СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА БЕТОННОЙ СМЕСИ
METHOD OF DETERMINING COMPOSITION OF CONCRETE MIXTURE

Способ определения состава бетонной смеси
Область техники
Изобретение относится к строительству, а именно к производству строительных материалов. Данный способ может быть использован для определения состава бетонной смеси, приготавливаемой на бетонных заводах, на заводах железобетонных изделий и конструкций, а также на строительных площадках и т.д.
Уровень техники
Наиболее близким техническим решением (прототип) является способ проектирования состава смеси песчаного бетона (патент RU 2005699, дата публикации 15.01.1994), включающий определение межзерновой пустотности компонентов (песка, цемента) расчетным путем и их пористости, проведение ситового анализа, т.е. определение частных остатков на наборе сит диаметром 2,5 мм, 1,25 мм, 0,63 мм, 0,315 мм, характеризующих гранулометрический состав используемого песка, расчет объемных коэффициентов раздвижки зерен по данным ситового анализа и определение расхода компонентов на 1 кубический метр бетонной смеси. Расход песка, цемента и воды рассчитывают по формулам:
п
пц
пв
V=1/α*α,
ц
пп
пц
пв
пц
пв
цв
V=(V+α*α-1)/(α*α*α)
в
пп
пц
пв
пц
пв
цв
пц
цв
цв
V=((V+α*α-1)/(α*α*α))*((α+α-1)/α),
пц
п
ц
п
α=((d+d)/d)^3,
пв
п
п
α=((d+h)/d)^3,
пв
ц
ц
α=((d+h)/d)^3,
п
ц
в
где V, V, V - насыпные удельные объемы соответственно песка, цемента, удельный объем воды затворения;
пп
пц
V, V - объемы межзерновых пустот соответственно песка и цемента;
пц
пв
цв
α, α, α - объемные коэффициенты раздвижки зерен соответственно песка-цементом, песка-водой, цемента-водой,
п
ц
d, d - диаметры частиц песка и цемента соответственно.
Недостатком прототипа является то, что при расчете не учитывают содержание пылевидных и глинистых частиц в заполнителе. Кроме того, в данном способе не предполагают использование водоредуцирующей добавки, не учитывают влияние воздухововлечения оборудования для смешивания компонентов на прочность бетона.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность определять оптимальный состав бетонной смеси, учитывая характеристики материалов, используемой водоредуцирующей добавки и оборудования для смешивания компонентов.
ц
з
отм
Поставленная цель достигается за счет того, что в способе определения состава бетонной смеси в качестве компонентов бетонной смеси используют цемент, заполнитель в виде песка, определяют частные остатки на наборе сит диаметром 2,5 мм, 1,25 мм, 0,63 мм, 0,315 мм, характеризующие гранулометрический состав используемого песка, рассчитывают удельные объем цемента V, объем заполнителя V, объем воды затворения, в качестве компонентов заполнителя дополнительно используют щебень, а в качестве компонента бетонной смеси также водоредуцирующую добавку, дополнительно используют при определении частных остатков на наборе сит, характеризующих гранулометрический состав используемого песка, сито диаметром 0,016 мм и дно, определяют частные остатки на наборе сит диаметром 20 мм, 10 мм, 5 мм, 2,5 мм и дно, характеризующие гранулометрический состав используемого щебня, определяют процент содержания пылевидных частиц и глинистых частиц в заполнителях П, рассчитывают полагаемую прочность бетона по формуле
<mrow><mi>Т</mi><mi>п</mi><mi>б</mi><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>К</mi><mi>б</mi><mo>+</mo><mfrac><mrow><mi>К</mi><mi>б</mi><mo>∗</mo><mn>31.5</mn></mrow><mrow><mn>100</mn></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>∗</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mfrac><mrow><mi>В</mi><mi>з</mi><mi>д</mi><mo>∗</mo><mn>5</mn><mo>+</mo><mi>З</mi><mi>п</mi></mrow><mrow><mn>100</mn></mrow></mfrac><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
пi
i
i
щ
п
щ
п
щ
п
i
вз
