Прилади і методи визначення марки бетону

Міністерство  освіти, науки молоді і спорту України

Київський Національний Університет будівництва та архітектури

Індивідуальна робота

На  тему:»Прилади і методи визначення марки бетону»

1. Бетон

2. Вихідні матеріали

3. Визначення складу бетону.

4. Приготування бетонної суміші та її властивості.

 5. Виробничі операції при приготуванні бетону.

1.Бетон  (франц. béton), штучний кам'яний матеріал, що отримується з раціонально підібраної суміші терпкої речовини (з водою, рідше без неї), заповнювачів і спеціальних добавок (в деяких випадках) після її формування і тверднення; один з основних будівельних матеріалів. До формування вказана суміш називається бетонною сумішшю.

    Історична довідка.  При зведенні масивних споруд  і таких конструкцій, як зведення, куполи, тріумфальні арки, ще древні римляни використовували Б. і як терпких матеріалів застосовували глину, гіпс, вапно, асфальт. З падінням Римської імперії вживання Б. припинилося і поновилося лише в 18 ст в західноєвропейських країнах.

   Розвиток і вдосконалення  технології Б. пов'язано з виробництвом  цементу, який з'явився в Росії  на початку 18 ст По архівних свідоцтвах на будівництві Ладозького каналу в 1728—29 був використаний цемент, виготовлений на цементному заводі, що існував в Конорськом повіті Петербурзької губернії В 1824 Дж. Аспдін отримав в Англії патент на спосіб виготовлення гідравлічного цементу. Перший цементний завод у Франції був відкритий в 1840, в Германії — в 1855, в США — в 1871. Поширенню Б. сприяв винахід в 19 ст залізобетону .

  Широке вживання Б.  у СРСР було підготовлено працями росіян учених Н. А. Белелюбського, А. Р. Шуляченко і І. Р. Малюги, що розробили спільно в 1881 перші норми на портландцемент . В 1890 І. Самовіч опублікував результати випробувань міцності розчинів з різним вмістом цементу і запропонував склади бетонної суміші для здобуття Б. найбільшій щільності. Професор І. Г. Малюга в 1895 встановив якісну залежність між міцністю Б. і процентним вмістом води в масі цементу і заповнювачів. У роботі американського ученого Д. Абрамса, опублікованою в США в 1918, були дани детальні графічні залежності міцності Б. від водо-цементного відношення і рухливості бетонної суміші, від складу Б., великій заповнювачів і водо-цементного відношення. Наукові основи проектування складу Б. з врахуванням його міцності і рухливості бетонної суміші були розвинені радянським ученим Н. М. Беляєвим . Уявлення про залежність міцності Б. від водо-цементного відношення радикально не змінювалися протягом довгого часу. Швейцарський учений Боломе спростив практичне вживання цієї складної (гіперболічною) залежності шляхом переходу до лінійної залежності міцності Б. від зворотної величини — цементно-водного відношення. Протягом ряду років ця залежність застосовувалася на практиці. У 1965 радянським вченим професором Би. Р. Ськрамтаєвим спільно з ін. дослідниками було встановлено, що лінійна залежність справедлива лише в певному діапазоні зміни цементно-водного відношення.

    Класифікація і  сфери застосування бетону.  Би. класифікують по вигляду вживаного  терпкого: Б. на неорганічних терпких  (цементні Би., гіпсобетони, силікатні  бетони, кислототривкі Б., жаростійкі  бетони і ін. спеціальні Б.) і  Б. на органічних терпких ( асфальтобетон, пластбетони ).

    Цементні Б.  залежно від об'ємної маси (у   кг/м 3  ) підрозділяються на особливо важкі (більше 2500), важкі (від 1800 до 2500), легені (від 500 до 1800) і особливо легкі (менше 500).

