Правила подбора состава бетона

А.1 Подбор состава бетона производят с целью определения оптимального соотношения между компонентами бетонной смеси (цементом, водой, мелким и крупным заполнителями, минеральными и химическими добавками), обеспечивающего получение бетонной смеси и бетона в конструкции, удовлетворяющих требованиям ТНПА или проектной документации по всем нормируемым показателям качества при рациональном использовании материальных ресурсов.

А.2 Подбор состава бетона производят в соответствии с требованиями СТБ 1182 на основании задания на подбор.

А.3 Задание на подбор состава бетона должно включать:

– нормируемые показатели качества бетонной смеси и бетона;

– показатели однородности бетона по прочности, а также соответствующий им средний уровень прочности R _у, планируемый на предстоящий период работ;

– ограничения по составу бетонной смеси и качеству материалов, установленные в ТНПА;

– характеристики материалов, предполагаемых к использованию для приготовления бетона.

А.4 Подбор состава по прочности выполняют исходя из среднего уровня прочности R _у по ГОСТ 18105 с учетом его фактической однородности.

В случае, когда отсутствуют данные о фактической однородности бетона, средний уровень прочности R _у при подборе его состава принимают равным требуемой прочности R _т при коэффициенте вариации равном 13,5 %.

А.5 Подбор состава бетона должен выполняться лабораторией предприятия-изготовителя бетонной смеси по утвержденному заданию, разработанному технологической службой этого предприятия.

Допускается производить подбор состава бетона в центральных лабораториях, научно-исследовательских лабораториях и других организациях, аттестованных на проведение данного вида работ.

А.6 Подбор номинального состава бетона выполняют по следующим этапам:

– выбор и определение характеристик исходных материалов для бетона;

– расчет начального состава;

– расчет дополнительных составов бетона с параметрами, отличающимися от принятых в начальном составе в большую и меньшую сторону;

– изготовление пробных замесов начального и дополнительных составов, отбор проб, испытания бетонной смеси, изготовление образцов и их испытания по всем нормируемым показателям качества;

– обработка полученных результатов с установлением зависимостей, отражающих влияние параметров состава на нормируемые показатели качества бетонной смеси и бетона и предназначенных для определения номинального состава, а также назначения и корректировки рабочих составов бетона;

– определение номинального состава бетона, обеспечивающего получение бетонной смеси и бетона требуемого качества при экономически выгодном расходе компонентов.

А.7 Пробы материалов отбирают в объеме, необходимом для подбора состава бетона.

Отобранные пробы заполнителей следует высушить до состояния естественной влажности, просеять через сита с удалением из мелкого заполнителя зерен крупнее 5 мм, а из крупного заполнителя – мельче 5 мм и разделить крупный заполнитель на отдельные фракции.

А.8 Бетонную смесь приготавливают в лабораторных бетоносмесителях с объемом готового замеса не менее 50 л.

Для приготовления бетонной смеси предпочтительнее использовать смеситель с принудительным перемешиванием.

А.9 Определение технологических характеристик бетонной смеси и изготовление образцов необходимо производить за период между 30 и 60 мин после приготовления бетонной смеси, которая должна быть защищена от испарения из нее воды затворения.

А.10 Начальный состав бетона рассчитывают по фактическим характеристикам исходных материалов в следующем порядке:

– определение расчетным путем ориентировочного значения водоцементного отношения (В/Ц), необходимого для достижения среднего уровня прочности бетона на растяжение при изгибе;

– назначение, в зависимости от требований к бетону, среднего значения объема вовлеченного в бетонную смесь воздуха и ориентировочного количества химических и минеральных добавок;

– определение водопотребности бетонной смеси для заданной ее удобоукладываемости на основании имеющегося опыта или по имеющимся в ТНПА данным;

– расчет содержания цемента в 1 м³ бетона по водопотребности и В/Ц;

– назначение коэффициента раздвижки крупного заполнителя раствором К_р и определение содержания крупного заполнителя в 1 м³ бетона;

– расчет содержания песка в 1 м³ бетона;

– уточнение экспериментальным путем состава бетона.

