Задача подбора состава бетона заключается в том, чтобы получить бетон требуемой прочности, морозостойкости и долговечности, а бетонную смесь – заданной удобоукладываемости при наиболее рациональном (оптимальном) соотношении компонентов. При этом, расход цемента должен быть минимальным, а полученный бетон должен иметь максимальную среднюю плотность. Для подбора состава бетона необходимо знать: назначение бетона; требуемую прочность на сжатие; удобоукладываемость бетонной смеси; вид и марку (активность) цемента; истинную, среднюю и насыпную плотности всех компонентов; зерновой состав заполнителей и показатель пустотности крупного заполнителя.
Подбор состава бетона обычно используют методом «абсолютных объемов», в основу которого положено условие, что объем бетона состоит из четырех плотно уложенных компонентов: цемента, воды, мелкого и крупного заполнителя.

Расчет состава тяжелого бетона. Состав тяжелого бетона рас¬считывают в следующем порядке.
1.Для обеспечения требуемой прочности бетона используют формулу Rб =A Rц(Ц/В плюс минус 0.5). Эта формула позволяет определить такое соотношение воды и цемента (водоцементное отношение В/Ц), которое при данном качестве заполнителей А и данной активности цемента Rц обеспечивает получение требуемой прочности бетона Rб:
для пластичных смесей (при В/Ц ≥ 0,4)
В/Ц=А1 Rц /( Rб + 0,5 А1 Rц);

для особо жестких смесей (при В/Ц< 0,4)
В/Ц=А2 Rц /( Rб – 0,5 А2 Rц).

2.Определение расхода воды В производят исходя из заданной удобоукладываемости (подвижности ОК или жесткости Ж) бетонной смеси по графикам или по спра¬вочным таблицам (табл.1). Расход воды выражают в л (кг) на 1 м3 бетонной смеси.
3.Определение расхода цемента Ц (кг), зная расход воды В, произ¬водят по формуле Ц=В / (В/Ц).
Если рассчитанный расход цемента окажется ниже допусти¬мого (табл. 2), то его увеличивают, соответственно увеличивая расход воды так, чтобы сохранить рассчитанное В/Ц.
4.Расчет расхода заполнителей (песка и крупного заполнителя) выполняют, решая совместно два уравнения, характеризующие строение бетонной смеси.

7. Легкие бетоны

Виды легкого бетона, применяемые в строительстве:
• конструкционный плотностью 1401-1800 кг/м3 с прочностью на сжатие 15-50 МПа, чаще всего используемый для легких несущих железобетонных конструкций (пролетных строений мостов, ферм, гидротехнических сооружений, элементов перекрытий и покрытий зданий и др.);
• конструкционно-теплоизоляционный плотностью 501- 1400 кг/м3 с прочностью 2,5-10 МПа, являющийся основным материалом ограждающих конструкций зданий;
• теплоизоляционный и акустический плотностью до 500 кг/м3, широко применяемый в слоистых конструкциях как утеплитель и звукопоглощающий материал.
Материалы для изготовления легкого бетона.
Для легкого бетона используют быстротвердеющий и обычный портландцементы, а также шлакопортландцемент. Применяют в основном неорганические пористые заполнители. Для теплоизоляционных и некоторых видов конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов используют и органические заполнители из древесины, стеблей хлопчатника, костры, гранулы пенополистирола и др.
Неорганические пористые заполнители отличаются большим разнообразием, их подразделяют на природные и искусственные. Природные пористые заполнители получают путем частичного дробления и рассева или только рассева горных пород (пемзы, вулканического туфа, известняка-ракушечника и др.). Искусственные пористые заполнители являются продуктами термической обработки минерального сырья и разделяются на специально изготовленные и побочные продукты промышленности (топливные шлаки и золы).
Керамзитовый гравий получают путем обжига гранул, приготовленных из вспучивающихся глин. Это легкий и прочный заполнитель насыпной плотностью 250- 800 кг/м3. Керамзитовый песок имеет зерна размером до 5 мм.
Шлаковую пемзу изготовляют путем быстрого охлаждения расплава металлургических (обычно доменных) шлаков, приводящего к вспучиванию. Куски шлаковой пемзы дробят и рассеивают, получая пористый щебень. Производство шлаковой пемзы налажено в районах развитой металлургии. Здесь себестоимость шлаковой пемзы ниже, чем керамзита.
Гранулированный металлургический шлак получают в виде крупного песка с пористыми зернами размером 5-7 мм, иногда до 10 мм.
Вспученный перлит изготовляют путем обжига водосодержащих вулканических стеклообразных пород (перлитов, обсидианов).
Вспученный вермикулит - пористый сыпучий материал, полученный путем термической обработки водосодержащих слюд.
Топливные шлаки - пористые кусковые материалы, получающиеся в топке в результате спекания и вспучивания неорганических (в основном глинистых) примесей, содержащихся в угле. На основе зол выпускают зольный и глинозольный гравий.
Аглопорит получают при обжиге глиносодержащего сырья с добавкой 8-10% твердого топлива (на решетках агломерационных машин). Каменный уголь выгорает, а частицы сырья спекаются. Аглопорит выпускают в виде пористого песка, щебня и гравия.
Шунгизит изготовляют обжигом шунгитовых пород, содержащих шунгит, при этом образуется пористый легкий заполнитель в виде щебня, гравия и песка.
Азерит изготовляется путем предварительной высокотемпературной обработки сырья (при 1450-2000 °С) и быстрого охлаждения расплава, переводящего его в стеклообразное состояние. Полученный продукт измельчается, смешивается с газовыделяющей добавкой, увлажняется, гранулируется и вспучивается в обжиговых агрегатах. Азеритовый гравий может быть получен практически из любого минерального сырья.