   Особливо важкі  бетони призначені для спеціальних  захисних споруд (від радіоактивних  дій); вони виготовляються переважно  на портландцементах і природних  або штучних заповнювачах (магнетит, лимоніт, барит, чавунний скрап,  обрізання арматури). Для поліпшення захисних властивостей від нейтронних випромінювань в особливо важкі Б. зазвичай вводять добавку карбіду бору або ін. добавки, що містять легкі елементи — водень, літій, кадмій.

   Найбільш поширені важкі бетони, вживані в залізобетонних і бетонних конструкціях промислових і цивільних будівель, в гідротехнічних спорудах (див. Гідротехнічний бетон ), на будівництві каналів, транспортних і ін. споруд. Особливе значення в гідротехнічному будівництві набуває стійкості Б., морських і прісних вод, що піддаються дії, і атмосфери. До заповнювачів для важких Би. пред'являються спеціальні вимоги по гранулометричному складу і чистоті. Суворі кліматичні умови ряду районів Радянського Союзу привели до необхідності розробки і впровадження методів зимового бетонування. У районах з помірним кліматом велике значення мають процеси прискорення тверднення Б., що досягається вживанням що швидко-тверднуть цементов, тепловою обробкою (електропрогрівання, пропарювання, автоклавна обробка), введенням хімічних добавок і ін. способами. До важких Би. відноситься також силікатний Би., у якому терпким є кальцієве вапно. Проміжне положення між важкими і легкими Б. займає великопористий (беспесчаний) бетон, що виготовляється на щільному крупному заповнювачі з порізованним за допомогою газо- або піноутворювачів цементним каменем.

   Легкі бетони виготовляють  на гідравлічному терпкому і  пористих штучних або природних  заповнювачах. Існує багато різновидів  легені Б.; вони названі в залежності  від вигляду застосованого заповнювача  — вермікулітобетон, керамзитобетон, пемзобетон, перлітобетон, туфобетон  і ін.

 По структурі і міри  заповнення міжзернового простору  цементним каменем легені Б.  підрозділяються на звичайні  легені Б. (з повним заповненням  міжзернового простору), малопіщані  легені Б. (з частковим заповненням  міжзернового простору), великопористі  легені Б., що виготовляються без  дрібного заповнювача, і легені  Б. з цементним каменем, порізованниє  за допомогою газо- або піноутворювачів.  По вигляду терпкого легені  Б. на пористих заповнювачах  розділяються на цементних цементно-вапняні,  вапняно-шлакові і силікатні.  Раціональна сфера застосування легенів Би. — зовнішні стіни і покриття будівель, де потрібні низька теплопровідність і мала вага. Високоміцний легкий Би. використовується в конструкціях промислових і цивільних будівель, що несуть (в цілях зменшення їх власної ваги). До легенів Би. відносяться також конструктивно-теплоізоляційні і конструктивні комірчасті бетони з об'ємною масою від 500 до 1200  кг/м 3  . За способом утворення пористої структури комірчасті Б. розділяються на газобетони і пінобетони, по вигляду терпкого — на газо- і пінобетонах, що отримуються із застосуванням портландцемента або змішаних терпких; на газо- і пеносилікати, що виготовляються на основі вапна; газо- і пеношлакобетони з вживанням мелених доменних шлаків. При використанні золи замість кварцевого піску комірчасті Б. називаються газо- і пенозолобетонамі, газо- і пенозолосилікатамі, газо- і пеношлакозолобетонамі.

   Особливо легкі  бетони застосовують головним  чином як теплоізоляційні матеріали .

    Сфери застосування  Б. у сучасному будівництві  постійно розширюються. У перспективі  намічається використання високоміцних  Би. (важких і легких), а також  Би. із заданими фізико-технічними  властивостями: малою усадкою  і повзучістю, морозостійкістю, довговічністю,  трещиностойкостью, теплопровідністю, жаростійкістю і захисними властивостями  від радіоактивних дій. Для  досягнення цього буде потрібно  проведення широкого круга досліджень, що передбачають розробку найважливіших теоретичних питань технології важких, легенів і комірчастих Б.: макро- і мікроструктурною теорій міцності Б. з врахуванням внутрішньої напруги і мікротрещинообразованія, теорій короткочасних і тривалих деформацій Би. і ін.

