Бетон - производство, состав, пропорции. К чему приведет перерасход цемента


В технологии бетона и железобетона — МегаЛекции

В бетоне и железобетоне цемент – наиболее дорогой материал и составляет примерно половину его стоимости. Причем доля затрат увеличивается с повышением класса, поэтому экономия цемента – исключительно важная задача технологии изготовления бетона и железобетона. Применяя различные приемы, на которых мы остановимся ниже, можно экономить от 10 до 25 % цемента.

Расход цемента нормируется СНиП 5.01.23–83 «Типовые нормы расхода цемента для приготовления бетонов сборных и монолитных бетонных и железобетонных изделий и конструкций». Они предназначены для оценки прогрессивности и обоснованности производственных норм расхода цемента. Если производственные нормы превышают типовые, необходимо разрабатывать мероприятия по снижению расхода цемента. Изучение этих норм может также подсказать мероприятия по экономии цемента.

Марку цемента следует назначать в зависимости от проектной и отпускной прочности бетона (см. таблицу 4.1). Усредненный расход цемента зависит от применяемых марок цементов и применяется по таблице 5.1.

 

Таблица 5. 1– Коэффициенты расхода цемента разных марок

Марка цемента
Коэффициент расхода цемента   1,12   1,0   0,87   0,8   0,72

Применение цемента пониженных марок увеличивает его расход. Но и применение цемента повышенных марок не всегда приводит к его экономии.

Следует иметь в виду, что минимальная норма расхода цемента зависит от вида конструкций, условий их эксплуатации и вида применяемого цемента. Она должна соответствовать значениям, приведенным в таблице 4.2.

Неритмичность поставок, а также малое количество силосов для хранения цемента приводит к смешиванию разных марок и отпуску цемента по наименьшей активности. Это также ведет к его перерасходу.

На расход цемента оказывает влияние нормальная густота цементного теста (НГЦТ) (таблица 5.2). Как видно из этой таблицы, применение цемента с НГЦТ не более 25 %, а также чистоклинкерного цемента позволяет уменьшить его расход. Пуццолановые портландцементы, и в большинстве своем портландцементы с минеральными добавками, имеют повышенную НГЦТ. Применение их ведет к увеличению расхода цемента за счет повышения водопотребности бетонной смеси.

 

Таблица 5.2 – Коэффициенты расхода цемента в зависимости от НГЦТ

 

  НГЦТ, % Коэффициенты расхода цемента для бетона классов
до В25 включ. В27,5; В30 В35-В45
Чистоклинкерный с любой НГЦТ или другой с НГЦТ: менее 25 от 25 до 27 от 27 до 30 более 30     0,97 1,00 1,03 1,05     0,95 1,00 1,05 1,08     0,92 1,00 1,08 1,12

 

Разные цементы в условиях тепловой обработки имеют различную интенсивность твердения (таблица 5.3). Она изменяется в больших пределах. Бывают условия, когда цемент марки 500 одного завода имеет активность при пропаривании ниже, чем цемент марки 400 другого завода.

Коэффициенты расхода цемента в зависимости от активности при пропаривании следует принимать по таблице 3.3. Активность цемента понижается при хранении его на складах. Так, через три месяца она уменьшается на 20 % и через шесть месяцев – на 40 %. Быстротвердеющие цементы уже после двух недель хранения переходят в разряд обычных. Для устранения этого явления следует время перемешивания бетонной смеси увеличить в два–четыре раза и применять добавки – ускорители твердения цементов

При подборе состава бетона в расчетные формулы необходимо подставлять значение активности цемента. Она может быть выше марочного значения предела прочности. Повышение прочности цемента на 0,1 МПа приводит к снижению его расхода на 2–5 кг/м3.

Качество крупных заполнителей должно быть высоким. Одно из требований к крупному заполнителю – оптимальность его зернового состава. Она достигается составлением заполнителя из разных фракций. Применение крупного заполнителя неоптимального зернового состава приводит к перерасходу цемента.

 

Таблица 5.3 – Коэффициенты расхода цемента в зависимости от крупности

Щебня (гравия)

Наибольшая крупность зерен Dнаиб, мм Коэффициент расхода цемента для бетона классов
до В27,5 включ. В30 и выше
1,10 1,00 0,93 0,90 1,07 1,00 0,95 0,92

 

Расход цемента зависит от крупности зерен щебня (гравия). Из таблицы 5.3 видно, что чем крупнее зерна заполнителя, тем меньше коэффициент расхода цемента. Это объясняется тем, что с повышением крупности уменьшается удельная поверхность зерен заполнителя, и для обволакивания их потребуется меньше цементного теста, что в итоге приводит к уменьшению расхода цемента. Следовательно, щебень или гравий следует применять максимальной крупности, допустимой из условия бетонирования конструкций.

На расход цемента оказывает влияние форма зерен щебня – содержание пластинчатых (лещадных) и игловатых зерен. В обычном заполнителе количество их не должно превышать 35 %. При содержании менее 25 % расход цемента уменьшается на 2 %.

Прочность крупного заполнителя должна превышать прочность бетона не менее чем на 20 %, тогда она мало влияет на его прочность и расход цемента. Если же прочность заполнителя близка к прочности бетона или же ниже его, то она оказывает существенное влияние на прочность бетона, и расход цемента может повыситься на 10–20 %. Из-за того, что в заполнителе могут встречаться зерна с пониженной прочностью, рекомендуют, чтобы марка его в 1,5 раза превышала прочность бетона классов В20 и не менее чем в два раза прочность бетона класса В25 и выше В25.