где Кб - требуемая прочность бетона на сжатие, Взд - воздухововлечение оборудования, Зп - указанный запас прочности, вычисляют водоцементное отношение ВЦ=ДР*Ац/(Тпб+0,5*Др*Ац), где ДР принимает значение 0,5 при марке по дробимости щебня от 600 до 800 (включительно), значение 0,55 - при марке по дробимости щебня от 801 до 1100 (включительно), значение 0,6 - при марке по дробимости щебня более 1100, Ац - активность цемента, вычисляют пропорциональные частные остатки щебня и песка на ситах a=(a*ω)/100%, где a - частные остатки на сите, ω - объемная процентная доля просеиваемого щебня (ω) и песка (ω) в заполнителе соответственно, i - номер сита, при том, что ω+ω=100%, и изначально выбирают произвольное значение любого из ω, ω, вычисляют суммарные пропорциональные частные остатки для каждого сита как сумму пропорционального частного остатка щебня и пропорционального частного остатка песка, просеиваемых на этом сите, вычисляют полные остатки A на соответствующих ситах как сумму суммарных пропорциональных частных остатки для данного сита и сит с отверстиями большего диаметра, вычисляют совокупность проходов по ситам как сумму полных остатков всех сит, кроме сита с отверстиями максимального диаметра и сита с отверстиями минимального диаметра, отнесенную к 100%, рассчитывают массу воды затворения М по формуле
<mrow><msub><mi>М</mi><mrow><mi>в</mi><mi>з</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mrow><mo>[</mo><mrow><mn>21</mn><mo>÷</mo><mn>27</mn></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>∗</mo><msub><mi>Г</mi><mrow><mi>ц</mi><mi>т</mi></mrow></msub></mrow><mrow><mi>С</mi><mi>П</mi><mi>П</mi><mi>С</mi></mrow></mfrac><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>λ</mi><mrow><mi>б</mi><mi>с</mi></mrow></msub><mo>∗</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mn>7</mn><mo>÷</mo><mn>15</mn></mrow><mo>]</mo></mrow><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>П</mi><mrow><mi>о</mi><mi>т</mi><mi>м</mi></mrow></msub><mo>∗</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mn>2</mn><mo>÷</mo><mn>5</mn></mrow><mo>]</mo></mrow><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>В</mi><mi>д</mi></msub><mo>∗</mo><msub><mi>Р</mi><mi>д</mi></msub><mo>∗</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mn>8</mn><mo>÷</mo><mn>15</mn></mrow><mo>]</mo></mrow><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
,
цт
бс
отм
д
д
ц
вз
ц
<mrow><msub><mi>V</mi><mi>з</mi></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>М</mi><mrow><mi>в</mi><mi>з</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>ρ</mi><mrow><mi>в</mi><mi>з</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>−</mo><mfrac><mrow><mi>В</mi><mi>з</mi><mi>д</mi></mrow><mrow><mn>100</mn><mi>%</mi></mrow></mfrac><mo>−</mo><mfrac><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>М</mi><mrow><mi>в</mi><mi>з</mi></mrow></msub></mrow><mrow><mi>В</mi><mi>Ц</mi></mrow></mfrac><mo>×</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Р</mi><mi>д</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>К</mi><mi>д</mi></msub></mrow></mfrac></mrow><mrow><msub><mi>ρ</mi><mi>д</mi></msub></mrow></mfrac><mo>−</mo><msub><mi>V</mi><mi>ц</mi></msub></mrow>
где Г - нормальная густота цементного теста, λ - подвижность бетонной смеси, П - процент содержания пылевидных и глинистых частиц в заполнителе, В - водоредуцирование добавки, Р - весовое отношение количества водоредуцирующей добавки к весовому количеству цемента, при том, что водоредуцирующую добавку добавляют в количестве меньшем, чем цемента, расчет объема цемента осуществляют по формуле V=М/ВЦ/ρ, расчет объема заполнителя осуществляют по формуле
,
вз
д
д
д
п
щ
д
