Для рассмотренных случаев определяем условия получения максимальной ранней прочности бетона ( макс):
а) для и (В/Ц = 0,35 и r = 0,4)
и
макс. достигается при 
.
Отсюда 
,
при этом:
Ж = 23 + 4,5 — 15 + 7,4 + 3,4 = 23,3 с < 30 с;
;
б) для и (В/Ц = 0,4 и r = 0,4)
и Ж < 30 с достигается при значении и В = 176 л/м3, при этом 
;
в) для и 
(В/Ц = 0,45, r = 0,4)
;
при 
;
.
Таким образом, окончательно имеем:
для бетона марки М 400 с ранней прочностью 70% марочной
; В/Ц = 0,35;
; r = 0,4;
; В = 190 л/м3; Ж <= 30 с;
для бетона марки М 300 с ранней прочностью, составляющей 60% марочной:
; В/Ц = 0,45;
; r = 0,4;
; В = 176 л/м3; Ж <= 30 с.
Аналогично производятся расчеты для остальных параметров.
Расчет адекватности для уравнения жесткости приведен по данным табл. 43:
;
(по табл. 39 для 
и ).
Принятый состав бетона проверяется опытным замесом и корректируется для производственного применения с учетом влажности заполнителей.
10. ОПРЕДЕЛЕНИЕ, КОНТРОЛЬ И ОЦЕНКА КАЧЕСТВЕННЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ, БЕТОННОЙ СМЕСИ И БЕТОНА
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЕГО СОСТАВА
10.1. Под «качественными характеристиками» бетона понимаются нормируемые в задании на проектирование состава бетона его физико-механические свойства, которые обычно называются «марками». В соответствии с главой СНиП II-21-75 «Бетонные и железобетонные конструкции», ГОСТ 4797-69*, ГОСТ 8424-72* и другими нормативными документами установлены марки бетона: по прочности на сжатие; по прочности на осевое растяжение или растяжение при изгибе; по морозостойкости; по водонепроницаемости; истираемости; коррозионной стойкости и др. Количественные величины качественных характеристик бетона, заданные в проекте, в дальнейшем будут называться «нормируемые».
10.2. Все задаваемые в проекте качественные характеристики бетона должны иметь стандартные методы их определения (по ГОСТ или ОСТ). При отсутствии стандартных методов определения заданных характеристик методика их определения должна быть изложена в проектной документации.
10.3. Определение качественных характеристик материалов, бетонной смеси и бетона должно производиться по следующим стандартам: цемента — по ГОСТ 310.1-310.4-76, песка — по ГОСТ 8735-75, ГОСТ 4798-69*, ГОСТ 8424-72*, гравия и щебня — по ГОСТ 8269-76, ГОСТ 4798-69*, ГОСТ 8424-72*; прочность бетона на сжатие и растяжение путем разрушающих испытаний специально изготовленных образцов определяется по ГОСТ 10180-74; прочность бетона на сжатие путем неразрушающих испытаний — по ГОСТ 17624-72 и ГОСТ 21243-75; подвижность и жесткость бетонной смеси — по ГОСТ 10181-76; морозостойкость бетона — по ГОСТ 10060-76; водонепроницаемость бетона — по ГОСТ 4800-59; коэффициент фильтрации бетона — по ГОСТ 19426-74; плотность, пористость, объемная масса, водопоглощение, влажность — по ГОСТ 12730-67; истираемость бетона — по ГОСТ 13087-67.
10.4. Под «контролем» понимается соблюдение:
правил испытания составляющих бетон материалов;
правил определения подвижности или жесткости бетонной смеси;
правил изготовления, обработки и хранения контрольных образцов до их испытания;
правил применения разрушающих и неразрушающих методов определения характеристик бетона.
10.5. Контроль за качеством бетона при проектировании его состава должен осуществляться по трем основным направлениям:
а) контроль качества составляющих бетон материалов, обеспечивающий использование материалов для приготовления бетона, отвечающих всем требованиям соответствующих стандартов или технических условий на эти материалы, а также дополнительным требованиям, изложенным в задании на проектирование состава бетона;
б) пооперационный контроль всех технологических процессов приготовления бетонной смеси, изготовления контрольных образцов бетона и режимов их твердения, обеспечивающий соблюдение установленных проектом состава бетона и условий его твердения;
в) контроль качества затвердевшего бетона, обеспечивающий получение бетона, соответствующего всем требованиям задания на проектирование бетона.
10.6. Пооперационный контроль качества бетона должен включать в себя:
контроль соответствия фактического состава, подвижности или жесткости и температуры бетонной смеси (включая добавки) проектным;
контроль соответствия форм для изготовления образцов требованиям ГОСТа;
контроль соблюдения методики изготовления образцов для определения характеристики бетона и условий их твердения вплоть до момента определения.
10.7. Контроль качества затвердевшего бетона должен обязательно включать в себя контроль прочности бетона на сжатие, который должен осуществляться применительно к методике ГОСТ 18105-72* при применении разрушающих способов определения прочности бетона и по ГОСТ 21217-75 при применении неразрушающих способов определения прочности бетона.
Если в задании на проектирование бетона нормированы другие качественные характеристики бетона, то они также должны быть включены в контроль затвердевшего бетона. В случае, когда в соответствующих стандартах на методы испытаний не указаны нормы проведения контроля, эти нормы должны быть указаны в задании на проектирование.
10.8. Под «оценкой» понимается:
установление величин требуемых значений нормируемых качественных характеристик бетона;
сравнение (по установленным правилам) фактических величин, значений качественных характеристик бетона с требуемыми и принятие решения о соответствии качества бетона заданному в проекте.
10.9. При применении статистических методов контроля и оценки качества бетона величины требуемых значений устанавливаются с учетом однородности этих характеристик, например при определении прочности бетона требуемые значения устанавливаются по ГОСТ 18105-72* и ГОСТ 21217-75.
10.10. При нестатистических методах контроля за значения требуемых характеристик принимают нормируемые.
Приложение 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОПОТРЕБНОСТИ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ В БЕТОННОЙ СМЕСИ
Водопотребность заполнителей определяют исходя из условия равноподвижности бетонной смеси. Для этого:
1) приготовляют стандартный раствор состава 1:2 (300 г цемента и 600 г стандартного вольского кварцевого песка, отвечающего требованиям ГОСТ 6139-70, с водопотребностью 4%). Смесь перемешивают всухую в течение 1 мин и 5 мин с водой, добиваясь расплыва конуса, определяемого на встряхивающем столике, равного 170 мм (по методике, изложенной в ГОСТ 310.1-76 — 310.4-76), и определяют 
;
2) подбирают 
, при котором раствор состава 1:2 на исследуемом песке имеет такой же расплыв конуса (170 мм);
3) устанавливают осадку конуса (или жесткость) раствора состава 1:2 на исследуемом песке при , определенном ранее на встряхивающем столике. Для этого отвешивают 5 кг цемента и 10 кг песка и перемешивают их вначале 1 мин всухую, а затем 5 мин с водой, количество которой устанавливают в соответствии с . После этого определяют подвижность раствора стандартными способами;
4) подбирают 
, при котором достигается та же осадка конуса (жесткость) бетонной смеси состава 1:2:3,5, т.е. получается бетонная смесь нормальной густоты. Для этого отвешивают 2,5 кг цемента, 5 кг песка и 8,75 кг щебня (гравия), перемешивают их 1 мин всухую и 5 мин с водой, а затем определяют подвижность бетонной смеси стандартными способами.
Водопотребность исследуемых заполнителей в процентах вычисляют по формулам:
;
,
где , и — водоцементное отношение соответственно раствора на исследуемом песке, стандартного раствора и бетона;
и 
— водопотребность соответственно песка и крупного заполнителя.
Приложение 2
ОСОБЕННОСТЬ ПОДБОРА СОСТАВА ТЯЖЕЛЫХ БЕТОНОВ РАЗНЫХ ВИДОВ
И НА МАТЕРИАЛАХ РАЗЛИЧНОГО КАЧЕСТВА
БЕТОН НА МЕЛКОМ ПЕСКЕ И КРУПНОМ ЗАПОЛНИТЕЛЕ
Мелкие пески 
имеют более однородный зерновой состав, 
удельную поверхность, низкую насыпную объемную массу и повышенную пустотность по сравнению с более крупными песками. Бетон на мелких песках обладает повышенной водопотребностью, более высоким расходом цемента и несколько пониженной прочностью. Однако бетонные смеси на мелких песках по сравнению с крупными песками при одинаковой осадке конуса обладают лучшей удобоукладываемостью, что позволяет снизить осадку конуса и несколько уменьшить перерасход цемента на 1 м3 бетона.
Подбор состава бетона на мелких песках ничем не отличается от подбора состава бетона на крупном песке и производится по одному из изложенных в Руководстве способов, но с учетом вышеотмеченных особенностей мелких песков. При подборе состава бетона с заданной подвижностью бетонной смеси осадку конуса следует снижать на 2 — 3 см по сравнению с бетоном на крупном песке или оценку свойств бетонной смеси производить по удобоукладываемости. При определении В/Ц значение коэффициента А в формуле 
рекомендуется уменьшать в зависимости от модуля крупности песка (см. рис. 4). Необходимо также уменьшать содержание песка. Уменьшение расхода песка следует регулировать понижением коэффициента заполнения пустот и раздвижки зерен щебня раствором 
или доли песка в смеси заполнителей (r) и корректировать на основе опытных затворений бетона (см. рис. 7, 8 и табл. 21).
ВЫСОКОПРОЧНЫЙ БЕТОН (МАРКИ 500 И ВЫШЕ)
К качеству материалов для высокопрочного бетона, к дозированию и перемешиванию их, а также к уплотнению бетонных смесей, к уходу за свежеуложенным и твердеющим бетонами предъявляются повышенные требования. Заполнители должны применяться чистые (промытые) и фракционированные. В качестве крупного заполнителя должен применяться только щебень высокого качества с шероховатым изломом для обеспечения хорошего сцепления с цементно-песчаным раствором. Прочность каменной породы, идущей на щебень, должна превышать в два и более раза марку бетона. Количество зерен лещадной формы должно быть не более 15% (ГОСТ 8267-75). Соотношение между фракциями щебня устанавливается по наименьшей пустотности (наибольшей объемной массе) смеси. Модуль крупности песка должен быть равен 2,1 и более.
Рекомендуется применять портландцемент (бездобавочный) с нормальной густотой цементного теста 25 — 26% и менее, активностью не менее 500 кгс/см2. При необходимости получения бетона прочностью выше активности цемента следует применять пластифицирующие добавки. Для массивных конструкций рекомендуется применение цемента с пониженным содержанием 
и 
.
В связи с повышенным расходом цемента необходимо приготовление бетонной смеси производить только в бетоносмесителях принудительного действия, а время перемешивания составляющих материалов увеличивать до 1,5 — 2,5 мин.