Для бетона классов В7,5–В25 лучшим заполнителем является гравий. Экономия цемента может составить от 2 до 9 %. Причем чем ниже класс бетона, тем более эффективным является применение гравия. Это объясняется тем, что гравий имеет гладкую поверхность и водопотребность бетонной смеси на нем меньше.

Для бетона классов выше В27,5 целесообразнее применять щебень. Влияние формы зерен здесь сглаживается. Преобладающим фактором становится величина сцепления заполнителя с цементным камнем. Применение гравия в таком бетоне может снизить его прочность на 10–20 %, что приведет к перерасходу цемента. Однако следует иметь в виду, что гравий бывает часто загрязнен глинистыми и другими примесями, и это может значительно понизить прочность бетона.

На прочность и экономичность бетона большое влияние оказывает и чистота щебня или гравия. Глинистые и пылевидные фракции обволакивают зерна заполнителя и препятствуют сцеплению его с цементным камнем. Кроме того, они повышают водопотребность бетонной смеси. Повышение содержания глинистых и пылевидных фракций на 1–3 % против требования ГОСТа приводит к увеличению расхода цемента на 1–7 %, а увеличение их содержания на 3–5 % – на 1–15 %. Иногда прочность бетона на загрязненных крупных заполнителях понижается на 30–40 %.

Для бетона рекомендуется применять пески средней крупности. Мелкие и очень мелкие пески имеют повышенную удельную поверхность. Применение их ведет к повышению расхода цемента на 10–15 %. Их следует применять с пластифицирующими добавками.

Не всегда экономичным является применение крупных и повышенной крупности песков. Эти пески могут иметь пустотность более 40 %, которая заполняется цементным тестом, что вызывает повышение расхода цемента на 2–5 %. Такой песок следует применять в бетонах классов В25 и выше. Качественный песок должен иметь пустотность не выше 38 %.

Повышение содержания в песке глинистых и пылевидных фракций на 1–3 % против допустимых значений приводит к повышению расхода цемента в бетоне классов В15 и менее на 1–3 %, в бетоне более высоких классов – до 5–7 %.

Важнейшим резервом экономии цемента является повышение однородности бетона. Отпускная прочность бетона назначается в зависимости от коэффициента вариации. Так, при коэффициенте вариации V = 6 % отношение требуемой прочности бетона к нормируемой в возрасте 28 суток (Rт/Rн) принимается равным 83 %, при V = 10 % Rт/Rн = 91 %, при V = 15 % Rт/Rн = =105 %, при V = 20 % Rт/Rн = 122 %. Таким образом, при высокой однородности отпускная прочность бетона может быть снижена, что позволит уменьшить расход цемента до 7 %, и, напротив, при разлаженной технологии, плохой однородности бетона перерасход цемента может составить до 10 %.

Значительная экономия цемента может быть достигнута за счет обоснованного назначения отпускной и передаточной прочности бетона. Необоснованное завышение отпускной прочности может привести к перерасходу цемента в бетоне и, напротив, понижение отпускной прочности – к экономии цемента. Так, для бетона В15 расход цемента составляет: при нормальном твердении – 265 кг, при отпускной прочности 60 % – 272, 70 % – 285, 85 % – 315, 100 % – 345 кг. С повышением класса бетона эта разница еще выше.

Изделия должны отпускаться потребителю с отпускной прочностью в зависимости от вида изделий от 70 до 100 % от проектной. Контроль прочности бетона осуществляется через 4 ч после окончания тепловой обработки. Если же контроль выполнять через 12 ч, то за счет повышения прочности можно уменьшить на 3–5 % удельный расход цемента на единицу прочности. Для этого изделие надо выдерживать до отгрузки на складе, а зимой – в цеху. То же можно получить и за счет выдерживания изделий в камерах в выходные и праздничные дни.

Следует иметь в виду, что бетон, тепловая обработка которого прекращена при достижении им 50–60%-ной марочной прочности, в дальнейшем твердеет более интенсивно.

В производстве сборного железобетона применяются шлакопортландцементы. Бетон на шлакопортландцементе с 30%-ной добавкой шлака после пропаривания имеет прочность через 1 и 28 суток более высокую, чем бетон на портландцементе.

Целесообразно использовать рост прочности бетона во времени с учетом реальных сроков строительства и загрузки конструкций. Так, в бетоне естественного твердения на пуццолановом портландцементе с содержанием C4AF 14 %, шлакопортландцементе с содержанием шлака 30–40 % предел прочности через 90 суток повышается в 1,2–1,5 раза, через 180 суток – в 1,85 раза. В бетоне на белитовом портландцементе и шлакопортландцементе при содержании шлака 50 % предел прочности через 90 суток повышается в 1,6–1,7 раза, через 180 суток – в 1,85 раза.

Следует обоснованно назначать класс бетона. Завышение класса приведет к перерасходу цемента. Так, если за эталон взять расход цемента марки 400 в бетоне В15, то его расход в бетоне В25 возрастет на 31, в бетоне В30 – на 64, В40 – на 102 %.

Применение бетонной смеси с минимально допустимой удобоукладываемостью является наиболее распространенным способом экономии цемента (таблица 5.4).

За эталон принят бетон класса В25 с подвижностью бетонной смеси 1–3 см на щебне фракции 5–20 мм с расходом цемента марки 400–315 кг/м3.

Из таблицы видно, что для жесткой бетонной смеси коэффициент расхода составляет от 0,77 до 0,59. Причем при более высоких марках цемента он ниже. При применении литой смеси он повышается.

