Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГОУ ВПО ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра механики и технологии строительства

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Расчет составов искусственных конгломератов, обычного тяжелого бетона

Омск 2007

Содержание

• 1. Научные принципы и общий метод проектирования составов искусственных конгломератов оптимальной структуры
• 2. Для каких целей в гидротехническом и мостовом строительстве используются гранит, диабаз, известняк и почему не рекомендуется применять мелкокристаллические горные породы для устройства тротуаров и мостовых?
• 3. Щебень: дробление горных пород на щебень и разделение его на фракции, зерновой состав группы по форме зёрен
• 4. Рассчитать компонентный состав тяжелого цементобетона на 1 м3 бетонной смеси по данным из таблицы
• Библиографический список

1. Научные принципы и общий метод проектирования составов искусственных конгломератов оптимальной структуры

Оптимизацию структуры и научно-обоснованное определение вещественного состава различных искусственных конгломератов осуществляют общим методом проектирования. Хотя могут быть методы и специфические, разработанные применительно к каждой разновидности конгломерата.

Практическая цель проектирования заключается в определении расхода исходных компонентов (по массе) на одну тонну или один кубический метр плотной смеси. После формования, уплотнения и отвердевания смесь приобретает оптимальную структуру искусственных конгломератов (ИСК), которому придана форма изделия или конструкции, используемых при монтаже зданий и сооружений в строительстве.

Реализация общего метода проектирования оптимального состава ИСК является существенной частью технологического процесса, которая в свою очередь является гарантом высшего качества изготовляемой продукции в соответствии с полученным проектным составом. Этот метод включает три этапа:

Первый этап предусматривает выполнение ряда исходных операций:

1) обоснование главных показателей строительно-эксплуатационных свойств конгломерата, исходя из тщательного анализа реальных условий работы его в конструкциях;

2) выбор исходных материалов соответствующих их функциональному назначению компонентов конгломерата;

3) определение или проверка, если были указаны, технических свойств принятых материалов с привлечением стандартных нормативов и с учетом производственных или назначаемых по проекту технологических параметров и режимов.

тяжелый бетон искусственный конгломерат

На этом этапе определяют расчетную активность вяжущего вещества как матричной части ИСК и минимального значения фазового отношения (с/ф), обеспечивающего при принятых технологических параметрах оптимальную структуру. Для этого из смеси вяжущего вещества с 3-4 различными с/ф, отличающимися между собой обычно на величину 0,02-0,05, изготовляют образцы, установленные стандартами при оценках свойств испытуемого материала. Для первых опытов образцы могут приниматься меньших размеров в целях экономного расходования исходных компонентов. После всех испытаний и графического построения функции находят и, при необходимости, уточняют искомое значение с/ф при наибольшей прочности вяжущего вещества. Также устанавливают состав плотной смеси заполнителя расчетным или, что чаще, экспериментальным путем с определением соотношения по массе между мелким и крупным заполнителями.

Для ответственных строительных объектов результаты первого этапа проектирования состава конгломерата могут быть рассмотрены совместно со строительной организацией как своеобразное техническое задание.

Второй этап расчетно-экспериментальный и предназначен для определения расхода принятых компонентов на одну тонну или на 1 м3 или на другое количество смеси. Начинается с уточнения конкретных математических зависимостей, которыми предстоит воспользоваться в расчетах по составу конгломератной смеси.

Выполняется второй этап в определенной последовательности операций, исходя из основных зависимостей в их математических выражениях, которые можно использовать в программах, реализуемых в дальнейшем с помощью компьютерной техники.

Первая операция в этой последовательности - определение расчетной активности принятого вяжущего вещества и минимального фазового отношения. Вместо прочности может быть принято другое свойство материала - упругая деформация, плотность, вязкость, морозостойкость и т.п., в зависимости от назначения ИСК.

Второй операцией на этом этапе проектирования служит определение состава плотной смеси заполнителя.

Третья и наиболее емкая операция - выявление количества исходных компонентов в смеси, из которой формуют конгломерат. Она выполняется с помощью формул и расчетных характеристик, безмашинным способом или с привлечением компьютеров.

Третий этап - на этом этапе приготавливают контрольный замес с оценкой его качественных характеристик, по возможности в производственных условиях, например в смесительном цехе завода. С помощью лабораторных испытаний устанавливают качество смеси и отформованного конгломерата по всем предусмотренным свойствам. Особо устанавливают наличие оптимальной структуры, например по индикатору подобия или по кривым оптимальных структур. При необходимости корректируют проектный состав с учетом важности используемых минеральных компонентов смеси. Последнее может потребоваться и при выпуске массовой продукции на заводе, если исходные материалы получают время от времени другого состава и других свойств, чем были приняты в лаборатории на стадии проектирования состава.

