Расчет состава тяжелого бетона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

«Расчет состава тяжелого бетона»



ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Бетоном называется искусственный каменный материал, полученный в результате затвердевания рационально подобранной, тщательно перемешанной и уплотненной смеси, состоящей из мелкого и крупного заполнителя, вяжущего и воды.

Бетонная смесь - это готовая к применению перемешанная однородная смесь вяжущего, заполнителей и воды с добавлением или без добавления химических и минеральных добавок, которая после уплотнения, схватывания и твердения превращается в бетон.

В современном строительстве бетон является одним из важнейших строительных материалов, применяемый для несущих и ограждающих конструкций жилых, гражданских и промышленных зданий, а также для возведения сооружений: плотин ГЭС, взлетно-посадочных полос, дорог, портовых сооружений, опор линий электропередач, мостов и др.

К достоинствам бетона и железобетона относятся: низкий уровень затрат на изготовление изделий в связи с использованием местного сырья и побочных продуктов (отходов) промышленности; надежность и долговечность, стойкость к неблагоприятным атмосферным и другим воздействиям; относительная простота изготовления изделий и конструкций, возможность придания им различной формы.

Результатом проектирования состава бетона является определение соотношения между используемыми компонентами, при котором будет гарантирована прочность бетона в конструкции с учетом технологии ее изготовления.



1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО СОСТАВА ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА

Для получения экономичного состава бетона нужно установить оптимальное соотношение между крупным и мелким заполнителем при минимальном расходе цемента.

Наиболее распространенным способом подбора состава бетона служит расчетно-экспериментальный метод «абсолютных объемов» Б.Г. Скрамтаева. Суть этого метода заключается в том, что уплотненная бетонная смесь в свежеуложенном состоянии приближается к абсолютной плотности (небольшим объемом воздушных пор пренебрегают). Следовательно, сумма абсолютных объемов исходных материалов в 1 м³ бетона близка к единице:

(1)

где Ц, В, П и Щ - содержание цемента, воды, песка и

щебня, кг в 1 м³ бетонной смеси;

истинные плотности цемента,

песка и щебня, кг/м³.

При этом объем растворной части должен быть несколько больше объема пустот крупного заполнителя, чтобы обеспечить сцепление зерен крупного заполнителя с растворной частью по всей их поверхности. Это превышение называют коэффициентом раздвижки зерен крупного заполнителя . Оптимальные значения коэффициента назначают в соответствии с рекомендациями, полученными опытным путем в зависимости от В/Ц и расхода цемента.

Заданием для предварительного расчета состава тяжелого бетона является марка бетона по прочности и марка бетонной смеси по удобоукладываемости.

Требуемая марка бетона по прочности указана в рабочих чертежах на бетонные и железобетонные изделия и конструкции, а также в проектной документации строящихся объектов.

Требуемая удобоукладываемость зависит от условий формования железобетонных изделий на заводах ЖБИ или укладкибетонной смеси на строительных объектах.

Удобоукладываемость бетонной смеси характеризуется подвижностью или жесткостью. Подвижность оценивается осадкой или расплывом конуса (ОК, РК), которые выражаются в см, жесткость - временем вибрирования в секундах (таблица 1).

Таблица 1- Классификация бетонных смесей по удобоукладываемости

Марка смеси по удобоукладываемости	Норма удобоукладываемости по показателю:
	жесткости, с	подвижности, см
		осадка конуса	расплыв конуса
Сверх-жесткие	СЖ3	более 100	-	-
	СЖ2	51-100	-	-
	СЖ1	50 и менее	-	-
Жесткие	Ж4	31-60	-	-
	Ж3	21-30	-	-
	Ж2	11-20	-	-
	Ж1	5-10	-	-
Подвижные	П1	4 и менее	1-4	-
	П2	-	5-9	-
	П3	-	10-15	-
	П4	-	16-20	26-30
	П5	-	21 и более	31 и более

Для выполнения расчетов необходимо иметь следующие характеристики исходных материалов:

а) вяжущее - вид и активность (или марка) цемента R_ц; его истинная и насыпная плотность;

б) мелкий заполнитель - вид песка по крупности, соответствие его характеристик требованиям стандарта; плотности: истинная и насыпная ;

в) крупный заполнитель - наибольшая крупность зерен; соответствие его характеристик требованиям стандарта; плотности: истинная и насыпная ; пустотность.

