Подбор состава бетона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Бетон является распространенным строительным материалом, который широко применяется при изготовлении разнообразных по форме и размерам бетонных и железобетонных изделий, деталей и конструкций.

Бетоном называют искусственный каменный материал, получаемый в результате твердения правильно подобранной, тщательно перемешанной и уплотненной смеси минерального вяжущего вещества, воды затворения, заполнителей и, в необходимых случаях, специальных добавок. Смесь из указанных выше материалов до начала ее затвердения называют бетонной смесью.

Для приготовления бетона наибольшее применение среди минеральных вяжущих веществ имеют портландцемент и шлакопортландцемент.

Марку цемента принимают в зависимости от проектного класса бетона бетонных и железобетонных сборных изделий и монолитных конструкций и условий их твердения по таблице 1 согласно СНиП 5.01.23-83.

Таблица 1 - Назначение марки цемента в зависимости от класса бетона

Применение цемента пониженных марок увеличивает его расход, а применение цемента повышенных марок не всегда приводит к его экономии. Вид цемента для различных условий работы строительных изделий необходимо выбирать с учетом требований ГОСТ 30515-97 «Цементы. Классификация».

Вода затворения бетонной смеси должна соответствовать требованиям СТБ 1114-98 «Вода для бетонов и растворов. Технические условия». Рекомендуется применять питьевую воду. Можно также использовать технические оборотные и природные маломинерализированные воды с допустимым содержанием примесей.

В качестве мелкого заполнителя для тяжелого бетона применяют природный и искусственный песок (ГОСТ 10268, 8736), в качестве крупного заполнителя - гравий или щебень из плотных горных пород (ГОСТ 10268, 8267, 8268, 10260).

Используя различные виды минеральных вяжущих веществ и заполнителей, получают бетоны с разнообразными физико-техническими свойствами, например: особотяжелые, тяжелые, легкие, специальные и другие.

В строительном материаловедении имеют место два общих случая подбора состава бетона: первый - подбор состава бетона общестроительного назначения, у которого основной нормируемый показатель - предел прочности при сжатии; второй - подбор состава бетона специального назначения.

Состав бетона выражают или расходом всех составляющих материалов по массе на 1 м3 уложенной и уплотненной бетонной смеси (например: цемента - 280, песка - 675, щебня - 1300, воды - 168 кг/м3) или же отношением массы составляющих материалов смеси к массе цемента, принимаемой за единицу, т.е. 1:х:у (цемент: песок: щебень или гравий) при водоцементном отношении В/Ц=z. Тогда, этот же состав бетона может быть выражен следующим образом - 1:2,4:4,6 при В/Ц=0,6.

Наша задача заключается в том, чтобы подобрать состав тяжелого бетона общестроительного назначения; при этом, различают номинальный (лабораторный) состав, рассчитанный для сухих материалов, и производственный (полевой) состав - для материалов, находящихся в естественно-влажностном состоянии.

1. Подбор номинального состава бетона

1.1 Определение водоцементного отношения

Определяют водоцементное отношение В/Ц - отношение массы воды к массе цемента - из условия получения требуемого класса бетона по прочности на сжатие в зависимости от активности цемента и качества материалов по формулам:

при В/Ц0,4; (1)

цемент бетон марка класс

В/Ц = 0,65*55/(30+0,65*0,5*55)=35,75/47,875 = 0,75;

при В/Ц<0.4, (2)

В/Ц = 0,43*55/(30+0,43*0,5*55) = 23,65/41,83 = 0,57;

где

А1 и А2 - коэффициенты, учитывающие качество материалов для получения состава бетона, принимаются по таблице 2;

Rц - активность цемента, МПа;

Rв - предел прочности бетона на сжатие, МПа.

Таблица 2 - Значения коэффициентов, учитывающих качество материалов

1.2 Определение расхода воды

Определяют расход воды В, кг/м3, в зависимости от удобоукладываемости бетонной смеси, вида и крупности заполнителей, руководствуясь данными таблицы 3.

Таблица 3 - Водопотребность бетонной смеси, кг/м3

По заданию при наибольшей крупности зерен гравия (10 мм) расход воды - 175 кг/м3.

Примечание. Данные таблицы 3 справедливы для бетонной смеси на портландцементе и песке средней крупности. При использовании пуццоланового портландцемента расход воды увеличивается на 20 кг/м3; в случае применения мелкого песка взамен среднего расход воды также увеличивается на 10 кг, а при использовании крупного песка уменьшается на 10 кг.