<mrow><msub><mi>V</mi><mi>п</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>V</mi><mi>в</mi></msub><mo>×</mo><msub><mi>ω</mi><mi>п</mi></msub></mrow><mrow><mn>100</mn><mi>%</mi></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><msub><mi>V</mi><mi>щ</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>V</mi><mi>в</mi></msub><mo>×</mo><msub><mi>ω</mi><mi>щ</mi></msub></mrow><mrow><mn>100</mn><mi>%</mi></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><mi>Х</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>M</mi><mrow><mi>в</mi><mi>з</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>Р</mi><mrow><mi>в</mi><mi>з</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>+</mo><mfrac><mrow><mi>В</mi><mi>з</mi><mi>д</mi></mrow><mrow><mn>100</mn><mi>%</mi></mrow></mfrac><mo>+</mo><mfrac><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>M</mi><mrow><mi>в</mi><mi>з</mi></mrow></msub></mrow><mrow><mi>В</mi><mi>Ц</mi></mrow></mfrac><mo>×</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Р</mi><mi>д</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>К</mi><mi>д</mi></msub></mrow></mfrac></mrow><mrow><msub><mi>Р</mi><mi>д</mi></msub></mrow></mfrac><mo>+</mo><msub><mi>V</mi><mi>ц</mi></msub></mrow><mrow><mi>С</mi><mi>П</mi><mi>П</mi><mi>С</mi></mrow></mfrac></mrow>
где ρ - истинная плотность воды затворения, К - концентрация добавки, ρ - истинная плотность добавки, рассчитывают
,
а также специальную переменную X по формуле
, далее проверяют вхождение значения X в диапазон значений от 10 до 200, если рассчитывают бетон общетоварный, или мостовой, или бетон для пола, или самоуплотняющийся бетон, или кассетный, или бетон для тепловлажной обработки, или бетон для тепловой обработки, от 20 до 240, если рассчитывают бетон для буронабивных свай, если значение X принадлежит диапазону, соответствующему указанному виду бетона, то оптимальной пропорцией песка и щебня и оптимальным значением Р считают выбранные выше, если X не принадлежит диапазону, соответствующему требуемому виду бетона, то устанавливают другое значение объемной процентной доли песка ω, или объемной процентной доли щебня ω, или другое значение Р, заново производят указанные выше расчеты и проверяют вхождение значения переменной X в диапазон, соответствующий требуемому виду бетона, изменение параметров производят до тех пор, пока значение переменной X не будет принадлежать диапазону, соответствующему требуемому виду бетона.
Осуществление изобретения
Важнейшей задачей при производстве бетона является определение оптимального состава бетонной смеси. Необходимо установить такой расход материалов, при котором наиболее экономично будет обеспечиваться получение удобоукладываемой бетонной смеси, а впоследствии бетона, заданной прочности. Данный способ позволяет рассчитывать удельные объемы (далее по тексту именуемые объемами) компонентов приготавливаемой бетонной смеси, при использовании различных по гранулометрическому составу заполнителей (заполнители бетона - природные или искусственные сыпучие каменные материалы, которые, занимая в бетоне до 80-85% его объема, образуют жесткую основу бетона, уменьшая усадку и предотвращая образование усадочных трещин (URL: ru.wikipedia.org/wiki/Заполнители_бетона, дата обращения 24.07.2014). Кроме того, учитывается содержание пылевидных и глинистых частиц в заполнителях и воздухововлечение оборудования для смешивания компонентов (воздухововлечение - процесс образования в бетоне большого числа пустот, заполненных воздухом, при этом, если воздух, вовлеченный в бетон при помощи специальных добавок, является полезным компонентом и повышает качество бетона, то воздух, случайно вовлеченный при перемешивании, ухудшает качество бетона - образует большие пустоты, заполненные воздухом, которые являются неупорядоченными, могут легко коалесцировать, при этом не происходит гидрофобизация поверхности стенок капиллярных ходов).