Таблица 5.4 –Коэффициенты расхода цемента в зависимости от удобоуклады-

Читайте также:

megalektsii.ru

Производство бетона

Содержание:

Состав бетона

Пропорции смеси

Расход цемента на куб бетона

Как самому приготовить бетонный раствор

Процесс производства бетона – достаточно сложная технологическая задача, требующая не только знания состава и пропорций смеси, но и последовательность смешивания компонентов, соблюдение требований, предъявляемых к качеству его составных частей, а также знания некоторых тонкостей и нюансов изготовления раствора. Невыполнение любого из этих условий может привести к нежелательным последствиям для постройки в виде недостаточной прочности и недолговечности ее бетонных элементов и, в конечном итоге, разрушению всего сооружения.

Состав бетона

В строительстве используются различные виды бетонных смесей. В их составе может изменяться соотношение частей, вид и свойства наполнителя, наличие или отсутствие добавок, однако основные составляющие всегда остаются неизменны. Это цемент, песок и крупный наполнитель – щебень или гравий. Вода выступает химически активным компонентом, обеспечивающим прохождение химических реакций в растворе.

Цемент – основной элемент, выступающий в роли связующего вещества между остальными частями смеси. Затвердевание бетонного раствора происходит при взаимодействии цемента с водой. При этом на скорость и протекание химических реакций влияет как качество цемента, так и его количество. Чем больше цемента в бетонной смеси, тем прочнее получится бетон и тем быстрее застынет бетонный раствор. От количества и марки прочности цемента соответственно будет зависеть качество и марка бетона.

Щебень – крупный наполнитель бетонной смеси. Добавленный в раствор, он увеличивает прочность бетонной конструкции, снижая усадку и предотвращая ее деформацию. Помимо этого, щебень способствует уменьшению текучести бетонного раствора, что облегчает его формирование. В зависимости от вида бетона, вместо щебня может использоваться гравий, керамзит, шлак, или другой крупнозернистый наполнитель. В бетонной смеси его содержание может доходить до 80 %.

Песок – мелкий наполнитель. Его основная функция - заполнение собой пространства между гранулами щебня. Количество и качество песка зависит от требований, предъявляемых к конечному продукту – бетонному изделию. Чем ниже качество песка и меньше его количество, тем менее прочным получится в результате бетон. Для бетонной смеси может использоваться кварцевый песок, речной, морской и карьерный. При использовании карьерного песка, проводятся дополнительные работы по его очистке от нежелательных включений.

Вода – второй по важности компонент бетонного раствора. Ее количество напрямую влияет на качество бетона. Недостаток приводит к слишком быстрому застыванию раствора. Избыток воды приводит к повышению текучести смеси и возникновению излишней пористости бетона. И нехватка и излишек воды в конечном итоге приводит к снижению его прочности. На свойства бетона влияет также качество воды. Наличие в ее составе посторонних примесей мешает прохождению химических реакций и увеличивает время застывания раствора.

Пропорции смеси

Соотношение компонентов бетонной смеси варьируется в зависимости от необходимых качеств бетона. В среднем же, берутся такие пропорции:-1 часть цемента;-2 части песка;-4 части щебня;-0,5 части воды.От весового соотношения входящих в бетонную смесь компонентов будет зависеть его прочность и марка бетона.

Пропорции бетонной смеси по маркам:Бетон М100 – 1 часть цемента : 4,6 песка : 7 щебня : 0,85 частей воды.М150 – 1:3,5:5,7:0,75М200 – 1:2,8: 4,8:0,63М250 – 1:2,1:3,9:0,56М300 – 1:1,9:3,7:0,5.

Подобное соотношение используется, если применяется цемент марки М400, для цемента другой марки пропорции смеси будут другими.Требования, предъявляемые к компонентам бетонной смеси.

Наиболее важный компонент бетона – цемент. От его качества будет зависеть сила скрепления его составных частей. Для того чтобы цемент не потерял своей вяжущей способности, необходимо соблюдать условия его хранения – температуру и влажность окружающей среды. Проследите, чтобы упаковка не была нарушена. В противном случае неизбежно повышение влажности цементного порошка и его комкование. Также необходимо проверить срок годности на упаковке, так как со временем цемент теряет свои активные свойства, и расход его увеличивается. По ГОСТу срок хранения цемента не должен превышать 60 дней.

Щебень или другой крупный наполнитель для бетонной смеси должен соответствовать установленным по ГОСТу стандартам. Учитывается его фракционный состав, прочность, морозостойкость, содержание пылевидных, глинистых и других вредных примесей, а также другие характеристики и свойства. Марка щебня должна превышать марку бетона в 2 раза.

Песок – еще одна важная составляющая бетонного раствора. К нему предъявляются следующие требования:-отсутствие органических веществ;-минимальное содержание глинистых включений;-содержание в его составе не более 10 % песчаных крупинок с диаметром менее 0,14 мм.

Органические и глинистые вещества, при попадании в бетонный раствор значительно снижают его качество, вызывая брожение раствора и снижение сцепляющих свойств цемента. По ГОСТу разрешается содержание в песке не более 3 % подобных веществ.

Вода – компонент, без которого невозможно изготовление бетона. К ее качеству предъявляются повышенные требования. Она должна быть пресной и не должна содержать посторонних примесей. Как правило, используется очищенная при помощи фильтрации питьевая вода, но возможно применение и технической воды после тщательной ее очистки и проведения дополнительных анализов на наличие вредных веществ.Технология приготовления бетонного раствора.

Процесс изготовления бетона требует четкого соблюдения последовательности смешивания его компонентов. При нарушении технологии происходит комкование цемента и снижение качества бетона.

