Расчет состава бетонной смеси для бетонов M20, M25, M30 с процедурой и примером - Строительство и ремонт

Проектирование бетонной смеси – это процесс поиска правильных пропорций цемента, песка и заполнителей для бетона с целью достижения заданной прочности конструкции. Таким образом, расчет бетонной смеси можно представить следующим образом: бетонная смесь = цемент:песок:заполнители.
Проектирование бетонной смеси включает в себя различные этапы, расчеты и лабораторные испытания для нахождения правильных пропорций смеси. Этот процесс обычно применяется для конструкций, требующих применения бетона более высоких марок, таких как M25 и выше, а также для крупных строительных проектов, где количество потребляемого бетона огромно.
Преимущества проектирования бетонной смеси в том, что оно обеспечивает правильные пропорции материалов, что делает бетонную конструкцию экономичной в достижении необходимой прочности структурных элементов. Поскольку количество бетона, необходимого для крупных сооружений, огромно, экономия в количестве материалов, таких как цемент, делает строительство проекта экономичным.
Расчет состава бетонной смеси для бетона марок М20, М25, М30 и выше можно рассчитать на примере ниже.

Рекомендуемое соотношение ингредиентов для бетона марки М25:

Проектирование бетонной смеси

Данные, необходимые для проектирования бетонной смеси

(i) Условия проектирования бетонной смеси

(a) Характерная прочность на сжатие, требуемая в полевых условиях в 28 дней, обозначение марки – M 25
(b) Номинальный максимальный размер заполнителя – 20 мм
(c) Форма СА – угловая
(d) Степень обрабатываемости, требуемая на месте – 50-75 мм (просадка)
(e) Степень контроля качества, доступного на площадке – В соответствии с IS:456
(f) Тип воздействия, которому будет подвергаться конструкция (как определено в IS: 456) – Мягкий
(g) Тип цемента: PSC, соответствующий IS:455
(h) Метод укладки бетона: бетон с помощью насоса

(ii) Данные испытаний материала (должны быть определены в лаборатории)

(a) удельный вес цемента – 3,15
(b) удельный вес ФА – 2,64
(c) удельный вес CA – 2,84
(d) Предполагается, что заполнители находятся в сухом состоянии на насыщенной поверхности.
(e) Мелкие заполнители соответствуют зоне II по IS – 383.

Процедура проектирования бетонной смеси для бетона M25

Шаг 1 – Определение целевой прочности

Константа Химсворта для 5% фактора риска равна 1,65. В данном случае стандартное отклонение взято из IS:456 для M 20 и составляет 4,0.

ftarget = fck + 1,65 x S

= 25 + 1,65 x 4,0 = 31,6 Н/мм2

Где,
S = стандартное отклонение в Н/мм2 = 4 (в соответствии с таблицей -1 стандарта IS 10262- 2009).

Шаг 2 – Выбор соотношения вода / цемент:-

Из таблицы 5 стандарта IS 456, (страница № 20)
Максимальное водоцементное отношение для мягких условий воздействия = 0,55
Исходя из опыта, принимаем водоцементное отношение равным 0,5.
0,5<0,55, следовательно, ОК.

Шаг 3 – Выбор содержания воды

Из таблицы 2 стандарта IS 10262- 2009,
Максимальное содержание воды = 186 кг (для номинального максимального размера заполнителя – 20 мм).

Таблица для корректировки содержания воды

Параметры
Значения в соответствии со стандартными условиями
Значения в соответствии с существующей проблемой
Отклонение
Коррекция содержания воды
Просадка
25-50 мм
50-75
25
(+3/25) x 25 = +3
Форма заполнителя
Угловая
Nil
–
Всего
+3
Расчетное содержание воды = 186+ (3/100) x 186 = 191,6 кг /м3

Шаг 4 – Выбор содержания цемента

Водоцементное отношение = 0,5
Скорректированное содержание воды = 191,6 кг /м3
Содержание цемента =
Из таблицы 5 стандарта IS 456,
Минимальное содержание цемента для мягких условий воздействия = 300 кг/м3
383,2 кг/м3 > 300 кг/м3, следовательно, ОК.
Это значение должно быть проверено на соответствие требованиям по прочности из IS: 456.
В данном примере для мягкого воздействия и для случая железобетона минимальное содержание цемента составляет 300 кг/м3, что меньше 383,2 кг/м3. Следовательно, принятое содержание цемента = 383,2 кг/м3.
В соответствии с пунктом 8.2.4.2 стандарта IS: 456
Максимальное содержание цемента = 450 кг/м3.

Шаг 5: Оценка пропорции крупного заполнителя.