    Фізіко-технічні  властивості Б.  Основні властивості  Б. — щільність, вміст зв'язаної води (для особливо важких Би.), міцність при стискуванні і розтягуванні, морозостійкість, теплопровідність і технічна в'язкість (жорсткість суміші). Міцність Би. характеризується їх маркою (тимчасовим опором на стискування, осьове розтягування або розтягування при вигині). Марка по міцності на стискування важких цементних, особливо важких, легких і великопористих Би. визначається випробуванням на стискування бетонних кубів із стороною, рівною 200  мм , виготовлених з робочого складу і випробуваних після певного терміну витримки. Для зразків монолітного Б. промислових і цивільних будівель і споруд термін витримки при нормальному твердненні (при температурі 20 °С і відносній вологості не нижче 90%) рівний 28  сут  . Міцність Би. у віці 28  сут R 28  нормального тверднення можна визначати по формулі:

    R 28  = ar ц  ( Ц/В - би  ) ,

    де  Р ц — активність (міцність) цементу;  Ц/В — цементно-водне відношення;  а — 0,4—0,5 і би — 0,45—0,50 — коефіцієнти, залежні від вигляду цементу і заповнювачів. Для встановлення марки Б. гідротехнічних масивних споруд термін витримки зразків рівний 180  сут  . Термін витримки і умови тверднення зразків Би. збірних виробів вказуються у відповідних ГОСТ(державний загальносоюзний стандарт) ах. За марку силікатних і комірчастих Би. приймають тимчасовий опір в кгс/см 2  на стискування зразків тих же розмірів, але прошедших автоклавну обробку одночасно з виробами (1  кгс/см 2  » 0,1 Мн/м 2  ). Особливо важкі Б. мають марки від 100 до 300 (~10—30  Мн/м 2  ) , важкі Б. — від 100 до 600 (~10—60  Мн/м 2  ). Марки високоміцних Би. — 800—1000 (~80—100  Мн/м 2  ). Вживання високоміцних Би. найдоцільніше в центрально-стислих або стислих з малим ексцентриситетом колонах багатоповерхових промислових і цивільних будівель, фермах і арках великих прольотів. Легені Б. на пористих заповнювачах мають марки від 25 до 200> (~2,5—20  Мн/м 2  ), високоміцні Б. — до 400> (~40  Мн/м 2  ), великопористі Б. — від 15 до 100 (~1,5—10  Мн/м 2  ), комірчасті Б. — від 25 до 200(~2,5—20 Мн/м 2  ), особливо легкі Б. — від 5 до 50 (~0,5—5  Мн/м 2  ). Міцність Би. на осьове розтягування нижче міцності Б. на стискування приблизно в 10 разів.

   Вимоги по міцності  на розтягування при вигині  можуть пред'являтися, наприклад,  до Б. дорожніх і аеродромних  покриттів. ДО Б. гідротехнічних  і спеціальних споруд (телевізійні  башти, градірні і ін.), окрім прочностних показників, пред'являються вимоги по морозостійкості, що оцінюється випробуванням зразків на заморожування і відтавання (поперемінне) у насиченому водою стані від 50 до 500 циклів. До споруд, що працюють під натиском води, пред'являються вимоги по водонепроникності, а для споруд, що знаходяться під впливом морської води або ін. агресивних рідин і газів, — вимоги стійкості проти корозії. При проектуванні складу важкого цементного Б. враховуються вимоги до його міцності на стискування, рухливості бетонної суміші і її жорсткості (технічній в'язкості), а при проектуванні складу легенів і особливо важких Би. — також і до щільності. Збереження заданої рухливості особливе поважно при сучасних індустріальних способах виробництва; надмірна рухливість веде до перевитрати цементу, а недостатня утрудняє укладання бетонної суміші наявними засобами і незрідка приводить до браку продукції. Рухливість бетонної суміші визначають розміром осідання (у  см  )  стандартного бетонного конуса (усічений конус заввишки 30  см , діаметром нижньої підстави 20  см,  верхнього — 10  см  ). Жорсткість встановлюється за спрощеним способом професора Б. Г. Ськрамтаєва або за допомогою технічного віскозиметра і виражається часом в  сік , необхідним для перетворення конуса з бетонної суміші в рівновелику призму або циліндр. Ці дослідження виробляють на стандартному лабораторному вібромайданчику з автоматичним вимикачем, використовуваною також при виготовленні контрольних зразків. Градації рухливості бетонної суміші приводяться в таблиці.

