Подбор состава тяжелого бетона. 3

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное 

учреждение  высшего профессионального образования

«Братский государственный университет»

Кафедра «Строительное  материаловедение и технологии»

Курсовая  работа

Строительные  материалы

Подбор  состава тяжелого бетона

Выполнил:

Студент группы ПГС-11-01             Д.Н. Краснов

Проверил:

к.т.н., доцент               В.В. Русина

Братск 2012 

Оглавление

Введение 2

1.Требования к материалам для приготовления бетона 4

Мелкий заполнитель 4

Крупный заполнитель 6

Портландцемент 7

Вода 8

2. Расчет расхода материалов на 1 м³ бетона 9

3. Определение расчетной плотности бетонной смеси в уплотненном состоянии 11

4. Расчет номинального состава бетона (по массе и объему) 12

5. Расчет производственного состава бетона 12

6. Расчет коэффициента выхода бетона и дозировки (в рабочем состоянии) на замес бетоносмесителя 13

Заключение 14

Список используемых источников 15

Введение

Бетон - один из самых древнейших строительных материалов. Из него построены галереи  египетского лабиринта (3600 лет до н. э.), часть Великой Китайской  стены (11 в до н. э.), ряд сооружений на территории Индии, Древнего Рима и в др. местах. Однако использование бетона и железобетона для массивного строительства началось только во второй половине XIX в., после получения и организации промышленного выпуска портландцемента, ставшего основным вяжущим веществом для бетонных и железобетонных конструкций [4].

Бетонами  называют искусственные каменные материалы, получаемые в результате затвердевания  тщательно перемешанной и уплотненной  смеси из вяжущего вещества с водой (реже без воды), мелкого и крупного заполнителей, взятых в определенных пропорциях. До затвердевания эту смесь называют бетонной смесью.

В строительстве  широко используют бетоны, приготовленные на цементах или других неорганических вяжущих веществах. Эти бетоны обычно затворяют водой. Цемент и вода являются активными составляющими бетона: в результате реакции между ними образуется цементный камень, скрепляющий зерна заполнителей в единый монолит.

Между цементом и заполнителем обычно не происходит химического взаимодействия (за исключением  силикатных бетонов, получаемых автоклавной обработкой), поэтому заполнители часто называют инертными материалами. Однако они существенно влияют на структуру и свойства бетона, что необходимо учитывать при проектировании состава бетона, изменяя его пористость, сроки затвердевания, поведение при воздействии нагрузки и внешней среды.

Бетон является хрупким материалом: его прочность  при сжатии в несколько раз выше прочности при растяжении.

В настоящее  время в строительстве используются различные виды бетона. Многие свойства бетона зависят от его плотности, на величину которой влияют плотность цементного камня, вид заполнителя и структура бетона. По плотности бетоны делят на особо тяжелые (более 2500 кг/м³); тяжелые (1800-2500 кг/м³); легкие (500-1800 кг/м³); особо легкие (менее 500 кг/м3).

В строительстве  наиболее широко используют обычный  тяжелый бетон плотностью 2100-2500 кг/м³ на плотных заполнителях из горных пород (граните, известняке, диабазе и др.). Бетон плотностью 1800-2000 кг/м³ получают на щебне из горных пород плотностью 1600-1900 кг/м³ или без песка (цементное тесто и крупный заполнитель – такой бетон называют крупнопористым) [3].

Главной составляющей бетона, во многом определяющей его свойства, является вяжущее вещество, по виду которого различают бетоны: цементные, силикатные, гипсовые, шлакощелочные, полимербетоны, полимерцементные бетоны и специальные бетоны.

Общие требования ко всем бетонам и бетонным смесям следующие: до затвердевания бетонные смеси должны легко перемешиваться, транспортироваться, укладываться (обладать подвижностью и удобоукладываемостью, не расслаиваться); бетоны должны иметь определенную скорость твердения в соответствии с заданными сроками распалубки и ввода конструкции или сооружения в эксплуатацию; расход цемента и стоимость бетона должны быть минимальными.

Бетон –  сложный материал, свойства которого могут заметно изменяться в процессе выдерживания и эксплуатации [3].

1.Требования к материалам для приготовления бетона

В качестве мелких и крупных заполнителей следует  применять песок, щебень из природного камня, гравий и щебень из гравия, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 10268-80.