Последовательность действий при замесе бетонного раствора:

1)Подготовка компонентов смесиЩебень или другой крупный наполнитель очищается от посторонних примесей. Для получения разнофракционного состава, щебень просеивается. Вначале его пропускают сквозь сита с диаметром ячеек 2х2 см. Затем, то, что осталось, просеивают через ячейки 1х1 см. Получают фракцию с диаметром зерен 11 - 20 мм. В дальнейшем щебень еще несколько раз просеивается сквозь сита с ячейками 5х5 мм, и 3х3 мм и формируют следующий фракционный состав:-щебень первой фракции (от 11 до 20 мм) – 55-60% от состава;-вторая фракция (6-10мм) – 30-35%;-третья фракция (4-5мм) – 10-15%.

Можно использовать щебень только первой и второй фракции, при этом доля первой будет составлять 30-40%, а на вторую остается 60-70%.Песок предварительно просеивается и очищается от посторонних включений. Наиболее подходит для бетона мытый речной песок с диаметром частиц 2,5 мм. Можно также использовать фракции до 5 мм.

Цемент подбирается в зависимости от вида строительных работ. Для приготовления нужной марки бетона берется цемент с маркой выше в 2-3 раза. Для примера: на изготовление бетона М150 потребуется цемент марки М400.

2)СмешиваниеЗамес происходит в бетономешалках свободного падения или принудительного действия. Бетоносмеситель принудительного действия представляет собой неподвижный барабан с вращающими лопастями. Такой вид смесителя используется в основном при изготовлении больших объемов бетонного раствора.

В частном домостроении более целесообразно применение компактных бетономешалок так называемого свободного падения. При этом вращается сам барабан, а винт крепится неподвижно. Перемешивание происходит за счет многократного падения и подъема захватываемой лопастями винта смеси.

Последовательность закладки компонентов бетонной смеси может быть различной. Используют следующие способы замеса:

1 способ. Вначале засыпаются сухие компоненты смеси - цемент, песок и щебень. Вода добавляется в последнюю очередь. Периодически замес проверяют на однородность состава. Перемешивание при этом способе получается наиболее качественным, так как происходит предварительное смешивание сухой части состава.

2 способ. В бетономешалку заливается небольшое количество воды, что предотвращает образование пыли. Затем засыпается сухая смесь и небольшими порциями добавляется оставшийся объем воды. В последнюю очередь в бетономешалку загружается щебень. Такой способ замеса позволяет точно рассчитать необходимые пропорции смеси и использовать их в дальнейшей работе.Время замеса бетонного раствора зависит от его объема и подвижности. Чем меньше подвижность и больше объем, тем более продолжительное время потребуется для перемешивания.

Расход цемента на куб бетона

При расчете необходимого количества цемента на 1м3 бетона необходимо, чтобы погрешность не превышала 1 кг. Для сравнения, щебню установлен предел в 5 кг. Уменьшение количества цемента ведет к снижению прочности бетона. Увеличение – к ее возрастанию, но лишь до определенного предела. Далее качество бетона ухудшается, а его прочность снижается.

Отсюда вытекает закономерный вопрос: а сколько же цемента потребуется для приготовления 1м3 бетона? Единого ответа на этот вопрос не существует. Расчет необходимого количества цемента варьирует в зависимости от его марки. Чем выше марка, тем меньшее количество цемента потребуется для приготовления бетонного раствора. И наоборот, чем ниже марка, тем больше расход цемента.

Имеется и другая зависимость количества цемента от марки бетона. Чем выше марка бетона, тем больше цемента в нем содержится.Существуют таблицы расчета количества цемента на 1 м3 бетона в зависимости от его марки и марки бетона. В соответствии с ними, для приготовления 1м3 бетона М150 потребуется 510 кг цемента М300, 400 кг цемента М400 и 330 кг цемента марки М500.

На увеличение расхода цемента также может повлиять повышение температуры внешней среды. В жарком время года процесс затвердевания бетонного раствора идет быстрее, однако при этом бетон не успевает набрать необходимую прочность. Для предотвращения снижения прочности, количество цемента в этом случае увеличивают.

Как самому приготовить бетонный раствор

Необходимость в самостоятельном приготовлении бетона может возникнуть при проведении поэтапных видов работ, или при их малых объемах. Нередко принятию такого решения способствует желание немного сэкономить. Возможно ли реальное воплощение этого замысла и что для этого понадобится?

Приготовить бетонный раствор самостоятельно вполне возможно. И не обязательно иметь при этом строительное образование и дорогостоящее оборудование.

Вначале определяем пропорции смеси. В ведро, объемом 10 л насыпается щебень или гравий. Встряхиванием добиваются его утрамбовки. Затем ведро до краев заполняется водой. Объем воды, потребовавшийся для заполнения ведра с щебнем будет равен показателю его пустотности. Именно такое количество песка понадобится для заполнения пространства между гранями щебня и для изготовления бетонного раствора.Весовое содержание цемента рассчитывается исходя из соотношения 1:2:4, где 1 – это цемент, 2 – песок и 3 – щебень. Учитывается также марка цемента и марка бетона.

Количество воды, необходимое для замеса всегда рассчитывается индивидуально. Дело в том, что не всегда влажность песка и щебня соответствует принятым нормам. При ее увеличении, расход воды уменьшают, при снижении – увеличивают. Консистенция правильно замешенного бетонного раствора напоминает густую сметану.

Для смешивания компонентов можно использовать любую подходящую по объему емкость. Если же имеется бетономешалка, процесс перемешивания облегчается в разы.

При использовании бетоносмесителя, в первую очередь заливается вода, потом добавляется цемент. Раствор тщательно перемешивают, затем закладывается песок и в последнюю очередь щебень.

При ручном смешивании вначале перемешивают сухие компоненты смеси, а затем небольшими порциями добавляется вода. Такой порядок облегчает процесс перемешивания и улучшает качество смеси.