Из таблицы 3 стандарта IS 10262- 2009,
Для номинального максимального размера заполнителя = 20 мм,
Зона мелкого заполнителя = Зона II
И для w/c = 0,5
Объем крупного заполнителя на единицу объема общего заполнителя = 0,62

Таблица для корректировки при расчете доли крупного заполнителя

Параметр
Значения в соответствии с существующей проблемой
Отклонение
Коррекция пропорции крупного заполнителя
Замечания
В/ц
0.5
См. примечание 1
Работоспособность
бетон, способный работать с насосом
-10%
См. примечание 2
Итого
-10%
Примечание 1: На каждые ±0,05 изменения в в/ц пропорция крупного заполнителя должна быть изменена на 0,01. Если в/ц меньше 0,5 (стандартное значение), необходимо увеличить объем крупного заполнителя, чтобы уменьшить содержание мелкого заполнителя. Если В/Ц более 0,5, объем крупного заполнителя должен быть уменьшен для увеличения содержания мелкого заполнителя. Если крупный заполнитель не угловатый, то, исходя из опыта, может потребоваться соответствующее увеличение объема крупного заполнителя.
Примечание 2: Для бетона, способного к перекачиванию, или перегруженного арматурой доля крупного заполнителя может быть уменьшена до 10%.
Следовательно,
Объем крупного заполнителя на единицу объема общего заполнителя = 0,62 x 90% = 0,558
Объем мелкого заполнителя = 1 – 0,558 = 0,442

Шаг 6: Расчет количества ингредиентов смеси

a) Объем бетона = 1 м3
b) Объем цемента = (масса цемента / удельный вес цемента) х (1/100)
= (383,2/3,15) x (1/1000) = 0,122 м3
в) Объем воды = (Масса воды / Удельный вес воды) х (1/1000)
= (191,6/1) x (1/1000) = 0,1916 м3
d) Объем всего заполнителя = a – (b + c ) = 1 – (0,122 + 0,1916) = 0,6864 м3
e) Масса крупного заполнителя = 0,6864 x 0,558 x 2,84 x 1000 = 1087,75 кг/м3
f) Масса мелких заполнителей = 0,6864 x 0,442 x 2,64 x 1000 = 800,94 кг/м3

Пропорции бетонной смеси для пробной смеси 1

Цемент = 383,2 кг/м3
Вода = 191,6 кг/м3
Мелкий заполнитель = 800,94 кг/м3
Крупный заполнитель = 1087,75 кг/м3
В/Ц = 0,5
Для пробной -1 заливки бетона в лаборатории, чтобы проверить его свойства.
Он будет удовлетворять требованиям прочности и экономичности.
Для пробной заливки -1, масса ингредиентов, необходимых для 4 кубов, будет рассчитана с учетом 25% отходов.
Объем бетона, необходимого для 4 кубов = 4 x (0,153 x1,25) = 0,016878 м3
Цемент = (383,2 x 0,016878) кг/м3 = 6,47 кг
Вода = (191,6 x 0,016878) кг/м3 =3,23 кг
Крупный заполнитель = (1087,75 x 0,016878) кг/м3 =18,36 кг
Мелкий заполнитель = (800,94 x 0,016878) кг/м3 = 13,52 кг

Шаг 7: Поправка из-за впитывающего / влажного заполнителя:-

Так как заполнитель насыщен, поверхность сухая, поэтому коррекция не требуется.

Этап 8: Пробные смеси бетона:-

Пробная смесь 1:

Пропорция смеси, рассчитанная на этапе 6, образует пробную смесь 1. С этой пропорцией бетон изготавливается и испытывается на соответствие требованиям к свойствам свежего бетона, т.е. обрабатываемости, кровотечению и отделочным качествам.
В данном случае,
величина просадки = 25 мм
Коэффициент уплотнения = 0,844
Таким образом, по результатам испытания на просадку мы можем сказать,
Смесь является связной, обрабатываемой и имеет истинную просадку около 25 мм, в ней нет сегрегации и кровотечения.
Желаемая просадка = 50-75 мм
Таким образом, необходимо внести изменения в пробную смесь 1, чтобы достичь желаемой обрабатываемости.