Ячеистый бетон

Ячеистый бетон – разновидность легкого бетона; его получают в результате затвердевания вспученной при помощи порообразователя смеси вяжущего, кремнеземистого компонента и воды. При вспучивании исходной смеси образуется характерная «ячеистая» структура бетонной смеси с равномерно распределенными по объему воздушными порами. Благодаря этому ячеистый бетон имеет небольшую плотность и малую теплопроводность.
Материалы для ячеистого бетона. Вяжущим для цементных бетонов обычно служит портландцемент. Бесцементные ячеистые бетоны (газо- и пеносиликат) автоклавного твердения изготавливают, применяя молотую негашеную известь.
Кремнеземистый компонент (молотый кварцевый песок, зола-унос ТЭС и молотый гранулированный доменный шлак) уменьшает расход вяжущего, усадку бетона и повышает качество ячеистого бетона.
Вспучивание теста вяжущего может осуществляться двумя способами: первый- химический; в этом случае в тесто вяжущего вводят соединения, вызывающие химические реакции, сопровождающиеся выделением газа; второй – механический, заключающийся в том, что тесто вяжущего смешивают с отдельно приготовленной устойчивой пеной.
В зависимости от способа изготовления ячеистые бетоны делят на газобетон и пенобетон.
Газобетон и газосиликат. Газобетон приготовляют из смеси портладцемента (нередко с добавкой воздушной извести или едкого натра), кремнеземистого компонента и газообразователя. По типу химических реакций газообразователи делят на следующие виды: вступающие в химическое взаимодействие с вяжущим или продуктами его гидратации (алюминиевая пудра); взаимодействующие между собой и выделяющие газ в результате обменных реакций (например, молотого известняка и соляной кислоты).
Газосиликат автоклавного твердения в отличие от газобетона изготавливают на основе известково-кремнеземистого вяжущего, используя местные дешевые материалы – воздушную известь и песок, золу-унос и металлургические шлаки.
Изделия из газосиликата приобретают требуемую прочность и морозостойкость только после автоклавной обработки.
Пенобетон и пеносиликат. Пенобетон приготавливают, смешивая раздельно приготовленные растворную смесь и пену, образующую воздушные ячейки.
Пену приготавливают в лопастных пеновзбивателях или центробежных насосах из водного раствора пенообразователей, содержащих поверхностно-активные вещества. Применяют пенообразователи: канифольный, смолосапониевый и синтетические.