Приготовление бетонных смесей в шахте

Бетон — искусственный каменный материал, получаю­щийся в результате затвердения смеси из цемента, воды, песка и щебня или гравия; смесь до затвердения называется бетонной смесью.

Бетонная смесь в зависимости от содержания воды или водоцементного отношения может находиться в слегка влажном (жесткий бетон) с в/ц=0,3¸0,4, тестообразном (пластичный бетон) с в/ц=0,5¸0,6 или жидком состоянии (литой бетон) с в/ц=0,7¸0,9. Консистенция бетонной смеси измеряется осадкой конуса, отформованного из бетонной смеси (ГОСТ10181-62).

Для приготовления бетона может применяться любая природная вода, не содержащая свободных кислот. Сточные воды, содержащие жиры, кислоты, растительные масла и т. п., не пригодны для приготовления бетона.

С уменьшением водоцементного отношения прочность бетона увеличивается. Однако водоцементное отношение не должно быть менее 0,35¸0,4.

Прочность бетона при твердении в нормальных условиях зависит от марки цемента и отношения веса воды к весу цемента в све­жеприготовленной бетонной смеси. Это отношение носит название водоцементного отношения. Прочность бетона понижается при увеличении в бетонной смеси воды больше заданного предела. Твердение бетона происходит постепенно: первые 7—10 дней быстро, а затем медленнее, причем при нормальных условиях проч­ность бетона непрерывно повышается, достигая расчетной величины через 28 суток.

Нормальными условиями твердения бетона считают­ся температура 15—20° и относительная влажность воздуха 90— 100%. Твердение бетона при температуре ниже +15° замедляется, а при температуре ниже —2° прекращается. Качество цемента, используемого для приготовления бетона, характеризуется его маркой, указываемой в заводском паспорте. Наиболее употребительным гидравлическим вяжущим является портландцемент.

Глиноземистый цемент является быстротвердеющим вяжущим. Прочность бетона, приготовленного на этом цементе, уже через сутки достигает 65-75% 28-дневной прочности. Глиноземистый цемент применяется в тех случаях, когда в сжатые сроки (5-7 дней) требуется получить бетон проектной прочности.

Заполнителями в бетоне обычно служат песок и гравий, а также песок и щебень, получаемые путем механического измельчения изверженных пород (гранит, базальт). Заполнители не должны содержать глинистых, пылеватых и гумусовых примесей более, чем 5% в песке и более, чем 2% в щебне. Предельная крупность заполнителей для различных изделий выбирается по таблице 1.

Таблица 1

Предельная крупность заполнения

Тип железобетонных изделий Крупность заполнителя, мм
Тонкостенные конструкции толщиной 25¸40 см 10
Конструкции с размерами стенок (полок, ребер) до 40 см и расстояниями между стержнями до 15 см 20
Малоармированные изделия простых очертаний (колонны, балки и т.п.) 40
Крупноразмерные конструкции 70

Перемешивание бетонной смеси производится в специальных ма­шинах — бетономешалках. Загрузка материалов в ковш бетономе­шалки производится в такой последовательности: щебень, цемент, песок или первая порция щебня и песка, затем цемент и вторая порция щебня и песка. Вода в барабан бетономешалки должна впускаться до начала перемешивания. Продолжительность переме­шивания 1—1,5 мин. В практике горного дела обычно принимаются бетономешалки малой (100—250 л) и средней (375—500 л) емкости.

Укладка бетона может быть ручная — путем штыкования стерж­нями или трамбования чугунными или пневматическими трамбов­ками и механизированная — при помощи вибраторов различных си­стем. Применение вибраторов повышает прочность бетона в 2— 2,5 раза, увеличивает плотность его на 5—10%, повышает водоне­проницаемость, понижает расход цемента, дает бетон без раковин и увеличивает производительность труда. Уплотнение бетона считается оконченным, когда на поверхности бетона появляется цементное «молоко» и пузырьки воздуха.

Свежеприготовленная бетонная смесь не должна расслаиваться на отдельные составляющие и должна обладать удобоукладываемости, а после затвердения прочностью заданной марки. Указанные свойства достигаются подбором состава бетона, который заключается в том, чтобы определить водоцементное отношение в/ц, которое обеспечит пластичность бетонной смеси, соответствующую принятому способу укладки, и соотношение составляющих, необходимое для получения бетона нужной марки.

Состав смеси бетона следует определять по таблицам 2 и 3 в следующем порядке:

  1. По марке цемента и требуемой марке бетона по таблице 2 находим соответствующее водоцементное отношение в/ц.
  2. Исходя из найденного водоцементного отношения по таблице 3 определяем соотношение составляющих.

Состав бетонной смеси рассчитывают для сухих материалов, а затем корректируют его на фактическую влажность заполнителей.

Пример подбора состава бетона

Подобрать состав бетона марки 200 на портландцементе марки 300 с крупным заполнителем – щебнем.

  1. По таблице 2 находим водоцементное отношение в/ц = 0,60
  2. По таблице 3 выбираем состав бетона 1: 2,1:3,5, т.е. на 1м3 бетона расходуется 300 кг. цемента, 0,52 м3 песка, 0,87 м3 щебня и 180 л. воды.

Таблица 2

Водоцементное отношение для портландцемента  в зависимости от марки цемента Rц и требуемой марки бетона R
Марка портландцемента Заполнитель Требуемая марка бетона Rчерез 28 дней
50 75 100 150 200 250 300 350 400
200 Гравий

Щебень

1,00

1,05

0,80

0,85

0,69

0,72

0,52

0,56

250 Гравий

Щебень

0,90

0,94

0,78

0,81

0,60

0,63

0,49

0,52

300 Гравий

Щебень

0,86

0,89

0,67

0,72

0,56

0,60

0,47

0,51

400 Гравий

Щебень

0,79

0,86

0,67

0,70

0,57

0,61

0,50

0,53

500 Гравий

Щебень

0,91

0,99

0,77

0,82

0,67

0,70

0,59

0,62

0,53

0,56

600 Гравий

Щебень

0,86

0,90

0,76

0,80

0,67

0,70

0,60

0,63

0,55

0,58

Таблица 3

Подбор соотношения составляющих бетона на портландцементе

Тип

крупного

заполнителя

В/Ц Состав бетона по объему Расход на 1 м3 бетона
Цемент, кг. Песок,

м3

Кр. заполн., м3 Вода,

л.

Гравий

Щебень

0,50 1:1,4:3,1

1:1,6:3,1

320

360

0,37

0,46

0,83

0,89

160

180

Гравий

Щебень

0,55 1:1,7:3,4

1:1,8:3,3

290

328

0,42

0,49

0,83

0,90

160

180

Гравий

Щебень

0,60 1:1,9:3,6

1:2,1:3,5

266

300

0,42

0,52

0,80

0,87

160

180

Гравий

Щебень

0,65 1:2,1:4,0

1:2,3:3,7

246

266

0,43

0,53

0,82

0,85

160

180

Гравий

Щебень

0,70 1:2,3:4,3

1:2,6:3,8

228

258

0,44

0,56

0,85

0,81

160

180

Гравий

Щебень

0,75 1:2,6:4,5

1:2,9:4,0

214

240

0,47

0,59

0,81

0,83

160

180

Гравий

Щебень

0,80 1:2,8:4,8

1:3,1:4,2

200

225

0,47

0,59

0,80

0,79

160

180

Гравий

Щебень

0,85 1:2,9:5,0

1:3,5:4,4

188

212

0,45

0,62

0,80

0,78

160

180