В целях снижения расхода цемента следует применять малоподвижные и жесткие бетонные смеси и вводить добавки ПАВ (СДБ, НЧК, ВРП, СПД и комплексные). Расход песка на 1 м3 бетона необходимо устанавливать с учетом повышенного расхода цемента; содержание песка определяется по значению 
(разд. 4, 6) или r (разд. 5) и обязательно уточняется на пробных замесах по методике, изложенной в разд. 8 настоящего Руководства. В остальном подбор состава бетона не отличается от подбора обычного бетона и производится по одному из описанных в Руководстве способов.
БЕТОН ДОРОЖНЫХ И АЭРОДРОМНЫХ ПОКРЫТИЙ
Бетон дорожных и аэродромных покрытий «работает» как плита на упругом основании. Поэтому марка бетона по ГОСТ 8424-72* устанавливается по прочности на растяжение при изгибе и сжатии.
Песок допускается применять с 
и более.
Крупный заполнитель (щебень, гравий, щебень из гравия и доменного шлака) допускается к использованию с количеством зерен лещадной формы до 25%. Наибольшая крупность щебня для однослойных покрытий должна быть 40 мм, а для верхнего слоя двухслойных покрытий — 20 мм. Прочность исходной породы, идущей на щебень для однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий, должна быть: для изверженных пород >= 1200, осадочных >= 800 кгс/см2, а для нижнего слоя двухслойных покрытий — соответственно >= 800 и >= 600 кгс/см2.
Для однослойных и двухслойных покрытий должны применяться только портландцементы (чисто клинкерные) марки 500 и выше (допускается, как исключение, при технико-экономическом обосновании применение цемента марки 400), а для оснований усовершенствованных дорог — портландцемент с минеральными добавками марок 300 и 400. Содержание трехкальциевого алюмината в цементе для бетона покрытий должно быть не более 10%, а для бетона оснований оно не нормируется.
При сравнительно небольшой толщине (15 — 25 см) бетонные покрытия обладают большой открытой поверхностью, что способствует испарению воды и возможному появлению трещин. Чтобы избежать вредного влияния этих факторов, необходимо применять бетонные смеси с ОК = 2 — 4 см, с оптимальным содержанием песка, исключающим избыточное количество растворной части, и обеспечивать своевременный уход за свежеуложенным и твердеющим бетоном. Водоцементное отношение для бетона однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий должно быть не более 0,5, для нижнего слоя двухслойных покрытий — не более 0,6. Учитывая работу бетона под совместным воздействием мороза и агрессивной среды, в бетонную смесь необходимо вводить добавки: пластифицирующие (СДБ, ПАЩ-1); пластифицирующе-воздухововлекающие (
, АМН, ВЛХК, ГКЖ-10 или 11, НЧК, КЧНР); воздухововлекающие (СНВ, СПД, ЦНИПС-1); газообразующие (ГКЖ-94), а также добавки — ускорители твердения и противоморозные.
Количество вовлеченного воздуха должно быть для бетона однослойного покрытия и верхнего слоя двухслойных покрытий в пределах 5 — 6%; для нижнего слоя двухслойных покрытий в пределах 3,5 — 4,5%. Учитывая, что в настоящее время применяются новые укладочные машины с постепенным продвижением опалубки граней плит, необходимо обращать внимание на правильное назначение ОК, и содержание песка, чтобы не допустить оплывания бетона граней плит.
Подбор состава бетона должен производиться по методам, изложенным в настоящем Руководстве, но с учетом особенностей технологических и производственных условий и работы дорожного бетона. Расчет состава ведется по прочности на сжатие с обеспечением требуемой прочности на изгиб или по прочности на изгиб с обеспечением заданной прочности на сжатие и морозостойкость.
БЕТОН ДЛЯ СБОРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ, ИЗГОТОВЛЯЕМЫХ С ПРОПАРИВАНИЕМ
Для изготовления изделий и конструкций из бетона марки 300 и ниже применяются шлакопортландцемент и портландцемент с минеральными добавками, а из бетона марок 400 — 600 и выше — бездобавочный портландцемент марок 500 и 600. Рекомендуется применять пластифицированные и гидрофобные цементы или пластифицирующие и воздухововлекающие добавки, позволяющие снижать расход цемента. Заполнители должны применяться чистые и фракционированные, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 10268-70*.
На ускорение твердения бетона оказывают влияния минералогический состав и активность цемента, состав бетона и подвижность (жесткость) бетонной смеси, время предварительной выдержки, режим тепловой обработки, вид форм (открытые или закрытые), в которых пропаривается изделие, и др. Влияние всех этих факторов учесть очень сложно. Поэтому подбор состава бетона должен основываться на проведении пробных затворений при конкретно применяемых материалах, при трех-четырех значениях Ц/В и тепловой обработке бетонных образцов по принятому на заводе ЖБИ режиму пропаривания. На основе полученных прочностных показателей строится зависимость и далее графически определяется требуемое значение Ц/В. Цементно-водными отношениями для пробных замесов можно задаться, как указано в разд. 5 настоящего Руководства, или определить их расчетом по формулам (7) и (7а), табл. 23 и 22 настоящего Руководства. Затем затворяются пробные замесы при найденном Ц/В и двух других значениях, отличающихся от него на +/- 0,2. Из каждого состава изготавливаются образцы-кубы, затем они пропариваются и испытываются. На основе полученных данных строится график и окончательно устанавливается требуемое Ц/В с последующей проверкой обеспечения проектной марки бетона .
ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЙ БЕТОН
Бетон гидротехнических сооружений разделяется по зонам на: подводную (постоянно находящуюся в воде), зону переменного горизонта воды (подверженную многократному замораживанию и оттаиванию или насыщению и высушиванию), надводную (подверженную эпизодическому омыванию водой и воздействию атмосферных осадков), внутримассивную. Поэтому к гидротехническому бетону и материалам для него предъявляются различные требования на сжатие, морозостойкость, водонепроницаемость, истираемость и навигационную стойкость, усадку, термическое расширение. В зависимости от условий работы элементов конструкций и сооружений допускается марку бетона по сжатию и водонепроницаемости устанавливать в сроки 60, 90 и 180 сут. Для гидротехнического бетона применяются сульфатостойкий портландцемент, портландцемент с минеральными добавками, пуццолановый и шлаковый портландцементы. Все эти цементы могут выпускаться с пластифицирующими и гидрофобными добавками. Предпочтение для подводного и внутримассивного бетона отдается пуццолановым портландцементам или шлакопортландцементам, так как бетон на этих цементах обладает большей стойкостью как в пресной, так и в минерализованной воде и меньшим тепловыделением. Однако бетон на этих цементах имеет низкую морозостойкость. Для зоны переменного уровня воды следует применять сульфатостойкий портландцемент, портландцемент с минеральными добавками.
На этих цементах обеспечивается получение бетона нужной морозостойкости и водонепроницаемости. Содержание в цементе для гидротехнического бетона зоны переменного горизонта воды должно быть в пределах до 5 — 7%, а сумма 
должна быть не менее 20%. При наличии агрессивной среды должен применяться сульфатостойкий цемент. Для повышения морозостойкости и водонепроницаемости необходимо вводить СДБ, СНВ, мылонафт и другие добавки. Для уменьшения расхода цемента, тепловыделения и объемных деформаций в бетон подводных зон, внутримассивный и надводный должны вводиться различные минеральные добавки. Заполнители для гидротехнического бетона должны обеспечить требуемые прочность, морозостойкость, водонепроницаемость и удовлетворять требованиям ГОСТ 4797-69*, а гидротехнический бетон должен удовлетворять требованию ГОСТ 4795-68.
Подбор состава гидротехнического бетона производится по одному из изложенных в данном Руководстве способу, но с учетом особенностей, условий работы бетона и производства работ. Специальные требования по морозостойкости и водонепроницаемости обеспечиваются применением качественных материалов, надлежащим выбором В/Ц (из условий обеспечения не только прочности, но морозостойкости и водонепроницаемости), назначением оптимального расхода цемента и песка, применением микронаполнителей и пластифицирующих, воздухововлекающих добавок. Расчетное В/Ц должно быть не более максимально установленного по главе СНиП II-28-73 и ГОСТ 4797-69* (см. табл. 5). Состав бетона подбирается заранее, до начала строительства, на материалах, подлежащих применению, с обязательным испытанием бетона непосредственным замораживанием. В последующем во время строительства бетон испытывается на морозостойкость в сроки, установленные СНиП.
БЫСТРОТВЕРДЕЮЩИЙ БЕТОН
Основное требование, предъявляемое к быстротвердеющему бетону, — это обеспечение высокой прочности в раннем возрасте при естественном твердении или при укороченных режимах пропаривания, а также прочности в 28-суточном возрасте. Для приготовления быстротвердеющего бетона должны применяться быстротвердеющий портландцемент и быстротвердеющий шлакопортландцемент или портландцемент с высоким содержанием трехкальциевого алюмината, с дополнительным введением гипса (2 — 4%), хлористого кальция (0,5 — 2%) или комплексных добавок (гипс + хлористый кальций) и др.
Наряду с применением специальных цементов и введением ускорителей твердения для получения высокой прочности в ранние сроки необходимо применять возможно низкие водоцементные отношения, жесткие бетонные смеси, чистые фракционированные заполнители и комплексные мероприятия, обеспечивающие наилучшие результаты. При этом необходимо учитывать, что прирост прочности не является прямой суммой прироста прочности, достигаемой каждым способом или фактором в отдельности.
Подбор состава бетона необходимо производить на основе пробных затворений по трем-четырем замесам. Водоцементное отношение определяется исходя из обеспечения необходимой прочности в заданные сроки (1 — 3 сут) при естественном твердении или после пропаривания по обычному или укороченному режиму. В остальном подбор состава бетона производится обычным способом.
БЕТОНЫ С ДОБАВКАМИ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ И ДЕЙСТВИЯ
В бетонную смесь в настоящее время широко вводятся добавки для экономии цемента, повышения пластичности смеси, повышения прочности, морозостойкости, водонепроницаемости, ускорения твердения бетона в раннем возрасте или замедления сроков схватывания. Применяются добавки: пластифицирующие — СДБ, ВРП, МБС; воздухововлекающие — СПД, ЦНИПС-1, СНВ; пластифицирующие-воздухововлекающие — мылонафт, асидол-мылонафт, ВЛХК, ПАЩ-1; газообразующие — ГКЖ-94, ГКЖ-10, 11, 13; ускорители твердения бетона — гипс, хлористый кальций и натрий; противоморозные — нитрит натрия, нитрит-нитрат кальция (ННК), нитрит-нитрат-хлорид кальция (ННХК) и др. Действие многих добавок комплексное, например СДБ повышает пластичность бетонных смесей и морозостойкость бетона, а также позволяет экономить цемент за счет снижения водопотребности или повышать прочность при уменьшении В/Ц, при сохранении осадки конуса постоянной; СНВ понижает жесткость, а главное, существенно повышает морозостойкость и т.д. Учитывая различное действие добавок на бетонную смесь и бетон, в настоящее время широко применяются комплексные добавки, позволяющие получить наибольший эффект.
