В настоящее время предъявляются повышенные требования к долговечности и надежности бетонных и железобетонных конструкций, эксплуатируемых в северной климатической зоне. Примером таких конструкций являются железобетонные пролетные строения железнодорожных мостов, сборные блоки облицовки опор мостов в районе БАМа, бетон которых должен иметь марку Мрз 400 и Мрз 500. С расширением масштабов строительства в районах с суровым климатом и продвижением его в восточные и северные районы необходимо дальнейшее увеличение объема изготовления конструкций из бетона повышенной морозостойкости.

Известный в настоящее время способ получения морозостойких бетонов (ВСН 150-68) позволяет получать бетоны марок не выше Мрз 300. Разработан также способ приготовления бетонов особо высокой морозостойкости (Мрз 1000) для конструкций морских сооружений (Инструкция ВР-1-78), однако рекомендуемые этим способом приемы существенно осложняют производство и использование предусмотренной в нем технологии в полном объеме при создании бетонов марок Мрз 400 - Мрз 500 является экономически неоправданным.

В настоящих Рекомендациях приведены необходимые материалы и технологические приемы для получения бетонов марок МРз 400 и МРз 500 в сборных конструкциях, контактирующих в период эксплуатации с пресной водой.

Рекомендации разработаны в лаборатории антикоррозийной защиты транспортных сооружений кандидатами техн. наук В.С. Гладковым и Ю.М. Аниным.

Зав. отделением

строительных материалов,

прочности и долговечности

железобетонных конструкций Е.Н. Щербаков

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Рекомендации применяются при изготовлении сборных бетонных и железобетонных конструкций транспортных сооружений из бетона марок Мрз 400 и Мрз 500, насыщаемых в период эксплуатации пресной водой.

1.2. Рекомендации разработаны в развитие нормативных документов, регламентирующих изготовление сборных бетонных и железобетонных конструкций для искусственных сооружений (глава СНиП III-43-75 и "Изменение и дополнения" к этой главе, 1980 г.; BCH 151-78 и ВСН 155-69).

2. ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ ДЛЯ БЕТОНА

2.1. В качестве вяжущего для бетонов следует применять портландцемент и его разновидности по ГОСТ 10178-76 марки не ниже 400.

Цемент для конструкций мостов должен, кроме того, соответствовать указаниям "Изменений и дополнений" к главе СНиП III-43-75, 1980 г.

Во всех случаях рекомендуется, чтобы содержание трехкальциевого алюмината в клинкере не превышало 8 %.

2.2. Заполнители должны удовлетворять требованиям ГОСТ 10268-80.

В качестве крупного заполнителя рекомендуется использовать щебень изверженных пород марки по прочности не ниже 1000. Содержание в щебне слабых зерен не должно превышать 5 %,

Наибольшая крупность щебня должна быть по возможности максимальной для изготовляемой конструкции (с учетом размера конструктивных элементов и густоты армирования). Щебень следует применять в виде смеси отдельно дозируемых 2- фракций, обеспечивающей ее наибольшую плотность.

2.3. Для улучшения технологических свойств бетонной смеси, снижения расхода воды и достижения необходимого воздухосодержания в бетонную смесь следует обязательно вводить комплексные добавки, состоящие из пластифицирующего компонента (например, СДБ) и воздухововлекающего компонента (например, СНВ).

3. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОСТАВА БЕТОНА

3.1. При проектировании состава бетона устанавливается оптимальное соотношение между компонентами (включая добавки), обеспечивающее необходимые требования к бетонной смеси (подвижность, связность, воздухосодержание) и к затвердевшему бетону (прочность, морозостойкость, водонепроницаемость).

3.2. Водоцементное отношение, воздухосодержание смеси и расход воды должны соответствовать достижению заданной прочности и морозостойкости бетона при минимальном расходе цемента и обеспечении заданной подвижности бетонной смеси.

Соотношение между величиной В/Ц, расходом воды и воздухосодержанием уплотненной бетонной смеси для получения бетонов марок Мрз 400 и Мрз 500 следует выбирать по графикам на рис. 1. Рекомендуется применять бетонные смеси с расходом воды до 180 л/м³.