ГОСТ 10268-80 допускает для приготовления  бетона в зависимости от класса (марки) его прочности на сжатие применение практически любых природных  песков с модулем крупности от 1,0 до 3,5 (ГОСТ 8736-85), удовлетворяющих требованиям стандартов по другим показателям (содержание пылевидных и глинистых частиц и т. д.).

Мелкий заполнитель

Песок представляет собой рыхлую смесь мелких зерен, образовавшуюся в результате выветривания изверженных горных пород. Чаще всего  встречаются кварцевые пески с примесью зерен минералов, реже полевошпатные и известняковые. Иногда песок получают дроблением горных пород, однако такой песок гораздо дороже естественного и применяется обычно только для специальных целей.

Для приготовления  цементобетонных смесей в качестве мелкого заполнителя применяют, как правило, природные кварцевые пески, которые пригодны для любых марок бетона. Желательно, чтобы зерна песка имели неокатанную, шероховатую поверхность. Для приготовления бетона также может быть использован дробленый песок. Он изготавливается из невыветревшихся изверженных метаморфических пород или плотных осадочных пород с пределом прочности при сжатии не ниже 40 МПа.

Заполнители в бетоне занимают в бетоне до 80% объема и оказывают определенное влияние на свойства бетона, его  долговечность и стоимость.

Наиболее  существенное влияние на свойства бетона оказывают зерновой состав, прочность  и частота заполнителя. Зерновой состав показывает содержание в заполнителе зерен разной крупности. Он определяется просеиванием пробы заполнителей через стандартные сита с отверстиями 0,14-70 мм и более. Различают рядовой заполнитель, содержащий зерна различных размеров, фракционированный, если зерна заполнителя разделены на отдельные фракции, включающие зерна близких между собой размеров, например 5-10 или 20-40 мм. Также заполнитель характеризуют наименьшей и наибольшей крупностью, под которым понимают размеры наименьших или наиболее крупных зерен заполнителя. В заполнителе могут встречаться отдельные более мелкие или более крупные зерна, чем указанные, однако их должно быть не более 5%.

В стандартах и технических условиях всегда указывается  не один рекомендуемый зерновой состав, а допускаются определенные колебания в соотношениях отдельных фракций, при которых еще не наблюдается значительного ухудшения свойств смеси заполнителя. Например, для песка зерновой состав должен находиться в следующих пределах:

Размер  отверстий сит, мм 5   2,5   1,25   0,63   0,315   0,14   менее 0,14

Полные  остатки на ситах,

% по массе    0   0-20 15-45 35-70 70-90 90-100  0-10

Для условного  выражения зернового состава  песка пользуются модулем крупности  Мк, обозначающим сумму полных остатков (в %) на ситах стандартного набора, деленную на 100. Модуль крупности песков может колебаться от 2,1 до 3,25. В зависимости от модуля крупности пески различают на крупные (Мк=2,5-3,5), средние (Мк=2-2,5) и мелкие (Мк=2-1,5). Следовательно, данный речной песок можно охарактеризовать, как мелкий, т.к. модуль крупности составляет 1,7. Модуль крупности позволяет оценивать влияние песка на свойства бетона лишь приблизительно, так как пески с различным зерновым составом могут иметь одинаковый модуль крупности [3].

Использование в бетонах местных мелкозернистых песков с повышенной удельной поверхностью и пустотностью требует повышенного расхода цемента.

Наличие в песках органических примесей, слюды, гипса снижает качество цементобетона. В связи с этим содержание слюды не должно быть более 0,5%, гипса – не более 1%, пылевато-глинистых частиц – не более 3% и органических примесей по колориметрической пробе – не темнее цвета эталона.

Крупный заполнитель

 В  качестве крупного заполнителя  тяжелых бетонов применяют гравий  или щебень. В данной курсовой  работе применяю гравий. Это природная смесь в разной степени окатанных обломков горных пород с примесями песка, глины, а в ряде случаев – органических соединений. Крупный заполнитель должен соответствовать требованиям ГОСТ 8867-77. Размер фракций гравия от 5 до10, от10 до 20, от20 до 40, от40 до70 мм.

Качество  гравия определяется петрографическим составом, крупно-стью, гранулометрическим составом, формой и степенью окатанности его зерен, количеством примесей, а также физико-механическими свойствами.