Все эти данные получены студентами при выполнении предыдущих лабораторных работ по цементу, песку и щебню.

Расход каждого из компонентов бетона зависит от разных факторов. Так расход цемента зависит от требуемой марки бетона, активности (марки) самого цемента, количества воды в бетонной смеси и качества заполнителей. Количество воды в смеси, в свою очередь, определяется требуемой удобоукладываемостью бетонной смеси.

На количество крупного заполнителя в бетоне влияет коэффициент раздвижки зерен , а величина этого коэффициента зависит от объема цементного теста в бетонной смеси (т. е. от расхода цемента и воды).

Требуемый расход песка определяется «по остаточному принципу». Из абсолютного расчетного объема бетонной смеси (как правило это 1 м³) вычитают абсолютные объемы цемента, воды и щебня, и оставшийся объем должен заполнить песок. бетон цемент плотность заполнитель

Таким образом, количество каждого из компонентов бетонной смеси взаимоувязано. Исходя из этого, расчет состава бетона начинают с определения расхода цемента и воды.

1.1 Определение расхода цемента и воды

Основной закон прочности бетона гласит: прочность бетона R_б зависит от расхода цемента Ц, активности этого цемента R_ц, расхода водыВ, качества заполнителей А(или А₁) и выражается уравнением

R_б = А R_ц / (Ц/В ± 0,5). (2)

Из этого уравнения выведены формулы для расчета водоцементного отношения, которые выглядят следующим образом:

В/Ц = А R_ц / (R_б + 0,5 АR_ц ) при В/Ц ? 0,4, (3)

В/Ц = А₁R_ц / (R_б - 0,5 А₁R_ц ) при В/Ц < 0,4. (4)

В большинстве случаев используется формула (3), формула (4) применяется только для сверхжестких бетонных смесей.

ЗначенияR_б и R_цуказаны, соответственно, в задании и характеристиках исходных материалов, в формулу подставляются в Мпа.

КоэффициентыА и А₁, учитывающие качество материалов, приведены в таблице2. К высококачественным относятся заполнители, прошедшие предварительную подготовку, например, фракционирование, промывку. Низкокачественными считаются материалы, показатели качества которых находятся на уровне крайних значений, допускаемых стандартами.

Таблица 2 -- Значение коэффициентов качества заполнителей

Качество заполнителей и цемента	А	а1
Высококачественные Рядовые Пониженного качества	0,65 0,6 0,55	0,43 0,4 0,37

В зависимости от требуемой удобоукладываемости (жесткости или подвижности) смеси находят ориентировочный расход воды (л на 1м³) по данным таблицы 3.



Таблица 3 -- Ориентировочный расход воды на I м³ бетонной смеси

Марка по удобоукла- дываемости	Жест- кость, с.	ОК, см	Расход воды, л на 1м3, при крупности, мм
			Гравия	Щебня
			10	20	40	70	10	20	40	70
Ж 4	31-60	0	150	135	125	120	160	150	135	130
Ж 3	21-30	0	160	145	130	125	170	160	145	140
Ж 2	11-20	0	165	150	135	130	175	165	150	145
Ж 1	5-10	0	175	160	145	140	185	175	160	155
П 1	0-4	1-4	190	175	160	155	200	190	175	170
П 2	-	5-9	200	185	170	165	210	200	185	180
П 3	-	10-15	215	205	190	180	225	215	200	190
П 4	-	16-20	225	220	205	195	235	230	215	205

На требуемый расход воды оказывает влияние вид крупного заполнителя и его наибольшая крупность. Это влияние необходимо учитывать, так как на смачивание поверхности заполнителя расходуется разное количество воды, зависящее от его удельной поверхности. На гравий, имеющий гладкую окатанную поверхность, воды расходуется меньше, чем на шероховатые и остроугольные зерна щебня. Меньше воды требуется и для более крупных зерен, чем для мелких.

Расход цемента в кг на 1м³рассчитывают на основании полученного значения В/Ц и ориентировочного расхода водыВ по формуле (5)

(5)

Полученный результат округляется до целого числа. Если расход цемента окажется меньше 200 кг на м³ (минимально допустимое значение), то для получения плотного бетона расход цемента увеличивают до требуемой нормы (200 кг).