   Градації рухливості  бетонної суміші 

 Бетонна суміш  

 Жорсткість по технічному віскозиметру ( сік  )  

 Осаду конуса ( см  )

 Жорстка  

 більше 60  

0

 Помірно жорстка  

30-60  

0

 Малорухлива  

15-30  

1-5

 Рухлива  

5—15  

5-10

 Сильноподвіжная  

 —  

10-15

 Лита  

 —  

15-25

   Вибір бетонної суміші по мірі її рухливості або жорсткості виробляють залежно від типа бетонованої конструкції, способів транспортування і укладання Б. Наряду з коштовними конструктивними властивостями Б. володіє також і декоративними якостями. Підбором компонентів бетонної суміші і підготовкою опалубок або форм можна видозмінювати забарвлення, текстуру і фактуру Б.; фактура залежить також і від способів механічної і хімічної обробки поверхні Б. Пластічеськая виразність споруд і скульптури з Би. посилюється його пористою, поглинаючою світло поверхнею, а багата градація декоративних властивостей Би. використовується в обробці інтер'єрів і в декоративному мистецтві.

2.Вихідні матеріали.

 При виборі різновиди цементу враховують характер конструкції і рекомендації нормативних документів (ДСТУ, СНіПа). Так, наприклад, при виробництві залізобетонних конструкцій промислових будівель і багатьох інженерних споруд, що працюють в умовах повітряно-сухого середовища, застосовують портландцементи з підвищеним вмістом аліта. Якщо ці конструкції відносяться до масивних, то більш кращі цементи з меншим вмістом аліта, які менше виділяють теплоти при реакціях твердіння і, отже, у меншій мірі схильні до конструкції тепловим нерівномірним напруженням. Якщо конструкція працює в умовах впливу морської або іншої мінералізованої води, тоді вибирають малоалюмінатние сульфатостійкі портландцемент і шлакопортландцемент. Гідротехнічні споруди проектують і будують із застосуванням сульфатостійких портландцементів з пластіфіцірующімі і гідрофобними додатковими речовинами. Аналогічним чином враховують умови при виборі цементу для інших видів бетону.

 Крім вибору різновиду в'яжучого обгрунтовують також вибір його марки, виходячи з необхідної міцності бетону в конструкціях і мінімального витрат в'яжучого як найбільш дорогого компонента бетону, надлишок якого збільшує величину усадочних деформацій, а тому і знижує тріщиностійкість бетону. Зазвичай виходять із співвідношення, щоб марка по міцності цементу перевищувала на 10-40% марку бетону, а при низьких марках бетону (110-300) перевищення марки цементу складає 100-200%. Але такі співвідношення є приблизними, так як визначення марок цементу та бетону за стандартами проводиться при різних умовах підготовки відповідних сумішей і при несхожих структурах випробовуваних матеріалів.  Саме тому часто фактично міцність бетону виходить на одну - дві марки вище марки прийнятого цементу. Щоб уникнути випадковості, слід при виборі цементу і розрахунках виходити не з марки, а реальної активності (R *) при оптимальній структурі, в теорії ІБК іменованої розрахункової активністю. Вона відповідає міцності цементного каменю оптимальної структури, отриманої при випробуванні зразків, виготовлених при технологічних параметрах і режимах, характерних для прийнятого або передбачуваного виробництва бетону і виготовлення бетонних виробів. При проектуванні складу бетону загальним методом можна досить точно обумовити вибір розрахункової активності цементу з урахуванням реальної технології, реальних заповнювачів і можливих добавок, зокрема, користуючись формулою (1.1). Суворі вимоги пред'являються до якості води, використовуваної при заутворі бетонної суміші, а також для промивання заповнювачів і зволоження бетону при його твердінні в сухих умовах. Рекомендується застосовувати питну воду; не допускаються болотні і стічні води. Обмежується вміст розчинених у воді солей, органічних речовин, зовсім не допускаються домішки нафтопродуктів, перевіряється водневий показник рН, який не повинен бути нижче 4,0 і вище 12,5.