При соблюдении технологии замеса и состава бетонной смеси, качество «домашнего» продукта может ничем не уступать заводскому.

nerudr.ru

5.4.7 Технология изготовления шпал

В качестве примера приводим технологию изготовления предварительно напряженных шпал. Применяют десятиячейковые формы, размещенные в два ряда по пять штук в ряду с раздельными диафрагмами.

Армируют шпалы 44 предварительно напряженными стальными проволоками диаметром 3 мм класса Вр-11. Из них заготавливают струнопакеты, которые растягивают с усилением 300 кН, а концы зажимают в обоймах и опрессовывают. Затем проволоки обрезают дисковой пилой и пакет укладывают в форму.

По рольгангу форму со струнопакетом перемещают к натяжной станции, где растягивают арматуру в две стадии. Вначале до усилия 30 % от проектного, затем до 385 кН и выдерживают 4 мин, чтобы произошла релаксация напряжения, далее усилие снижают до проектного уровня 364 кН, и обоймы струнопакетов фиксируют специальными винтами.

Форму со струнопакетом переносят краном на первый формовочный пост, где заполняют бетонной смесью при помощи бетоноукладчика и вибрируют 3 мин на 10-тонной виброустановке с частотой 50 Гц и амплитудой 0,5 мм.

Затем переносят на второй формовочный пост, укладывают пригруз и еще уплотняют 1,5–2 мин.

На третьем посту извлекают разделительные диафрагмы и образователи болтовых каналов и форму со шпалами переносят в пропарочную камеру, где после 2-часовой выдержки подвергают тепловлажностной обработке при температуре 85 оС по режиму 3+4+2 ч. Предел прочности бетона должен быть не менее 35 МПа.

После пропарки форму со шпалами подают на пост, где со струнного пакета снимают анкерные болты и передают напряжение на бетон, а затем помещают на кантователь и переворачивают на 180 оС.

Две плети шпал выпадают. Их потом подают на пост разрезки и на штабелеровку, а формы на пост подготовки для следующего цикла. После 8-часовой выдержки в цехе шпалы отправляют на склад готовой продукции.

5.5 Экономия цемента и тепловой энергии

в технологии бетона и железобетона

В бетоне и железобетоне цемент – наиболее дорогой материал и составляет примерно половину его стоимости. Причем доля затрат увеличивается с повышением класса, поэтому экономия цемента – исключительно важная задача технологии изготовления бетона и железобетона. Применяя различные приемы, на которых мы остановимся ниже, можно экономить от 10 до 25 % цемента.

Расход цемента нормируется СНиП 5.01.23–83 «Типовые нормы расхода цемента для приготовления бетонов сборных и монолитных бетонных и железобетонных изделий и конструкций». Они предназначены для оценки прогрессивности и обоснованности производственных норм расхода цемента. Если производственные нормы превышают типовые, необходимо разрабатывать мероприятия по снижению расхода цемента. Изучение этих норм может также подсказать мероприятия по экономии цемента.

Марку цемента следует назначать в зависимости от проектной и отпускной прочности бетона (см. таблицу 4.1). Усредненный расход цемента зависит от применяемых марок цементов и применяется по таблице 5.1.

Таблица 5. 1–Коэффициенты расхода цемента разных марок

Марка цемента

300

400

500

550

600

Коэффициент расхода цемента

1,12

1,0

0,87

0,8

0,72

Применение цемента пониженных марок увеличивает его расход. Но и применение цемента повышенных марок не всегда приводит к его экономии.

Следует иметь в виду, что минимальная норма расхода цемента зависит от вида конструкций, условий их эксплуатации и вида применяемого цемента. Она должна соответствовать значениям, приведенным в таблице 4.2.

Неритмичность поставок, а также малое количество силосов для хранения цемента приводит к смешиванию разных марок и отпуску цемента по наименьшей активности. Это также ведет к его перерасходу.

На расход цемента оказывает влияние нормальная густота цементного теста (НГЦТ) (таблица 5.2). Как видно из этой таблицы, применение цемента с НГЦТ не более 25 %, а также чистоклинкерного цемента позволяет уменьшить его расход. Пуццолановые портландцементы, и в большинстве своем портландцементы с минеральными добавками, имеют повышенную НГЦТ. Применение их ведет к увеличению расхода цемента за счет повышения водопотребности бетонной смеси.

Таблица 5.2– Коэффициенты расхода цемента в зависимости от НГЦТ

НГЦТ, %

Коэффициенты расхода цемента для бетона классов

до В25 включ.

В27,5; В30

В35-В45

Чистоклинкерный с любой НГЦТ или другой с НГЦТ:

менее 25

от 25 до 27

от 27 до 30

более 30

0,97

1,00

1,03

1,05

0,95

1,00

1,05

1,08

0,92

1,00

1,08

1,12

Разные цементы в условиях тепловой обработки имеют различную интенсивность твердения (таблица 5.3). Она изменяется в больших пределах. Бывают условия, когда цемент марки 500 одного завода имеет активность при пропаривании ниже, чем цемент марки 400 другого завода.

Коэффициенты расхода цемента в зависимости от активности при пропаривании следует принимать по таблице 3.3. Активность цемента понижается при хранении его на складах. Так, через три месяца она уменьшается на 20 % и через шесть месяцев – на 40 %. Быстротвердеющие цементы уже после двух недель хранения переходят в разряд обычных. Для устранения этого явления следует время перемешивания бетонной смеси увеличить в два–четыре раза и применять добавки – ускорители твердения цементов

При подборе состава бетона в расчетные формулы необходимо подставлять значение активности цемента. Она может быть выше марочного значения предела прочности. Повышение прочности цемента на 0,1 МПа приводит к снижению его расхода на 2–5 кг/м3.