А.11 Для бетона дополнительных элементов, дорожных оснований и покрытий, устраиваемых из малоподвижных бетонных смесей, водоцементное отношение (В/Ц) рассчитывают по формулам для бетона:

– с нормированным значением объема вовлеченного воздуха:

;                                                       (А.1)

– без вовлеченного воздуха:

,                                                       (А.2)

где  R _ц   – предел прочности цемента на растяжение при изгибе, определенный экспериментально или принятый для данной марки цемента по ГОСТ 10178, МПа;

R _у   – средний уровень прочности бетона на растяжение при изгибе по ГОСТ 18105, МПа.

А.12 Для бетона дополнительных элементов, дорожных оснований и покрытий, устраиваемых из малоподвижных бетонных смесей, содержание воды рекомендуется назначать не более 165 кг/м³.

Для дорожных покрытий и оснований, устраиваемых из жестких бетонных смесей, ориентировочное содержание воды В, кг/м³, назначают в соответствии с таблицей А.1.

Таблица А.1

Вид крупного заполнителя	Содержание воды В, кг/м3, для классов бетона по прочности на растяжение при изгибе
	Вtb1,2	Btb2,0	Btb2,8	Btb4,0 и выше
	Для оснований			Для покрытий
Щебень	95–100	95–100	100–105	110–120
Гравий (щебень из гравия)	100–105	100–105	105–110	–

Меньшие значения содержания воды следует принимать при использовании песков повышенной крупности и крупных, большие – для песков средних и мелких.

А.13 Содержание цемента Ц, кг/м³, следует определять по формуле

,                                                              (А.3)

где  В     – содержание воды, кг/м³.

Для бетона дорожных оснований и покрытий, устраиваемых из жестких бетонных смесей, содержание цемента Ц, кг/м³, следует определять по таблице А.2.

Таблица А.2

Класс прочности (марка) цемента	Содержание цемента Ц, кг/м3, для классов бетона по прочности на растяжение при изгибе
	Вtb1,2		Btb2,0		Btb2,8		Btb4,0 и выше
	Для оснований						Для покрытий
На щебне гранитном
32,5 (400)		80–90		135–150	190–210	350–375
42,5 (500)		70–80		125–135	175–190	320–340
На гравии (щебне из гравия)
32,5 (400)		105–115		170–185	235–255	–
42,5 (500)		95–105		150–165	215–235	–

А.14 Содержание крупного заполнителя КЗ, кг/м³, следует определять по формуле

,                                                      (А.4)

где  К_р    – коэффициент раздвижки крупного заполнителя раствором, минимальное значение которого назначают в зависимости от крупности песка и в дальнейшем уточняют экспериментально;

r _v (КЗ) – насыпная плотность крупного заполнителя, кг/м³;

r (КЗ) – истинная плотность крупного заполнителя, кг/м³;

V _кз   – пустотность крупного заполнителя в стандартном насыпном состоянии в виде относительной величины, которую следует определять по формуле

,                                                               (А.5)

здесь r _m (КЗ) –     средняя плотность крупного заполнителя, кг/м³.

Для бетона дорожных оснований, покрытий, укрепительных полос и водоотводных лотков, устраиваемых из низкопластичных бетонных смесей, минимальное значение коэффициента раздвижки крупного заполнителя раствором К_р в зависимости от крупности песка принимают равным:

– для мелких песков с модулем крупности      от 1,5 до 2 включ. – 1,7;

– для средних песков с модулем крупности    св. 2 “ 2,5 “   – 1,8;

– для песков крупных и повышенной крупности
с модулем крупности                                        “ 2,5                     – 1,9.

Для бетона парапетных ограждений и бортовых камней минимальное значение коэффициента раздвижки крупного заполнителя раствором рекомендуется принимать равным:

– для песков средних с модулем крупности    от 2 до 2,5 включ. – 2,0;

– для песков крупных и повышенной крупности
с модулем крупности                                       св. 2,5                      – 2,1.