 Для важких бетонів  передбачені вимоги до якості  заповнювачів. Піски використовують природні або одержують подрібненням щільних морозостійких гірських порід з розміром зерен не більше 5 мм. Важливо забезпечити підвищену щільність зернового складу (по кривим щільних сумішей) при модулі крупності не нижче 2,0. Обмежується зміст пилувато-глинистих та інших шкідливих домішок, про що зазначалося вище при описі заповнювачів. На стадії проектування складу бетону встановлюють доцільний зерновий склад крупного заповнювача з найменшим об'ємом порожнеч і найбільшою крупністю зерен при загальних вимогах, зазначених вище відносно якості заповнювачів [1].

 Широко використовують  в технології бетону пластифікуючі, воздухововлекающие і протиморозні добавки.

3. Визначення складу бетону.

 Однією з основних  технологічних завдань є проектування  складу бетонної суміші. Розроблено  ряд методів проектування складу, є офіційні керівництва, що  полегшують рішення цього завдання. Кожного разу необхідно вибирати той метод проектування (або підбору), який при прийнятій технології здатний забезпечити отримання найбільш достовірного складу та оптимальної структури бетону. Тоді формується якість бетону, при якому є не тільки комплекс заданих, але й екстремальних показників властивостей, що відповідає закону створу. При всіх методах на початковій стадії здійснюється обгрунтований вибір вихідних матеріалів, чому сприяють табличні дані та допоміжні графіки, що поміщаються у відповідні керівництва з підбору складів. У них вибір вихідних матеріалів обумовлений проектної маркою (класом) бетону, різновидом конструкцій та експлуатаційними умовами з урахуванням не тільки міцності, а й морозостійкості, водонепроникності і інших властивостей. На другому етапі всіх методів проектування з допомогою розрахунків і дослідів в лабораторії визначають кількісні співвідношення застосовуваних вихідних матеріалів. Важливо знайти найбільш достовірні і закономірні способи визначення таких співвідношень з гарантією отримання бетону не тільки необхідної якості за показниками властивостей, але й оптимальної структури. На третьому етапі в методах зазвичай передбачено випуск пробного замісу бетонної суміші та більш повна технічна характеристика якості цієї суміші з можливим корегуванням (уточненням) проектного складу.

 Викладений в теорії  ІБК загальний метод проектування  складу та оптимальної структури  в повній мірі, природно, відноситься до важкої і інших видів цементних бетонів. Прийняте в загальному методі ставлення с / ф стає водоцементним (В / Ц) або водотвердим при більш складному в'яжучому речовині.

 Нижче викладено загальний  метод стосовно до важкого  щільному цементному бетону, але  спочатку слід уточнити загальні  закономірності з теорії ІБК,  на які спирається цей метод. Серед законів чільне місце займає закон створу, а щодо механічних властивостей діє закон міцності оптимальних структур: твір міцності бетону на ступеневу функцію фазового відносини (В / Ц) є величина постійна.  Такий постійною величиною служить аналогічний твір міцності цементного каменя на його водо-цементне відношення при оптимальній структурі, зведена в ту ж ступінь, тобто R * · (В / Ц *). Міцність R * цементного каменю оптимальної структури знаходиться досвідченим шляхом при випробуванні зразків, хоча можливий і розрахунковий метод за формулою Фере: R = K [cl (c + e + a)] п, де К-константа; з, е, а - абсолютні обсяги відповідно цементу, води і повітря в суміші. Як зазначав А.В. Волженський, було б більш доцільно у формулі прийняти абсолютний обсяг новоутворень цементу з урахуванням, на думку Т. Пауерса, і обсягу гелевих пір.