Качество крупных заполнителей должно быть высоким. Одно из требований к крупному заполнителю – оптимальность его зернового состава. Она достигается составлением заполнителя из разных фракций. Применение крупного заполнителя неоптимального зернового состава приводит к перерасходу цемента.

Таблица 5.3–Коэффициенты расхода цемента в зависимости от крупности

щебня (гравия)

Наибольшая крупность зерен

Dнаиб, мм

Коэффициент расхода цемента для бетона

классов

до В27,5 включ.

В30 и выше

10

20

40

70

1,10

1,00

0,93

0,90

1,07

1,00

0,95

0,92

Расход цемента зависит от крупности зерен щебня (гравия). Из таблицы 5.3 видно, что чем крупнее зерна заполнителя, тем меньше коэффициент расхода цемента. Это объясняется тем, что с повышением крупности уменьшается удельная поверхность зерен заполнителя, и для обволакивания их потребуется меньше цементного теста, что в итоге приводит к уменьшению расхода цемента. Следовательно, щебень или гравий следует применять максимальной крупности, допустимой из условия бетонирования конструкций.

На расход цемента оказывает влияние форма зерен щебня – содержание пластинчатых (лещадных) и игловатых зерен. В обычном заполнителе количество их не должно превышать 35 %. При содержании менее 25 % расход цемента уменьшается на 2 %.

Прочность крупного заполнителя должна превышать прочность бетона не менее чем на 20 %, тогда она мало влияет на его прочность и расход цемента. Если же прочность заполнителя близка к прочности бетона или же ниже его, то она оказывает существенное влияние на прочность бетона, и расход цемента может повыситься на 10–20 %. Из-за того, что в заполнителе могут встречаться зерна с пониженной прочностью, рекомендуют, чтобы марка его в 1,5 раза превышала прочность бетона классов В20 и не менее чем в два раза прочность бетона класса В25 и выше В25.

Для бетона классов В7,5–В25 лучшим заполнителем является гравий. Экономия цемента может составить от 2 до 9 %. Причем чем ниже класс бетона, тем более эффективным является применение гравия. Это объясняется тем, что гравий имеет гладкую поверхность и водопотребность бетонной смеси на нем меньше.

Для бетона классов выше В27,5 целесообразнее применять щебень. Влияние формы зерен здесь сглаживается. Преобладающим фактором становится величина сцепления заполнителя с цементным камнем. Применение гравия в таком бетоне может снизить его прочность на 10–20 %, что приведет к перерасходу цемента. Однако следует иметь в виду, что гравий бывает часто загрязнен глинистыми и другими примесями, и это может значительно понизить прочность бетона.

На прочность и экономичность бетона большое влияние оказывает и чистота щебня или гравия. Глинистые и пылевидные фракции обволакивают зерна заполнителя и препятствуют сцеплению его с цементным камнем. Кроме того, они повышают водопотребность бетонной смеси. Повышение содержания глинистых и пылевидных фракций на 1–3 % против требования ГОСТа приводит к увеличению расхода цемента на 1–7 %, а увеличение их содержания на 3–5 % – на 1–15 %. Иногда прочность бетона на загрязненных крупных заполнителях понижается на 30–40 %.

Для бетона рекомендуется применять пески средней крупности. Мелкие и очень мелкие пески имеют повышенную удельную поверхность. Применение их ведет к повышению расхода цемента на 10–15 %. Их следует применять с пластифицирующими добавками.

Не всегда экономичным является применение крупных и повышенной крупности песков. Эти пески могут иметь пустотность более 40 %, которая заполняется цементным тестом, что вызывает повышение расхода цемента на 2–5 %. Такой песок следует применять в бетонах классов В25 и выше. Качественный песок должен иметь пустотность не выше 38 %.

Повышение содержания в песке глинистых и пылевидных фракций на 1–3 % против допустимых значений приводит к повышению расхода цемента в бетоне классов В15 и менее на 1–3 %, в бетоне более высоких классов – до 5–7 %.

Важнейшим резервом экономии цемента является повышение однородности бетона. Отпускная прочность бетона назначается в зависимости от коэффициента вариации. Так, при коэффициенте вариации V = 6 % отношение требуемой прочности бетона к нормируемой в возрасте 28 суток (Rт/Rн) принимается равным 83 %, при V = 10 % Rт/Rн = 91 %, при V = 15 % Rт/Rн = =105 %, при V = 20 % Rт/Rн = 122 %. Таким образом, при высокой однородности отпускная прочность бетона может быть снижена, что позволит уменьшить расход цемента до 7 %, и, напротив, при разлаженной технологии, плохой однородности бетона перерасход цемента может составить до 10 %.

Значительная экономия цемента может быть достигнута за счет обоснованного назначения отпускной и передаточной прочности бетона. Необоснованное завышение отпускной прочности может привести к перерасходу цемента в бетоне и, напротив, понижение отпускной прочности – к экономии цемента. Так, для бетона В15 расход цемента составляет: при нормальном твердении – 265 кг, при отпускной прочности 60 % – 272, 70 % – 285, 85 % – 315, 100 % – 345 кг. С повышением класса бетона эта разница еще выше.

Изделия должны отпускаться потребителю с отпускной прочностью в зависимости от вида изделий от 70 до 100 % от проектной. Контроль прочности бетона осуществляется через 4 ч после окончания тепловой обработки. Если же контроль выполнять через 12 ч, то за счет повышения прочности можно уменьшить на 3–5 % удельный расход цемента на единицу прочности. Для этого изделие надо выдерживать до отгрузки на складе, а зимой – в цеху. То же можно получить и за счет выдерживания изделий в камерах в выходные и праздничные дни.