Для бетона дорожных покрытий и оснований, устраиваемых из жестких бетонных смесей, минимальное значение коэффициента раздвижки крупного заполнителя раствором рекомендуется принимать:

– для бетона классов B_tb1,2 – B_tb2,8 – 1,35–1,4;

–      то же           B_tb3,2 и более       – 1,45–1,5.

Под крупным заполнителем следует понимать смесь отдельных его фракций, подбираемую по наибольшей его насыпной плотности в пределах зернового состава согласно ГОСТ 26633.

А.15 Для бетона дорожных оснований, покрытий и дополнительных элементов, устраиваемых из низкопластичных бетонных смесей, содержание песка П, кг/м³, следует определять по формуле

,                      (А.6)

где  r (Ц) – плотность цемента, кг/м³;

r (П) – истинная плотность песка, кг/м³;

V _в    – объем вовлеченного в бетонную смесь воздуха, м³.

Для бетона дорожных покрытий и оснований, устраиваемых из жестких бетонных смесей, содержание песка П, кг/м³, следует определять по формуле

.                            (А.7)

А.16 После определения начального состава бетонной смеси производят его экспериментальное уточнение. Уточняются следующие параметры бетонной смеси:

– количество пластифицирующей добавки;

– водопотребность;

– количество воздухововлекающей (газообразующей) добавки;

– коэффициент раздвижки крупного заполнителя раствором;

– водоцементное отношение.

А.17 Дополнительные составы рассчитываются аналогично начальному при значениях варьируемых (уточняемых) параметров состава, отличающихся от принятых при расчете начального состава в меньшую и большую сторону на 15%-30%. Количество дополнительных составов по каждому из этих параметров должно быть не менее двух.

А.18 По результатам испытаний бетонной смеси и бетона начального и дополнительных составов устанавливают необходимые зависимости свойств бетонной смеси от параметров состава или(и) расхода материалов, а также строят график зависимости прочности бетона от основного параметра (цементно-водного отношения).

А.19 По графику зависимости прочности бетона от основного параметра определяют значение этого параметра, соответствующего среднему уровню прочности бетона, указанной в задании на подбор его состава, пересчитывают состав бетона исходя из найденного значения основного параметра и проверяют его соответствие всем другим нормируемым показателям качества.

При положительных результатах испытаний подобранный состав бетона принимают за номинальный.

А.20 Номинальный состав бетона по массе определяют по формуле

.                                                        (А.8)

В номинальном составе бетона следует указать значение водоцементного отношения, вид и дозировку химических добавок.

А.21 Номинальный состав бетонной смеси не учитывает влажность заполнителей, поэтому в него следует внести поправки на фактическую влажность крупного заполнителя и песка для получения рабочего состава бетонной смеси.

Рабочее содержание: песка П_р, кг/м³, крупного заполнителя КЗ_р, кг/м³, и воды В_р, кг/м³, определяют по формулам:

,                                                                (А.9)

где   W _п    – влажность песка, %;

,                                                                             (А.10)

где  W _кз – влажность крупного заполнителя, %;

                                                                (А.11)

А.22 Пример подбора состава бетона класса по прочности на растяжение при изгибе В _tb 4,0

Требуется подобрать состав бетона для покрытия автомобильной дороги категории I-б, устраиваемого укладчиком со скользящими формами.

Проектный класс бетона по прочности на растяжение при изгибе – B_tb4,0; марка по морозостойкости – F150. Подвижность бетонной смеси – 3 см. Среднее значение партионного коэффициента вариации прочности бетона – 8 %.

Материалы

Вяжущее – портландцемент ПЦ 500-Д0-Н по ГОСТ 10178 с прочностью при изгибе 6,0 МПа и плотностью 3140 кг/м³.

Крупный заполнитель – гранитный щебень фракций от 5 до 20 мм и от 20 до 40 мм по ГОСТ 8267. Наибольшей плотностью характеризуется смесь фракций щебня, состоящая из 55% фракции от 5 до 20 мм и 45 % фракции от 20 до 40 мм. Истинная плотность щебня – 2770 кг/м³, насыпная плотность – 1480 кг/м³, пустотность – 0,458, количество пылевидных и глинистых частиц – 0,8%.