 Показник ступеня п в обох випадках відображає вплив заповнюють компонентів і загальний ступінь дефектності структури бетону.

 Із закону міцності  оптимальних структур і загальної  формули слід і загальна формула  міцності бетонів:

(1.1) Rб = R * ц / x п

 де Rб - міцність цементного бетону оптимальної структури, виражена будь-якій її характеристикою (межа міцності при стисненні, межа міцності при розтягуванні центральному або вигині і т. п.); R * ц - міцність цементного каменю оптимальної структури, виражена тієї ж характеристикою, яка була прийнята для оцінки Міцності цементного бетону (і в тому ж віці); х - відношення Фактичною величини В / Ц бетону до У * / Ц цементного каменю оптимальної структури; воно дорівнює відношенню усереднених товщин (δ; δ *) плівок водного середовища в Свіжовиготовлений матеріалах , тобто * = В / Ц / У * / Ц = δ / δ *; п - показник ступеня, що відображає вплив Якості заповнюють матеріалів, дефектів структури на міцність бетону; R * - екстремум в залежності R = / (В / Ц), визначається досвідченим шляхом.

 Для вихідних матеріалів, застосовуваних у цементному  бетоні, та прийнятої технології  виготовлення бетону з її конкретними  параметрами і режимами всі  члени формули (1.1) мають цілком  певний фізичний зміст. З формули випливає, що підвищення міцності бетону можна досягти, по-перше, шляхом всебічного збільшення Rц * - введенням хімічних добавок типу каталізаторів або поверхнево-активних речовин, збільшення змісту кристалічної фази на стадії тверднення, додатковим помелом, переходом на більш високі марки в'яжучого і ін З формули (1.1) випливає також, що для тієї ж мети потрібно зменшувати значення реального В / Ц та показника ступеня п. Перше досягається за допомогою пластифікуючих та суперпластіфіцірующіх добавок, інтенсифікацією перемішування суміші або іншими заходами, що знижують товщину плівок водного середовища на твердих частинках цементу або іншого в'яжучого; друге досягається фракціонуванням і промиванням заповнювача, складанням щільних сумішей, застосуванням кубовидного великого заповнювача, активированием поверхні зерен і т. п. Великий резерв підвищення міцності полягає в оптимізації технологічних переділів, особливо режимів ущільнення при формуванні і теплових режимів при обробці відформованих виробів і конструкцій.

 Рис. 1.1.  Гіперболічні  криві міцності бетонів оптимальної  структури; інтенсивність спаду  міцності залежить від заповнювача: 7 - міцний вапняк; II - гранітний щебінь; / / / - керамзитовий гравій; IV - природний  гравій (необроблений)

 Формула (1.1) графічно  виражається гіперболічної кривої  в прямокутній системі координат  (R, В / Ц).

 На площині Я (В  + Ц) їй відповідає формула міцності бетону оптимальної структури: (1.2)

 Її можна також висловити  не відсотках, а в частках  одиниці. 

 Об'єднанням формул (1.1) і (1.2) отримана формула (1.3) в  повному вигляді: (1.3)

 У ній знайшли відображення  всі основні фактори, що впливають  на величину міцності при дії  на бетон практично будь-яких  напружень (стиснення, розтягування, зрушення тощо), а саме: вміст в'яжучої речовини (В + Ц), а отже, і примусового частини П + Щ = 100 - (В + Ц),% за масою; водо-цементне відношення В / Ц; якість (розрахункова міцність) в'яжучого речовини оптимальної структури R *; пористість А:,%; якість заповнювача по відношенню до прийнятого в'яжучих речовин і (В + Ц) (степеневий показник і); жорсткість бетону або кількість заповнювача, а, отже, і (B + Ц) (показник т); технологічні параметри і режими; ефективність додаткових речовин (добавок), що відбивається на значеннях В * / Ц і R *. Звідси випливає, що на технологічній стадії безумовно можливо і необхідно регулювати і управляти числовим значенням міцності та інших властивостей, але при неодмінною оптимізації структури, відповідної реальної технології бетону. Тільки при ній діють загальні та об'єктивні закони ІБК.