3.3. Для повышения удобоукладываемости необходимо использовать пластифицирующие добавки в оптимальных дозировках. Следует также дополнительно использовать эффект пластификации за счет воздухововлечения бетонной смеси. Рекомендуется применять бетонные смеси с осадкой конуса не более 6 см.

3.4. Воздухосодержание бетонной смеси, определяемое сразу после ее приготовления, должно назначаться с учетом потерь вовлеченного воздуха в процессе транспортирования и уплотнения бетонной смеси, установленных опытным путем.

3.5. При определении рабочих составов бетона должны обязательно учитываться влажность песка и крупного заполнителя, а также количество воды, входящей в растворы добавок путем соответствующего уменьшения воды, вводимой в бетонную смесь.

Рис. 1. Соотношение между величиной В/Ц, расходом воды и воздухосодержанием уплотненной бетонной смеси: а - для получения бетона марки Мрз 400; б - для получения бетона марки Мрз 500

3.6. Ориентировочная водопотребность и объемная доля песка для бетона с комплексной добавкой определяются по табл. 1 (здесь и далее все расходы приводятся на 1 м³ бетонной смеси).

Таблица 1

Наибольший размер зерен крупного заполнителя, мм	Водопотребность бетонной смеси, л	Объемная доля песка в смеси заполнителей при воздухосодержании, %
Наибольший размер зерен крупного заполнителя, мм	Водопотребность бетонной смеси, л	2	4	6
10	190	55	52	51
20	165	43	40	39
40	150	35	33	32
70	135	31	29	28

Примечание: Водопотребность и объемная доля песка даны для смесей на природном песке с модулем крупности М_кр = 2,5, В/Ц = 0,55, подвижностью о.к. = 5 см и содержанием вовлеченного воздуха до 4 %.

Для бетонов, приготовленных на песке с другой крупностью, а также имеющих другие подвижность, В/Ц и воздухосодержание, следует пользоваться поправками, указанными в табл. 2.

Таблица 2

Изменение М_кр песка, В/Ц, и подвижности бетонной смеси	Изменение содержания песка в смеси заполнителей, %	Изменение содержания воды, л/м³
Увеличение М_кр на 0,1	+0,5	-
Уменьшение М_кр на 0,1	-0,5	-
Увеличение В/Ц на 0,05	+1	-
Уменьшение В/Ц на 0,05	-1	-
Увеличение осадки конуса на 1 см	-	+2
Уменьшение осадки конуса на 1 см	-	-2
Увеличение воздухосодержания на 1 %	-	-3

3.7. Пользуясь графиками на рис. 1, определяют В/Ц для трех-четырех значений воздухосодержания (от 2 до 6 %) при выбранной по п. 3.6 водопотребности.

3.8. Затем устанавливают расходы цемента Ц для выбранных значений воздухосодержания по формуле

(1)

и вычисляют отношение , определяющее прочность бетона. По данным расчета строят график зависимости от воздухосодержания смеси.

3.9. В зависимости от требуемой прочности бетона и активности цемента определяют соответствующее значение по формуле

(2)

Для данного значения выбирают по графику (см. п. 3.8) воздухосодержание бетонной смеси.

3.10. Для выбранных значений водопотребности (см. п. 3.6) и воздухосодержания (см. п. 3.9) уточняют значение В/Ц (см. рис. 1). Далее по формуле (1) уточняют расход цемента.

3.11. Суммарный объем заполнителей рассчитывают по формуле

(3)

где А - суммарный абсолютный объем заполнителей, л;

γ_ц - удельная масса цемента, г/см³.

3.12. Определив по табл. 1 объемную долю песка в смеси заполнителей, находят расходы песка и щебня:

(4)

(5)

где γ_п и γ_щ - соответственно плотность песка и щебня, г/см³;

r - объемная доля песка в смеси заполнителей, %.

3.13. Дозировка СДБ в комплексной добавке должна составлять от 0,1 до 0,15 % от массы цемента. Дозировка воздухововлекающего компонента (например, СНВ) устанавливается от 0,002 до 0,02 % в соответствии с требуемым воздухосодержанием.

3.14. Путем проведения пробных замесов определяют подвижность и воздухосодержание бетонной смеси, и в случае необходимости изменяют расход воды, объемную долю песка и дозировку добавок.

