Проектирование состава бетона

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический

Университет

Инженерно-строительный факультет

Пояснительная записка по курсовому проекту:

«Проектирование состава бетона»

по дисциплине «Строительные материалы»

Санкт-Петербург

2012

1. Постановка задачи и исходные данные

Таблица 1

Требования к свойствам бетона и бетонной смеси

№ п/п	Зона сооружения	Вид бетона	Класс по прочности	Марка по водонепроницаемости	Марка по морозостойкости	ОК, см
1	Надземная	Обычный	B15	-	-	16
2	Подводная	Гидро- технический	B10	W2	-	14
3	Переменного уровня воды		B20	W6	F600	12

Сооружение расположено в открытом водоеме. Химический состав воды приведен в таблице 2. Температура окружающего воздуха t_ext = 16,3 ⁰C.

Таблица 2

Химический состав воды-среды

Содержание ионов, мг/л	Суммарное содержание солей, мг/л	Временная жесткость, мг-экв/л	Содержание агрессивной СО2, мг/л	pH
K++Na-	Mg2+	NH4+	SO42-
8760	1860	200	3570	18400	3,08	30	3,0

Бетон в зоне I:

Ш обычный

Ш крупный заполнитель гравий известняковый

Ш мелкий заполнитель песок из отсевов доломита

Ш фракции заполнителей: мелкая и крупная

Бетон в зонах III и II:

Ш гидротехнический

Ш крупный заполнитель гравий известняковый

Ш мелкий заполнитель песок из отсевов доломита

Ш щебень фракционированный с Dнаиб = 120 мм

Подсчитать расходы материалов на 1 куб.м. бетона методом абсолютных объемов (для бетона I ), приняв г_ц = 3,10 г/куб.см., г_п = г_кр = 2,65 г/куб.см.

И методом, когда известна объемная масса бетона (для I и II), приняв г_б = 2400 кг/куб.м

2. Оценка агрессивности воды-среды (по данным табл.2)

Оценка степени агрессивного воздействия сред дана по отношению к бетону на любом из цементов, отвечающих требованиям ГОСТ 10178-76 и ГОСТ 22266-76.

Таблица 3.

Оценка агрессивности воды-среды

Вид коррозии	Показатель агрессивности	Бетон зоны	Вид цемента	Водонепроницаемость бетона	Значение показателя агрессивности	Вывод об агрессивности воды
					фактическое	допустимое
Выщела-чивающая	Временная жесткость, мг-экв/л	II	-	W2	3,08	>1,05	Не агрессивна
		III	-	W6
Общекис-лотная	Водородный показатель рН	II	-	W8	3,0	> 5,0	Агрессивна
		III	-	W8		> 4,0
Углекис-лая	Содержание агрессивной углекислоты, мг/л	II	-	W8	30	<10	Агрессивна
		III	-	W6		<40	Не агресивна
Магнезиальная	Содержание ионов Mg2+, мг/л	II	-	W8	1860	< 1000	Агрессивна
		III	-	W6		< 2000	Не агрессивна
Аммоний-ная	Содержание ионов NH4+, мг/л	II	-	W8	200	< 100	Агрессивна
		III	-	W6		< 500	Не агрессивна
Щелоч-ная	Содержание ионов Na++K+, мг/л	II	-	W2	8760	<50000	Не агрессивна
		III	-	W6		<60000	Не агрессивна
Общесо-левая	Суммарное содержание всех солей, мг/л	II	-	W8	18400	<10000	Агрессивна
		III	-	W6		<20000	Не агрессивна
Сульфат-ная	Содержание ионов SO42-, мг/л	II	сспц	W2	3570	<6000	Не агрессивна
		III	ccпц	W6		<7800	Не агрессивна

Вывод. Вода агрессивна по общекислотной коррозии по отношению к бетону марки W6, по общекислотной, углекислой, магнезиальной, аммонийной, общесолевой к бетону марки W2. Эти коррозии одинаково опасны для всех видов цемента. Избежать коррозии можно двумя способами: устройством гидроизоляции бетона или повышением его водонепроницаемости. Используем марку W8. Однако повышение водонепроницаемости не удовлетворит нужных требований для общекислотной коррозии ввиду низкого уровня pH. Таким образом для защиты бетона также используем гидроизоляцию.