1.3 Определение расхода цемента

Определяют расход цемента Ц, кг/м3, по известным значениям В/Ц и водопотребности бетонной смеси:

Ц=В:В/Ц, (3)

Ц=175/0,57=307 кг/м3

где В - расход воды, кг/м3;

В/Ц - отношение массы воды к массе цемента, определяемое по формулам (1, 2).

Для неармированных сборных бетонных изделий минимальная норма расхода цемента должна быть не менее 200 кг/м3, для железобетонных изделий - не менее 220 кг/м3. Если расход цемента превышает типовые нормы, тогда следует проводить мероприятия по экономии цемента; например путем замены некоторой доли цемента минеральными добавками.

1.4 Определение расхода крупного заполнителя

Определяют расход крупного заполнителя Щ (Г), кг/м3, по формуле:

, (4)

Г = 1/((0,38*1,1)/1,60)+1/2,67 = 1,59 г/см3 = 1590 кг/м3,

где Vпуст.щ(г) - пустотность щебня (гравия) в рыхлонасыпанном состоянии, подставляется в формулу (4) в виде коэффициента, определяемого по формуле (5);

- насыпная плотность щебня (гравия), г/см3;

- истинная плотность щебня (гравия), г/см3;

- коэффициент раздвижки зерен щебня (гравия), для жестких бетонных смесей, при расходе цемента менее 400 кг/м3, коэффициент б принимают 1,05…1,15 (в среднем 1,1).

Может быть уточнена по формуле:

, (5)

Vпуст.щ(г)=1-1,60/2,57=0,38 г/см3

где - плотность крупного заполнителя в куске, г/см3.

1.5 Определение расхода песка

Определяют расход песка П, кг/м3, по формуле:

, (6)

П = [1-((307/2900)+(175/1000)+(1590/2670)] *2000 = 460 кг/м3

где Ц, В, Щ(Г) - расход цемента, воды, щебня (гравия) в килограммах на 1 м3 бетонной смеси; , , , - истинная плотность материалов, кг/м3.

1.6 Определение расчетной плотности бетонной смеси и коэффициента выхода бетона

Определяют расчетную плотность бетонной смеси , кг/м3 по формуле:

(7)

Рб.см= 307 + 175 + 460 + 1590 = 2533 кг/м3

и безразмерный коэффициент выхода бетона , равный объему бетонной смеси (1 м3) в уплотненном состоянии, деленному на сумму объемов сухих составляющих, затраченных на её приготовление по формуле:

, (8)

в = 1/(307/1100) + (460/1600) + (1590/1600) = 1/1,56 = 0,64,

где Ц/сн.ц.=Vц, П/ сн.ц.=Vп, Щ(Г)/ сЩ(Г)=Vщ (Г) - соответствующие объемы сухих составляющих материалов, затраченных на приготовление 1 м3 бетонной смеси, м3; Ц, П, Щ(г) - расход сухих материалов на 1 м3 бетона, кг; - насыпная плотность сухих материалов, кг/м3.

Значение коэффициента выхода бетона обычно находится в пределах = 0,55…0,75.

2. Экспериментальная проверка и корректировка номинального состава бетона

Для экспериментальной проверки номинального состава бетона приготавливают пробный замес бетонной смеси объемом 30…50 литров, на котором определяют удобоукладываемость бетонной смеси. Удобоукладываемость характеризует способность бетонной смеси заполнять форму (опалубку) бетонируемого изделия и уплотняться в ней под действием силы тяжести или внешних механических воздействий. Это свойство оценивается подвижностью или жесткостью бетонной смеси. При недостаточной удобоукладываемости бетонной смеси увеличивают расход воды и цемента на 5…10%, не изменяя при этом водоцементного отношения. При повышенной удобоукладываемости увеличивают количество крупного заполнителя и песка на 5…10%, сохраняя при этом их отношение неизменным.

Объем пробного замеса , м3, удовлетворяющего после корректировки состава бетонной смеси требованиям удобоукладываемости, определяют по формуле:

, (9)

где - масса израсходованных материалов на пробный замес, кг; - средняя плотность бетонной смеси, кг/м3.

Имея объем бетонной смеси (м3) и расход материалов на пробный замес (кг), определяют номинальный расход материалов Ц, В, П, Щ(Г) в килограммах на 1 м3 бетонной смеси по следующим формулам:

; ; ; . (10)

Откорректировав удобоукладываемость бетонной смеси, проверяют прочность бетона на сжатие по методике. Для этого приготавливают ещё два пробных замеса: один с В/Ц большим на 10…30%, второй - с меньшим на 10…30%, чем у основного пробного замеса.

