Метод ACI проектирования бетонных смесей — процедура и расчеты

Метод ACI проектирования бетонной смеси основан на расчетном весе бетона на единицу объема. Этот метод учитывает требования к консистенции, обрабатываемости, прочности и долговечности. В этой статье представлен метод ACI для проектирования бетонной смеси.

  • Процедура проектирования бетонной смеси по методу ACI
    • 1. Выбор просадки
    • 2. Выбор максимального размера заполнителя
    • 3. Оценка содержания воды и воздуха в смеси
    • 4. Выбор соотношения вода-цемент или вода-цементирующий материал
    • 5. Расчет содержания цемента
    • 6. Расчет содержания крупного заполнителя
    • 7. Оценка содержания мелкого заполнителя
    • 8. Поправки на влажность заполнителя
    • 9. Корректировки пробных замесов
  • Метод ACI для проектирования бетонных смесей

    Необходимые данные:

    Перед началом проектирования бетонной смеси необходимо подготовить основную информацию о сырьевых материалах, которая включает:

    • Ситовые анализы мелкого и крупного заполнителей.
    • Удельный вес (плотность в сухом состоянии) крупного заполнителя.
    • Насыпной удельный вес и поглощение или содержание влаги в заполнителях.
    • Водопотребность бетона при затворении, рассчитанная на основе опыта использования имеющихся заполнителей.
    • Удельный вес портландцемента и других цементирующих материалов, если они используются.
    • Зависимость между прочностью и водоцементным отношением или отношением вода-цемент плюс другие цементирующие материалы, для имеющихся комбинаций цемента, других цементирующих материалов, если рассматриваются, и заполнителей.

    Процедура проектирования бетонных смесей по методу ACI

    1. Выбор просадки

    Если просадка не указана, значение, подходящее для данной работы, можно выбрать из таблицы 1. Значения, приведенные в таблице, могут быть использованы только в том случае, если для уплотнения бетона применяется вибрация. Чтобы прочитать больше о просадке, пожалуйста, нажмите здесь.
    Таблица 1 Рекомендуемые просадки для различных типов строительства
    Тип конструкции
    Величина просадки, мм
    Минимальная
    Максимум*
    Армированные фундаментные стены и основания
    25
    75
    Обычные фундаменты, кессоны и стены подконструкций
    Балки и усиленные стены
    100
    Строительные колонны
    Тротуары и плиты
    Массивный бетон
    50
    *Допускается увеличение на 25 мм для методов уплотнения, отличных от вибрации
    Измерение просадки

    Измерение просадки

    2. Выбор максимального размера заполнителя

    Как правило, максимальный размер заполнителя должен быть наибольшим из экономически доступных и соответствовать размерам конструктивного элемента. В стандарте ACI 211.1-91 указано, что максимальный размер заполнителя не должен превышать:

  • одной пятой части самого узкого размера между сторонами форм.
  • одной трети глубины плит
  • 3/4 минимального расстояния между отдельными арматурными стержнями, пучками стержней или нитями предварительного натяжения.
  • Эти ограничения могут быть проигнорированы при условии, что обрабатываемость и методы уплотнения таковы, что бетон может быть уложен без ячеек или пустот.
    Крупный заполнитель

    Крупный заполнитель

    3. Оценка содержания воды и воздуха при затворении

    Количество воды на единицу объема бетона, необходимое для получения заданного проседания, зависит от:

  • номинального максимального размера
  • форма частиц
  • градации заполнителей
  • температура бетона
  • количества захваченного воздуха
  • использование химических добавок.
  • В табл. 2 и табл. 3 приведены расчеты требуемой воды затворения для бетона, изготовленного с различными максимальными размерами заполнителей, для бетона без воздушного и с воздушным затворением, соответственно.
    Таблица 2 Приблизительное количество воды затворения (кг/м3) и содержание воздуха для различных просадок и номинальных максимальных размеров заполнителей для бетона без воздухововлечения
    Просадка, мм
    Вода, кг/м3 бетона для указанных номинальных максимальных размеров заполнителя
    9,5 мм
    12,5 мм
    19 мм
    25 мм
    37,5 мм
    50 мм
    75 мм
    150 мм
    25-50
    207
    199
    190
    179
    166
    154
    130
    113
    75-100
    228
    216
    205
    193
    181
    169
    145
    124
    150-175
    243
    202
    178
    160
    —-
    Приблизительное количество воздуха, %
    3
    2.5
    2
    1.5
    1
    0.5
    0.3
    0.2
    Таблица 3 Примерное количество воды для затворения (кг/м3) и содержание воздуха для различных просадок и номинальных максимальных размеров заполнителей для бетона с содержанием воздуха
    175
    168
    150
    142
    122
    107
    184
    165
    157
    133
    119
    197
    174
    Рекомендуемое среднее общее содержание воздуха (%) для различных уровней воздействия
    Умеренное воздействие
    4.5
    4
    3.5
    Умеренное воздействие
    6
    5.5
    5
    Тяжелое воздействие
    7.5
    7
    вода для затворения