Пробная бетонная смесь 2:

Для повышения удобоукладываемости с 25 мм до 50-75 мм необходимо увеличить содержание воды на +3%.
Скорректированное содержание воды = 191,6 x 1,03 = 197,4 кг.
Как упоминалось ранее, для регулирования свойств свежего бетона водоцементное отношение не изменяется. Следовательно,
Содержание цемента = (197,4/0,5) = 394,8 кг/м3
Что также удовлетворяет требованию прочности.
Объем всего заполнителя = 1 – [{394,8/(3,15х1000)} + {197,4/(1х1000)}] = 0,6773 м3
Масса крупного заполнителя = 0,6773 x 0,558 x 2,84 x 1000 = 1073,33 кг/м3
Масса мелкого заполнителя = 0,6773 x 0,442 x 2,64 x 1000 = 790,3 кг/м3

Пропорции бетонной смеси для пробной смеси 2

Цемент = 384,8 кг/м3
Вода = 197,4 кг/м3
Мелкий заполнитель = 790,3 кг/м3
Крупный заполнитель = 1073,33 кг/м3
Для пробной заливки -2 масса необходимых ингредиентов будет рассчитана для 4-х кубиков при условии 25% отходов.
Цемент = (384,8 x 0,016878) кг/м3 = 6,66 кг
Вода = (197,4 x 0,016878) кг/м3 =3,33 кг
Крупный заполнитель = (1073,33 x 0,016878) кг/м3 =18,11 кг
Мелкий заполнитель = (790,3 x 0,016878) кг/м3 = 13,34 кг
Величина просадки = 60 мм
Коэффициент уплотнения = 0,852
Смесь очень связная, легко обрабатываемая и имела истинную просадку около 60 мм.
Она практически растекалась при вибрации, но не имела сегрегации и кровотечения.
Таким образом, она достигла желаемой обрабатываемости, удовлетворяя требованию 50-75 мм просадки.
Теперь нам нужно перейти к испытанию смеси-3.

Пробная смесь бетона 3:

В случае пробной смеси 3 водоцементное отношение изменяется на +10% при постоянном содержании воды. В данном примере водоцементное отношение увеличено до 0,55 с 0,5.
Увеличение водоцементного отношения на 0,05 влечет за собой уменьшение доли крупного заполнителя на 0,01.
Следовательно, крупный заполнитель в процентах от общего количества заполнителя = 0,558 – 0,01 = 0,548
В/ц = 0,55
Содержание воды будет оставаться постоянным.
Содержание цемента = (197,4/0,55) = 358,9 кг/м3
Следовательно, объем всего заполнителя

= 1 – [{(358,9/(3,15 x 1000)} + (197,4/1000)] =0,688 м3

Масса крупного заполнителя = 0,688 x 0,548 x 2,84 x 1000 = 1070,75 кг/м3
Масса мелкого заполнителя = 0,688 x 0,452 x 2,64 x 1000 = 821 кг/м3

Пропорции бетонной смеси пробной смеси 3

Цемент = 358,9 кг/м3
ФА = 821 кг/м3
СА = 1070,75 кг/м3
Для заливки пробной смеси -3 масса ингредиентов, необходимых для 4-х кубиков, будет рассчитана с учетом 25% отходов.
Цемент = (358,9 x 0,016878) кг/м3 = 6,06 кг
Крупный заполнитель = (1070,75 x 0,016878) кг/м3 =18,07 кг
Мелкий заполнитель = (821 x 0,016878) кг/м3 = 13,85 кг
Величина просадки = 75 мм
Коэффициент уплотнения = 0,89
Смесь устойчивая, связная, обрабатываемая и имеет истинную величину просадки около 75 мм.
Теперь мы должны приступить к приготовлению пробной смеси-4.

Пробная смесь для бетона 4:

В данном случае соотношение вода/цемент уменьшено на 10% при неизменном содержании воды.
W/c = 0,45
Снижение В/Ц на 0,05 влечет за собой увеличение доли крупного заполнителя на 0,01.
Доля крупного заполнителя = 0,558 +,01 =,568
W/c = 0,45 и содержание воды = 197,4 кг/м3
Содержание цемента = (197,4/0,45) = 438,7 кг/м3
Объем всего в совокупности
= 1 – [{438,7/(3,15 x 1000)} + (197,4/1000)] = 0,664 м3
Масса крупного заполнителя = 0,664 x 0,568 x 2,84 x 1000 = 1071,11 кг/м3
Масса мелкого заполнителя = 0,664 x 0,432 x 2,64 x 1000 = 757,28 кг/м3

Пропорции бетонной смеси для пробной смеси 4

Цемент = 438,7 кг/м3
ФА = 757,28 кг/м3
СА = 1071,11 кг/м3
Для заливки пробной смеси -4 масса необходимых ингредиентов будет рассчитана для 4-х кубиков при условии 25% отходов.
Цемент = (438,7 x 0,016878) кг/м3 = 7,4 кг
Крупный заполнитель = (1071,11 x 0,016878) кг/м3 =18,07 кг
Мелкий заполнитель = (757,28 x 0,016878) кг/м3 = 12,78 кг
К этим пропорциям снова применяется местная поправка, связанная с влажностью заполнителя. С исправленными пропорциями отливаются три бетонных куба и испытываются на прочность на сжатие в течение 28 дней.
Сводные данные по всем пробным смесям приведены в следующей таблице.