Исходя из результатов оценки агрессивности среды, требований СНиП 2.03.11-85, требований по морозостойкости, а также табл. 3. задания выбираем:

Материалы для бетона

Бетон зоны	Вид цемента	Марка цемента	Мелкий заполнитель	Крупный заполнитель
				Вид	Порода	Dнаиб, мм	Число фракций
I	ПЦ	400	Из отсевов доломита	Непромытый гравий	известняк	20	2
II	ССПЦ	400		Непромытый гравий		120	6
III	ССПЦ	500

водный бетон цемент смесь

3. Определение параметров состава бетона I зоны

3.1 Определение В/Ц

Среднее значение прочности для заданного класса бетона (В15) составляет

R_зад = 15/0,78=19,23 МПа.

Опытные данные при Ц=const и r=const

В/Ц	0,54	0,56	0,59	0,6	0,62	0,64	0,65
R28,МПа	23,5	21,7	19,7	19,2	17,6	16,7	16,1

По графику для R₂₈ = 19,23 МПа выбираем В/Ц = 0,6

3.2 Определение оптимальной доли песка в смеси заполнителей r_опт

Из выбранных материалов готовим 7 бетонных смесей с различным r (0,24-0,41).

Остальные параметры сохраняем постоянными: В/Ц = 0,6 (найдено ранее), Ц принимаем произвольно (пусть предварительно Ц = 400 кг/м³). Для каждой смеси результаты заносят в таблицу и строят график зависимости ОК от r, по которому для наибольшей ОК находят r_опт.

ОК=f(r). Опытные данные при Ц=400 кг/м³

r	0,24	0,26	0,28	0,3	0,32	0,36	0,41
ОК, см	10	11	11,5	11,5	11	9	7

Рис.2. Зависимость ОК от величины r

По графику для наибольшей ОК = 11,5 см получаем r_опт = 0,3.

3.3 Определение расхода цемента Ц

Готовят несколько бетонных смесей с различным расходом цемента и постоянными значениями В/Ц и r, найденными ранее. Для каждой бетонной смеси определяют значение ОК и строят график зависимости ОК от Ц. По графику, для заданной ОК, находят нужный расход цемента.

Опытные данные при r = r_опт

Ц	120	170	220	270	320	370	420
ОК, см	0,5	1,5	4,5	8	11,5	14,5	17,5



Принимаем расход цемента Ц= 275 кг/м3

3.4 Уточнение параметров r и Ц

При определении r_опт был предварительно принят Ц=400кг/м3, однако фактически получено Ц= 275 кг/м3. Для уточнения r_опт повторяем испытания бетонной смеси с Ц= 275 кг/м3

При интерполяции В/Ц получаем значения ОК.

Уточненная зависимость ОК=f(r) при расходе цемента Ц= 275 кг/м3

r	0.31	0.33	0.35	0.37	0.39	0,41	0,43
O/K	-	-	1,75	2,75	3,25	2,25	0,5

Новая кривая зависимости ОК =f(r) при Ц=275 кг/м³, по ней определяем, что значение r_опт =0.37

Уточним теперь значение Ц при r_опт =0.37 Для этого готовим и испытываем на подвижность несколько бетонных смесей с уточненным значением r_опт прежним В/Ц=0,6 и различным расходом цемента. Результаты, полученные аналогично тому, как это делалось выше, заносим в таблицу.

Ц	80	130	180	230	280	330	430
ОК, см	0,5	1,5	4,5	8	11,5	14,5	17,5

После уточненного значения r_опт =0.37, при заданном значении ОК=16, мы получаем новое значение Ц=380 кг/м³

Запроектированный состав бетона I зоны характеризуется следующими параметрами:

Ц=380 кг/см³; В/Ц=0,6; r=0,37.