 Тут необхідно знову  повернутися до формули, яка  стосовно до бетонів виглядає так: (1.4)

 де М = В + Ц-цементне  тісто в частках одиниці (по  масі). З формули, як і раніше видно, що важливо всіляко збільшувати розрахункову величину активності матричного (в'яжучого) речовини з відповідним зменшенням значення М, що після обчислення необхідного водоцементного відносини за формулою (1.4) адекватно зменшенню витрати цементу в бетоні (у кг/м3) до раціонального мінімуму. Останній зазвичай зумовлений високою щільністю і морозостійкістю бетону. За оптимальних структурах всі ці параметри якості бетону знаходяться у тісному взаємозв'язку.

 Після уточнення формул міцності ІБК стосовно до бетону доцільно викласти послідовність проектування складу важкого цементного бетону, у "тому числі з використанням комп'ютерної програми.

1. Визначення розрахункової  активності цементного каменю R * як Матричної частини бетону  і мінімального значення фазового  відносини В * / Ц, що забезпечує, при прийнятих технологічних умовах, оптимальну структуру. Для цього з цементного тесту з 3-4 різними В / Ц, що відрізняються між собою на величину 0,02-0,03, виготовляють зразки-кубики розміром 10x10x10 см шляхом ущільнення їх у спосіб, прийнятим в технології виробництва проектованого вироби [2]. В якості вихідного може бути прийнято В / Ц, відповідне нормальної густоті цементного тесту. Після графічної побудови функції R = / (В / Ц) знаходять і уточнюють дані значення В * / Ц при найбільшій міцності цементного каменю R *.

2. Визначення складу щільною  суміші піску (П) та щебеню (Щ). Посудина об'ємом 2 л заповнюють мокрим щебенем і ущільнюють способом, прийнятим в технології. Після встановлення стабільного рівня щебеню посудину зважують, визначаючи фактичну масу щебеню. Потім у посудину поступово додають заздалегідь зважений і змочений водою пісок, який заповнює порожнечі між зернами щебеню при безперервній вібрації. Після повного заповнення пустот піском визначають масу посудини з щебенем і піском, що знаходяться в порожнинах великого заповнювача, тим самим встановлюючи оптимальне співвідношення по масі. Повнота заповнення пустот щебеню піском зростає при застосуванні мокрих матеріалів і визначається за максимальною масою суміші.

3. Визначення оптимальної  кількості вихідних матеріалів  в бетонній суміші. З цією метою виконують дві послідовно чергуються операції: допоміжну і основну.

 Допоміжна операція  є експериментальною, необхідної  для визначення показників ступеня  піт, використовуваних у формулах міцності і складів.

 За лабораторними даними  будують криву оптимальних структур  при довільно вибраному значенні (В / Ц) л і знаходять у  точці А величину RA на кривій  ДВІ, а також значення (В / Ц)  д в точці В. Міцність RA є  і на кривій KL, якої до початку  експериментів хоча ще й немає, але про її ймовірне існування, як і кривої оптимальних структур з теорії ІБК, відомо. І тоді отриманих даних RA, (В + Ц) в (В / Ц) А достатньо, щоб визначити значення показників ступеня піт згідно з вищенаведеними формулами, оскільки інші необхідні значення Rц * і В * / Ц раніше були визначені (на першому чи другому етапах проектування). Важливо пам'ятати, що величина тх - змінна і при нових В / Ц або R вимагає уточнення.