Величину В/Ц изменяют, увеличивая или уменьшая расход цемента, изменяется также соответственно расход песка; расход крупного заполнителя при этом остается неизменным. После испытания бетонных образцов на прочность строят график зависимости прочности бетона от В/Ц и определяют истинное значение В/Ц, соответствующее требуемому пределу прочности бетона, после чего уточняют расход материалов на 1 м3 бетона. Затем, при необходимости, проверяют водонепроницаемость и морозостойкость бетона. В случае несоответствия требуемым значениям состав бетона корректируют вновь изменением В/Ц и затем опять уточняют расход материалов на 1 м3 бетона; таким образом, окончательно получают откорректированный номинальный лабораторный состав бетона.

Ввиду отсутствия техники, мы не можем проводить корректировку. Условно возьмем, что удобоукладываемость оптимальная.

3. Подбор производственного состава бетона и расчет материалов на замес бетоносмесителя

В реальных условиях строительства заполнители обычно бывают в естественно-влажностном состоянии, поэтому производственный состав бетона рассчитывают с учетом воды, содержащейся в них. Для этого следует вычислить количество имеющейся воды в щебне (гравии) и песке из расчета на 1 м3 бетона и вычесть её из общего расхода воды, указанного в откорректированном номинальном составе бетона. К расходу щебня (гравия) и песка следует добавить некоторое количество их во влажном состоянии, соответствующее содержанию воды в них.

Расход материалов на один кубический метр производственного состава бетона - (кг/м3), с учетом естественной влажности заполнителей, рассчитывают по следующим формулам:

= 307 кг/ м3;

= 460(1 + 2,5/100) = 471,5 кг/ м3;

=1590(1+1,25/100)=1609,88кг/м3; (11)

= 175 - (1590*1,25/100 + 460*2,5/100) = 175 - (19,875 + 11,5) = 143,6 кг/м3;

где Ц, Щ(Г), П, В - расход материалов в откорректированном номинальном составе, кг/м3; ,- влажность щебня (гравия) и песка в естественном состоянии, %.

На опытном замесе производственного состава бетона, подобранного с учетом естественной влажности заполнителей, проверяют заново удобоукладываемость бетонной смеси. Если удобоукладываемость отличается от заданной, то состав бетонной смеси корректируют изменением расхода воды.

Для проверки прочности бетона на сжатие изготавливают не менее двух серий контрольных образцов - кубов размером 150*150*150 мм на каждый срок испытаний через 7 и 28 суток хранения в нормальных условиях.

Плотность бетона считается удовлетворительной, если она отличается от заданной на ±3%. Корректировку состава бетона следует производить изменением состава расхода цемента, для чего можно использовать ранее полученную зависимость между прочностью и расходом цемента.

Производственный состав бетона по массе вычисляют путем деления расхода каждого компонента бетонной смеси на расход цемента:

= 1: 471,5/307: 1609,88/307 = 1:1,5:5,2. (12)

По объему состав бетона выражают следующим образом:

= 1:0,29/0,28:1/0,28 = 1:1:3,6

где , - производственный расход материалов на 1 м3 бетонной смеси по массе, кг; - то же, по объему, м3.

В заключительной части подбора состава бетона следует произвести расчет дозировки составляющих бетонной смеси на один замес бетоносмесителя определенного объема с учетом найденного по формуле (8) коэффициента выхода бетона :

=0,64*0,050*307/1= 9,8 кг;

= 0,64*0,050*143,6/1 = 4,6 кг;

= 0,64*0,050*471,5/1 = 15,1 кг;

= 0,64*0,050*1609,88/1 = 51,5 кг;

где - соответственно масса цемента, воды, песка, щебня или гравия (кг), требуемая на объем готового замеса бетоносмесителя V (м3); - производственный расход материалов с естественной влажностью (кг) на 1 м3 бетона, определяемый по формуле (11).

Заключение

В процессе выполнения работы мы закрепили теоретические знания по строительному материаловедению, полученных в ходе изучения дисциплины.

Узнали, что цемент и вода являются активными составляющими бетонной смеси. Цементное тесто, образующееся при затворении цемента водой, обволакивает зерна песка (мелкий заполнитель), щебня или гравия (крупный заполнитель), проникает в промежутки между зернами заполнителей и играет роль своеобразной смазки, придающей бетонной смеси в период укладки ее в дело необходимую подвижность. Затем цементное тесто, постепенно затвердевая, переходит в камневидное состояние (цементный камень) и надежно связывает зерна заполнителей в прочный конгломерат.

Определили номинальный состав проектного бетона: цемент-307 кг/м3; вода - 175 кг/м3;песок - 460 кг/м3; гравий - 1590 кг/м3. Итого 2533 кг/м3. В соотношении 1:1,5:5,2 при В/Ц = 0,57.

Размещено на Allbest.ru