    вода для смешивания

    4. Выбор соотношения вода-цемент или вода-цементный материал

    Прочность, долговечность и определение соотношения воды и цемента:При отсутствии данных о зависимости прочности от соотношения воды и цемента для определенного материала, можно сделать консервативную оценку принятой 28-дневной прочности на сжатие из таблицы 4.
    Кроме того, при наличии жестких условий воздействия, таких как замораживание и оттаивание, воздействие морской воды или сульфатов, соотношение вода/цемент может быть получено из таблицы 5.
    Таблица 4 Взаимосвязь между соотношением вода-цемент или вода-цементные материалы и прочностью бетона на сжатие
    28-суточная прочность на сжатие в МПа (psi)
    Водоцементное отношение по весу
    Невоздухововлекаемый
    С воздухом
    41.4 (6000)
    0.41

    34.5 (5000)
    0.48
    0.40
    27.6 (4000)
    0.57
    20.7 (3000)
    0.68
    0.59
    13.8 (2000)
    0.82
    0.74
    Таблица 5 максимально допустимые соотношения вода/цемент для бетона в условиях сильного воздействия
    Типы конструкций
    Конструкция, постоянно подвергающаяся воздействию влаги часто подвергающаяся замораживанию и оттаиванию
    Конструкция, подверженная воздействию морской воды
    Тонкие секции (перила, бордюры, пороги, карнизы, декоративные работы) и секции с покрытием из стали менее 25 мм
    0.45
    Все остальные конструкции
    0.50
    соотношение воды и цемента

    соотношение воды и цемента

    5. Расчет содержания цемента

    Количество цемента определяется на основании определений, сделанных на этапах 3 и 4 выше.
    уравнение 1
    Цемент

    Цемент

    6. Расчет содержания крупного заполнителя

    Наиболее экономичный бетон будет иметь как можно больше места, занятого крупным заполнителем, поскольку он не требует цемента в пространстве, заполненном крупным заполнителем.
    Процентное содержание крупного заполнителя в бетоне для данного максимального размера и модуля крупности приведено в таблице 6. Объемы крупного заполнителя основаны на весах, полученных при сушке в печи в соответствии с ASTM C 29.
    Таблица 6: Объем крупного заполнителя на единицу объема бетона
    Максимальный размер заполнителя, мм
    модули крупности мелкого заполнителя
    2.40
    2.60
    2.80
    3
    9.5
    0.46
    0.44
    12.5
    0.55
    0.53
    19
    0.66
    0.64
    0.62
    0.60
    0.71
    0.69
    0.67
    0.65
    37.5
    0.75
    0.73
    0.78
    0.76
    0.72
    Крупный заполнитель

    Крупный заполнитель

    7. Оценка содержания мелкого заполнителя

    По завершении этапа 6 все компоненты бетона, кроме мелкого заполнителя, были определены.
    Существуют два стандартных метода определения содержания мелкого заполнителя: метод массы и метод объема. Мы будем использовать метод объема, поскольку он является более точным.
    Объем мелкого заполнителя определяется путем вычитания объема цемента, воды, воздуха и крупного заполнителя из общего объема бетона.
    Затем, когда объемы известны, можно рассчитать вес каждого ингредиента по удельному весу.
    Объем, занимаемый в бетоне любым ингредиентом, равен его весу, деленному на плотность этого материала (последняя является произведением удельного веса воды и удельного веса материала).
    Мелкий заполнитель

    Мелкий заполнитель

    8. Поправки на влажность заполнителя

    Вес заполнителя

    Объемы заполнителей рассчитываются на основе веса единицы сухой массы в печи, однако заполнители обычно дозируются по фактическому весу.
    Поэтому любая влага в заполнителе увеличит его вес, а складированный заполнитель почти всегда содержит некоторое количество влаги. Без поправки на это объем дозированного заполнителя будет неверным.

    Количество воды для затворения

    Если заполнитель не насыщенный, а сухой, то он будет впитывать воду (если он сухой в печи или на воздухе) или отдавать воду (если он влажный) цементной пасте.
    Это приводит к чистому изменению количества воды в смеси и должно быть компенсировано путем корректировки количества добавляемой воды для затворения.
    содержание воды в заполнителе

    содержание воды в заполнителе

    9. Корректировки пробных замесов

    Метод ACI написан на основе того, что пробная партия бетона будет приготовлена в лаборатории и отрегулирована для получения желаемой просадки, отсутствия сегрегации, удобоукладываемости, удельного веса, содержания воздуха и прочности.

    Читайте далее:
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Центрсельстрой