Пример расчета состава бетона приведен в приложении 1.

4. ПРИГОТОВЛЕНИЕ БЕТОННОЙ СМЕСИ, УКЛАДКА И ФОРМОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ

4.1. Приготовление бетонной смеси следует производить в соответствии с указаниями главы СНиП III-15-76.

4.2. Приготовление бетонных смесей при наибольшей крупности щебня до 20 мм и подвижности менее 3 см рекомендуется производить в бетономешалках принудительного действия.

4.3. Комплексные пластифицирующе-воздухововлекающие добавки, например СДБ+СНВ, могут вводиться в бетонную смесь с водой затворения в виде 5-10 %-ных водных растворов. Отмеривание необходимых количеств растворов производится с помощью объемных или весовых дозаторов; точность дозирования должна соответствовать СНиП III-15-76, п. 4.13. и ГОСТ 7473-76.

4.4. Необходимое количество (по массе) раствора добавки определяется по формуле

(6)

где Р_д - количество раствора добавки, кг;

С_ц - дозировка добавки, % к массе цемента;

К - концентрация раствора добавки, %.

Если раствор добавки дозируется по объему, то этот объем рассчитывается по формуле

(7)

где V_p_д - объем раствора добавки, л;

С_вр - содержание добавки в водном растворе соответствующей концентрации, кг/л.

4.5. Водные растворы добавок, например СДБ и СНВ, готовятся и дозируются раздельно. Необходимая концентрация раствора устанавливается путем взвешивания соответствующего количества сухого вещества добавки. Контроль концентрации производится также по плотности приготовленных растворов. Зависимость плотности от концентрации добавок СДБ и СНВ приведена в приложении 2.

4.6. Схема установки для приготовления и дозирования в бетонную смесь водного раствора одного из компонентов комплексной добавки приведена на рис. 2. Растворение добавки ведется в приготовительной емкости 2, снабженной нагревательным устройством 13 для прогрева воды до плюс 50-70 °С. Раствор перемешивается механической мешалкой, либо путем пропускания пузырьков воздуха (барботированием) через трубку 11. Подача пара, воздуха и воды регулируется вентилями соответственно 14, 15, 1. Приготовленный раствор перекачивается с помощью насоса 10 в накопительную емкость 3, снабженную поплавковым уровнемером 4. Из емкости 3 раствор через гидрораспределитель 8 направляется в дозатор 7. Избыток добавки поступает в воздушную трубку 5. Отмеренная доза поступает в дозатор воды 9, а оттуда вместе с водой затворения - в бетономешалку. Для слива неиспользованного раствора и промывки баков они имеют отводы в канализацию, снабженные запорными вентилями 6 и 12.

4.7. Время наполнения и опорожнения дозаторов для добавок не должно превышать времени работы водного дозатора.

4.8. Уплотнение бетонных смесей с пластифицирующе-воздухововлекающими добавками следует производить вибрацией или центрифугированием. Применение вакуумирования при уплотнении таких смесей не рекомендуется. Длительность уплотнения, установленная лабораторией, должна строго выдерживаться с целью сохранения в бетонной смеси заданного при подборе количества воздуха с учетом времени ее транспортирования к месту укладки.

Рис. 2. Схема приготовления и дозирования водных растворов добавок

4.9. Контроль воздухосодержания бетонной смеси производится с помощью воздухомера ЦНИИС и осуществляется работниками лаборатории не реже 2 раз в смену. Устройство воздухомера и принципы его работы приведены в приложении 3.

5. ТЕПЛОВЛАЖНОСТНАЯ ОБРАБОТКА И УХОД ЗА УЛОЖЕННЫМ БЕТОНОМ

5.1. Тепловлажностной обработке отформованных изделий должна предшествовать предварительная выдержка. Ее рекомендуется назначать не менее 4 ч для бетонов из смесей с осадкой конуса до 3 см в момент укладки в форму и не менее 5 ч для бетонов из смесей с осадкой конуса более 3 см.

5.2. Тепловлажностную обработку бетонов рекомендуется осуществлять по режимам, указанным в табл. 3, в зависимости от массивности конструкций и морозостойкости бетона. Характеристика режимов твердения приведена в табл. 4.