Расчет состава бетонной смеси методом абсолютных объемов

Подсчет количества материалов на 1 м? бетона производится методом абсолютных объёмов. Метод основан на следующем предположении: объем плотно уложенной бетонной смеси равен сумме абсолютных объемов входящих в нее материалов.

Переход от параметров состава к расходам материалов

Рассчитаем расходы материалов методом абсолютных объемов.

Значения плотности материалов:

с_ц = 3150 кг/м³;

с_в = 1000 кг/м³;

с_п = 2850 кг/м³;

с_кр = 2720 кг/м³;

В= В/Ц * Ц =0,6*380=228 кг/м³

Решаем систему двух уравнений:

Кр = 1132 кг/м³

П = 666 кг/м³

В = 228 кг/м³

Ц = 380 кг/м³

Итого: 2406 кг/м³

4. Определение параметров состава бетона II и III зон

4.1 Определение оптимального зернового состава заполнителей

Заполнители рассеиваем на 7 фракций: 0-5, 5-10, 10-20, 20-40, 40-80, 80-100, 100-120 мм. Зерновой состав заполнителей определяем по идеальной кривой просеивания

Данные для построения оптимальной кривой просеивания

Вид заполнителя	Dнаиб, мм	Проходы, %, на ситах с отверстием, мм
		3,75	7,5	15	30	60	120
Гравий	120	22	30	40	54	73	100

Оптимальная кривая просеивания

Доля каждой фракции в смеси заполнителей

Фракция, мм	0-5	5-10	10-20	20-40	40-80	80-100	100-120
Доля фракции,%	26	8	10	17	21	9	9

0-5 - 26%

5-10 - 8 %

10-20 - 10%

20-40 - 17%

40-80 - 21%

80-100 - 9%

100-120 - 9%

Итого: 100%

4.2 Определение водопотребности бетонной смеси

Зная ЗС_опт можно использовать следующий прием. Определяем водопотребность бетонной смеси Вп., т.е. количество воды необходимое для получения заданной ОК. Зависимость ОК =f(В) получаем из опытных данных, учитывая то, что В=(В/Ц)*Ц. Берем В/Ц и Ц, соответствующие выбранному значению ОК и перемножаем их. Значение Ц берем из строки отвечающей нашему r. Результаты заносим в таблицу.

r= 33/(33+24)=0,6

В кг/м3	48	78	108	138	168	198	228	258	288
ОК, см	0,56	1,68	5,04	8,96	12,88	16,24	19,6	22,96	25,2

II зона: Вп=180 кг/м³ (ОК = 14)

III зона: Вп=160 кг/м³ (ОК = 12)

4.3 Определение водоцементного отношения В/Ц

Для определения В/Ц готовят несколько бетонных смесей с различным значением В/Ц. Из каждой бетонной смеси готовят три серии образцов:

1. Кубы на прочность;

2. Цилиндры на водонепроницаемость;

3. Кубы на морозостойкость.

Для подводной зоны приведены результаты испытания бетона на прочность в 180-дневном возрасте и на водонепроницаемость при различных В/Ц и ЗС=ЗС_опт.

Среднее значение прочности для заданного класса бетона

II зоны (В10) составляет

R_зад = 10/0,78=12,8 МПа.

III зоны (В20) составляет

R_зад = 20/0,78=25,6 МПа.

Зависимость прочности R₁₈₀ от В/Ц бетона на непромытом гравие с D_наиб=120 мм,

Портландцемент зоны II марки 400 и III зоны марки 500, ЗС=ЗС_опт

В/Ц	0,59	0,60	0,62	0,64	0,65	0,68	0,7	0,72	0,75	0,77	0,80	0,81	0,83
R180, МПа 2 зона	27,58	26,88	24,64	23,38	22,54	20,58	18,8	17,92	16,38	15,12	13,72	13,44	12,32
R180, МПа 3 зона	35,84	34,72	32,9	30,38	29,54	27,02	25,34	23,8	21,7	20,6	18,5	17,9	16,8

Водопроницаемость для бетона II зоны В/Ц=0.82 для бетона III зоны В/Ц=0.7

Из условия водонепроницаемости

Для получения зависимости В/Ц от водонепроницаемости из бетонных смесей готовим образцы: цилиндры на водонепроницаемость и испытываем их. Результаты запишем в таблицу и построим график.