Мелкий заполнитель – природный песок по ГОСТ 8736 с модулем крупности 2,73. Истинная плотность песка – 2620 кг/м³, содержание пылевидных и глинистых частиц – 0,7 %. Гранулометрический состав песка приведен в таблице А.3.

Таблица А.3

Размер отверстий контрольных сит, мм	2,5	1,25	0,63	0,315	0,16
Полный проход, %	93,6	80,1	44,2	4,7	2,0

Вода питьевая по СТБ 1114.

Пластифицирующая добавка – лигносульфонат технический (Пл) по СТБ 1112.

Воздухововлекающая добавка – «Микропоран Ж 5» (ВД) по СТБ 1112.

Расчет и подбор состава бетона будем производить исходя из требований ГОСТ 18105 на средний уровень прочности.

А.22.1 Определяем требуемую прочность бетона в проектном возрасте:

R _т = 1,09 · 4,0 = 4,36 МПа.

А.22.2 Определяем средний уровень прочности бетона в проектном возрасте:

R _у = 4,36 · 1,07 = 4,67 МПа.

А.22.3 Определяем водоцементное отношение по формуле (А.1):

.

Предел прочности цемента при изгибе принят равным 6,0 МПа.

А.22.4 Дозировку пластифицирующей добавки (Пл) назначаем равной 0,3 %, воздухововлекающей добавки (ВД) – 0,01 %.

А.22.5 Учитывая пластифицирующую способность комплексной добавки (Пл + ВД), водопотребность бетонной смеси принимаем равной 155 кг/м³.

А.22.6 Определяем расход цемента по формуле (А.3):

кг/м³

А.22.7 Определяем расход щебня по формуле (А.4):

 кг/м³

Учитывая, что модуль крупности песка равен 2,73, то в соответствии с разделом А.14 значение коэффициента раздвижки щебня раствором было принято равным 1,9.

А.22.8 Определяем расход песка по формуле (А.6):

 кг/м³/

Объем вовлеченного в бетонную смесь воздуха был принят равным 0,05 м³.

А.22.9 В соответствии с 4.2.2.17 содержание частиц мельче 2,5 мм в смеси заполнителей для бетона не должно превышать 35 %, мельче 1,25 мм – 30 %, а частиц мельче 0,315 мм в сумме с цементом – 550 кг/м³. Проверяем полученный расчетом состав бетона на соответствие требованиям 4.2.2.17. Оказалось, что в смеси заполнителей содержание частиц мельче 2,5 мм составляет 40 %, мельче 1,25 мм – 34,2 %, а количество частиц мельче 0,315 мм (с учетом пылевидных и глинистых частиц в крупном заполнителе) – 415 кг/м³. Производим корректировку состава бетона с учетом требований 4.2.2.17. С этой целью производим перерасчет содержания крупного и мелкого заполнителей, принимая меньшие значения коэффициента раздвижки зерен щебня раствором К_р. Результаты расчетов приведены в таблице А.4.

Исходя из приведенных расчетов, уточненное содержание щебня составляет 1168 кг/м³, песка – 669 кг/м³.

Таблица А.4

Значение Кр	Содержание заполнителей в 1 м3 бетонной смеси, кг		Содержание частиц, %
	Щебня	Песка	мельче 2,5 мм	мельче 1,25 мм	мельче 0,315 мм
1,9	1054	777	40,0	34,2	415
1,75	1108	726	37,8	32,4	413
1,6	1168	669	34,8	29,9	411

А.22.10 Номинальный состав бетонной смеси по массе составляет:

Ц: П: Щ: В = 1: 1,81: 3,16: 0,42.

Расчетная плотность бетонной смеси составляет 2362 кг/м³.

А.22.11 Уточняем количество пластифицирующей добавки (Пл). Рассчитываем контрольный состав бетонной смеси без воздухововлекающей и пластифицирующей добавок и, дополнительно, три состава смеси с содержанием добавки (Пл) 0,2 %; 0,3 % и 0,4 % соответственно при одинаковом водоцементном отношении. Результаты расчета сводим в таблицу А.5.