Таблица 3

Подвижность бетонной смеси, см	Массивные		Немассивные
Подвижность бетонной смеси, см	Мрз 400	Мрз 500	Мрз 400	Мрз 500
0,5-3	1,2	1	1,2,3	1,
3-6	1	1	1,2	1

Примечание. К массивным отнесены конструкции с сечением более 50×50 см.

Таблица 4

Номер режима твердения	Максимальная скорость подъема температуры, °С/ч	Максимальная температура изотермического прогрева, °С	Максимальная скорость охлаждения, °С/ч
1	10	60	10
2	10	70	10
3	15	70	15

5.3. Продолжительность изотермического прогрева и время охлаждения уточняются опытным путем в зависимости от требуемой прочности, вида цемента и состава бетонной смеси.

5.4. Относительная влажность окружающей среды при тепловлажностной обработке должна составлять от 90 до 100 %.

5.5. После тепловлажностной обработки изделия должны быть выдержаны во влажных условиях в цехе или на теплом складе не менее 100 градусо-суток при температуре не ниже +5 °С.

Возможность сокращения указанного срока выдерживания изделий при положительной температуре должна быть подтверждена испытанием на морозостойкость образцов производственного бетона.

Приложение 1

ПРИМЕР РАСЧЕТА СОСТАВА БЕТОНА

Задание

Требуется подобрать состав бетона марки М300, морозостойкостью Мрз 500. Подвижность бетонной смеси должна соответствовать о.к. = 2 см.

Характеристика материалов

В качестве вяжущего используется портландцемент активностью 400 кгс/см², плотностью 3,15 г/см³. Мелкий заполнитель - кварцевый песок с Мкр = 2,1, плотностью 2,56 г/см³. Крупный заполнитель - гранитный щебень фракции 20-40, плотностью 2,65 г/см³. В качестве пластифицирующе-воздухововлекающей добавки используется СДБ+СНВ.

Расчет

1. По табл. 1 находим ориентировочную водопотребность бетонной смеси: В₀ - 150 л/м³.

По табл. 2 уточняем водопотребность с учетом подвижности бетонной смеси

В = 150 - 3·2 = 144 л/м³.

2. По графику на рис. 1, б определяем В/Ц для трех значений воздухосодержания Д:3, 4,5 и 6 % (при выбранной водопотребности В =144 л/м³).

3. По формуле (1) рассчитываем расходы цемента (для соответствующих значений В/Ц) и определяем значения .

4. Значения, рассчитанные по пп. 1-3, сводим в таблицу и строим график = f(Д) (рисунок)

Д	В/Ц	Ц
3	0,29	497	2,86
4,5	0,39	369	1,95
6	0,55	262	1,28

5. По формуле (2) определяем требуемое с точки зрения прочности бетона и активности цемента значение

6. По построенному графику (см. п. 4) определяем значение воздухосодержания, соответствующее полученному значению .

Д = 4,4 %.

7. По графику рис. 1, б находим, что полученной водопотребности (см. п. 1) и воздухосодержанию (см. п. 6) соответствует В/Ц = 0,39. Тогда, согласно формуле (1)

8. По формуле (3) вычисляем абсолютный объем заполнителей

9. Из табл. 1 находим, что объемная доля песка r_п в смеси заполнителей равна 33 %. Введя поправки на Мкр и В/Ц (см. табл. 2), получаем:

r = 33 – 0,5·4 - 1·3 = 28 %.

10. По формулам (4) и (5) определяем содержание песка и щебня:

11. При дозировке добавок СДБ+СНВ соответственно 0,1 и 0,008 % от массы цемента их количество (в пересчете на сухое вещество) будет составлять:

СДБ = 0,37 кг/м³; СНВ = 0,03 кг/м³.

12. В случае использования СДБ и СНВ в виде соответственно 10- и 5-процентных растворов объем этих растворов, согласно формуле (6), будет составлять:

Содержание сухого вещества добавки в 1 л раствора определяем по приложению 1.

