Как посчитать водоцементное отношение пример
Что такое водоцементное отношение для бетона и почему его нужно учитывать
Водоцементное отношение – это отношение объема воды к массе цемента в бетонном замесе. От величины данного параметра напрямую будет зависеть непроницаемость бетона. В строительстве водоцементное отношение высчитывается по формуле в/ц = масса воды/масса цемента, обычно равно 0.25, что в пропорциях получается как 1:4.
Некоторые добавляют воду в соотношении 0.35-0.6 для облегчения работы с раствором, что сказывается на прочности кладки или монолита. Поэтому если есть необходимость сделать раствор более текучим, но сохранить прочность, можно использовать специальные пластификаторы.
Соотношение песка, воды и цемента влияет на стойкость бетона к усилию на сжатие. Чем больше воды в смеси, тем менее прочным будет бетон, более проницаемым и менее плотным, что соответствующим образом сказывается на прочности и долговечности всего здания или конструкции. Лишняя вода, которая не вступила в реакцию, в процессе застывания бетона будет испаряться и может стать причиной появления трещин, пустот, иных дефектов.
Бетон затвердевает при прохождении химической реакции воды с цементом и песком – реакции гидратации, сопровождаемой выделением тепла (теплота гидратации). Для получения качественного раствора для каждого кг цемента берут 250 миллилитров воды.
Предварительный расчет
Перед тем, как готовить бетон, необходимо посчитать, сколько всего понадобится смеси для выполнения работ. Так, если заливается ленточный фундамент, то значение (по проекту) периметра здания умножают на высоту основания (все расчеты в метрах). В других случаях используют подходящие методы вычисления объема. Полученное число умножается на 250 килограммов, ведь именно столько цемента нужно для замеса куба бетонной смеси хорошей жесткости.
Требования к материалам
Портландцемент М400 В качестве вяжущего средства для приготовления бетона М600.
Если планируется выполнять армирование, фракция частиц должна быть равна максимум четверти наименьшего размера конструкции и трем четвертям просвета между стержнями арматуры. Несоблюдение этих правил приведет к появлению пустот в бетонном монолите, что значительно понизит прочность и долговечность конструкции.
Определение количества воды
Водоцементное отношение для бетона очень важно. Без воды не пройдет реакция затвердения цемента и не удастся получить желаемый результат. Для прохождения реакции достаточно воды в объеме, равном четверти веса цемента. Но мешать такую смесь достаточно сложно, поэтому обычно воду берут в большим объемах, повышая его текучесть (пластичность).
С добавлением воды в смесь нужно быть очень осторожным, так как лишняя вода способствует заполнению смесью формы самотеком, просачивается через опалубку, долго испаряется, способствует появлению пор в бетоне, распространению трещин. Бетон точно не будет прочным, если в раствор влито много воды.
Для того, чтобы цементный раствор поддавался укладке и плотно заполнял форму, гарантируя максимальную прочность, обычно берут показатель 0.6. Нужно отметить, что такое водоцементное отношение актуально для бетона марки М75: для приготовления кубического метра раствора берут около 150 л (кг) воды.
Чтобы понять, сколько воды нужно, желательно понять принцип ее действия в растворе. Вода нужна для двух функций: прохождения химической реакции схватывания и отвердевания цемента (около 30% от общего веса воды, что используется) и придания текучести бетону (чтобы с ним можно было работать). Таким образом, большая часть воды нужна для повышения комфорта работы со смесью – ее-то и можно уменьшать: добавлять пластификаторы, работать с жестким бетоном, трамбуя его специальными вибраторами или вручную.
Жесткий бетонный раствор
Жесткий бетон содержит небольшой объем воды в составе. В процессе укладки требует мощного механического уплотнения, прессования или трамбовки. Для приготовления жесткой смеси берут сравнительно немного цемента. Использование такого бетона актуально для создания сборных железобетонных конструкций в условиях заводов, оборудованных мощными машинами для уплотнения. В индивидуальном строительстве такие бетоны редко применяют.
Нужную прочность получают посредством соблюдения пропорций ингредиентов в бетоне. Чтобы понять, подойдет ли выбранная пропорция для приготовления прочного бетона и выполнения работ, желательно сделать пробный замес.
