Технология дорожного строительства

5.2. Характеристика цементобетонных смесей

5.2.1. Цементобетонные смеси

Цементный бетон - это искусственный камневидный материал, состоящий из зернистого минерального скелета, скрепленного затвердевшим цементным камнем, полученный в результате твердения уплотненной цементобетонной смеси.

Цементобетонная смесь - это рационально подобранная и тщательно перемешанная в специальных установках смесь минеральных материалов (щебня или гравия и песка) с цементом, необходимыми добавками и водой при определенном водоцементном отношении, обеспечивающая получение цементобетона требуемой марки по прочности и долговечности.

По назначению дорожные бетоны подразделяют на: бетоны для однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий; бетоны для нижнего слоя двухслойных покрытий; бетоны для дорожных оснований.

Основным свойством, характеризующим дорожный бетон, является прочность: прочность на растяжение при изгибе и прочность при сжатии . Прочность на растяжение при изгибе является основной прочностной характеристикой, поэтому проектирование и подбор состава бетона, контроль его качества производят с учетом этого показателя. Соотношение прочностей на растяжение при изгибе и при сжатии косвенно характеризует упругие свойства бетона. Для обычных дорожных бетонов = 1/6... 1/9, для мелкозернистых = 1/5... 1/7.

Прочность бетона зависит, в основном, от активности цемента и водоцементного отношения и выражается формулой:

где - предел прочности бетона при сжатии, МПа;
- активность цемента или его предел прочности при сжатии, МПа;

А - коэффициент, зависящий от качества применяемых материалов, для высококачественных А = 0,65; для обычных А = 0,60; для низкокачественных А = 0,55;

Ц - расход цемента на 1 м бетона, кг;
В - расход воды, л;

С - коэффициент, зависящий от водоцементного отношения, принимается равным (-0,5) при В/Ц>0,4 и (+0,5) - при В/Ц0,4.

Предел прочности бетона при растяжении для оптимальных составов может быть определен из выражения:

где = 0,375 - для бетона марки 300;
= 0,278 - для более высоких марок.

Нарастание прочности бетона во времени происходит по логарифмическому закону:

где - предел прочности на растяжение при изгибе или при сжатии через n суток твердения бетона;
- предел прочности на растяжение при изгибе или при сжатии через 28 суток с момента затвердения смеси.
Согласно ГОСТ 8472-72, для покрытий дорог (однослойных и двухслойных) применяют следующие марки бетона:
по прочности на растяжение при изгибе - ;

по прочности на сжатие - М250, М300, М350, М400, М500.

Бетоны марок и М250 применяются только для нижнего слоя двухслойных покрытий.

По морозостойкости бетоны подразделяются на: - для однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий; и - для нижнего слоя двухслойных покрытий.

Для необходимой морозостойкости должно выдерживаться определенное водоцементное отношение. Для однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий В/Ц должно быть не более 0,50; для нижнего слоя двухслойных покрытий - не более 0,6.

При проектировании состава цементобетона определяют следующие величины:

1) водоцементное отношение - из выражения (5.1);

2) расход воды в м цементобетона - по таблицам или графикам в зависимости от максимальной крупности зерен щебня или гравия и подвижности смеси, характеризуемой осадкой конуса (в см) или жесткостью (в с);
3) удобоукладываемость бетонной смеси - в зависимости от способа ее укладки и уплотнения, а также от вида конструкций;
4) расход цемента - по ранее полученным величинам с учетом выражения:

5) расход щебня - по формуле:

где - пустотность щебня;

а - коэффициент, учитывающий раздвижку зерен заполнителя цементным тестом;

- насыпная плотность щебня, кг/м;
- истинная плотность щебня;
6) расход песка - по формуле:

где - истинная плотность песка, кг/м;
- истинная плотность цемента, кг/м.

Вместе с вычислением расчетных показателей проводят лабораторные испытания, при которых определяют:
1) подвижность бетонной смеси (ГОСТ 10181.1-81), характеризуемую осадкой отформованного из нее конуса;
2) жесткость бетонной смеси, определяемую временем (в с), необходимым для расплава конуса, изготовленного из бетонной смеси, до равномерного распределения ее в цилиндрическом сосуде прибора, установленного на вибростоле, который колеблется с частотой 300 мин и амплитудой 0,5 мм;
3) прочность бетона, заключающуюся в испытании образцов на разрушение;
4) морозостойкость бетона, т.е. способность сохранять физико-механические свойства при многократном попеременном замораживании образцов при температуре (-18 ± 2°)°С и их оттаивании при (+18±2)°С;
5) истираемость бетона, характеризуемую потерями массы образца на площади 1 см;
6) объем воздуха, вовлеченного в бетонную смесь; определяется, когда для повышения морозостойкости бетона в смесь вводятся воз-духововлекающие добавки;
7) расслаиваемость бетонной смеси и отделение из нее воды, характеризующие степень ее связанности при динамических воздействиях и в состоянии покоя.

Бетонные смеси, применяемые для изготовления дорожных бетонов, принято классифицировать по признаку консистенции, характеризующей их вязкость в статическом состоянии, на: литые, высокоподвижные, пластичные, малоподвижные, жесткие. Малоподвижные и жесткие смеси по вязкости напоминают сыпучие материалы, а литые, высокоподвижные и пластичные - тяжелые жидкости.