Наряду с применением широкой гаммы химических добавок для разбавления цементов высоких марок при приготовлении бетона низких марок в бетонную смесь вводятся минеральные добавки (трепел, опока, диатомит, молотый гранулированный шлак, зола-унос ТЭЦ и др.).
Подбор состава бетона с введением в бетон химических и активных минеральных добавок производится по одному из изложенных в Руководстве способов, но с учетом назначения и действия добавок. Например, при введении в бетонную смесь СДБ расход цемента необходимо уменьшить на 5 — 7% или вначале определить НГЦТ с этой добавкой, затем по рис. 5 определить расход воды и уточнить его по табл. 25, а в дальнейшем расчет вести обычным способом, например по методике, изложенной в разд. 6 настоящего Руководства. При введении СНВ и других воздухововлекающих и газообразующих добавок необходимо учитывать объем вовлеченного воздуха или газа и расход материалов устанавливать в зависимости от содержания их в бетоне.
Подробные данные изложены в «Руководстве по применению химических добавок к бетону» (М., Стройиздат, 1975) и «Рекомендациях по применению химических добавок в бетоне» (М., Стройиздат, 1977).
МОРОЗОСТОЙКИЙ БЕТОН
Для получения морозостойкого бетона необходимо применять материалы высокого качества, полностью отвечающие требованиям стандартов.
Вяжущее должно быть только на основе портландцементного клинкера с ограниченным содержанием трехкальциевого алюмината (не более 8%), при этом рекомендуется применять: сульфатостойкие портландцементы (по ГОСТ 22266-76) — для бетонов морозостойкостью до Мрз 1000 без добавок, до Мрз 500 с минеральными добавками, до Мрз 100 — шлакопортландцемент; портландцементы (по ГОСТ 10178-76) — для бетонов с морозостойкостью до Мрз 500 без добавок, до Мрз 300 с минеральными добавками.
Все виды цементов могут быть пластифицированными или гидрофобными (см. ГОСТ 10178-76 п. 2.7).
Во всех случаях бетон на принятом к применению вяжущем должен быть проверен на морозостойкость по ГОСТ 10060-76.
Для бетонов марки Мрз 200 и выше следует применять только морозостойкий щебень высокого качества из пород прочностью в 1,5 — 2 раза выше марки требуемого бетона.
Для бетонов марки Мрз до 200 разрешается применять морозостойкий гравий.
Соотношение между фракциями подбирается из условий наименьшей пустотности смеси.
Песок должен иметь модуль крупности 2,1 и выше.
Если цементы не имеют пластифицирующих или гидрофобных добавок, введенных при заводском помоле, необходимо вводить следующие добавки или их комплексы при изготовлении бетонной смеси:
а) СДБ в количестве 0,2 — 0,3% по массе цемента в расчете на сухое вещество добавки;
б) СНВ в количестве 0,01 — 0,02% по массе цемента в расчете на сухое вещество добавки;
в) мылонафт в количестве 0,05 — 0,20% по массе цемента;
г) ГКЖ-94 в количестве 0,03 — 0,08% по массе цемента в расчете на исходное вещество 100% концентрации;
д) комплексную добавку (СДБ + СНВ) в указанных количествах и др.
Применение поверхностно-активных добавок должно обеспечить вовлечение в бетонную смесь 3 — 6% воздуха или газа по объему.
Расчет состава морозостойкого бетона производится по прочности одним из изложенных в Руководстве способов. Если расчетное В/Ц получится больше допускаемого в СНиП, ГОСТе или ТУ для бетонов тех или иных конструкций и сооружений, то при подборе принимается допускаемое, а если меньше, то расчетное водоцементное отношение.
После уточнения В/Ц дальнейший расчет состава бетона ведется обычным способом. Для устранения возможной ошибки образцы для проверки на прочность и морозостойкость изготовляются из трех составов бетона: полученного расчетом и двух других, отличающихся по В/Ц от расчетного на +/- 0,05.
Морозостойкость подобранных составов бетона проверяется непосредственным испытанием на многократное замораживание и оттаивание по ГОСТ 10060-76. Для возможности оперативной оценки морозостойкости рекомендуется одновременно провести испытание бетона одним из ускоренных методов, изложенных в том же ГОСТе: с определением остаточных деформаций, при замораживании до минус 50 °C или по компенсационному фактору.
ОСОБО ТЯЖЕЛЫЕ И ГИДРАТНЫЕ БЕТОНЫ <1>
———————————
<1> См. «Указания по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из специальных (тяжелых и гидратных) бетонов». М., Госстройиздат, 1959.
Особо тяжелые и гидратные бетоны применяют в специальных сооружениях для защиты от радиоактивных воздействий.
К особо тяжелым относятся бетоны с объемной массой более 2,5 и до 5 т/м3, к гидратным — бетоны, содержащие большое количество химически связанной и полусвязанной воды.
Для особо тяжелых бетонов применяют портландцемент, пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистый цемент, гипсоглиноземистый расширяющийся цемент.
В гидратных бетонах для максимального увеличения содержания в бетоне связанной воды рекомендуется применять цементы глиноземистый, расширяющийся безусадочный, быстротвердеющий, с повышенной добавкой гипса, самонапрягаемый с малой энергией расширения.
В качестве заполнителей в особо тяжелых бетонах используют материалы с высокой плотностью: магнетит, гематит, барит, металлический скрап и т.д.; в гидратных бетонах — лимонит и серпентинит. В комбинированных бетонах применяются тяжелые и обычные заполнители: щебень, гравий, песок.
К заполнителям для особо тяжелых и гидратных бетонов предъявляются следующие дополнительные требования:
а) по минимальной прочности на сжатие: чугунный скрап — 2000, магнетит — 2000, лимонит или гематит — 350, барит — 400 кгс/см2 (испытание в цилиндрических образцах диаметром и высотой 50 мм);
б) по плотности заполнителей: чугунный скрап — 7 — 7,1; магнетит — 4 — 5,2; лимонит — 3,2 — 4; гематит — 4,5 — 5,3; барит — 4,3 — 4,7; серпентинит — 2,5 — 2,7 т/м;
в) по насыпной массе заполнителей: чугунная дробь — 4,5 — 4,6; обрезки железа — 2,4 — 4,28; магнетит — 2,4 — 2,5; лимонит — 1,3 — 3,2; гематит — 2,4 — 2,5; барит — 2,7 — 3; серпентинит — 1,5 — 1,6 т/м3;
г) по содержанию полуторных окислов (
и 
) в барите — не более 1% массы заполнителей;
д) по водопоглощению: магнетит и барит — 0,15 — 0,2; лимонит и гематит — 9 — 10% по массе.
Для улучшения защитных свойств особо тяжелых бетонов в них вводят добавки, содержащие легкие элементы: литий, кадмий и бор, например карбид бора, хлористый литий, сернокислый кадмий и др.
Исходными величинами при определении составов особо тяжелых и гидратных бетонов являются: объемная масса бетона, обеспечивающая заданные защитные свойства от гамма-излучения; содержание химически связанной воды, обеспечивающее защиту от нейтронного излучения; заданные подвижность бетонной смеси и прочность бетона.
Расчет состава особо тяжелого бетона производится в следующей последовательности.
Определяем:
1) В/Ц — по формуле (1).
Для бетонов на лимонитовом песке с крупным заполнителем в виде чугунного скрапа или щебня твердой породы, а также для тощих бетонов на баритовом или магнетитовом заполнителях значение А принимается для заполнителей высокого качества равным 0,6, среднего качества — 0,55, низкого — 0,5;
2) расход воды на 1 м3 бетона — по графику на рис. 14.
Рис. 14. Водопотребность бетонной смеси для особо тяжелых
бетонов на заполнителях различного вида (Щ + П)
а — жесткие смеси; б — пластичные смеси; 1 — лимонит +
лимонит; 2 — лимонит + магнетит; магнетит + магнетит;
лимонит + чугун; лимонит + барит; 3-барит + барит; песок +
чугун; песок + щебень; I, II, III — определение жесткости
(см. рис. 1)
Для обеспечения однородности бетонной смеси рекомендуется применять малоподвижные бетонные смеси с осадкой конуса 1 — 3 см и жесткостью 20 — 25 с по техническому вискозиметру или 4 — 6 с по ГОСТ 10181-76;
3) расход цемента — по формуле (3);
4) расход заполнителей по формуле
;
5) долю песка в смеси заполнителей по формуле
,
где 
— уточняющая поправка для особо тяжелых бетонов, равная 0,08 — 0,1;
6) расход песка по формуле
П = r З;
7) расход щебня по формуле
Щ = (1 — r) З.
На пробном замесе проверяют жесткость или осадку конуса бетонной смеси и объемную массу свежеуложенного бетона, по которому корректируют расход материала на 1 м3 бетона.
Пример 1. Определить состав вибрированного бетона марки 200 с объемной массой не менее 3000 кг/м3; ОК = 1 — 2 см; твердение — в нормальных условиях.
Материалы: портландцемент марки 400; крупный заполнитель — плотный магнетитовый щебень крупностью 40 мм, плотностью 4,5 кг/л, объемной массой 2,6 кг/л, пустотностью 0,422; магнетитовый песок плотностью 4 кг/л, объемной массой 2,5 кг/л, пустотностью 0,375.
Определяем:
1) В/Ц по формуле (1):
; Ц/В = 1,41;
2) расход воды по графикам (см. рис. 14) — 225 л/м3;
3) расход цемента
Ц = 225:0,71 = 317 кг/м3;
4) долю песка в смеси заполнителей
;
5) плотность смеси заполнителей (П + Щ)
;
6) расход заполнителей на 1 м3 бетона
;
7) расход песка
П = 2900 x 0,38 = 1100 кг/м3;
расход щебня
Щ = 2900 x 0,62 = 1800 кг/м3;
9) теоретическую объемную массу бетонной смеси
.
Расчетный состав бетона обязательно уточняется на пробных затворениях по методике, изложенной в разд. 8 настоящего Руководства.
Пример 2. Определить количество связанной воды в гидратном бетоне с объемной массой 2600 кг/м3 на лимонитовом заполнителе и портландцементе марки 400, если расход воды 275 л/м3 и расход цемента 350 кг:
1) количество химически связанной воды в цементном камне
350 x 0,2 = 70 л;
2) содержание заполнителей в бетоне
З = 2600 — (350 + 275) = 1975;
3) количество связанной воды в лимоните, которое принимаем разным 10% его массы:
1975 x 0,1 = 197,5 л;
4) общее количество связанной воды
В = 70 + 197,5 = 268 л.