Пробный замес
Чтобы в домашних условиях приготовить бетон нужной консистенции и характеристик, выполняют пробный замес. Сначала все работы выполняются с использованием мастерка или лопаты совкового типа, потом же, после определения нужной пропорции, используют бетономешалку.
В емкость или на стальной лист, подготовленную площадку насыпают лопату цемента, 3 полных лопаты песка, увлажняют смесь, тщательно перемешивают лопатой. Далее всыпают крупную фракцию в объеме 5 лопат, добавляют по чуть-чуть воду и мешают, пока не получится вязкая консистенция. Воду лучше лить из емкости, чтобы определить нужный объем.
Потом бетонную смесь берут в руки, делают шар, кладут на любую площадку. На руках явных следов цемента быть не должно, а ком затвердеет и сохранит форму – значит, замес правильный. Такой бетон соответствует марке М75. Если же ком плывет – в нем много воды. Расслоение говорит о недостаточном объеме воды.
Если есть время ожидать затвердения раствора, можно провести другую проверку: залить бетон, выждать нужный период, потом ударить по монолиту зубилом в попытках расколоть. Если зубило вошло в толщу максимум на 5 мм, водоцементное отношение правильное, это бетон М75. И кусочки от монолита откалываться не должны.
Советы по работе с бетоном М75
В процессе замеса и укладки жесткие цементные смеси требуют знания правил работы с ними. Бетон марки М75 довольно часто применяется в частном строительстве, так как демонстрирует хорошие показатели усилия на сжатие (до 75 килограммов силы на квадратный сантиметр площади). Этого достаточно для гарантии надежности и долговечности конструкции. Нагрузки на изгиб/растяжение компенсируются армированием.
О чем нужно помнить:
Водоцементное отношение – очень важный параметр для замеса правильной бетонной смеси с нужными характеристиками. Поэтому всегда до начала приготовления раствора нужно все тщательно просчитывать, чтобы получить желаемый результат.
Вы здесь
Подбор состава бетонной смеси и расчет материалов на замес бетономешалки
Прочность и долговечность монолитных бетонных конструкций фундаментов напрямую зависят не только от качества применяемых материалов, способа уплотнения бетонной смеси и условий выдерживания бетона, но, главным образом, и от рационального подбора состава бетонной смеси, ее подвижности (жесткости) и дозировки материалов на замес бетономешалки.
Если объём строительства находится недалеко от бетонного завода (бетонного узла), то лучше заказать доставку бетона нужной марки с определенной подвижностью и крупностью щебня. Транспортирование бетонной смеси необходимо осуществлять автобетоносмесителями, которые не допускают потерю цементного молока, исключают попадание атмосферных осадков и прямое воздействие солнечных лучей, расслоение и нарушение однородности смеси.
В большинстве случаев при «самострое» с помощью наёмных рабочих или небольших строительных организаций, не имеющих опытного специалиста или договора со строительной лабораторией, подбор состава бетона и дозировка материалов производятся «на глазок» лопатами. Подвижность бетонной смеси не контролируется, а для облегчения укладки в смесь добавляют излишнее количество воды, что приводит к нарушению водоцементного (В/Ц) отношения и потере прочности бетона.
 | |
| Схема определения подвижности (величины осадки конуса) бетонной смеси |
Конечно, в условиях строительной площадки невозможно выполнить весь комплекс работ по определению качественных характеристик применяемых материалов: песка (удельный вес, объемная масса, пустотность, влажность, зерновой состав и модуль крупности, содержание глинистых частиц и органических примесей и др.); щебня (объемная масса, прочность, влажность, объём пустот, загрязненность, содержание пластинчатых и игловатых зерен и др.); цемента (удельный вес и удельная поверхность, сроки начала и окончания схватывания, активность и др.); бетонной смеси (подвижность, прочность, объемная масса, водоотделение, водонепроницаемость и др.). Однако и в построечных условиях можно с достаточной точностью оценить некоторые свойства материалов и с помощью справочных данных выполнить подбор составов бетонных смесей различных марок.