1.2 Определение расхода крупного заполнителя

Расход крупного заполнителя (Щ, кг на 1м³) вычисляют из уравнения абсолютных объемов (1), с учетом коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя , по формуле (6)

, (6)

где 1000 - объем 1 м³, выраженный в литрах (для удобства

расчета);

V_п^щ - объем пустот щебня, рассчитанный по формуле

, (7)

_н^щ и _ист^щ насыпная и истинная плотности щебня,

кг/л.

- коэффициент раздвижки зерен, определяется в зави-

симости от расхода цемента и В/Ц по таблице 4.



Таблица 4 -- Значение коэффициента для бетонных смесей

Расход цемента,кг на 1 м3	Значения коэффициента при В/Ц, равном
	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
250	-	-	1,26	1,32	1,38
300	-	1,30	1,36	1,42	-
350	1,32	1,39	1,44	-	-
400	1,40	1,46	-	-	-

Примечание: при отличающихся значениях Ц и В/Ц коэффициент находят интерполяцией (Приложение А), при этом расход цемента допускается округлять до десятков кг.

Результаты вычислений по формуле (6) покажут требуемый расход щебня на 1 м³ бетонной смеси в кг (значение округляется до целого числа). Обычно эта величина составляет от 1000 до 1400 кг.

1.3 Определение расхода мелкого заполнителя

Расход песка (П, кг на 1 м³) находится как разность между объемом бетонной смеси (1000 л) и суммой абсолютных объемов цемента, воды и щебняпо формуле (8)

, (8)

где _ист^ц, _ист^щ, _ист^п - истинные плотности цемента,

щебня и песка соответственно, кг/л.

Установив ориентировочный расход составляющих бетонной смеси, определяют ее расчетную среднюю плотность (кг/м³) по формуле:

, (9)

Средняя плотность смеси колеблется в пределах от 2200 до 2500 кг/м³.



2. РАСЧЕТ ЛАБОРАТОРНОГО ЗАМЕСА

Для приготовления пробного замеса рассчитывают расход материалов на лабораторный замес объемом 6 л, с точностью до 0, 01 кг. Результаты заносят в таблицу 5.

Таблица 5 - Расход компонентов бетонной смеси

Наименование материала	Расход материалов, кг:
	на 1 м3	на замес 6 л
Цемент
Песок
Щебень
Вода



ЛИТЕРАТУРА

1. Строительные материалы : (Материаловедение и Технология) [Текст] : учеб.для вузов по строит. специальностям / В. Г. Микульский [и др.] ; под общ. ред. В. Г. Микульского. - М. : Изд-во ассоц. строит.вузов, 2002. - 534 с.

2. ГОСТ 27006. Бетоны. Правила подбора состава

3. ГОСТ 7473. Смеси бетонные. Технические условия.

4. ГОСТ 10181. Смеси бетонные. Методы испытаний.

5. ГОСТ 10180. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам.



Приложение А.

Определение коэффициента раздвижки зерен крупного заполнителя методом интерполяции

Интерполяция - это математическая процедура нахождения промежуточных неизвестных величин между двумя известными величинами при условии, что эти неизвестные величины располагаются на прямой между известными.

Рассмотрим несколько примеров использования интерполяции при определении величины коэффициента раздвижки зерен заполнителя б. Базой для этого является следующая таблица.

Значения коэффициента для бетонных смесей

Расход цемента,кг на 1 м3	Значения коэффициента при В/Ц, равном
	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
250	-	-	1,26	1,32	1,38
300	-	1,30	1,36	1,42	-
350	1,32	1,39	1,44	-	-
400	1,40	1,46	-	-	-

Пример 1. Определить значение коэффициента для В/Ц = 0,62 и расходе цемента 300 кг.

При увеличении В/Ц на 0,1 (от 0,6 до 0,7) значение коэффициента увеличивается на 0,06 (1,42 - 1,36 = 0,06). Следовательно, при увеличении В/Ц на 0,01 - коэффициент увеличится на 0,006.

Для заданного значения В/Ц = 0,62 при расходе цемента 300 кг коэффициент рассчитывается следующим образом:

1,36 + 0,006 • 2 = 1,372.

Пример 2. Определить значение коэффициента для В/Ц = 0,7 и расходе цемента 270 кг на 1 м³.