Таблица А.5

Дозировка Пл, %	Содержание в 1 м3 бетонной смеси, кг
	цемента		воды	щебня	песка	Пл
–		405	170	1168	706	–
0,2		381	160	1168	752	0,76
0,3		370	155	1168	774	1,11
0,4		357	150	1168	798	1,43

По данным таблицы А.5 приготавливаем четыре лабораторных замеса бетонной смеси, определяем характеристики и изготавливаем контрольные образцы.

Результаты испытаний бетонных смесей показали, что подвижность смесей составляла от 1 до 4 см, а объем вовлеченного воздуха находился в пределах от 1 % до 2 %.

По результатам испытаний контрольных образцов был построен график зависимости
R _б = f (Пл) и установлено, что прочность бетона на растяжение при изгибе снизилась при дозировке Пл равной 0,4 %. Поэтому за оптимальную принимаем дозировку Пл равную 0,3 %.

А.22.12 Уточняем водопотребность бетонной смеси и количество воздухововлекающей добавки (ВД). Рассчитываем три дополнительных состава бетонной смеси с уточненной дозировкой добавки Пл, разным водосодержанием и дозировкой добавки ВД. Результаты расчетов сводим в таблицу А.6.

Таблица А.6

Дозировка добавок, %		Содержание в 1 м3 бетонной смеси, кг
Пл	ВД	цемента	воды	щебня	песка	Пл	ВД
0,3	0,015	370	150	1168	683	1,11	0,056
0,3	0,010	370	155	1168	669	1,11	0,037
0,3	0,008	370	165	1168	643	1,11	0,030
0,3	0,005	370	170	1168	630	1,11	0,018

По данным таблицы А.6 приготавливаем четыре лабораторных замеса бетонной смеси и определяем ее технологические характеристики.

Результаты определения характеристик бетонных смесей сводим в таблицу А.7.

Таблица А.7

Содержание воды В, кг/м3	Дозировка ВД, %	Характеристики бетонной смеси
		Подвижность, см	Объем вовлеченного воздуха, %
150	0,015	1,5	6,1
155	0,010	3	5,2
165	0,008	5,5	4,8
170	0,005	7	4

Результаты испытаний бетонных смесей показали, что водопотребность бетонной смеси составляет 155 кг/м³, так как при другом водосодержании удобоукладываемость отличается от требуемой по заданию на подбор состава, а оптимальная дозировка ВД в комплексе с Пл – 0,01%, так как при этой дозировке ВД обеспечивается требуемый объем вовлеченного в бетонную смесь воздуха (от 5 % до 7 %).

А.22.13 Уточняем водоцементное отношение бетонной смеси. Для этого рассчитываем дополнительно два состава смеси с водоцементным отношением, отличающимся от расчетного на 0,05 в большую и меньшую стороны. Результаты расчетов сводим в таблицу А.8.

Таблица А.8

Водоцементное отношение В/Ц	Содержание в 1 м3 бетонной смеси, кг
	цемента	воды	щебня	песка	Пл	ВД
0,37	419	155	1168	629	1,257	0,042
0,42	370	155	1168	669	1,110	0,037
0,47	330	155	1168	703	0,990	0,033

По данным таблицы А.8 приготавливаем три лабораторных замеса бетонной смеси и изготавливаем образцы-балки. До момента испытаний образцы хранят в нормальных температурно-влажностных условиях. В возрасте 28 сут образцы были испытаны на прочность на растяжение при изгибе и на сжатие.

По результатам прочностных испытаний строим графики зависимостей R _б = f (Ц/В). По этим графикам следует выбирать значение Ц/В, необходимое для получения бетона заданной прочности.

Для получения бетона со средним уровнем прочности на растяжение при изгибе 4,86 МПа значение Ц/В должно быть равным 2,32 или В/Ц равным 0,43. Соответствующая этим значениям прочность на сжатие составляет 35,9 МПа.

