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.

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

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:

Эти ограничения могут быть проигнорированы при условии, что обрабатываемость и методы уплотнения таковы, что бетон может быть уложен без ячеек или пустот.

Крупный заполнитель

3. Оценка содержания воды и воздуха при затворении

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

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 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

5. Расчет содержания цемента

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

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

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

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

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.

• Расчет состава бетонной смеси для бетонов M20, M25, M30 с процедурой и примером.
• ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЕТОННОЙ СМЕСИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДРОБЛЕНОГО ПЕСКА.
• Проектирование бетонной смеси по IS 10262-2009 – процедура и расчеты.
• Процедура проектирования бетонной смеси и пример IS456.
• Поправки ленты при цепной съемке.
• Колебания просадки бетона на стройплощадке: Как с этим бороться? Объяснение на видео.
• Как правильно расположить пробные шурфы для исследования участка? Каково назначение пробных шурфов?.