Следует иметь в виду, что бетон, тепловая обработка которого прекращена при достижении им 50–60%-ной марочной прочности, в дальнейшем твердеет более интенсивно.

В производстве сборного железобетона применяются шлакопортландцементы. Бетон на шлакопортландцементе с 30%-ной добавкой шлака после пропаривания имеет прочность через 1 и 28 суток более высокую, чем бетон на портландцементе.

Целесообразно использовать рост прочности бетона во времени с учетом реальных сроков строительства и загрузки конструкций. Так, в бетоне естественного твердения на пуццолановом портландцементе с содержанием C4AF 14 %, шлакопортландцементе с содержанием шлака 30–40 % предел прочности через 90 суток повышается в 1,2–1,5 раза, через 180 суток – в 1,85 раза. В бетоне на белитовом портландцементе и шлакопортландцементе при содержании шлака 50 % предел прочности через 90 суток повышается в 1,6–1,7 раза, через 180 суток – в 1,85 раза.

Следует обоснованно назначать класс бетона. Завышение класса приведет к перерасходу цемента. Так, если за эталон взять расход цемента марки 400 в бетоне В15, то его расход в бетоне В25 возрастет на 31, в бетоне В30 – на 64, В40 – на 102 %.

Применение бетонной смеси с минимально допустимой удобоукладываемостью является наиболее распространенным способом экономии цемента (таблица 5.4).

За эталон принят бетон класса В25 с подвижностью бетонной смеси 1–3 см на щебне фракции 5–20 мм с расходом цемента марки 400–315 кг/м3.

Из таблицы видно, что для жесткой бетонной смеси коэффициент расхода составляет от 0,77 до 0,59. Причем при более высоких марках цемента он ниже. При применении литой смеси он повышается.

Таблица 5.4– Коэффициенты расхода цемента в зависимости от удобоуклады-

ваемости бетонной смеси

Бетонная

смесь

Относительный показатель расхода цемента

в бетонной смеси без добавки

в бетонной смеси с супер-

пластификатором

при марке цемента

400

500

600

400

500

600

Жесткая

Подвижная

Литая

0,77

1,00

1,27

0,66

0,85

1,09

0,59

0,76

0,97

0,60

0,77

1,00

0,52

0,66

0,85

0,46

0,59

0,85

Существенная экономия цемента может быть получена за счет применения химических добавок – пластифицирующих, ускорителей твердения, комплексных. Пластифицирующие добавки – ЛСТ, УПБ, ЩСПК, ВРП и другие повышают реологические свойства бетонной смеси, морозостойкость бетона. Наиболее эффективно применение их с ускорителями твердения Na2SO4, СаСl2 и другими, что позволяет сократить время тепловой обработки, получить бетон с большей отпускной прочностью и уменьшить расход цемента до 10 %. Еще больший эффект дает применение суперпластификаторов, из которых чаще всего используется С-3 на основе нафталиноформальдегидных смол (см. таблицу 5.5). Применение суперпластификаторов за счет снижения расхода воды позволяет экономить до 20 % цемента. Причем суперпластификаторы не замедляют твердение бетона.

Экономия цемента до 10 % может быть получена также за счет применения зол ТЭС, тонкомолотых шлаков и других добавок. Так, применение золы-уноса в бетоне может сократить расход цемента на 50-70 кг/м3.

Для интенсификации выпуска железобетонных изделий прибегают к сокращению времени их тепловой обработки. Такой метод применяют чаще всего при кассетной технологии для получения двух оборотов кассетных установок в сутки. Это достигается за счет повышения расхода цемента на 5-15 % и даже более. В этом случае экономия цемента может быть получена за счет применения двухстадийной технологии, когда изделие до распалубочной прочности прогревается в кассетах, а затем выдерживается в камере дозревания. Сократить время тепловой обработки позволяет пропаривание изделий в малонапорных пропарочных камерах. Прочность бетона свыше 20 МПа может быть получена за 5,5 ч тепловой обработки при температуре 105 °С. Причем расход пара сокращается до 120–130 кг против 450 кг в обычных условиях.

Простейшим способом, который дает возможность повысить прочность бетона до 20 % и за счет этого сэкономить цемент, является повторное вибрирование изделий. Этот способ проще применять при стендовой и кассетной технологии изготовления изделий.

Применение неразрушающих методов контроля прочности бетона сокращает расход цемента до 5 % за счет сверхнормативного запаса прочности.

Автоматическое дозирование цемента позволяет экономить его до 5 %.

Применение низкочастотных резонансных виброплощадок за счет получения более плотного бетона сокращает расход цемента на 30 кг/м3, уменьшает время тепловой обработки на 2–3 ч, снижает расход пара на 13 % и потребность в электроэнергии в 3–3,5 раза.

Освоение изготовления и применения гипсоцементно-пуццолановых, шлакощелочных и других безклинкерных вяжущих может также уменьшить дефицит портландцемента.

Для Республики Беларусь, не имеющей собственных энергоносителей, экономия тепловой энергии на заводах сборного железобетона имеет большое значение. Экономию тепловой энергии при твердении изделий дают следующие мероприятия:

– Уточнение заводских норм для камер тепловой обработки.

– Организация с помощью приборов учета расхода тепловой энергии по цехам и технологическим линиям, для объективной оценки их использования, нормирования и распределения.

– Проведение регулярных профилактических ремонтов камер тепловой обработки для исключения потерь через неплотности в ограждениях и гидрозатворах, так как на отдельных заводах потери тепла в 2–3 раза превышают полезный расход.

– Повышение термического сопротивления ограждающих конструкций камер за счет их утепления, что повышает КПД в два раза.

– Увеличение коэффициента заполнения камер, за счет чего можно получить 10–20 % экономии.