Особенности производства бетонных работ заключаются в следующем:
время перемешивания бетонной смеси в бетоносмесителе не должно быть менее 2 мин;
объем замеса бетоносмесителя уменьшается обратно пропорционально объемной массе бетона. Например, при объемной массе особо тяжелого бетона 3442 кг/м3, а обычного 2350 кг/м3 объем загрузки при объеме барабана бетоносмесителя 500 л не должен превышать 
;
уплотнение бетонной смеси должно производиться при помощи вибрации.
ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА СОСТАВА НАПРЯГАЮЩИХ БЕТОНОВ
Бетоны на напрягающем цементе (напрягающие бетоны), обладающие плотной непроницаемой структурой и способностью расширяться в процессе твердения, применяются для преднапряженных (самонапряженных) конструкций, самонапрягаемых стыков бассейнов, резервуаров, трубопроводов, выполняемых из сборных элементов, с нормированной (расчетной) величиной самонапряжения.
Для гидроизоляции, компенсации усадочных температурных деформаций в целях исключения или увеличения расстояния между температурно-усадочными швами в сооружениях применяются напрягающие бетоны с ненормированной величиной самонапряжения.
Напрягающий цемент должен удовлетворять требованиям ТУ 21-20-18-74 МПСМ СССР. Заполнители — обычно применяемые для тяжелого бетона. Для улучшения удобоукладываемости могут применяться добавки СДБ или декстрин.
РАСЧЕТ СОСТАВА НАПРЯГАЮЩЕГО БЕТОНА
С НЕНОРМИРОВАННОЙ ВЕЛИЧИНОЙ САМОНАПРЯЖЕНИЯ
Данный расчет в основном выполняется по формулам, изложенным в разд. 4 настоящего Руководства, с соблюдением всех требований и ограничений В/Ц (Ц/В), как для обычного бетона с учетом следующих особенностей:
1. Количество воды затворения, л/м3, увеличивается по формуле
,
где В — расход воды, л/м3, установленный по табл. 14;
b — коэффициент, характеризующий дополнительную водопотребность НЦ;
НЦ — расход напрягающего цемента, кг/м3, определенный по формуле (3).
2. Значение коэффициента b устанавливается в интервале 0,03 — 0,08 в зависимости от температуры смеси и степени замедления схватывания ее. Меньшее значение b (0,03 — 0,05) принимается при температуре среды и смеси 
и В/Ц < 0,3; большее b (0,06 — 0,08) — при 
и В/Ц > 0,3; при В/Ц = 0,3 принимают среднее значение b (0,04 — 0,06).
3. Дальнейший расчет расхода заполнителей производится с учетом повышенного расхода воды .
Полученный состав бетона проверяется контрольным замесом и при необходимости корректируется, как указано в разд. 8 настоящего Руководства.
РАСЧЕТ СОСТАВА НАПРЯГАЮЩЕГО БЕТОНА С НОРМИРОВАННОЙ
(РАСЧЕТНОЙ) ВЕЛИЧИНОЙ САМОНАПРЯЖЕНИЯ
Основой данного расчета является марка НЦ по самонапряжению 
в соответствии с ТУ 21-20-18-74 МПСМ СССР.
Исходя из заданной марки бетона по самонапряжению 
определяется расход НЦ (кг/м3 бетона) по формуле
.
Примечания. 1. Приведенная зависимость действительна при расходе НЦ в пределах 500 — 1000 кг/м3 и ОК = 1 — 3 см.
2. Для пластичных бетонов с осадкой конуса более 6 — 8 см принимается с коэффициентом 1,5.
3. Марка бетона по самонапряжению характеризуется напряжением, развиваемым в процессе твердения бетона при упругом ограничении, эквивалентном армированию 
(1%).
Расход воды В, необходимый для обеспечения после приготовления бетонной смеси расчетной подвижности, при использовании НЦ с нормальными сроками схватывания (начало не ранее 30 мин, конец не позднее 4 ч от начала затворения НЦ), ориентировочно определяется по формулам:
В = 0,20Ц + 100 (для ОК = 1 — 3 см);
В = 0,18Ц + 135 (для ОК = 6 — 8 см).
При использовании НЦ с более короткими сроками схватывания (начало не ранее 2 мин, конец не позднее 1 ч) расход воды затворения В на 1 м3 бетона увеличивают (в зависимости от температуры смеси и степени замедления схватывания ее) на 3 — 8% массы НЦ.
Дальнейший расчет общего количества заполнителей производится по формулам, изложенным в разд. 4 настоящего Руководства.
Доля песка r, рекомендуемая в табл. 21, в напрягающих бетонах должна быть повышена на 0,01 — 0,08 и тем больше, чем меньше цемента и чем крупнее заполнитель.
Подобранный состав бетона проверяется контрольным замесом. В случае необходимости корректируется с учетом требований указанных положений.
Приложение 3
ПРИНЯТЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
— активность цемента (фактическая прочность), кгс/см2;
— марка цемента (напрягающего) по самонапряжению, кгс/см2;
, 
, 
— прочность соответственно обычного, песчаного бетонов и раствора на сжатие, кгс/см2;
— марка бетона по самонапряжению, кгс/см2;
— прочность исходной каменной породы, идущей на щебень, кгс/см2;
НГЦТ — нормальная густота цементного теста, %;
Ц, В, П, Щ (Г), З — расход соответственно цемента, воды, песка, щебня, гравия, заполнителя (П + Щ), кг/м3;
А и — коэффициенты, учитывающие качество заполнителей;
, 
, 
, 
— плотность материалов: соответственно цемента, песка, щебня, гравия, кг/л;
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
— абсолютный объем материалов: соответственно цементного теста, цемента, песка, щебня, гравия, заполнителя, бетона и раствора, л/м3;
— насыпной объем (зернового) материала.
Индекс обозначает вид материала, например, 
, 
, 
, 
, 
— насыпной объем соответственно песка, щебня, гравия, заполнителя, цемента и т.д., л/м3;
— насыпная объемная масса (зернового) материала.
Индекс обозначает вид материала, например 
, 
, 
, 
, 
, — насыпная объемная масса соответственно песка, щебня, гравия, цемента, заполнителя и т.д., кг/л, кг/м3, т/м3;
, 
— теоретическая объемная масса уплотненной бетонной и песчанобетонной смеси, кг/л, кг/м3, т/м3;
, 
— фактическая объемная масса уплотненной бетонной и песчанобетонной смеси, кг/л, кг/м3, т/м3;
— межзерновая пустотность материалов в стандартно-насыпном состоянии.
Индекс обозначает вид материалов, например 
, 
, 
, 
, 
— пустотность соответственно песка, щебня, гравия, заполнителя, цемента, %;
— модуль крупности песка;
НК — наибольшая крупность заполнителей.
Дополнительная буква обозначает вид материала, например, НКЩ, НКП, НКГ, НКЗ — наибольшая крупность соответственно щебня, песка, гравия, заполнителя, мм;
П/Щ — соотношение между песком и щебнем по массе, %;
— коэффициент водопоглощения и смачивания заполнителей.
Индекс обозначает вид материала, например 
, 
, 
, 
— коэффициент водопоглощения и смачивания соответственно песка, щебня, гравия, заполнителя, %;
W — водопоглощение материалов за время, регламентируемое стандартами. Индекс обозначает вид материала, например 
, — водопоглощение песка, щебня и т.д., %;
, , 
, 
— водопотребность соответственно песка, щебня, гравия, заполнителя, %;
— влажность материалов. Индекс обозначает вид материалов, например 
— влажность песка;
r — доля песка в смеси заполнителей, %;
— коэффициент заполнения пустот и раздвижки зерен щебня (гравия) раствором;
— коэффициент заполнения пустот и раздвижки зерен песка цементным тестом;
— коэффициент выхода бетона;
— трехкальциевый силикат (алит);
— двухкальциевый силикат (белит);
— трехкальциевый алюминат (целит);
— четырехкальциевый алюмоферрит;
МБС — продукт микробиологического синтеза;
СДБ — сульфитно-дрожжевая бражка;
ВЛХК — пластификатор;
— мылонафт;
ПАЩ-1 — пластификатор адипиновый;
АМН — асидол-мылонафт;
СПД — синтетическая поверхностно-активная добавка;
ЦНИПС-1 — омыленный древесный пек;
СНВ — смола нейтрализованная воздухововлекающая;
ГКЖ-94 — полигидросилоксан;
ГКЖ-10 — этилсиликонат натрия;
ГКЖ-11 — метилсиликонат натрия;
БТЦ — быстротвердеющий портландцемент;
ССПЦ — сульфатостойкий портландцемент.
27.11.2008
Руководство по подбору составов тяжелого бетона.
Руководство по подбору составов тяжелого бетона.
oglav:
М.: Стройиздат, 1979.<br>
Загрузок:
1563
10.11.2008
Основные принципы новой технологии бетона и железобетона.
В брошюре изложены основные основные физико — химической теории бетона
и принципы новой технологии бетона и железобетона, а также даны краткие
сведения о разработанном новым эффективном вибрационном оборудовании
для тонкого измельчения цемента и песка, приготовления цементо —
песчаных и железобетонных изделий.
oglav:
М., 1961.<br>
Авторы:
Н.В. Михайлов
Загрузок:
995
10.12.2007
Руководство по применению зонного нагнетания при формовании бетонных и железобетонных изделий посредством нагнетателей сыпучих сред типа «Русские качели»
Загрузок:
1242
27.05.2007
Цементная пушка и её применение.
«…Составленный инженером К. Афанасьевым очерк под названием „Цемент-Пушка» и ее применение имеет своей целью ознакомить читателей с одним из выдающихся и весьма интересных, имеющих громадное значение для нашего строительства, способов механизации строительных работ, известном, вообще, под именем…
Авторы:
Афанасьев К.М.