По уточненному значению В/Ц производим перерасчет состава бетонной смеси, кг/м³:

В – 155;

Ц – 360;

Щ – 1168;

П – 678;

Пл – 1,08;

ВД – 0,036.

А.22.14 Проверяем полученный состав на соответствие требованиям 4.1.7 и 4.2.2.16 и производим его уточнение. Окончательный состав бетонной смеси следующий, кг/м³:

Ц – 360;

В – 155;

Щ – 1177;

П – 669;

Пл – 1,08;

ВД – 0,036.

А.22.15 Номинальный состав бетонной смеси по массе составляет:

Ц: П: Щ: В = 1: 1,86: 3,27: 0,43.

А.22.16 Из бетонной смеси подобранного номинального состава изготавливают образцы-кубы и испытывают их на морозостойкость. Из этого же замеса отбирают пробу и определяют плотность бетонной смеси.

Результаты испытаний показали, что после 150 циклов образцы бетона не имели снижения прочности и потерь массы, т. е. бетон подобранного состава соответствует марке по морозостойкости F150.

Приложение Б
(рекомендуемое)

Рекомендации по применению химических добавок

Б.1 Для приготовления и дозирования химических добавок на бетонных заводах рекомендуется применять специализированное оборудование, обеспечивающее точность дозирования и равномерную подачу добавок в бетонную смесь. Оно включает в себя приготовительные, расходные и буферные емкости, дозаторы, центробежный насос и системы управления и контроля.

Б.2 Для введения необходимого количества добавок в бетонную смесь следует заранее приготовить их водные растворы рабочей концентрации: от 1% до 5% – для воздухововлекающих добавок, от 5% до 10% – для пластифицирующих и пластифицирующе-воздухововлекающих добавок и от 10% до 20% – для добавок, ускоряющих твердение, или противоморозных.

Б.3 Водные растворы добавок рабочей концентрации подают в дозатор воды. Дозирование растворов рабочей концентрации необходимо производить раздельно специальными дозаторами добавок.

Б.4 При приготовлении бетонной смеси одного номинального состава в течение не менее одной смены, целесообразно заранее приготовить водные растворы добавок рабочей концентрации.

Б.5 Растворы добавок рабочей концентрации готовят в емкостях путем растворения и последующего разбавления твердых, пастообразных или жидких продуктов. Для ускорения процесса растворения концентратов добавок и повышения однородности их водных растворов рекомендуется подогреть воду до температуры от 40°С до 70°С и перемешать растворы, а твердые продукты, при необходимости, дробить.

Б.6 При применении комплексных добавок, как правило, следует использовать раздельные установки для приготовления и дозирования водных растворов каждого из компонентов. Смешивание компонентов комплексной добавки производят в дозаторе воды непосредственно перед поступлением в бетоносмеситель.

Заблаговременное приготовление совмещенных в одном растворе комплексных добавок допускается лишь в том случае, если они не взаимодействуют друг с другом. Совмещенные в одном растворе добавки приготавливают и дозируют с помощью одной установки и одного дозатора.

Б.7 При бетонировании при температуре воздуха от 5°С до 10°С в состав бетонной смеси совместно с комплексной пластифицирующе-воздухововлекающей добавкой рекомендуется вводить добавку-ускоритель твердения бетона.

 

БИБЛИОГРА ФИЯ

[1] Отраслевые правила по охране труда при проектировании, строительстве, реконструкции, ремонте и содержании автомобильных дорог

Утверждены постановлением Министерства транспорта и коммуникаций Республики Беларусь от 26 февраля 2008 г. № 14–9/106, согласованы с Министерством труда и социальной защиты Республики Беларусь от 20 февраля 2008 г. и зарегистрированы в Национальном реестре правовых актов Республики Беларусь от 11 марта 2008 г. № 8/18-362.

1) Пособие к СНиП имеет статус технического нормативного правового акта на переходный период до его замены техническим нормативным правовым актом, предусмотренным законом Республики Беларусь «О техническом нормировании и стандартизации».