Результаты испытаний бетона II и III зоны на водонепроницаемость

Водопотребность бетонной смеси, кг/м3	Водонепроницаемость бетона, МПа, при В/Ц
	0,5	0,55	0,6	0,65	0,7	0,75	0,8	0,9
180	3,11	2,22	1,72	1,31	1,03	0,85	0,72	0,63
160	3,18	2,39	1,78	1,36	1,07	0,88	0,76	0,67

II зона: требуемая водонепроницаемость 0,8 МПа => В/Ц=0,79

III зона: требуемая водонепроницаемость 0,6 МПа => В/Ц=0,93

Из условия морозостойкости

Для получения зависимости В/Ц от морозостойкости из бетонных смесей готовим образцы: кубы на морозостойкость и испытываем их. Результаты запишем в таблицу и построим график.

Таблица 6

Результаты испытаний бетона III зоны на морозостойкость

В/Ц	0,4	0,5	0,55	0,6	0,65	0,7	0,75	0,8	0,9
циклы	860	540	430	350	290	250	220	205	185

Экстраполируя, получаем, для бетона III зоны при требуемой морозостойкости 600 циклов, В/Ц=0,48

Таблица 7

Результаты определения В-Ц для бетона II и III зоны

Заданные классы или марки бетона	В/Ц для бетона зоны
	II	III
По прочности	0,82	0,7
По водонепроницаемости	0,79	0,93
По морозостойкости	-	0,48
Окончательно принимаем	0,79	0,48

4.4 Определение расхода цемента Ц

Расход цемента определяют экспериментальным способом. Готовят несколько бетонных смесей с различным расходом цемента и значениями В/Ц и r, найденными ранее. Для каждой бетонной смеси определяют значение ОК и строят график зависимости ОК от Ц. По графику для заданной ОК находят нужный расход цемента.

ОК=f(Ц),

бетонная смесь на непромытом гравие с D_наиб = 120 мм. Опытные данные при r = r_опт

Требуемая по заданию ОК:

Для бетона зоны II ОК=14см,зоны III:ОК=12см

В/Ц	Значение ОК, см, при указанных Ц, кг/м3
	80	130	180	230	280	330	380
0,79	2	5	9	13,25	17,5	21	22,5
0,48	0,5	1,5	2,5	4,5	7	10	12,5

4.5 Результаты проектирования составов бетона

Параметры состава бетона	Номер зоны
	II	III
Расход цемента Ц, кг/м3	197	300
Водоцементное отношение В/Ц	0,79	0,48
Содержание фракций заполнителя, %
	0-5	26%
	5-10	8%
	10-20	10%
	20-40	17%
40-80	21%
80-100	9%
100-120	9%

Расчет состава бетонной смеси методом, когда известна объемная масса бетона

Объемная масса бетона г_Б = 2400 кг/м³.

Расходы материалов в бетоне

Показатели состава бетона	Номер зоны
	II	III
Расход цемента Ц, кг/м3	197	300
Расход воды В, кг/м3	155,6	144
Тесто Т=Ц+В	352,6	444
Заполнители З=гб - Т	2047,4	1956
Содержание фракций заполнителя, кг/м3
	0-5 мм	532,22	508,56
	5-10 мм	163,792	156,48
	10-20 мм	204,11	195,6
	20-40 мм	347,99	332,52
	40-80 мм	429,87	410,76
	80-100 мм	184,23	176,04
	100-120 мм	184,23	176,04
	Всего	2400	2400

Размещено на Allbest.ru