Данный способ предполагает нахождение возможных вариантов пропорций песка и щебня, а также возможного весового отношения количества водоредуцирующей добавки к весовому количеству цемента для последующего определения оптимальных пропорций песка и щебня и оптимального весового отношения количества водоредуцирующей добавки к весовому количеству цемента. Способ позволяет определять состав компонентов бетонной смеси на один кубический метр бетонной смеси.
Изобретение реализуется следующим образом. Определяют характеристики используемых заполнителей: гранулометрический состав заполнителя и содержание пылевидных и глинистых частиц в заполнителе.
Гранулометрический состав заполнителя характеризуется содержанием в нем зерен различной крупности и определяется просеиванием пробы заполнителя через сита.
Для определения гранулометрического состава крупного заполнителя (щебня) используются сита со следующими сечениями:
- 20 мм;
- 10 мм;
- 5 мм;
- 2,5 мм;
- 0 мм или «дно».
Для определения гранулометрического состава мелкого заполнителя (песка) используются сита со следующими сечениями:
- 5 мм;
- 2,5 мм;
- 1,25 мм;
- 0,63 мм;
- 0,315 мм;
- 0,016 мм;
- 0 мм или «дно».
Диаметр сечения сит регламентирован ГОСТ 6613-86.
Пробу сухого заполнителя массой 1000 г высыпают на сито с отверстиями максимального диаметра, под которым располагаются остальные сита (в порядке последовательного уменьшения размеров отверстий) и «дно». После просеивания заполнителя через сита механическим или ручным встряхиванием определяют частные остатки на ситах, выражаемые в процентах к общей массе пробы.
i
1
a=(m/m)*100%,
i
где a - частные остатки на каждом сите,
1
m - масса остатка на сите,
m - масса исходной пробы.
Например, если остаток щебневой смеси на сите с сечением 20 мм составил 78 г, то частный остаток щебня на сите 20 мм составляет: (78/1000)*100%=7,8%.
отм
Для определения процентного содержания пылевидных и глинистых частиц в заполнителях П используют различные методы, регламентированные ГОСТ 8735-88 «Песок для строительных работ» и ГОСТ 8269.0-97 «Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ» (например, метод отмучивания, пипеточный метод, метод мокрого просеивания и т.д.).
После определения характеристик используемых заполнителей, рассчитывают полагаемую прочность бетона Тпб. Расчет производят по следующей формуле:
<mrow><mi>Т</mi><mi>п</mi><mi>б</mi><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>К</mi><mi>б</mi><mo>+</mo><mfrac><mrow><mi>К</mi><mi>б</mi><mo>∗</mo><mn>31.5</mn></mrow><mrow><mn>100</mn></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>∗</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mfrac><mrow><mi>В</mi><mi>з</mi><mi>д</mi><mo>∗</mo><mn>5</mn><mo>+</mo><mi>З</mi><mi>п</mi></mrow><mrow><mn>100</mn></mrow></mfrac><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
или:
Тпб=Тп1+Тп2+Тп3,
Тп1=Кб+Кб∗31,5÷100,
Тп2=Тп1∗Взд∗5÷100,
Тп3=Тп1∗Зп÷100,
где Тп1 - требуемая прочность бетона для требуемого класса бетона,
Тп2 - потеря прочности из-за воздухововлечения оборудования для смешивания компонентов,
Тп3 - прочность с учетом указанного запаса прочности,
Кб - прочность бетона на сжатие с гарантированной обеспеченностью 95% требуемого класса бетона (согласно СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения», класс бетона В соответствует значению кубиковой прочности бетона на сжатие в МПа с обеспеченностью 95%),