Исходные данные для расчета состава товарного бетона
При приготовлении бетонных смесей на цементе и песке без крупного заполнителя (щебня) значения В/Ц для получения мелкозернистого бетона требуемых марок уменьшают на 0,1 против указанных в таблице 1.
Приведенные в табл. 20 значения В/Ц предусматривают получение соответствующих марок бетона при твердении его в нормальных условиях, т.е. при относительной влажности воздуха 90 —100% и температуре 15 —20°С. Указанные в таблице значения В/Ц являются ориентировочными. Однако, как показал опыт, они обеспечивают получение бетона заданной марки лишь с незначительными отклонениями.
Таблица 1. Значение водоцементного отношения (В/Ц)
| Проектная марка бетона | Марка цемента | |
| 400 | 500 | |
| 100 | 1,03 | — |
| 150 | 0,85 | — |
| 200 | 0,69 | 0,79 |
| 250 | 0,57 | 0,65 |
| 300 | 0,53 | 0,61 |
Примечание. Значения В/Ц приведены для бетона, приготовленного на щебне и песке с модулем крупности до 2,5.
При использовании таблицы 2 надо иметь в виду, что в ней приведены данные, полученные на основе изучения бетонов, приготовленных из смесей на природном песке с модулем крупности Мк = 2,7, при В/Ц = 0,57 и подвижностью бетонной смеси, соответствующей 5 см осадки стандартного конуса (см. рисунок). Для бетонов, приготовленных на песке с другим модулем крупности (табл. 3), а также имеющих иные подвижность и В/Ц, данные таблицы 2 следует принимать с поправками.
Таблица 2. Расход воды и содержание песка в смеси заполнителей для пробных замесов товарного бетона
| Наибольший размер зерен щебня, мм | Содержание песка, % от общего количества заполнителей по абсолютному объему | Расход воды на 1 м3 бетона, л |
| 10-12 | 56 | 230 |
| 15 | 52 | 220 |
| 20 | 49 | 200 |
| 25 | 46 | 195 |
| 40 | 41 | 185 |
| 50 | 39 | 177 |
| 70 | 35 | 167 |
Примечание. Если в составе щебня имеется песок, его количество надо уменьшить. Расход воды приведен с учетом условного водопоглощения щебня до 1,5%
Определение расхода материалов на 1 м3 бетона:
По таблице 2 находим расход воды — 185 л при применении щебня размером 40 мм и содержание песка — 41% общего количества заполнителей.
Ц = 185 : 0,57 = 325 кг.
Далее определяем абсолютный объем смеси песка и щебня Асм, л. Для этого из 1 м3 бетона вычитают сумму абсолютных объемов цемента и воды, т.е. абсолютный объем, занимаемый в бетоне цементным тестом:
Таблица 3. Группы песка
Таблица 4. Минимальный расход цемента для бетонов на портландцементе, твердеющих в естественных условиях
| Проектная марка бетона | Удобоукладываемость бетонной смеси | Расход цемента, кг/м3, марки | ||
| осадка конуса, см | жесткость, с | 400 | 500 | |
| М150 | 5-9 | — | 225 | — |
| 1-4 | — | 210 | — | |
| — | 5-10 | 200 | — | |
| М200 | 5-9 | — | 265 | 235 |
| 1-4 | — | 245 | 210 | |
| — | 5-10 | 235 | 200 | |
| — | 11-20 | 220 | — | |
| М250 | 5-9 | — | 310 | 275 |
| 1-4 | — | 285 | 250 | |
| — | 5-10 | 270 | 235 | |
| — | 11-20 | 255 | 220 | |
| М300 | 5-9 | — | 355 | 315 |
| 1-4 | — | 325 | 290 | |
| — | 5-10 | 305 | 270 | |
| — | 11-20 | 285 | 250 | |
| М350 | 5-9 | — | 400 | 360 |
| 1-4 | — | 365 | 325 | |
| — | 5-10 | 345 | 310 | |
| — | 11-20 | 320 | 290 | |
| М400 | 5-9 | — | — | 405 |
| 1-4 | — | — | 365 | |
| — | 5-10 | — | 340 | |
| — | 11-20 | — | 320 | |
Абсолютный объем песка Ап, (литр), определяем по формуле
Ап = (Асм*r)/100
Абсолютный объем щебня Ащ, (литр), находят как разность между абсолютными объемами смеси заполнителей и песка:
Ащ = Асм — Ап
Зная плотность песка Yп и объемную массу щебня Уоб.щ, определяют расходы песка П и щебня Щ, кг, на 1 м3 бетона:
П = АпYп
Щ = АщYоб.щ