 Основна операція другого  етапу проектування оптимального  складу бетону (як і всіх інших  ІСК) є розрахунковою, причому  спочатку розраховують витрату  матеріалів (Ц, У, П, Щ) у% за масою на 1 тонну суміші, а потім перераховують в% по масі на 1 м3 бетонної суміші або 1 м3 бетону, наприклад в абсолютно щільному тілі.

 На третьому етапі  проектування розраховують витрату  матеріалу при виробничому складі, тобто з урахуванням вологості  піску і щебеню; виготовляють контрольний заміс (краще у виробничих умовах, стосовно яких були прийняті технологічні параметри і режими формування і зберігання) і зразки з оцінкою властивостей бетону в необхідному (зазвичай в 28-денному) віці. Остання виробляють з урахуванням відомого логарифмічного закону. На цьому етапі завершується проектування [3]; склад передається заводу.

 В даний час поки  що поширений підбір складу важкого бетону за методом «абсолютних обсягів», розробленим Б.Г. Скрамтаєва і його науковою школою.

 На першому етапі  беруть вихідні дані щодо проектного класу бетону по міцності та іншими властивостями. Для обгрунтування даних використовують технічні документи - проект будівлі або споруди, проект бетонних елементів, проект організації робіт, СНіП і іншу проектну і нормативну документацію. Суттєвою характеристикою бетонної суміші (в залежності від проектних і виробничих умов) приймається рухливість, що виражається в сантиметрах, або жорсткість, що виражається в секундах, і які визначаються за ГОСТ 10181-81. Проводиться вибір заповнювачів, можливих фракцій при їх поділі (класифікації), а також розміру найбільшого зерна (щебеню або гравію) залежно від виду конструкції і способу укладання бетонної суміші. Обгрунтовуються вид і марка цементу, його мінімально допустима кількість в залежності від умов роботи конструкції і рухливості (жорсткості) бетонної суміші. Обумовлюється рекомендований витрата води в залежності від рухливості бетонної суміші, виду і крупності заповнювача, а саме: чим менше жорсткість (вище пластичність) суміші і дрібніше найбільш великий розмір щебеню (гравію), тим більша витрата води рекомендується приймати у бетонній суміші, який виражається у л / м3.

 На другому етапі  визначають склад бетону розрахунково-експериментальним  способом у такій послідовності: а) визначають водо-цементне відношення (В / Ц) за даними попередніх дослідів, які допомагають встановити графічну залежність міцності бетону від В / Ц при даної активності цементу та застосуванні прийнятих місцевих заповнювачів ( табл.).

 Таблиця. Значення коефіцієнтів А і A1  Заповнювачі бетону   А   А1

 Високоякісні   0,65   0,43

 Рядові   0,60   0,40

 Зниженої якості   0,55   0,37

 б) визначають витрата  води (В) по необхідної рухливості  бетонної суміші на підставі результатів попередніх випробувань або за таблицею, але з обов'язковим подальшим коригуванням стосовно до вихідних матеріалів (рис. 1.2);

 Рис. 1.2 Графік водопотребности  бетонних сумішей жорстких (а)  і пластичних (б), приготованих із  застосуванням портландцементу,  піску середньої крупності і гравію найбільшої крупності:

1 - 80 мм; 2 - 40 мм, 3 - 20 мм; 4 - 10 мм (при використанні замість гравію  щебеню витрата води збільшують  на 10 л. При використанні пуцоланового  портландцементу витрата води  збільшують на 15-20 л. При застосуванні  дрібного піску витрата води збільшують на 10-20 л)

 в) знаходять витрата  цементу (Ц): Ц = В: В / Ц. Може виявитися, що отримана величина витрати цементу на 1 м3 бетону нижче допустимого нормами мінімуму і прийнятого за таблицями на першому етапі підбору. Тоді величину Ц збільшують до необхідної норми з відповідним збільшенням кількості води В, з тим щоб незмінним залишалося розрахункове водо-цементне відношення. Слід зазначити, що мінімально допустимий витрата цементу для бетонних конструкцій 200 кг/м3г для залізобетонних - 220 кг/м3;