Требования  к гравию по крупности и гранулометрическому  составу, водопоглащению и морозостойкости те же, что и щебню. Лучшими разно-видностями гравия являются те, которые состоят из зерен угловатой формы со слабоокатанной (шероховатой) поверхностью. Гравий, состоящий из плоских окатанных зерен, следует дробить на щебень.

Заполнители следует складировать и дозировать отдельно от каждой фракции. Зерновой состав крупных заполнителей регламентируется ГОСТ 10268-70 табл.1.1.

Таблица 1.1

Продолжение таблицы 1.1

Т.к. мне  дан гравий с наибольшей крупностью 40 мм, то можно сделать вывод, что  содержание фракций в данном заполнителе  от 5-10 и 10-20 соответственно 15-25 и 20-35%

Вредных примесей в заданном гравии нет.

Портландцемент

Портландцементом, называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем совместного тонкого измельчения клинкера и гипса, твердеющих в воде и на воздухе.

Для приготовления  тяжелых бетонов применяют портландцемент, пластифицированный портландцемент, портландцемент с гидравлическими добавками, шлакопортландцемент, быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) и др. Цемент выбирают с учетом требований, предъявляемых к бетону (прочности, морозостойкости, химической стойкости, водонепроницаемости и др.), а также технологии изготовления изделий, их назначения и условий эксплуатации.

Наиболее  широкое применение в производстве бетона получили портландцемент, который считается гидравлическим вяжущим, твердеющий в воде лучше всего или на воздухе. Прочность цемента при сжатии колеблется от 30 до 60 МПа. Цементы с прочностью от 30 до 40МПа относят к марке 300, с прочностью 40-50МПа –М400. В строительстве применяют цементы М 300, 400, 500, 550, 600.

Цементная промышленность выпускает в основном цементы М400…550, а по особому заказу М600. Прочность цемента высоких  марок нарастает быстрее, чем  цемента низких марок. Клинкер получают путем равномерного обжига до спекания тщательно дозированной сырьевой смеси содержащей около 75…78 СаСО₃ и 22…25% (СаСО₂+Аl2О₃+Fe2О₃). Для получения цемента высокого качества необходимо, чтобы его химический состав, а, следовательно, и состав сырьевой смеси были устойчивы.

Вода

Для приготовления  бетонных смесей и поливки уложенного бетона применяют питьевую или любую природную воду, не содержащую вредных примесей, препятствующих нормальному схватыванию и твердению бетона. К вредным примесям относятся сульфаты, минеральные и органические кислоты, жиры, сахар и др. Вода считается пригодной для затворения бетонной смеси, если общее содержание в ней солей не превышает 5000 мг/л, содержание сульфатов (сернокислого кальция, натрия или магния) менее 2700 мг/л и водородный показатель рН более 4.

Морскую воду, если она удовлетворяет указанным  выше требованиям, разрешается применять  для затворения и поливки бетона. Промышленные, сточные и болотные воды, содержащие вредные примеси, для затворения и поливки бетона не пригодны.

Пригодность воды для бетона устанавливается  химическим анализом, а также сравнительными испытаниями бетонных образцов на прочность. Вода считается пригодной для  затворения бетона, если приготовленные на ней образцы бетона в возрасте 28 сут. нормального твердения имеют не меньшую прочность, чем образцы бетона на чистой питьевой воде.

2. Расчет расхода материалов на 1 м³ бетона

Расход  воды (водопотребность) ориентировочно определяют исходя из заданной удобоукладываемости бетонной смеси по таблицам, составленным с учетом вида и крупности зерен заполнителя (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Ориентировочный расход воды на 1 м³ бетонной смеси

Примечание. Смеси на цементе водопотребностью 26-28% и песка М_кр=2. При изменении водопотребности цементного теста на каждый 1% в меньшую сторону, расход воды следует уменьшать на 3-5 л/м³, в большую увеличивать на тоже значение. В случае уменьшения модуля крупности песка на каждые 0.5 его значения необходимо увеличивать расход воды на 3-5 л/м^3, в случае увеличения модуля уменьшать.

Таблица 2.2

Значения  коэффициентов А и А₁

Определяем  по таблице 2.1, учитывая заданную подвижность бетонной смеси П=0-2 см. Для получения бетонной смеси такой подвижностью с применением в качестве крупного заполнителя гравия с наибольшей крупностью зерен 40, водопотребность равна 160 л/м³.