| Расход материалов на 1 м3 бетона: | Ц = 325кг; В = 185 л; П = 763кг; Щ = 1092 кг. |
| Объемная масса бетонной смеси: | Yоб.б.см = 325 + 185 + 763 + 1092 = 2365 кг/м3. |
| Состав бетонной смеси может быть выражен весовым соотношением: цемент : песок : щебень: | (325/325) : (763/325) : (1092/325) = 1 : 2,3 : 3,4 |
Для приготовления пробных замесов количество цемента, песка, щебня и воды уменьшают в соответствии с принятым объемом пробного замеса. Затем делают пробные замесы и путем корректирования устанавливают окончательный расход воды на 1 м3 бетона, обеспечивающий заданную подвижность смеси. В том случае, когда заданное количество воды не обеспечивает требуемой подвижности бетонной смеси, в приготовленную смесь добавляют воду порциями по 2—3% от заданного количества. Для сохранения принятого В/Ц добавляют также соответствующее количество цемента. Если смесь получилась с избыточной подвижностью по сравнению с требуемой, в замес добавляют песок и щебень, сохраняя между ними принятое по расчету соотношение. Песок и щебень также добавляют порциями, по 3—5% от их веса. После корректировки пробного замеса окончательно устанавливают состав бетона.
Определение подвижности бетонной смеси
От конструктивных особенностей изделий зависит в значительной мере выбор метода их формования, а это, в свою очередь, предъявляет соответствующие требования к консистенции бетонной смеси в отношении ее подвижности и удобоукладываемости.
Бетонные смеси бывают подвижными и жесткими. Подвижные смеси при укладке легко заполняют форму и уплотняются в ней под действием собственной силы тяжести. Жесткие смеси для указанных выше операций требуют приложения подчас значительных внешних сил. Независимо от того, к какой из этих групп относится бетонная смесь, каждая из них в производственных условиях характеризуется определенной степенью подвижности. Подвижность бетонной смеси определяется по величине осадки стандартного конуса, отформованного из данной смеси (см. рисунок).
Для определения осадки конуса потребуются средняя проба бетонной смеси, деревянная или металлическая площадка, форма конуса, стержень для стыкования смеси, стальная линейка длиной не менее 70 см, стальная линейка с делениями длиной 20—50 см, кельма.
Ход работы. На деревянную, обшитую листовой сталью площадку толщиной
25 мм, размером 70×70 см устанавливают металлическую форму в виде усеченного прямого конуса высотой 30 см, диаметром нижнего основания 20 см и верхнего 10 см. Внутреннюю поверхность формы и площадку, на которой она установлена, увлажняют водой. Затем, прижав форму к площадке (наступив на педали), в нее в три приема равными частями помещают бетонную смесь. Каждую порцию бетонной смеси в форме уплотняют 25-кратным штыкованием стальным гладким стержнем диаметром 16 мм, длиной 650 мм. Стержень при каждом штыковании должен проникать через всю толщу бетонной смеси.
После уплотнения излишек бетонной смеси срезают вровень с верхними краями формы, заглаживая кельмой поверхность смеси. Затем форму медленно поднимают строго вертикально и ставят рядом с конусом, отформованным из смеси. На форму конуса по его диаметру кладут на ребро стальную линейку длиной 70 см так, чтобы свободный конец линейки проходил через центр конуса, изготовленного из бетонной смеси. Расстояние между поверхностью бетонной смеси и ребром линейки измеряют другой линейкой с делениями с точностью до 0,5 см. Результат промера характеризует величину осадки конуса. Как правило, определение для одной и той же смеси повторяют дважды. Результат двух параллельных измерений не должен отличаться больше чем на 2 см.