Запроектированный и откорректированный состав передают на производство для использования его в строительстве [5, с.115-119].

2. Для каких целей в гидротехническом и мостовом строительстве используются гранит, диабаз, известняк и почему не рекомендуется применять мелкокристаллические горные породы для устройства тротуаров и мостовых?

Гранит и диабаз используются для облицовки надводных и подводных частей мостов и гидротехнических сооружений из-за их высокой морозоустойчивости и прочности. Для надводных частей требуется прочность не ниже 100 МПа и морозостойкость F150…500 (у гранита F>1000), для подводных - прочность не менее 100 МПа и морозостойкость не ниже F150. Из известняка делают облицовочные плиты для надводных частей с прочностью не ниже 60 и морозостойкостью не ниже. F100 [3 с.52-53].

Мелкокристаллические горные породы не рекомендуется использовать для устройства тротуаров и мостовых из-за того, что они стираются обувью прохожих и становятся гладкими и, соответственно опасными при эксплуатации. Крупнокристаллические породы и брусчатка обеспечивают хорошее сцепление при должном уходе.

3. Щебень: дробление горных пород на щебень и разделение его на фракции, зерновой состав группы по форме зёрен

Щебень используется в искусственных строительных конгломератах различного назначения в качестве крупного неорганического заполнителя. Обычно под щебнем понимают не природный а получаемый специальным дроблением материал. Для этого применяют различные по конструкции и мощности камнедробильные машины, от которых зависит качество получаемой продукции. Лучшей формой щебенок считается кубовидная или тетраэдрическая, размером 5-70 мм. Содержание щебенок лещадной и игловатой форм не должно превышать 10-15% по массе. Одновременно со щебнем в камнедробильных машинах получают более мелкие песчаные и пылеватые фракции, которые отделяются от него в процессе грохочения.

На качество щебня установлены требования в соответствующих ГОСТах в зависимости от его назначения (для бетона, асфальтобетона, легкого бетона и др.). Эти требования в основном сходны: по дробимости щебня в металлических цилиндрах при сжатии, морозостойкости, истираемости и сопротивлению удару, зерновому составу, прочности исходной породы (обычно в водонасыщенном состоянии).

При производстве щебня из горных пород отдают предпочтение магматическим, особенно гранитам, габбро, диабазам, базальтам, а из осадочных - известнякам, доломитам, из побочных продуктов производства - шлакам доменного процесса, отходам керамического производства.

По крупности плотный щебень разделяют на фракции 5-10, 10-20, 20-40 и 40-70 мм просеиванием сухой пробы в количестве 10 кг через стандартный набор сит с размерами отверстий 70, 40, 20, 10 и 5 мм. По согласованию изготовителя с потребителем выпускают щебень в виде фракций от 10 до 15 мм; св.15 до 20 мм; св.80 (70) до 120 мм и св.120 до 150 мм, а также смеси фракций от 5 (3) до 15 мм; св.5 (3) до 40 мм; св.20 до 80 (70) мм. По крупности пористый щебень применяют трех фракций: от 5 до 10 мм, от 10 до 20 мм и от 20 до 40 мм. Вместо фракций 5-10 мм в легких бетонах допускается применять фракции 3-10 мм, а вместо фракций 10-20 мм использовать фракции 10-15 мм.

Особое значение придается обоснованию наибольшей крупности зерен и зерновому составу:

первое - исходя из размера конструктивного элемента, второе - по предельным значениям, которые даны в табл.1

Таблица 1

Размер отверстий контрольных сит, мм	Dmin для фракций с наименьшим размером зерен, мм	0,5 (Dmin + Dmax)	Dmax	1,25 Dmax
	5 (3)	10 и более	одной фракции	смеси фракций
Полный остаток на ситах по массе, %	95-100	90-100	40-80	50-70	0-10	0,5

Из таблицы следует, что зерновой состав крупного заполнителя зависит от Dmax - наибольшей крупности зерен щебня или гравия и от Dmin - наименьшего размера зерен щебня или гравия. При назначении Dmax исходят не только из фактического состава материала (размера отверстия сита, на котором полный остаток на превышает 10% навески), но и из характера конструкции или изделия, для которого изготовляют конгломерат с применением крупного заполнителя. Так, например, в случае железобетона наибольшая крупность зерен не должна превышать 3/4 наименьшего расстояния между стержнями арматуры и не более 1/2 толщины плиты.