Загрузок:
582
← ctrl предыдущая следующая ctrl →
Страницы:
1
| Найти: | |
| Где: | |
| Тип документа: | |
| Отображать: | |
| Упорядочить: |
Скачать Руководство по подбору составов конструктивных легких бетонов на пористых заполнителях
Дата актуализации: 01.01.2021
Руководство по подбору составов конструктивных легких бетонов на пористых заполнителях
| Статус: | Справочные материалы, МП, ТПР |
| Название рус.: | Руководство по подбору составов конструктивных легких бетонов на пористых заполнителях |
| Дата добавления в базу: | 01.09.2013 |
| Дата актуализации: | 01.01.2021 |
| Область применения: | Руководство содержит рекомендации по подбору составов конструктивных и высокопрочных цементных бетонов различного назначения, изготовленных на крупных пористых заполнителях и на плотном или пористом песке. Рекомендуемая методика расчета опытной проверки в корректировки составов обеспечивают получение конструктивных и высокопрочных легких бетонов с заданными показателями по прочности, объемной массе, удобоукладываемости бетонной смеси и другим характеристикам при минимально возможном (на данных материалах) расходе цемента. |
| Оглавление: | Предисловие 1. Общие положении 2. Требования к материалам для приготовления бетона 3. Расчет исходных составов бетона для опытных замесов 4. Проведение опытных замесов и обработка полученных результатов 5. Назначение рабочего состава бетонной смеси и его корректировка в производственных условиях Приложение 1. Определение водопотребности песка Приложение 2. Таблицы для расчета составов легких бетонов Приложение 3. Подбор и корректировка состава бетонов на пористых заполнителях с применением математико-статистических методов Приложение 4. Требования к контрольным образцам при определении прочности легкого бетона и к формам для их изготовления Приложение 5. Технологические требования к легким бетонам со специальными свойствами и особенности их подбора . Приложение 6. Примеры подбора составов легкого бетона |
| Разработан: | НИИЖБ Госстроя СССР ВНИИжелезобетон Минстройматериалов СССР ЦНИИЭП жилища |
| Утверждён: | 11.01.1974 Госстрой СССР (Государственный комитет Совета Министров СССР по делам строительства) (USSR Gosstroy ) |
| Издан: | Стройиздат (1975 г. ) |
| Расположен в: | Техническая документация Экология СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И СТРОИТЕЛЬСТВО Технология строительства Технология строительства в целом Строительство Справочные документы Директивные письма, положения, рекомендации и др. |
| Нормативные ссылки: |
|
ГОСТ 9757-90 «Гравий, щебень и песок искусственные пористые. Технические условия»
Подбор состава
тяжелого (обычного) бетона заключается
в установлении наиболее рационального
соотношения между составляющими бетон
материалами (цементом, водой, песком,
щебнем или гравием). Такое соотношение
должно обеспечивать требуемую
удобоукладываемость бетонной смеси
для принятого способа ее уплотнения, а
также приобретение бетоном заданной
прочности в назначенный срок при
наименьшем расходе цемента. В отдельных
случаях вводят также требования о
получении бетона необходимой плотности,
морозостойкости, водонепроницаемости.
Состав
бетона выражают расходом всех составляющих
материалов по массе на 1 м3
уложенной и уплотненной бетонной смеси
или же отношением массы составляющих
материалов смеси к массе цемента,
принимаемой за единицу, т. е. 1 : х : у
(цемент : песок : щебень или гравий) при
В/Ц = z.
Например, в первом случае состав бетона:
цемента — 280, песка — 670, щебня — 1300, воды —
170 кг/м3, а во втором случае: 1:2,4:4,7 при В/Ц
= 0,6.
Различают
два состава бетона: номинальный
(лабораторный), рассчитанный для
материалов в сухом состоянии, и
производственный (полевой) — для материалов
в естественно-влажном состоянии.
Для
расчета состава тяжелого бетона имеется
несколько методов, среди которых наиболее
простым и удобным является метод расчета
по «абсолютным объемам». В основу этого
метода положены условия: а) свежеприготовленная
бетонная смесь после укладки в форму
или в опалубку и уплотнения в ней не
будет иметь пустот; б) цементно-песчаный
раствор в бетонной смеси должен заполнить
пустоты в крупном заполнителе с учетом
некоторой раздвижки зерен. Состав бетона
по методу «абсолютных объемов» подбирают
в два этапа. Вначале рассчитывают
ориентировочный состав бетона, затем
расчет проверяют и уточняют по результатам
пробных замесов и испытаний контрольных
образцов.
2.1. Расчет ориентировочного состава бетона
Для
расчета состава тяжелого бетона
необходимо иметь следующие данные:
заданную марку бетона Rб,
требуемую удобоукладываемость бетонной
смеси, определяемую осадкой конуса Oк,
см, а также характеристику исходных
материалов
вид и активность цемента Rц,
насыпную плотность составляющих ρн.ц.,
ρн.п.,
ρн.щ(г)
и их истинную плотность ρц,
ρп,
ρщ(г),
пустотность щебня или гравия Vп.щ(г),
наибольшую крупность их зерен и влажность
заполнителей Wп,
Wщ(г).
Состав
бетона для пробных замесов рассчитывают
в следующей последовательности: вычисляют
водоцементное отношение, расход воды,
расход цемента, после чего определяют
расходы крупного и мелкого заполнителя
на 1 м3
бетонной смеси:
1.
Водоцементное отношение (В/Ц) вычисляют
исходя из требуемой прочности бетона,
активности цемента и с учетом вида и
качества составляющих по следующим
формулам:
для
бетонов с водоцементным отношением В/Ц
≥0,4
,
(1)
для
бетонов с водоцементным отношением
В/Ц<0,4
,
(2)
где
Rб
— требуемая прочность бетона, кгс/см2
(МПа); Rц
– активность цемента, кгс/см2
(МПа); А
и А1
– коэффициенты, учитывающие качество
материалов (прил. 1).
После
преобразования относительно В/Ц
приведенные выше формулы имеют следующий
вид:
или
.
(3)
2.
Расход воды (водопотребность, л/м3)
ориентировочно определяют исходя из
заданной удобоукладываемости бетонной
смеси по прил. 2, которая составлена с
учетом вида и крупности зерен заполнителя.
3.
Расход цемента на 1 м3
бетона вычисляют по уже известному
водоцементному отношению и определенной
по прил. 2 водопотребности бетонной
смеси. Если расход цемента на 1 м3
бетона окажется меньше минимально
допустимого (прил. 3, 4), то из условия
получения плотного бетона расход цемента
увеличивают до требуемой нормы или
вводят тонкомолотую добавку.
4.
Расход заполнителей
песка, щебня или гравия (кг на 1 м3
бетона) вычисляют исходя из двух условий:
во-первых,
сумма абсолютных объемов всех компонентов
бетона равна 1 м3
уплотненной бетонной смеси, т.е.
,
(4)
где
Ц,
В,
П,
Щ (Г)
расход цемента, воды, песка и щебня
(гравия),кг/м3;
ρц,
ρв,
ρп,
ρщ(г)
– истинная плотность этих материалов,
кг/м3;
,
,
,
– абсолютные объемы материалов, м3;
во-вторых,
цементно-песчаный раствор заполнит
пустоты в крупном заполнителе с некоторой
раздвижкой зерен, т. е.
,
(5)
где
Vп.щ(г)
пустотность щебня (гравия) в рыхлом
состоянии; ρн.щ(г)
—насыпная плотность щебня (гравия),
кг/м3;
α
коэффициент раздвижки зерен щебня
(гравия); для подвижной смеси принимают
(Ок
= 4…15 см) в пределах 1,25
1,6 в зависимости от расхода цемента
(прил. 5); для малоподвижных (Ок
=1…3 см) 1,2
1,5; для жестких 1,05
1,1.
Решая
совместно эти два уравнения, находят
формулу для определения расхода щебня
(гравия) в кг на 1 м3
бетона:
.
(6)
После
определения расхода щебня (гравия)
рассчитывают расход песка в килограммах
на кубический метр как разность между
проектным объемом бетонной смеси и
суммой абсолютных объемов цемента, воды
и крупного заполнителя по формуле
.
(7)
5.
Определив расход компонентов Ц,
В, П, Щ(Г) на
1 м3
бетонной смеси, вычисляют ее расчетную
среднюю плотность: ρ.б.см=
Ц+В+П+Щ(Г),
кг/м3,
и коэффициент выхода бетона β
делением объема бетонной смеси (1 м3)
в уплотненном состоянии на сумму объемов
сухих составляющих, затраченных на ее
приготовление:
,
(8)
где
Vц,
Vп,
Vщ(г)
объем сухих составляющих, затраченных
на приготовление 1 м3
бетонной смеси, м3;
Ц, П, Щ (Г)
– расход сухих материалов на 1 м3
бетона, кг; ρн.ц,
ρн.п,
ρн.щ(г)
– насыпная плотность сухих материалов,
кг/м3.
Значение
коэффициента выхода бетона β
обычно находится в пределах 0,55—0,75.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Сложность подбора состава легких бетонов состоит в необходимости получения при минимальном расходе вяжущего, кроме требуемой прочности, также наименьшей объемной массы, а иногда и коэффициента теплопроводности бетона.
Подбор состава смеси для легкого бетона существенно отличается от подбора состава обычной бетонной смеси, что связано с рядом характерных особенностей легких бетонов.
При использовании пористых заполнителей задача подбора состава бетона усложняется еще и тем, что трудно установить истинное водоцементное отношение и определить требуемую удобоукладываемость смеси. Кроме того, вследствие небольшой массы и обычно угловатой формы зерен заполнителя, а также развитого характера их поверхности и большого внутреннего трения при укладке смеси для легкого бетона компактность составляющих, как правило, достигается при большой работе уплотнения.
Особенности легкого бетона
| Основные показатели | Требования, предъявляемые к бетонам | |
| легким | тяжелым | |
| Основной фактор прочности бетона | Расход цемента при оптимальном расходе воды на 1 м3 бетона | Водоцементное или цементно-водное отношение |
| Объемная масса | Должна быть не более заданной | Может быть любой |
| Прочность заполнителя | Обычно в несколько раз меньше проектной марки бетона | Должна быть в 1,5-2 раза выше проектной марки бетона |
| Зерновой состав заполнителя | Сильно влияет на объемную массу и прочность бетона, а также на расход цемента | Влияет на расход цемента |
| Расход вяжущего | Влияет на объемную массу и стоимость бетона | Влияет на стоимость бетона |
Подбор состава легких бетонов наиболее целесообразно проводить расчетно-экспериментальным методом, который состоит из следующих этапов:
1) выбора предельной крупности заполнителя; 2) назначения зернового состава заполнителей; 3) определения расхода вяжущего и добавок для опытных замесов; 4) определения оптимального количества воды для выбранных расходов вяжущего и принятых параметров уплотнения смеси; 5) установления зависимости между расходом вяжущего и прочностью бетона при заданных условиях его уплотнения и твердения; 6) расчета производственного состава бетона.
Подбор состава легкобетонной смеси с оптимальным расходом воды. Наибольший допустимый размер зерен крупного заполнителя выбирают в зависимости от размеров конструкции и расположения арматурных стержней. Кроме того, при выборе предельной крупности пористых заполнителей необходимо учитывать, что с ее уменьшением повышается подвижность и связность бетонной смеси, а ее увеличение приводит к снижению объемной массы бетона. В большинстве случаев крупность пористого щебня принимается не более 20 мм, а пористого гравия — 40 мм.