Взд - воздухововлечение оборудования. Воздухововлечение оборудования для смешивания компонентов - постоянная величина для каждого устройства (например, бетономешалки), поэтому измерение воздухововлечения оборудования для устройства производят один раз и в дальнейшем используют уже известное значение воздухововлечения оборудования. Измерение воздухововлечения оборудования для конкретного устройства осуществляют следующим образом. Переменной Взд присваивают произвольное значение, например, 5%. Определяют состав компонентов приготавливаемой бетонной смеси, используя описываемый метод. При этом значение Взд при расчетах принимают равным 5%. После определения компонентов бетонной смеси, производят пробный замес. Измеряют плотность бетонной смеси (измерение производят согласно ГОСТ 10181-2000 «Смеси бетонные. Методы испытаний»). Значение измеренной плотности готовой бетонной смеси сравнивают со значением расчетной плотности бетонной смеси (расчетную плотность бетонной смеси на 1 куб. метр рассчитывают по следующей формуле:
рас
п
щ
ц
доб
вз
ρ=М+М+М+М+М,
п
щ
ц
доб
вз
где М, М, М, М, М - масса песка, щебня, цемента, водоредуцирующей добавки и воды затворения соответственно). Если значения расчетной и измеренной плотности совпадают, тогда значение воздухововлечения, изначально взятое как произвольное, принимается как истинное для данной бетономешалки. В противном случае необходимо повторить расчет и пробный замес, изменив значение воздухововлечения. Это значение необходимо увеличивать, если фактическая плотность оказалась меньше расчетной, уменьшать, если фактическая плотность выше расчетной.
Зп - указанный запас прочности (значение запаса прочности может быть указано, например, в техническом задании на изготовление бетонной смеси, т.е. является исходной информацией).
Далее вычисляют водоцементное отношение (далее ВЦ) по формуле:
<mrow><mi>В</mi><mi>Ц</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Д</mi><mi>Р</mi><mo>∗</mo><mi>А</mi><mi>ц</mi></mrow><mrow><mi>Т</mi><mi>п</mi><mi>б</mi><mo>+</mo><mn>0,5</mn><mo>∗</mo><mi>Д</mi><mi>р</mi><mo>∗</mo><mi>А</mi><mi>ц</mi></mrow></mfrac></mrow>
,
где ДР принимает значение 0,5 при использовании щебня, который имеет марку по дробимости от 600 до 800 (включительно), значение 0,55 - при использовании щебня, который имеет марку по дробимости от 801 до 1100 (включительно), значение 0,6 - при использовании щебня, который имеет марку по дробимости более 1100. Марка щебня по дробимости характеризует прочность щебня при сжатии, и определяется на основании измеренной дробимости щебня. Дробимость (прочность) щебня определяют по степени разрушения зерен при сжатии (раздавливании) согласно ГОСТ 82 69.0-97 «Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний».)
Ац - активность цемента (согласно ГОСТ 30515-97 каждая партия цемента или ее часть, поставляемая в один адрес, должна сопровождаться документом о качестве, в котором указывают характеристики цемента, в том числе - активность цемента),
Тпб - полагаемая прочность бетона.
п
щ
При использовании песка и щебня их пропорции с составе бетонной смеси могут быть различны. Песок должен равномерно и плотно заполнять пустоты, так как чем меньше количество пустот в бетоне, тем выше его качество, и тем долговечнее будет изделие из него. Данный способ предполагает перебор всех возможных пропорций песка и щебня (от 0% песка и 100% щебня до 100% песка и 0% щебня). Объемная процентная доля (отношение объема одного из заполнителей к общему объему заполнителей, выраженное в процентах) песка обозначим ω, а объемную процентную долю щебня - ω. Поэтому в зависимости от пропорций рассчитывают пропорциональные частные остатки на ситах по формуле:
пi
i
a=(a*ω)/100%,
пi
где a - пропорциональные частные остатки на сите,
i
a - частные остатки на сите,
ω - объемная процентная доля просеиваемого заполнителя.