Выбор подвижности бетонной смеси зависит от вида конструкции. Например, для бетонных набивных свай O.K.
4—5 см, для густоармированных плит перекрытий и монолитных фундаментных столбов O.K. = 6—8 см и т.д. В каждом случае учитываются конструктивные особенности элементов, густота армирования, воспринимающие элементом нагрузки, марка бетона и используемые фракции (размеры крупного заполнителя — щебня, гравия).
Расчет расхода материалов на один замес бетономешалки
В зависимости от объема бетонных работ на строительных объектах используются в основном бетоносмесители гравитационного типа емкостью от 60 до 3000 л. Для расчета расхода материалов на один замес примем бетономешалку с емкостью смесительного барабана (Vб) 1200 л. Производственный расход материалов на 1 м3 бетона следующий:
Цпр — 312 кг, Впр — 153 л, Ппр — 612 кг, Щ — 1296 кг.
Объёмный вес влажных песка и щебня принят 1,6 и 1,495 кг/л соответственно, объемный вес цемента 1,3 кг/л, щебень применяется двух фракций: 40% щебня крупностью 10—20 мм и 60% щебня крупностью 20—40 мм. Вычислим расход материалов на один замес. Для этого определим коэффициент выхода бетонной смеси:
β = 1000/(Vц+Vп+Vщ) = 1000/((Цпр/Vоб.ц)+(Ппр/Vоб.п)+(Щпр/Vоб.щ))
Расходы материалов на один замес бетономешалки:
Определяют водоцементное соотношение по формуле 1.
Расчет состава обычного (тяжелого) бетона
Бетонная смесь состоит вяжущего вещества (цемента), воды, крупного и мелкого заполнителя. Для получения ориентировочного состава бетона применяют различные методы расчета. В методических указаниях рассмотрен расчет обычного тяжелого бетона методом абсолютных объемов. Порядок расчета следующий:
1. Назначают вид крупного заполнителя.
В качестве его для тяжелого бетона применяют щебень или гравий. Область применения при производстве бетона существенно зависит от крупности наибольших зерен. Для массивных сооружений (массивные подпорные стенки, плотины, монолитные фундаменты) размер зерен не нормируется. В армированных конструкциях Днаиб должен быть не больше ¾ наименьшего расстояния между стержнями и не более 1/3 наименьшего размера бетонируемой конструкции. Для сборных железобетонных конструкций крупность щебня устанавливается по таблице 3.
| Вид конструкций | Предельная крупность зерен гравия (щебня) (Днаиб), мм |
| Ребристые конструкции, многопустотные панели, элементы тонкостенных оболочек, балки и другие изделия с размерами ребер, стенок полок до 25 мм или с многорядной арматурой | |
| То же, армированные с наименьшими размерами ребер, стенок, полок, от 25 до 80 мм, с расстоянием между стержнями арматуры более 15 мм. | |
| Крупноразмерные изделия (колонны, балки, ригели, фундаментные плиты, блоки и др.) с расстоянием между стержнями арматуры более 30 мм |
2. Марку цемента.Назначается в зависимости от требуемого класса бетона (таблица 4)
| Прочность бетона, МПа |
| Марка цемента |
Определяют водоцементное соотношение по формуле 1.
, если предполагаемое водоцементное соотношение > 0,4
или 
, если предполагаемое водоцементное соотношение 2 ;
А и А1 – коэффициенты учитывающие влияние на прочность бетона исходных материалов, принимаются по таблице 5.
| Характеристика исходных материалов для бетона | А | А1 |
| Высококачественные (щебень из плотных и прочных горных пород, песок, оптимальной крупности, отвечающий соответствующим стандартам, портландцемент высокой активности без добавок или с минимальным количеством добавки, заполнители промыты) | 0,65 | 0,43 |
| Рядовые (гравий соответствующий техническим требованиям ГОСТа, портландцементы средней активности, шлакопортландцементы – высокой активности) | 0,60 | 0,40 |
| Пониженного качества (крупный заполнитель – пониженного качества, мелкий песок, низкоактивные цементы) | 0,55 | 0,37 |
4. Определяют ориентировочный расход воды.Он зависит от необходимой удобоукладываемости смеси: жесткости или пластичности и наибольшей крупности крупного заполнителя (рисунок 12).