Для определения зернового состава пористых заполнителей, обеспечивающего получение бетона заданной объемной массы и прочности при наименьшем расходе вяжущего, используют следующие способы:
1. а) исходя из заданной объемной массы сухого бетона и принятого расхода цемента, определяют требуемое количество заполнителей (кг/м3) по формуле
З ≤ ( γоб.б. — 1,15Ц) ,
где γоб.б. — требуемая объемная масса сухого бетона, кг/м3; Ц— расход цемента, кг/м3;
б) в зависимости от вида и назначения бетона выбирают ориентировочные зерновые составы заполнителей по таблицам или графикам нормативных документов;
в) опытным путем уточняют выбранный зерновой состав заполнителей, для чего изготавливают и испытывают контрольные образцы из бетонных смесей, отличающихся содержанием песка на ± 15%. Причем эту операцию производят одновременно с уточнением количества вяжущего и воды.
2. Подбирают несколько составов бетонов, в которых зерновые заполнителей отличаются различным содержанием песчаных в смеси заполнителей. Как минимум, проверяют три состава, состав, в котором отсутствует мелкий заполнитель, получение бетона с наименьшей объемной массой, но требует наибольшего расхода вяжущего. Другие два состава с содержанием песчаных фракций в смеси заполнителей 30 и 60% находятся в области меньших расходов вяжущего, но по сравнению с первым составом приводят к повышению объемной массы бетона. В целях повышения точности определения зернового состава заполнителей испытывают промежуточные составы с содержанием песчаных фракций в смеси заполнителей 15 и 45%. Для каждого зернового состава заполнителя изложенными ниже методами назначают расход вяжущего и воды.
По результатам испытаний бетонов с различным зерновым составом и расходом вяжущего строят кривые зависимости объемной массы бетона и расхода цемента от зернового состава заполнителей. По второй кривой устанавливают зерновой состав, при котором данный заполнитель обеспечивает получение наиболее прочного бетона с наименьшим расходом вяжущего, а по первой кривой находят, какую объемную массу будет иметь бетон при этом зерновом составе. Если же объемная масса бетона окажется больше требуемой, то по первой кривой выявляют точку, соответствующую заданной объемной массе, а по второй — необходимый зерновой состав заполнителей для этой точки. Выявленный таким образом зерновой состав заполнителей обеспечит получение бетона с заданной объемной массой и прочностью при наименьшем расходе вяжущего. Если кривая объемной массы располагается выше ординаты с заданной объемной массой, то на данном заполнителе не может быть получен бетон требуемой объемной массы и прочности.
3. Расход вяжущего и добавок для опытных замесов при подборе состава бетона с определенной прочностью и объемной массой устанавливают по таблицам нормативных документов с учетом поправочных коэффициентов, отражающих влияние марки цемента и заполнителей, вида и количества тонкомолотых и поверхностно-активных добавок и других факторов, а затем уточняют его опытным путем, изготавливая бетоны с пониженным на 25% и повышенным на 35% расходом вяжущего.
При необходимости подбора состава бетона различного вида и назначения с отличными прочностью и объемной массой для каждого из принятых зерновых составов заполнителей назначают по 3-5 расходов вяжущего в пределах от минимально допустимого количества до наибольшего (400-450 кг на 1 м3 уплотненной бетонной смеси).
4. Оптимальный расход воды для бетона с выбранными зерновым составом и расходом вяжущего находят путем изготовления 3-5 серий бетонных образцов с различным расходом воды.
Первый (исходный) расход воды устанавливают по таблицам нормативных документов или опытным путем. При опытном определении готовят смесь, которая комкуется при сжатии в руке, не прилипая к ней, и имеет характерный блеск. Кроме того, приготавливают замесы с большим и меньшим на 10-20%, чем в первом замесе, содержанием воды. Изготовив из всех замесов образцы, определяют объемную массу уложенной смеси и коэффициент выхода бетона или после пропаривания устанавливают объемную массу и прочность бетона.
Построив графики зависимости коэффициентов выхода или прочности бетона от расхода воды, для каждого расхода вяжущего находят оптимальное содержание воды по наименьшему коэффициенту выхода или наибольшей прочности бетона.
Для уменьшения количества изготавливаемых образцов определение оптимального водосодержания производят только при наибольшем и наименьшем расходах вяжущего, а при других расходах Цх оптимальное количество воды Вх (л или см3 на 1 м3 бетона) рассчитывают по формуле
где В1 — оптимальный расход воды на 1 м3 бетона (или на замес) при меньшем расходе цемента Ц1, л или см3; В2 — оптимальный расход воды на 1 м3 бетона (или замес) при большем расходе цемента Ц2, л или см3.
5. Определив оптимальные зерновые составы заполнителей и содержание воды при различных расходах вяжущего, устанавливают зависимость прочности бетона от расхода вяжущего, для чего строят график (см. рис. 3), по оси абсцисс которого откладывают расходы вяжущего в кг на 1 м3 бетона, а по оси ординат — предел прочности бетонных образцов при сжатии для каждого из расходов цемента с оптимальным расходом воды. По графику определяют требуемый расход цемента для получения бетона заданной прочности при данных условиях уплотнения и твердения. Расход воды на 1 м3 бетона заданной прочности определяют путем построения кривой зависимости оптимального расхода воды от расхода вяжущего или расчетным путем по вышеприведенной формуле.
6. Назначение производственных составов бетонных смесей производят путем корректировки подобранных в лаборатории составов, для чего в последние вносят поправки, учитывающие разницу в степени дробления и истирания заполнителей при перемешивании смеси в лабораторном и производственном смесителях. Уточненный расход компонентов на 1 м3 бетона устанавливают по выходу бетона.
Особенности подбора легкобетонных смесей с заданной подвижностью. Подбор состава легкобетонных смесей с требуемой подвижностью и определение предельной крупности заполнителей осуществляют тем же методом и в той же последовательности, что и примесей с оптимальным расходом воды. Однако с уменьшением крупности заполнителей увеличивается подвижность смеси, наибольшую крупность заполнителя рекомендуется принимать для смесей с осадкой конуса 3-8 см — не выше 20 мм, а при осадке конуса более 8 см — 10 мм.
Зерновой состав заполнителей назначают теми же способами, что при подборе бетона с оптимальным расходом воды. Если при выбранном по графикам зерновом составе заполнителей и требуемой подвижности смесь расслаивается или же требуется больший расход вяжущего для получения бетона заданной прочности, то принимают следующие меры: в смеси заполнителей увеличивают содержание песчаных фракций, в основном мелких, размером до 1,2 мм; уменьшают предельную крупность заполнителя до 10 мм. Если же даже при очень большом расходе вяжущих и песка не достигается заданная подвижность смеси, в нее вводят микропенообразующие добавки (легкие бетоны с поризованным раствором).
Подвижные смеси на ряде пористых заполнителей (например, шлаковой пемзе) практически можно получить только при введении микропенообразующих добавок.
Расход воды для получения требуемой подвижности смеси подбирают опытным путем отдельно для каждого зернового состава данного заполнителя и количества вяжущего.
Расход вяжущего, обеспечивающего получение бетона требуемой прочности при заданной подвижности бетонной смеси, а также расход воды и заполнителей на 1 м3 бетона, определяют таким же путем, как и при подборе составов легких бетонов с оптимальным расходом воды.
- Бетоноведение
- Бетоны и строительные растворы
- Бетонные и растворные смеси
- Лёгкие бетоны
- Классификация и свойства легких бетонов
- Легкие бетоны на пористых заполнителях
- Материалы для легких бетонов
- Подбор состава легких бетонов
- Цементные и силикатные ячеистые бетоны
- Требования к материалам для ячеистых бетонов
- Ячеистые смеси
- Подбор состава ячеистых бетонов
- Плотные силикатные бетоны
- Бетоны на бесклинкерных вящущих
- Технология изготовления сборных железобетонных конструкций и деталей
- Бетонные работы в зимних условиях
- Производство сборных конструкций и деталей из легких бетонов
- Производство сборных изделий из плотных силикатных бетонов и бетонов на бесклинкерном вяжущем
- Производство бетонных и железобетонных изделий на полигонах
- Общие правила техники безопасности и противопожарные мероприятия на строительной площадке
Министерство образования Российской Федерации
Кузбасский государственный технический университет
Кафедра технологии строительного производства
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВА ЛЕГКОГО БЕТОНА
Методические указания к практическим занятиям по курсу «Физико-химические основы цементного бетона»
для студентов специальности 290300 – «Промышленное и гражданское строительство»
Составитель Т.В.Хмеленко
Утверждены на заседании кафедры Протокол № 2 от 15.11.99
Рекомендованы к печати учебнометодической комиссией специальности 290300 Протокол № 7 от 22.11.99
Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса КузГТУ
Кемерово 2000
2
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Цель работы: студент должен научиться проектировать состав легкого цементного бетона на пористых заполнителях для изготовления конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных изделий для промышленного, гражданского и сельскохозяйственного назначения.
Каждый студент получает вариант задания и самостоятельно подбирает состав легкого бетона под руководством преподавателя.
Работа рассчитана на 4 часа.
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
К легким бетонам относятся бетоны с плотностью менее 1800кг/м3.
По назначению легкие бетоны подразделяются на :
— конструкционные плотностью 1401 – 1800 кг/м3 с прочностью на сжатие 15 – 50 МПа, чаще всего используются для изготовления легких несущих железобетонных конструкций (пролетные строения мостов, фермы, гидротехнические сооружения, элементы перекрытий
|
и покрытий зданий); |
|
|
— конструкционно-теплоизоляционные плотностью |
501 – |
1400 кг/м3 с прочностью 2,5 – 10 МПа, являющейся основным материалом ограждающих конструкций зданий;
—теплоизоляционные и акустические плотностью до 500 кг/м3, широко применяемые в слоистых конструкциях как утеплитель и звукопоглощающий материал. Прочность такого бетона редко бывает более 1,5 МПа.
По структуре различают:
—плотные, или обычные легкие бетоны, в которых раствор на тяжелом или легком песке полностью заполняет межзерновые пустоты крупного заполнителя (обычно с некоторой раздвижкой зерен);
—поризованные легкие бетоны, в которых растворную часть вспучивают с помощью пеноили газообразующих добавок;
—крупнопористые легкие бетоны, в которых не содержится песок
исохраняются межзерновые пустоты.
3
В строительстве используют главным образом легкие бетоны с крупностью пористого заполнителя до 20 – 40 мм, однако применяют и мелкозернистые легкие бетоны.
По требованию ГОСТ 25820-83 «Бетоны легкие. Технические условия» в зависимости от применяемого крупного пористого заполнителя устанавливают следующие виды легких бетонов:
—керамзитобетон (бетон на керамзитовом гравии);
—шунгизитобетон (бетон на шунгизитовом гравии);
—аглопоритобетон (на аглопоритовом щебне);
—шлакопемзобетон (на шлакопемзовых щебне и гравии);
—перлитобетон (на вспученном перлитовом щебне);
—бетон на щебне из пористых горных пород);
—термолитобетон (на термолите);
—вермикулитобетон (на вспученном вермикулите);
—шлакобетон (бетон на золошлаковых смесях тепловых электростанций ТЭС или на пористом топливном шлаке);
—бетон на аглопоритовом гравии;
—бетон на зольном гравии;
—азеритобетон (бетон на азеритовом гравии).