Например, частный остаток щебня на сите 20 мм составил 7,8%, что было описано в примере выше. При использовании 40% песка и 60% щебня пропорциональный частный остаток щебня на сите 20 мм составит: 7,8*60/100=4,68%. Аналогично рассчитывают пропорциональные частные остатки для всех сит и заполнителей. При использовании песчано-гравийной смеси пропорциональные частные остатки не рассчитывают, так как песчано-гравийная смесь единственный используемый заполнитель.
Далее рассчитывают суммарные пропорциональные частные остатки для каждого сита. Суммарные пропорциональные частные остатки для каждого сита определяются как сумма пропорциональных частных остатков всех заполнителей, просеиваемых на этом сите:
cпi
пiщ
пiп
a=a+a,
cпi
где a - суммарный пропорциональный частный остаток на i-м сите,
пiщ
пiп
a, a - пропорциональные частные остатки щебня и песка соответственно, просеиваемых на i-м сите.
Например, пропорциональный частный остаток по ситу 5 мм для песка составил 3,5%, а для щебня 4,68%, следовательно, суммарный пропорциональный частный остаток для сита 5 мм составил: 3,5%+4,68%=8,18%.
После расчета суммарных пропорциональных частных остатков рассчитывают полные остатки. Полные остатки - остатки, которые получились бы на каждом сите, если бы всю пробу заполнителя просеивали только сквозь него. Полный остаток представляет собой значение, которое аккумулирует суммарный пропорциональный частный остаток на данном сите и на всех ситах с более крупными отверстиями:
i
cпi
cпi-1
cп1
A=a+a+…+a,
i
где A - полный остаток на i-м сите,
спi
a - суммарный пропорциональный частный остаток на i-м сите,
сп1
a - суммарный пропорциональный частный остаток на сите с отверстиями максимального диаметра.
Например, для сит были вычислены следующие суммарные пропорциональные частные остатки:
сп1
а (20 мм)=2,28%,
сп2
а (10 мм)=26,34%,
сп3
а (5 мм)=29,32%,
сп4
а (2,5 мм)=7%,
сп5
а (1,25 мм)=7,44%,
сп6
а (0,63 мм)=8,72%,
сп7
а (0,315 мм)=9,36%,
сп8
а (0,016 мм)=5,84%,
сп9
а (0 мм)=3,7%.
Тогда полные остатки для сит будут рассчитаны таким образом:
1
A (20 мм)=2,28%
2
А (10 мм)=26,34%+2,28%=28,62%
3
А (5 мм)=29,32%+26,34%+2,28%=57,94%
4
A (2,5 мм)=7%+29,32%+26,34%+2,28%=64,94%
5
А (1,25 мм)=7,44%+7%+29,32%+26,34%+2,28%=72,38%
6
А (0,63 мм)=8,72%+7,44%+7%+29,32%+26,34%+2,28%=81,1%
7
А (0,315 мм)=9,36%+8,72%+7,44%+7%+29,32%+2б,34%+2,28%=90,46%
8
А (0,016 мм)=5,84%+9,36%+8,72%+7,44%+7%+29,32%+26,34%+2,28%=96,3%
9
А (0 мм)=3,7%+5,84%+9,36%+8,72%+7,44%+7%+29,32%+26,34%+2,28%=100%
После вычисления полных остатков определяют совокупность проходов по ситам, далее СППС. СППС представляет собой отношение суммы полных остатков всех сит, кроме сита с отверстиями максимального диаметра и сита с отверстиями минимального диаметра к 100%:
<mrow><mi>С</mi><mi>П</mi><mi>П</mi><mi>С</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msubsup><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>2</mn></mrow><mrow><mi>k</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><mi>A</mi><mi>i</mi></mrow><mrow><mn>100</mn><mi>%</mi></mrow></mfrac></mrow>
,
i
где A - полный остаток на i-м сите,
k - количество сит.