Расход  цемента (кг на 1 м³ бетона) вычисляют по уже известной величине В/Ц, определенной по водопотребности бетонной смеси:

Ц=В/(В/Ц)

Для этого  вычисляем водоцементное соотношение  по формуле:

R_б=АR_ц(Ц/В-0,5),

Которая после преобразования имеет вид:

В/Ц=АR_ц/(R_б+0,5АR_ц)

В/Ц=

Ц=160/0,55=290кг

Расход  гравия в сухом состоянии на 1 м³ бетона находим по формуле:

Для этого  рассчитаем объем пустот по формуле:

Значение  коэффициента раздвижки зерен α выбираем из данной таблицы 2.3:

Таблица2.3

Значения коэффициента α раздвижки  зерен заполнителя  
для подвижных бетонных смесей

Расход  песка в сухом состоянии на 1 м³ бетона определяем по формуле:

П=кг

3. Определение расчетной плотности бетонной смеси в уплотненном состоянии

В результате получаем следующий ориентировочный  номинальный (лабораторный) состав бетона, кг/м³:

Цемент  290;

Вода   160;

Песок  446;

Гравий  1408;

Итого  2304^.

Полученное  в итоге значение является расчетной  плотностью бетонной смеси, т.е. ^.

4. Расчет номинального состава бетона (по массе и объему)

Высчитываем номинальный состав бетона по объему, используя формулу нахождения плотности:

Цемент  290/1300 = 0,223;

Песок  446/1520 = 0,293;

Гравий  1408/1600 = 0,88;

5. Расчет производственного состава бетона

Производственный (полевой) состав бетона вычисляем, принимая во внимание  влажность заполнителей (в данном случае влажность песка 6.5% и гравия 4%).

Увеличиваем количество заполнителей:

Песок:     446 кг– 100%

Х – 6,5%

Исходя  из пропорции, х = 29 кг.

П’ = П + В_п = 446 + 29 = 475 кг.

Гравий:    1408 кг– 100%

х – 4%

Следовательно, х = 56 кг.

Г’ = Г + В_г = 1408 + 56 = 1464 кг.

Уменьшаем необходимое количество воды:

В’ = В – В_г – В_п = 160 – 56 – 29 = 75 л.

Для получения  производственного состава в  соотношениях по массе расход каждого  компонента бетонной смеси делим  на расход цемента::

 = 1:1,6:5 при В/Ц=0,55

6. Расчет коэффициента выхода бетона и дозировки (в рабочем состоянии) на замес бетоносмесителя

Определяем  дозировку составляющих бетонной смеси (кг) на один замес бетоносмесителя с полезным объемом барабана 0,7 м³ (700 л):

V_з = V_б.с. × β

Ц = 0,7 × 0.72 × 290 = 146 кг.

В = 0,7 × 0.72 × 75 = 38 л.

П = 0,7 × 0.72 × 475 = 239 кг.

Г = 0,7 × 0.72 × 1464 = 738 кг.

Заключение

В лаборатории  из приготовленных пробных замесов  объемом по 50 л изготавливаются контрольные образцы-кубы размером 150×150×150 мм, которые в последствии испытываются через 7 и 28 суток хранения в нормальных условиях на гидравлическом прессе. По результатам испытаний уточняется водоцементное отношение, обеспечивающее получение бетона заданной марки.

По результатам  строят график R_б=, по которому выбирают водоцементное соотношение, обеспечивающее получение бетона заданной марки.

Список используемых источников

1. Бердичевский, Г.И. Справочник по производству сборных железобетонных изделий [Текст] / Г.И. Бердичевский. – М. : Стройиздат, 1982. – 440 с.

2. Баженов, Ю.М. Технология бетонных и железобетонных изделий [Текст] / Ю.М. Баженов. - М. : Стройиздат, 1984 – 672 с.

3. Баженов, Ю.М. Технология бетона [Текст] : Учеб. пособие для технол. спец. строит. вузов. 2-ев изд., перераб. / Ю.М. Баженов. – М. : Высш. шк., 1987. – 415 с.

4. Тучков, В.Н. Электронный учебник [Текст] / В.Н. Тучков. – М. : Братск 2000

5. Попов, Л.Н. Строительные материалы, изделия и конструкции [Текст] / Л.Н. Попов. – М. : Москва 2010. – 448 с.