Рисунок 12 – График водопотребности бетонной смеси, изготовленной с применением портландцемента, песка средней крупности с водопотребностью 7% и гравия с наибольшей крупностью а – 80; б – 40; в – 20 и г – 10 мм.
При этом следует внести ряд поправок:
— если в качестве крупного заполнителя используется щебень, к значению, полученному с графика, добавляют 10 л;
— если водопотребность песка меньше или больше 7% расход воды уменьшают или увеличивают на 5 л на каждый процент водопотребности;
— при применении пуццолановых цементов расход воды увеличивают на 15-20л;
— при расходе цемента более 400 кг расход воды увеличивают на 10 л на каждые 100 кг (сверх 400);
— если крупный заполнитель поглощает воду, то поглощаемое количество нужно прибавить к полученному количеству воды.
5. При известном водоцементном соотношении и необходимом расходе воды вычисляют необходимое количество цемента:
(2)
Полученное значение Ц сопоставляют с минимально допустимым расходом цемента из условий получения связной смеси (таблица 6). Если полученное расчетное значение меньше указанного в таблице минимума, дальнейший расчет ведем по Цмин.
| Смесь | Предельная крупность заполнителя, мм |
| Особо жесткая | |
| Жесткая | |
| Малоподвижная | |
| Подвижная | |
| Литая |
6. Вычисляют расход крупного заполнителя (щебня или гравия):
(3)
где 
— средняя и насыпная плотность гравия (щебня);
Vмз – межзерновая пустотность, ед.
(4)
α – коэффициент раздвижки зерен гравия (щебня) для жестких бетонных смесей принимают 1,05…1,15, в среднем 1,1. Для пластичных смесей этот показатель принимают по таблице 7.
| Расход цемента, кг | Водоцементное соотношение | ||||
| 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 |
| — | — | — | 1,26 | 1,32 | 1,38 |
| — | — | 1,30 | 1,36 | 1,42 | — |
| — | 1,32 | 1,38 | 1,44 | — | — |
| 1,31 | 1,40 | 1,46 | — | — | — |
| 1,44 | 1,52 | 1,56 | — | — | — |
| 1,52 | 1,56 | — | — | — | — |
1. При других значениях В/Ц и Ц коэффициенты α находят интерполяцией
2. При использовании мелкого песка с водопотребностью более 7% уменьшают на 0,03 на каждый процент увеличения водопотребления песка. Если меньше 7%, увеличивается на 0,03 на каждый процент уменьшения водопотребления.
7. Устанавливают расход песка в килограммах:
(5)
где Щ, Ц и В – масса щебня, цемента и воды, кг.
8. Определяем среднюю плотность бетонной смеси по формуле
Задачи
1.Для получения 1500 тыс м 3 бетона марки 200 с подвижностью 6 см подготовлен среднезернистый песок и чистый фракционированный щебень с размером зерен до 80 мм. Определить потребное количество портландцемента М300.
Литература
1. ГОСТ 8267-82. Технические условия. Щебень из природного камня для строительных работ.
2. ГОСТ 8268-82. Технические условия. Гравий для строительных работ.
3. ГОСТ 10260-82. Технические условия. Щебень из гравия для строительных работ.
4. ГОСТ 8736-77. Песок для строительных работ. Технические условия.
5. ГОСТ 310.6-85. Цементы. Методы испытаний.
6. ГОСТ 10178-85*, СТ СЭВ 5683-86. Портландцементы и шлакопортландцементы. Технические условия.
7. ГОСТ 25192-82. Бетоны. Классификация и общие технические требования.
8. ГОСТ 10268-80. Заполнители для тяжелых бетонов. Технические требования.
10. ГОСТ 10180-78. Бетоны. Методы определения прочности на сжатие и растяжение.
12. Попов К.Н. Строительные материалы и изделия: Учеб. / К.Н. Попов, М.Б. Каддо. – М.: Высш. шк., 2001.-367 с.
13. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение: Учеб. пособие для строит. спец. вузов / И.А. Рыбьев. – М.: Высш. шк., 2003. – 701 с.