вз
вз
Определяют массу воды затворения М. Вода затворения - вода, необходимая для получения бетонной смеси требуемой консистенции (URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/stroitel/1243, дата обращения 24.07.2014). Массу воды затворения М рассчитывают по формуле:
<mrow><msub><mi>М</mi><mrow><mi>в</mi><mi>з</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mrow><mo>[</mo><mrow><mn>21</mn><mo>÷</mo><mn>27</mn></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>∗</mo><msub><mi>Г</mi><mrow><mi>ц</mi><mi>т</mi></mrow></msub></mrow><mrow><mi>С</mi><mi>П</mi><mi>П</mi><mi>С</mi></mrow></mfrac><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>λ</mi><mrow><mi>б</mi><mi>с</mi></mrow></msub><mo>∗</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mn>7</mn><mo>÷</mo><mn>15</mn></mrow><mo>]</mo></mrow><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>П</mi><mrow><mi>о</mi><mi>т</mi><mi>м</mi></mrow></msub><mo>∗</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mn>2</mn><mo>÷</mo><mn>5</mn></mrow><mo>]</mo></mrow><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>В</mi><mi>д</mi></msub><mo>∗</mo><msub><mi>Р</mi><mi>д</mi></msub><mo>∗</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mn>8</mn><mo>÷</mo><mn>15</mn></mrow><mo>]</mo></mrow><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
,
цт
где Г - нормальная густота цементного теста (согласно ГОСТ 30515-97 каждая партия цемента или ее часть, поставляемая в один адрес, должна сопровождаться документом о качестве, в котором указывают характеристики цемента, в том числе - нормальную густоту цементного теста),
бс
λ - подвижность бетонной смеси (подвижность бетонной смеси (удобоукладываемость) следует принимать в соответствии со способом формования и типом возводимой конструкции согласно СНиП 5.01.23-83),
отм
П - процент содержания пылевидных и глинистых частиц в заполнителе,
д
В - водоредуцирование добавки (согласно ГОСТ 24211-2008 в нормативных или технических документах, в соответствии с которыми изготавливают и применяют конкретные виды добавок, должны быть указаны значения нормируемых показателей качества, обеспечивающих технологическую и/или техническую эффективность добавки данного класса в смесях, бетонах и растворах. Основной эффект действия водоредуцирующих добавок - уменьшение количества воды затворения),
д
д
Р - весовое отношение количества водоредуцирующей добавки к весовому количеству цемента. Данный способ предполагает перебор возможных значений Р в пределах от 0 до 1 с шагом 0,01 (0,01; 0,02…1).
ц
Далее рассчитывают массу цемента М по формуле:
<mrow><msub><mi>М</mi><mi>ц</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>М</mi><mrow><mi>в</mi><mi>з</mi></mrow></msub></mrow><mrow><mi>В</mi><mi>Ц</mi></mrow></mfrac></mrow>
.
ц
Рассчитывают объем цемента V по формуле:
<mrow><msub><mi>V</mi><mi>ц</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>М</mi><mi>ц</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>ρ</mi><mi>ц</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
,
ц
где ρ - истинная плотность цемента.
Рассчитывают объем цементной пасты. Под цементной пастой в данном описании понимаем смесь воды, цемента, водоредуцирующей добавки и воздуха, вовлеченного в смесь при перемешивании. Формула расчета объема цементной пасты:
цп
ц
в
воз
д
V=V+V+V+V.
вз
воз
д
При этом объем воды затворения V, объем воздуха, вовлеченного в смесь при перемешивании V и объем водоредуцирующей добавки V рассчитывают по формулам:
<mrow><msub><mi>V</mi><mrow><mi>в</mi><mi>з</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>М</mi><mrow><mi>в</mi><mi>з</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>ρ</mi><mrow><mi>в</mi><mi>з</mi></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow>
,
<mrow><msub><mi>V</mi><mrow><mi>в</mi><mi>о</mi><mi>з</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>В</mi><mi>з</mi><mi>д</mi></mrow><mrow><mn>100</mn><mi>%</mi></mrow></mfrac></mrow>
,
<mrow><msub><mi>V</mi><mi>д</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>М</mi><mi>ц</mi></msub><mo>×</mo><msub><mi>Р</mi><mi>д</mi></msub><mo>/</mo><msub><mi>К</mi><mi>д</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>ρ</mi><mi>д</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
,
вз
где ρ - истинная плотность воды затворения,
д
К - концентрация водоредуцирующей добавки (согласно ГОСТ 24211-2008 в нормативных или технических документах, в соответствии с которыми изготавливают и применяют конкретные виды добавок, должны быть указаны характеристики и свойства добавки, в том числе - концентрация),
д
ρ - истинная плотность водоредуцирующей добавки.