За показатель прочности бетона на сжатие принимают класс бетона по прочности на сжатие. Для легких бетонов устанавливают следующие классы: В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В22,5;
В25; В30; В35; В40 – для конструкционных бетонов; В0,35; В0,75; В1; В2 – для теплоизоляционных бетонов.
По средней плотности устанавливают следующие марки легкого бетона D200; D300; D400; D500; D600; D700; D800; D900; D1000; D1100; D1200; D1300; D1400; D1500; D1600; D1700; D1800; D1900; D2000. Марка по средней плотности легкого бетона устанавливается в сухом состоянии.
Для конструкционного бетона в зависимости от условий работы изделий и конструкций устанавливаются следующие марки по морозостойкости и водонепроницаемости; по морозостойкости – F25; F35; F50; F75; F100; F159; F200; F300; F400; F500; по водонепроницаемости W2; W4; W6; W8; W10; W12.
Легкие бетоны имеют ряд специфических особенностей по сравнению с тяжелыми бетонами.
Прочность легких бетонов, как и тяжелых бетонов, зависит от водоцементного отношения, так как оно определяет свойства це-
4
ментного камня, соединяющего все составляющие компоненты бетона в единый монолит. Однако пористые заполнители вследствие особенностей своей структуры имеют невысокую прочность, обычно ниже прочности цементного раствора. Введение их в бетон приводит к снижению его прочности по сравнению с обычным тяжелым бетоном на прочных плотных заполнителях, причем тем в большей степени, чем больше содержится заполнителя и меньше его плотность.
Другой важной особенностью легких бетонов на пористых заполнителях является то обстоятельство, что каждый крупный заполнитель позволяет получать бетоны только до определенной прочности, характерной прочности заполнителя, по достижении которой дальнейшее повышение прочности раствора, например за счет уменьшения водоцементного отношения, не приводит к заметному повышению прочности бетона.
Третьей особенностью легких бетонов является то , что влагообмен между пористым заполнителем и оболочкой из цементного камня есть саморегулирующаяся система. Высокая пористость заполнителя приводит к влагообмену между сухими пористыми заполнителями в легких бетонах и окружающей их оболочкой из цементного теста – камня. Сначала после затворения происходит миграция воды из растворной части бетона в зерна заполнителя, а через некоторое время – из заполнителя в окружающую оболочку. В дальнейшем эта миграция влаги периодически меняет направление до тех пор, пока в системе не установится равновесное влажностное состояние и равновесие с окружающей средой. Процесс становления равновесной влажности в рассматриваемой системе подчиняется закону маятника.
Четвертой особенностью легкого бетона является повышенное сцепление крупного заполнителя с растворной частью, превышающее сцепление плотного щебня в 1,7 –2,5 раза. При затворении легкобетонной смеси зерна пористого заполнителя набухают, и поскольку влажностный коэффициент линейного расширения заполнителя будет больше соответствующего значения для цементного раствора, цементный раствор будет обжимать зерна пористого заполнителя, усиливая сцепление и повышая прочность контактной зоны. Кроме того, пористые заполнители обладают более высокой удельной поверхностью, по сравнению с плотными заполнителями, что приводит к улучшению адгезии зерен заполнителя с цементным раствором. Пористый заполнитель также имеет в своем составе повышенное содер-
5
жание кислого оксида кремния, который хемосорбционно взаимодействует с гидроксидом кальция цементного камня с образованием новых гидратных соединений с пониженной основностью. Это, в свою очередь, повышает водостойкость легкого бетона.
Оптимальное водосодержание в легкобетонных смесях соответствует наилучшей удобоукладываемости, а не большей прочности, это тоже одна из особенностей легких бетонов.
Состав бетона на пористых заполнителях определяется расчетноэкспериментальным путем. Вначале находят предварительный состав бетона, который затем уточняют на пробных замесах. При определении предварительного состава бетона используют зависимости и учитывают особенности влияния на свойства бетона и бетонной смеси различных видов пористого заполнителя.
В отличие от обычного бетона при проектировании состава легкого бетона необходимо наряду с прочностью бетона и удобоукладываемостью бетонной смеси обеспечить заданную его плотность. Поскольку плотность зависит от свойств и содержания пористого заполнителя, расходы мелкого и крупного заполнителей определяют из условий заданной плотности бетона.
Для получения состава легкого бетона при минимальных расходах цемента необходимо правильно выбрать материалы для бетона.
Состав легких бетонов на плотном песке для пробных замесов устанавливают в следующем порядке:
1. Выбирают вид легкого заполнителя для обеспечения требуемого класса легкого бетона и требуемой средней плотности проектируемого бетона (по таблицам).
2.Определяют марку цемента для получения требуемого класса бетона (по таблицам).
3.Определяют расход цемента в зависимости от заданной прочности бетона, активности цемента и прочности крупного заполнителя (по таблицам).
4.Устанавливают начальный расход воды в зависимости от заданной жесткости или подвижности бетонной смеси, наибольшей крупности и вида крупного заполнителя (по таблице).
5.Определяют объемную концентрацию крупного заполнителя
взависимости от расхода цемента и воды, заданной плотности зерен крупного заполнителя и водопотребности песка.
6.Определяют расход крупного заполнителя по формуле.
6
7.Определяют расход песка по формуле .
8.Определяют расход воды.
9.Определяют теоретическую среднюю плотность запроектированного легкого бетона.
10.Рассчитывают состав запроектированного бетона на лабораторный замес бетона объемом 8 литров, т.е. количество цемента, песка, щебня (или гравия) и воды в кг.
11.Готовят лабораторный замес бетона и определяют его подвижность и среднюю плотность. Формуют образцы бетона и оставляют твердеть их в нормальных условиях твердения, которые потом подвергают испытаниям.
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВА ЛЕГКОГО БЕТОНА
Проектирование состава легкого бетона на легких пористых заполнителях и плотном песке выполняется на основании задания, в котором указываются следующие данные:
-вид, класс или марка бетона; -средняя плотность легкого бетона в сухом состоянии;
-показатель жесткости или подвижность бетонной смеси; -предельная крупность легкого заполнителя.
Расчет состава легкого бетона выполняют для 1 м3.
1. Выбрать вид легкого заполнителя для обеспечения необходимой марки или класса бетона, а также требуемой средней плотности проектируемого бетона.
При выборе легких пористых заполнителей для легких конструкци- онно-теплоизоляционных и конструкционных плотных бетонов следует руководствоваться данными табл. 1, 2.
7
Таблица 1 Рекомендуемые соотношения между марками пористого гравия, прочностью и минимальной плотностью легких
бетонов (плотной структуры)
|
Марка |
Класс, |
Минимальная плотность |
сухого |
бетона. |
|||
|
пористо- |
МПа, лег- |
кг/м3, в зависимости от вида мелкого за- |
|||||
|
го гравия |
кого бетона |
полнителя и его плотности ρ нас., кг/м3 |
|||||
|
по на- |
по прочно- |
||||||
|
перлит |
керамзи- |
шлако- |
на |
плотных |
|||
|
сыпной |
сти на сжа- |
до 450 |
товый до |
вый |
до |
породах, до |
|
|
плотно- |
тие |
кг/м3 |
700кг/м3 |
850 |
1500кг/м3 |
||
|
сти |
кг/м3 |
||||||
|
200 |
2,5 |
650 |
700 |
850 |
— |
||
|
3,5 |
700 |
750 |
900 |
— |
|||
|
300 |
2,5 |
750 |
800 |
950 |
— |
||
|
3,5 |
800 |
800 |
1000 |
— |
|||
|
5,0 |
800 |
850 |
1000 |
— |
|||
|
7,5 |
850 |
900 |
1050 |
— |
|||
|
400 |
3,5 |
850 |
900 |
1100 |
— |
||
|
5,0 |
900 |
900 |
1100 |
— |
|||
|
7 |
950 |
950 |
1150 |
— |
|||
|
10,0 |
1000 |
1000 |
1150 |
1400 |
|||
|
15,0 |
— |
— |
— |
— |
|||
|
500 |
5,0 |
1000 |
1000 |
1200 |
— |
||
|
7,5 |
1000 |
1050 |
1200 |
— |
|||
|
10,0 |
1050 |
1100 |
1200 |
— |
|||
|
15,0 |
— |
— |
— |
1400 |
|||
|
600 |
5,0 |
1050 |
1100 |
1250 |
— |
||
|
7,5 |
1050 |
1150 |
1300 |
— |
|||
|
10,0 |
1100 |
1200 |
1300 |
— |
|||
|
15,0 |
— |
— |
— |
1400 |
|||
|
20,0 |
— |
— |
— |
1400 |
|||
|
25,0 |
— |
— |
— |
1500 |
|||
|
30,0 |
— |
— |
— |
1700 |
|||
|
700 |
7,5 |
1100 |
1200 |
1350 |
— |
||
|
10,0 |
1150 |
1250 |
— |
— |
|||
|
15,0 |
— |
— |
— |
1400 |
|||
|
20,0 |
— |
— |
— |
1400 |
8
|
Марка |
Класс, |
Минимальная плотность сухого бетона, |
|||
|
пористо- |
МПа, лег- |
кг/м3, в зависимости от вида мелкого за- |
|||
|
го гравия |
кого бетона |
полнителя и его плотности ρ нас., кг/м3 |
|||
|
по на- |
по прочно- |
||||
|
сыпной |
сти на сжа- |
перлит |
керамзи- |
шлако- |
На плотных |
|
плотно- |
тие |
до |
товый |
вый до |
породах, до |
|
сти |
450 |
до700 |
850кг/м3 |
1500кг/м3 |
|
|
кг/м3 |
кг/м3 |
||||
|
25,0 |
— |
— |
— |
1500 |
|
|
30,0 |
— |
— |
— |
1500 |
|
|
800 |
15,0 |
— |
— |
— |
1400 |
|
20,0 |
— |
— |
— |
1400 |
|
|
25,0 |
— |
— |
— |
1500 |
|
|
30,0 |
— |
— |
— |
1600 |
Таблица 2
Рекомендуемые соотношения между марками пористого щебня, прочностью и минимальной плотностью легкого бетона
плотной структуры
|
Класс |
Минимальная плотность сухого бетона, кг/м3, при мар- |
|||||
|
бетона |
ке пористого щебня |
|||||
|
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
1000 |
|
|
2,5 |
950 |
1050 |
1150 |
1250 |
1350 |
— |
|
3,5 |
1000 |
1000 |
1200 |
1300 |
1400 |
— |
|
5,0 |
1050 |
1150 |
1250 |
1350 |
1450 |
— |
|
7,5 |
1100 |
1200 |
1300 |
1400 |
1500 |
— |
|
10,0 |
1150 |
1250 |
1350 |
1450 |
1500 |
— |
|
15,0 |
— |
— |
1500 |
1600 |
1700 |
1800 |
|
20,0 |
— |
— |
1550 |
1650 |
1750 |
1850 |
|
25,0 |
— |
— |
1600 |
1700 |
1800 |
1900 |
|
30,0 |
— |
— |
— |
1750 |
1850 |
1950 |
2. Определить марку цемента для получения проектируемого класса или марки бетона по табл.3
9
Таблица 3
Данные для выбора цементов при проектировании составов легких бетонов плотной и поризованной структуры
|
Проекти- |
Марка цемента |
Проекти- |
Марка цемента |
||
|
руемая |
рекомен- |
допус- |
руемая |
рекомен- |
допус- |
|
марка |
дуемая |
каемая |
марка |
дуемая |
каемая |
|
или класс |
или класс |
||||
|
бетона |
бетона |
||||
|
3,5 |
300 |
200, 400 |
25,0 |
400 |
500 |
|
5,0-10,0 |
400 |
300 |
30,0 |
500 |
400, 600 |
|
15,0 |
400 |
300, 400 |
35,0 |
500 |
400, 600 |
|
20,0 |
400 |
300, 500 |
40,0 |
600 |
500 |
3. Назначить расход цемента выбранной марки в зависимости от марки пористого заполнителя и его вида (щебня или гравия) по табл. 4,5,6.