Согласно ГОСТу 8267-93 (пункт 4.3) щебень из гравия должен содержать дробленые зерна в количестве не менее 80 % по массе. Допускается по согласованию изготовителя с потребителем выпуск щебня из гравия с содержанием дробленых зерен не менее 60 %. Форму зерен щебня и гравия характеризуют содержанием зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы. Щебень в зависимости от содержания зерен пластинчатой и игловатой формы подразделяют на четыре группы, которые должны соответствовать указанным в таблице 2.

Таблица 2

Группа щебня	Содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы (в процентах по массе)
1	До 15 включ.
2	Св.15 до 25
3	Св.25 до 35
4	Св.35 до 50

По согласованию изготовителя с потребителем допускается выпуск щебня из изверженных горных пород, содержащего св.50 %, но не более 65 % зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы [1; 3, с. 194-196; 5, с.320-322].

4. Рассчитать компонентный состав тяжелого цементобетона на 1 м3 бетонной смеси по данным из таблицы

Таблица

Плотность материалов, кг/м3	Прочность, МПа	Размер зерен Dmax, мм	ОК, см	А
цемента,	щебня	песка,	цемента,	бетона,
3100	2570	1410	2700	340	200	20	3	0,65

1. Назначаем вид крупного наполнителя:

для ребристых конструкций многопустотных панелей, элементов тонкостенных оболочек, балок и других армированных изделий с размерами ребер, стенок полок от 25 до 80 мм, с расстоянием между стержнями арматуры более 15 мм [4, таб.3] - Dmax = 20 мм.

2. Назначаем марку цемента в зависимости от требуемой прочности бетона:

требуемая прочность бетона - 200 МПа, значит

рекомендуемая марка цемента - 400 [4, таб.4].

3. Определяем водоцементное соотношение по формуле:

(предполагаемое водоцементное соотношение )

где - активность цемента = 340 МПа = 3,47 кг/см2;

- планируемый предел прочности бетона в возрасте 28 суток = 200 МПа = 2,04 кг/см2;

А - коэффициент, учитывающий влияние на прочность бетона исходных материалов = 0,65 [4, таб.5].

В/Ц = (0,65*3,47) / (2,04+0,5*0,65*3,47) = 0,7

4. Определяем ориентировочный расход воды:

подвижность бетонной смеси = 3 см;

размер зерен Dmax = 20 мм;

Смотрим расход воды по графику [4, рис.12] для пластичных смесей, т.к. предполагается осадка конуса (3 см) - 180 л. Прибавляем 10 л, т.к. в качестве крупного заполнителя используется щебень.

ориентировочный расход воды = 190 л.

5. Вычисляем необходимое количество цемента:

Ц = В / (В/Ц) = 190/0,7 = 271 кг.

это выше минимального количества [4, таб.6].

6. Вычисляем расход щебня:

где - средняя плотность щебня = 2570 кг/м3 = 2,57 кг/л;

- насыпная плотность щебня = 1410 кг/м3 = 1,41 кг/л;

- коэффициент раздвижки зерен = 1,37 [4, таб.7];

VМЗ - пустотность щебня в стандартном рыхлом состоянии = 0,4 [3, с.17].

Щ = 1000/ ( (1,37*0,4/1,41) + (1/2,57)) = 1286 кг.

7. Устанавливаем расход песка:

где Щ, Ц и В - масса щебня, цемента и воды в кг;

, - средняя плотность зерен щебня, песка и цемента в т/м3.

П = (1000 - 271/3,1 - 1286/2,57 - 190) *2,7 = 600 кг.

Ответ: для изготовления 1 м3 требуемого бетона потребуется 190 л воды, 271 кг цемента, 1286 кг щебня, 600 кг песка. Марка цемента - 400, плотность бетона - 2347 кг/м3.

Библиографический список

1. ГОСТ 8267-93. Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия.

2. ГОСТ 26633-91. Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия.

3. Комар А.Г. /Строительные материалы и изделия. Учебник. - М.: Высш. шк., 1988.

4. Подбор состава тяжелого цементного бетона: Методические указания к лабораторной работе для студентов-заочников/Сост.Ф. Ф. Регер. - Омск: СибГАУ, 2006.

5. Рыбьев И.А. /Строительное материаловедение - М.: Высш. шк., 2002.

Строительные материалы: учебник/В.Г. Микульский, В.Н. Куприянов, Г.П. Сахаров и др.; Под ред. В.Г. Микульского, В.В. Козлова. - М.: Ассоциация строительных вузов, 2004.

Размещено на Allbest.ru