При увеличении расхода цемента на 50 кг (от 250 до 300) значение коэффициента увеличивается на 0,1 (1,42 - 1,32 = 0,1). Следовательно, увеличение расхода цемента на 10 кг приведет к увеличению коэффициента на 0,02 (0,1 : 5 = 0,02).

Для заданного расхода цемента 270 кг при В/Ц = 0,7 коэффициент можно рассчитать как:

1,32 + 0,02 • 2 = 1,36.

Пример 3. Определить значение коэффициента для В/Ц = 0,64 и расходе цемента 310 кг на 1 м³.

В том случае, если оба показателя отличаются от табличных величин, для расчета значения коэффициента рекомендуется составить таблицу по граничным значениям показателей. Для заданных параметров такая таблица будет иметь следующий вид.

Расход цемента,кг на 1 м3	Значения коэффициента при В/Ц, равном
	0,6	0,7	0,64
300	1,36	1,42	1,384
350	1,44	-
310	1,376		1,4

Определение величины коэффициента может выполняться по двум вариантам.

Вариант 1. Аналогично примеру 1 рассчитывают значение коэффициента для В/Ц = 0,64 при расходе цемента 300 кг:

1,36 + 0,006 • 4 = 1,384

Теперь значение коэффициента необходимо скорректировать на заданный расход цемента.

При увеличении расхода цемента на 50 кг (от 300 до 350) значение коэффициента увеличивается на 0,08 (1,44 - 1,36 = 0,08). Следовательно, увеличение расхода цемента на 10 кг приведет к увеличению коэффициента на 0,016 (0,08 : 5 = 0,016).

Заданный расход цемента составляет 310 кг, т.е. на 10 кг больше табличного значения, для которого определили коэффициент при В/Ц = 0,64. Требуемое значение коэффициента будет:

1,384 + 0,016 = 1,4.

Вариант 2. Аналогично примеру 2 рассчитывают коэффициент для расхода цемента 310 кг при В/Ц = 0,6.

При увеличении расхода цемента на 50 кг (от 300 до 350) значение коэффициента увеличивается на 0,08 (1,44 - 1,36 = 0,08). Следовательно, увеличение расхода цемента на 10 кг приведет к увеличению коэффициента на 0,016 (0,08 : 5 = 0,016) и составит:

1,36 + 0,016 = 1,376.

Чтобы найти коэффициент для заданного значения В/Ц к полученному значению добавляется величина соответствующая увеличению В/Ц на 0,04.

При увеличении В/Ц на 0,1 (от 0,6 до 0,7) значение коэффициента увеличивается на 0,06 (1,42 - 1,36 = 0,06). Следовательно, при увеличении В/Ц на 0,01 - коэффициент увеличится на 0,006.

Для заданного значения В/Ц = 0,64 коэффициент увеличится на 0,024 (0,006 ? 4 = 0,024).

Требуемое значение коэффициента составит:

1,376 + 0,024 = 1,4.



ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЯ

Принять всем следующие вводные данные для расчета:

- все исходные материалы для бетона - рядового качества

- активность цемента - 40 МПа (марка цемента ПЦ400)

- Истинная плотность цемента 3,15 кг/л

- Истинная плотность песка 2,6 кг/л

- Истинная плотность щебня 2,7 кг/л

- Насыпная плотность щебня 1,5 кг/л

- истинная плотность гравия 2,65 кг/л

- насыпная плотность гравия 1,4 кг/л

!!! при расчетах не надо эти числа переводить в другие единицы измерения

Теперь о характеристиках бетона, состав которого надо рассчитать:

Вариант	Марка бетонной смеси по удобоукладываемости	Марка бетона по прочности	Крупный заполнитель
1	П1	М350	Щебень с максимальной крупностью 40 мм
2	П4	М100	гравий с максимальной крупностью 20 мм
3	П2	М200	гравий с максимальной крупностью 10 мм
4	П3	М150	гравий с максимальной крупностью 40 мм
5	Ж1	М300	Щебень с максимальной крупностью 20 мм
6	Ж2	М400	Щебень с максимальной крупностью 10 мм
7	П3	М100	гравий с максимальной крупностью 70 мм
8	П2	М150	Щебень с максимальной крупностью 70 мм

Размещено на Allbest.ru