Таблица 4
Ориентировочный расход цемента М400 для конструкционнотеплоизоляционных бетонов плотной структуры (на пористом гравии)
|
Класс бе- |
Расход цемента, кгм3, при марке пористого гравия |
|||||
|
тона |
220 |
300 |
350-400 |
350-500 |
550- |
700 |
|
600 |
||||||
|
2,5 |
210-240 |
180-210 |
170-200 |
— |
— |
— |
|
3,5 |
210-230 |
190-210 |
180-200 |
170-200 |
— |
— |
|
5,0 |
— |
200-220 |
190-210 |
1800-210 |
170- |
— |
|
200 |
||||||
|
7,5 |
— |
220-240 |
200-230 |
190-220 |
180- |
170- |
|
210 |
200 |
|||||
|
10,0 |
— |
— |
240-270 |
220-240 |
200- |
190- |
|
230 |
220 |
10
Таблица 5 Ориентировочный расход цемента М400 в конструкционно-
теплоизоляционных бетонах плотной структуры (на пористом щебне)
|
Класс бе- |
Расход цемента, кг/м3, при марке пористого щебня |
||||
|
тона |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
|
2,5 |
230-260 |
210-230 |
200-230 |
190-220 |
180-210 |
|
3,5 |
250-280 |
220-240 |
220-240 |
210-240 |
200-230 |
|
5,0 |
270-300 |
240-260 |
230-250 |
220-240 |
210-220 |
|
7,5 |
300-330 |
280-300 |
250-300 |
240-260 |
230-240 |
|
10,0 |
— |
320-360 |
270-320 |
250-280 |
240-260 |
Таблица 6 Ориентировочный расход цемента М400 в легких бетонах повышен-
ной прочности (плотной структуры) на пористых заполнителях
|
Марка |
Расход |
цемента, |
кг/м3, при плотности легкого бетона |
|||||||
|
круп- |
кг/м3 |
|||||||||
|
ного |
1400 |
1500 |
1600 |
1700 |
1800 |
1900 |
||||
|
порис- |
||||||||||
|
того |
||||||||||
|
заполн. |
||||||||||
|
Класс бетона 15,0 |
||||||||||
|
400 |
300- |
270-310 |
260-290 |
— |
— |
— |
||||
|
350 |
||||||||||
|
500 |
260- |
250-280 |
240-270 |
230-270 |
200-250 |
— |
||||
|
300 |
||||||||||
|
600 |
240- |
280- |
220- |
210- |
200- |
— |
||||
|
280 |
320/300 |
250/300 |
259/290- |
250/280- |
||||||
|
-380 |
-360 |
350 |
350 |
|||||||
|
700 |
240- |
220-240 |
210- |
200- |
200- |
— |
||||
|
270 |
240/260 |
240/250- |
240/250- |
|||||||
|
-340 |
340 |
330 |
||||||||
|
800 |
230- |
210-230 |
200-330 |
200- |
200- |
— |
||||
|
260 |
230/250- |
230/240- |
||||||||
|
330 |
320 |
|||||||||
|
1000 |
— |
— |
— |
— |
-/240-300 |
— |
Строительные материалы и изделия
Основы проектирования состава легких бетонов
0 При подборе состава легких бетонов исходят из условия получения экономичного бетона, обеспечивающего не только удобоукладываемость бетонной смеси и прочность бетона, но и заданную плотность при наименьшем расходе цемента.
Задача подбора состава легкого бетона усложняется по сравнению с подбором состава тяжелого бетона. Подбирая состав тяжелого бетона, обычно находят соотношение между щеб-. нем и песком, требуемое В/Ц и расход цемента. В легком бетоне трудно установить расчетом В/Ц, а удобоукладываемость колеблется в больших пределах. Это связано с тем, что пористые заполнители обладают значительным водопоглощением, интенсивно отсасывая воду из цементного теста. Шероховатая поверхность пористых заполнителей затрудняет получение точных показателей удобоукладываемости смеси. Эти обстоятельства приводят к тому, что состав легкобетонной смеси подбирают опытным путем, определяя оптимальный расход воды для каждого состава бетона, устанавливая зависимость прочности бетона от расхода цемента при оптимальных расходах воды.
Существует несколько методов подбора состава легкого бетона, но чаще всего применяют метод подбора состава легкого бетона по оптимальному расходу воды. При этом пользуются способом опытных затворений, который включает следующие операции: выбор наибольшей крупности и определение содержания крупного и мелкого заполнителей (рис. 6.15); определение Расхода вяжущих и добавок для пробного замеса; предварительный расчет расхода заполнителей на 1м3 смеси для приготовления пробных замесов; уточнение расхода воды по заданной
Размер от верстай сит, мм
Рис. 6.15. График зернового состава пористых заполнителей: о—пористого щебня и песка; б— пористого гравия и песка; / — предельная крупность заполнителя 10 мм; 2 — то же, 20 мм; 3— то же, 40 мм
Подвижности или выявление оптимального содержания воды по наибольшей плотности уплотненной легкобетонной смеси; установление зависимости между расходом вяжущего и прочностью бетона при заданной подвижности смеси. Одновременно устанавливают зависимость между расходом цемента и плотностью бетона при принятых условиях уплотнения смеси.
Обычно для приготовления легкого бетона принимают наибольшую крупность гравия до 40 мм, а щебня — до 20 мм. При использовании пористого заполнителя с предельной крупностью до 20 мм бетон при прочих равных условиях получают более однородным.
Типовые нормы расхода цемента для приготовления различных видов легкого бетона приведены в СНиП 5.01.23—83.
Бетонные смеси с легкими заполнителями приготовляют аналогично обыкновенным бетонным смесям. Однако легкобетонную смесь следует более тщательно перемешивать. Уплотнение легкого бетона производят теми же методами, что и тяжелого бетона. При этом следует учитывать, что плотность легкого бетона можно повысить не только подбором соответствующего гранулометрического состава бетонной смеси, расходом воды и применением пластифицирующих добавок, но и интенсивным и длительным уплотнением. Воздействие вибрирования на легкобетонные смеси отличается рядом особенностей. Большая разница в плотности заполнителя и цементного теста приводит при вибрировании к слабому уплотнению в нижней зоне и разуплотнению смеси в верхней зоне изделия, поэтому легкобетонные смеси требуют вибрирования с пригрузом, компенсирующим недостаток собственной массы заполнителей. Чем меньше плотность заполнителя, тем больше требуется пригруз.
Свежеотформованные предельно уплотненные легкие бетоны обладают высокой структурной прочностью, позволяющей немедленную распалубку. Легкобетонные изделия можно формо — аТь всеми способами, применяемыми для формования тяже — ®ь1Х бетонов (см. гл. 11). Аналогичным образом организуется и ускоренное твердение их.
Щ Свойства легких бетонов. По структуре легкие бетоны подразделяют на плотные, поризованные и крупнопористые.
Основным показателем прочности легкого бетона является класс бетона установленный по прочности его на сжатие: В2; 2,5; 3,5; 5; 7,5; 10; 12,5; 17,5; 20; 22,5; 25; 30; 40; для теплоизо- пяционных бетонов, кроме того, предусмотрены классы ВО,35; 0,75 и 1.
Наряду с прочностью важной характеристикой легкого бетона является его плотность в сухом состоянии. По этому показателю легкие бетоны подразделяют на марки: Д200; 300; 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; 1100; 1200; 1300; 1400; 1500; 1600; 1700; 1800; 1900 и 2000. Уменьшить плотность легких бетонов можно путем образования в цементном камне мелких пор с помощью пено — и газообразующих веществ.
Теплопроводность легких бетонов зависит в основном от плотности и влажности. Увеличение влажности на 1% повышает теплопроводность на 0,016…0,035 Вт/(м°-С).
По морозостойкости легкие бетоны делят на 10 марок: F 25, 35, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400 и 500. Для наружных стен зданий применяют бетоны с морозостойкостью не ниже F 25.
Водонепроницаемость конструкционных легких бетонов может быть высокой. Установлены следующие марки легкого бетона на пористых заполнителях по водонепроницаемости W 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1; 1,2 (МПа гидростатического давления).
Легкий бетон — эффективный материал, который имеет большую перспективу.
- Звукопоглощающие материалы и изделия
- Рекомендации по выбору бизнеса
- Строительное оборудование МСД
- Тепловые насосы
Строительные материалы и изделия
ЛАКОКРАСОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Лакокрасочные материалы (ЛКМ) используются для получения защитных и декоративных покрытий на изделиях. ЛКМ после нанесения на поверхность отвердевают, образуя непроницаемую пленку, которая прочно сцепляется с основанием. Толщина пленки может составлять …
Геосинтетические материалы
Геосинтетические материалы — это материалы на основе полимерных волокон, проволоки, пленки, тканей, сеток, сотовых каркасов и т. д. Их применяют в гидротехническом строительстве; при строительстве дорог и аэродромов; сооружении хвостохранилищ, …
Полимербетоны и бетонополимеры
Полимербетон отличается от других видов бетона тем, что связующим веществом в нем являются термореактивные смолы (полиэфирные, фенольные, фурановые, карбамидные, реже — полиуретановые и эпоксидные). Термопластичные полимеры также могут быть использованы, …