– Тепловая обработка изделий продуктами сгорания природного газа сокращает затраты на тепловую обработку на 20–60 %.

– Тепловая обработка изделий с использованием солнечной энергии позволяет в летнее время полностью отказаться от традиционной тепловой обработки.

– При применении быстротвердеющих цементов можно сократить время тепловой обработки до 4 часов.

– Применение химических добавок ускорителей твердения позволяет сократить продолжительность и температуру твердения.

– Применение суперпластификаторов позволяет сократить время тепловой обработки на 8 часов, снизить температуру тепловой обработки до 60–70 °С.

– Прекращение тепловой обработки изделий при достижении прочности 50–60 % от проектной.

Кроме перечисленных можно применять все мероприятия по экономии цемента, изложенные выше. Расход цемента оставить без изменения и за счет этого ускорить интенсивность твердения бетона уменьшить расход тепловой энергии.

126

studfiles.net

Экономия цемента в технологии бетона и железобетона

Поиск Лекций

В бетоне и железобетоне цемент — наиболее дорогой материал и составляет примерно половину его стоимости. Причем доля затрат увеличивается с повышением марки. Поэтому экономия цемента — исключительно важная задача технологии изготовления бетона и железобетона. Применяя различные приемы, на которых мы остановимся ниже, можно экономить от 10 до 25% цемента.

Расход цемента нормируется СНиП 5.01.23-83 “Типовые нормы расхода цемента для приготовления бетонов сборных и монолитных бетонных и железобетонных изделий и конструкций”. Они предназначены для оценки прогрессивности и обоснованности производственных норм расхода цемента. Если производственные нормы превышают типовые, необходимо разрабатывать мероприятия по снижению расхода цемента. Изучение этих норм могут также подсказать мероприятия по экономии цемента.

Марку цемента следует назначать в зависимости от проектной и отпускной прочности бетона. Усредненный расход цемента зависит от применяемых марок цементов и принимается по табл. 7.2.

Таблица 7.2

Коэффициенты расхода цемента разных марок

Марка цемента
Коэффициент расхода цемента 1,12 1,0 0,87 0,8 0,72

Применение цемента пониженных марок увеличивает его расход. Но и применение цемента повышенных марок не всегда приводит к его экономии. Следует иметь в виду, что минимальная норма расхода цемента должна составлять не менее 200 кг на 1 м3 бетона и 220 кг на 1 м3 железобетона.

Неритмичность поставок, а также малое количество силосов для хранения цемента приводит к смешиванию разных марок и отпуску цемента по наименьшей активности. Это также ведет к его перерасходу.

На расход цемента оказывает влияние нормальная густота цементного теста (НГЦТ) (табл. 7.3).

Таблица 7.3

Коэффициенты расхода цемента в зависимости от НГЦТ

НГЦТ, % Коэффициенты расхода цемента для бетона классов
до Bb25 включительно Bb27,5; Bb30 Bb35-Bb45
Чисто клинкерный с любой НГЦТ или другой с НГЦТ:      
менее 25 0,97 0,95 0,92
от 25 до 27 1,00 1,00 1,00
от 27 до 30 1.03 1,05 1,08
более 30 1,05 1,08 1,12

Как видно из этой таблицы, применение цемента c НГЦТ менее 25%, а также чисто клинкерного цемента позволяет уменьшить его расход. Пуццолановые портландцементы, и в большинстве своем портландцементы с минеральными добавками, имеют повышенную НГЦТ. Применение их ведет к увеличению расхода цемента за счет повышения водопотребности бетонной смеси.

Разные цементы в условиях тепловой обработки имеют различную интенсивность твердения (табл. 7.4). Она изменяется в больших пределах. Бывают случаи, когда цемент марки 500 одного завода имеет активность при пропаривании ниже, чем цемент марки 400 другого завода.

Коэффициенты расхода цемента в зависимости от активности при пропаривании следует принимать по табл. 7.4.

Таблица 7.4

Коэффициенты расхода цемента в зависимости от активности при пропаривании

Активность цемента пропаривании, МПа, для цемента марки цемента Коэффициент расхода цемента
550, 600
Менее 20 20 - 30 Более 30 Менее 24 24 - 27 Более 27 Менее 28 28 - 32 Более 32 Менее 33 33 - 38 Более 38 1,07 1,00 0,93

Активность цемента понижается при хранении его на складах. Так, через три месяца она уменьшается на 20% и через шесть месяцев — на 40%. Быстротвердеющие цементы уже после двух недель хранения переходят в разряд обычных. Для устранения этого явления следует время перемешивания бетонной смеси увеличить в два-четыре раза и применять добавки-ускорители твердения цементов.

При подборе состава бетона в расчетные формулы необходимо подставлять значение активности цемента. Она может быть выше марочного значения предела прочности. Повышение прочности цемента на 0,1 МПа приводит к снижению его расхода на 2–5 кг/м3.

Качество крупных заполнителей должно быть высоким. Одно из требований к крупному заполнителю — оптимальность его зернового состава. Она достигается составлением заполнителя из разных фракций. Применение крупного заполнителя неоптимального зернового состава приводит к перерасходу цемента.

Расход цемента зависит от крупности зерен щебня (гравия). Из табл. 7.5 видно, что чем крупнее зерна заполнителя, тем меньше коэффициент расхода цемента. Это объясняется тем, что с повышением крупности уменьшается удельная поверхность зерен заполнителя, и для обволакивания их потребуется меньше цементного теста, что в итоге приведет к уменьшению расхода цемента. Следовательно, щебень или гравий следует применять максимальной крупности, допустимой из условия бетонирования конструкций.

Таблица 7.5

poisk-ru.ru


Смотрите также