График зависимости от воздухосодержания

Приложение 2

СОДЕРЖАНИЕ ДОБАВОК В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ И ИХ ПЛОТНОСТЬ

Концентрация раствора. %	Плотность раствора при 20 °С, г/см³	Содержание веществ в растворе. кг
Концентрация раствора. %	Плотность раствора при 20 °С, г/см³	в 1 л	в 1 кг
СДБ
1	1,004	0,010	0,01
2	1,009	0,020	0,02
3	1,013	0,031	0,03
4	1,017	0,041	0,04
5	1,021	0,051	0,05
6	1,025	0,061	0,06
7	1,029	0,072	0,07
8	1,033	0,083	0,08
9	1,038	0,093	0,09
10	1,043	0,104	0,10
15	1,068	0,160	0,15
20	1,091	0,218	0,20
25	1,117	0,279	0,25
30	1,144	0,343	0,30
СНВ
1	1,003	0,010	0,01
2	1,005	0,020	0,02
3	1,009	0,031	0,03
4	1,012	0,041	0,04
5	1,015	0,051	0,05
6	1,018	0,061	0,07
7	1,021	0,072	0,07
8	1,024	0,082	0,08
9	1,027	0,093	0,09
10	1,030	0,103	0,10
15	1,045	0,152	0,15
20	1,060	0,212	0,20
25	1,075	0,269	0,25
30	1,089	0,327	0,30

Приложение 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗДУХОСОДЕРЖАНИЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ ПРИ ПОМОЩИ ВОЗДУХОМЕРА ЦНИИС

Принцип работы воздухомера (рисунок) основан на том, что изменение уровня воды над бетонной смесью под действием приложенного давления обусловлено сжатием пузырьков воздуха, вовлеченного в бетонную смесь. Согласно закону Бойля-Мариотта при постоянной температуре атмосферное давление зависит от объема воздуха и величины приложенного давления. Таким образом, при постоянном значении избыточного давления, создаваемого в приборе, воздухосодержание бетонной смеси будет прямо пропорционально изменению объема бетонной смеси под воздействием этого давления.

Порядок проведения определения

Испытываемую бетонную смесь, уложенную в чашу, уплотняют в соответствии с принятой на производстве технологией. Затем излишек бетонной смеси срезают металлическим стержнем или линейкой. Необходимые данные об объемной массе бетонной смеси могут быть получены путем взвешивания чаши пустой и с уплотненной бетонной смесью. После этого кромку чаши и уплотнительную канавку в крышке тщательно очищают от остатков бетона, устанавливают крышку и прижимают ее к чаше откидными болтами, обеспечивая герметичность прибора. Через воронку заливают в воздухомер воду до половины водомерной трубки. Отклоняют прибор примерно на 30° от вертикали и, используя дно как точку опоры, делают несколько круговых движений для удаления крупных пузырьков воздуха. После этого возвращают прибор в вертикальное положение и осторожно доливают воду до нулевой отметки на водомерной шкале. Далее, в верхнюю часть цилиндра ввинчивают пробку с ниппелем и присоединенным к нему ручным насосом, после чего поднимают избыточное давление внутри прибора до 0,1 МПа и фиксируют с точностью до одного деления уровень воды в водомерной трубке h₁. Затем, отвинтив пробку, сбрасывают избыточное давление до нуля и через 2 мин отмечают уровень воды h₂. Шкала прибора отградуирована так, что сразу же фиксируется воздухосодержание бетонной смеси Д, в %, которое определяется по разности двух уровней:

D = h₂ - h₁

Воздухомер;

1 - чаша; 2 - крышке; 3 - цилиндр с мерной шкалой: 4 - вентиль; 5 - ручной насос

После этого на той же пробе вновь повторяют определение без добавления воды до нулевой отметки. Разница в результатах не должна превышать 0,2 %. По полученным данным рассчитывается среднее значение воздухосодержания бетонной смеси.

Техническая характеристика

Объем чаши, см³ 4000

Рабочее давление, МПа 0,1

Точность измерения давления, МПа ±0,01

Точность определения содержания воздуха в бетоне, % ±0,1

Габаритные размеры, мм:

Длина 300

Ширина 280

Высота 530

Масса, кг (в штамповочно-сварном исполнении) 6,6

Изготовитель установочной партии - экспериментальный завод ЦНИИС.