з
Далее рассчитывают объем заполнителей V. Объем заполнителей рассчитывают путем исключения из единицы объема цементной пасты (так как определение состава компонентов происходит из расчета на один кубический метр бетонной смеси). Формула расчета объема заполнителей:
з
цп
V=1-V.
п
щ
На основании рассчитанного объема заполнителей и пропорций песка и щебня рассчитывают объем песка V и объем щебня V:
<mrow><msub><mi>V</mi><mi>п</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>V</mi><mi>з</mi></msub><mo>×</mo><msub><mi>ω</mi><mi>п</mi></msub></mrow><mrow><mn>100</mn><mi>%</mi></mrow></mfrac></mrow>
,
<mrow><msub><mi>V</mi><mi>щ</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>V</mi><mi>з</mi></msub><mo>×</mo><msub><mi>ω</mi><mi>щ</mi></msub></mrow><mrow><mn>100</mn><mi>%</mi></mrow></mfrac></mrow>
.
д
д
д
Так как данный способ предполагает перебор возможных вариантов пропорций песка и щебня и перебор возможного значения Р, то после произведения описанных выше расчетов необходимо определить, являются ли выбранные для расчета пропорции песка и щебня и значение Р оптимальными. Для выбора оптимальной пропорции песка и щебня и оптимального значения Р введена специальная переменная X. Переменную X вычисляют по формуле:
<mrow><mi>X</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>V</mi><mrow><mi>ц</mi><mi>п</mi></mrow></msub></mrow><mrow><mi>С</mi><mi>П</mi><mi>П</mi><mi>С</mi></mrow></mfrac></mrow>
.
Для выбора оптимального состава бетонной смеси необходимо проверить вхождение переменной X в определенный диапазон. Если способ используется для определения состава компонентов бетонной смеси для следующих бетонов:
- общетоварный,
- мостовой,
- для пола,
- суб (самоуплотняющийся бетон),
- касетный,
- бетон для тво (тепло-влажная обработка),
- бетон для то (тепловая обработка),
то переменная X должна принимать значения в диапазоне от 10 до 200.
Если способ используется для определения состава компонентов бетонной смеси для бетона для БНС (буронабивные сваи), тогда переменная X должна принимать значения в диапазоне от 20 до 240.
д
д
п
щ
д
В том случае, если значение X принадлежит диапазону, соответствующему требуемому виду бетона, тогда оптимальной пропорцией песка и щебня и оптимальным значением Р считают пропорции песка и щебня и значение Р, при которых было получено данное значение X. Если же X не принадлежит диапазону, соответствующему требуемому виду бетона, то устанавливают другое значение объемной процентной доли песка ω и объемной процентной доли щебня - ω или другое значение Р, заново производят все расчеты и опять проверяют вхождение значения переменной X в диапазон, соответствующий требуемому виду бетона. Расчет производят, пока значение переменной X не будет принадлежать диапазону, соответствующему требуемому виду бетона.
Таким образом, результатом определения состава приготавливаемой бетонной смеси описанным выше способом является получение высококачественной бетонной смеси, оптимальный расход сырья при производстве, повышение эксплуатационных свойств бетона, а также возможность корректировать состав бетонной смеси в зависимости от характеристик заполнителей, добавок и других компонентов бетонной смеси.