Подбор состава тяжелого бетона. 2

    

    

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

КР-2069829-27010662-13-12

                                            Пояснительная записка

 

 

 

 

Выполнил:

студент гр. ПГС-11                                           И.Л.Попова

 

 

Руководитель:                              В.В.Русина

 

 

 

 

 

Братск 2012 

Содержание

 

Введение 4

1 Требования к материалам для приготовления бетона 6

1.1 Требования к цементу 6

1.2 Требования к мелкому заполнителю 7

1.3 Требования к крупному заполнителю 8

1.4 Требования к воде 9

2 Расчет расхода материалов на 1 м3 бетона 10

3 Определение расчетной плотности бетонной смеси в уплотненном состоянии 15

4 Расчет производственного состава бетона 15

5 Расчет коэффициента выхода бетона и дозировки материалов на замес бетоносмесителя 17

Заключение 20

Список использованных источников 21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Бетон —  искусственный каменный материал, получаемый в результате рационально подобранной и тщательно перемешанной с последующим затвердеванием смеси вяжущего вещества, заполнителей и воды, взятых в определенных соотношениях. До затвердевания эту смесь называют бетонной [1].

Активные  составляющие бетона — цемент и  вода. При взаимодействии они переходят  в камневидное состояние Крупный  и мелкий заполнители, равномерно распределенные в бетоне, образуют его жесткий  скелет. Бетон способен выдерживать большие сжимающие нагрузки (сопротивляться сжатию), но плохо сопротивляется растягивающим усилиям (прочность его на растяжение в 10... 15 раз меньше чем на сжатие). В строительном производстве широко применяют предварительно напряженные железобетонные конструкции [8].

Бетонной  смесью называют рационально подобранную  и тщательно перемешанную смесь, состоящую из вяжущего вещества, воды, мелкого и крупного заполнителей и добавок до начала ее формования и затвердения. Свойства бетонной смеси в значительной степени зависят от качества и соотношения всех её компонентов [2].

          В настоящее время в технологической практике проектирование составов бетона осуществляется на базе достаточно большого количества методов, основанных на различных теоретических и технологических предпосылках. Все эти методы могут успешно применяться на практике, если они решают поставленные задачи. Наиболее общий подход к проектированию составов бетона основан на количественном учете взаимосвязей типа свойство -структура-состав бетона путем анализа и совместного решения уравнений, связывающих показатели свойств бетона с параметрами его структуры [11]. 

          В строительно-технологической практике наибольшее распространение получили методы проектирования составов бетона с требуемой прочностью при сжатии. Это обусловлено, во-первых, тем, что при конструктивных расчетах прочность бетона является основным его параметром, и, во-вторых, предположением, что с прочностью однозначно связаны и другие необходимые свойства бетона. Проектирование составов бетона может рассматриваться как изолированная система (первый тип задач) и как подсистема более общих технологических систем, например проектирования бетонных и железобетонных конструкций и технологии их производства (второй тип задач). В первом случае задача заключается лишь в оптимальном рецептурном обеспечении заданных параметров, а во втором - решается дополнительно и задача оптимизации самих задаваемых параметров (удобоукладываемости смеси, прочности бетона и др.). 

При решении  таких задач для тяжелых бетонов  последовательно определяют значения цементно-водного отношения, расход воды с учетом требуемой подвижности или жесткости бетонной смеси и расход заполнителей, используя допущение о том, что бетонная смесь складывается из абсолютных объемов всех ее составляющих. Разработка достаточно общего и доступного расчетно-экспериментального метода проектирования составов бетонных смесей с заданной удобоукладываемостью и прочностью бетона стала возможной благодаря использованию ряда допущений, сделанных на основе физических закономерностей, обусловленных влиянием структуры бетона на его свойства [11].  
          Проектирование состава бетона позволяет надежно и наиболее экономично обеспечить требуемые компоненты состава бетона. 
          При расчете состава бетона необходимо знать характеристики всех составляющих материалов. В частности необходимо иметь данные:  
          1.заданный класс (марку) бетона 
          2.удобоукладываемость бетонной смеси 
          3.вид цемента 
          4.активность цемента 
          5.насыпную и истинную плотности заполнителей 
          6.наибольшую крупность и пустотность крупного заполнителя 
          Цель данной курсовой работы – закрепить теоретические знания о тяжелых бетонах, изучить нормативные требования и освоить методику подбора состава тяжелого бетона методом абсолютных объемов [13].

В данной курсовой работе необходимо произвести следующие  расчеты: расчет расхода материалов на 1 м3 бетона, расчетную плотность бетонной смеси в уплотненном состоянии, расчет производственного состава бетона и расчет коэффициента выхода бетона и дозировки материалов на замес бетоносмесителя.

 

  1.  Требования к материалам для приготовления бетона

  1. Требования к цементу

 

Важнейшим составляющим бетона является вяжущее  вещество - цемент. Рецептуру, определяющую содержание различных компонентов, и рекомендации по приготовлению бетонной смеси можно найти в любой справочной литературе о бетоне. Без учета этих рекомендаций невозможно приготовить доброкачественный бетон [1].

Допускают ошибку, когда в бетон замешивают больше цемента, чем необходимо. Это не дает значительного прироста прочности, более того, наблюдается определенное снижение прочности. Следовательно, бетон обладает наибольшей прочностью, когда в нем имеется такое количество цементного теста, какое необходимо для заполнения пространства между заполнителем. Если заполнитель как бы "плавает" в цементном тесте, нарушается структура каркаса, который обеспечивает бетону несущую способность. В результате в бетоне происходит чрезмерная усадка, появляется обилие трещин [18].

Также вредно при приготовлении бетонной смеси  уменьшение по сравнению с требуемым  количества цемента. Это может произойти  из-за желания сэкономить вяжущее, а  также вследствие использования  песчанистого гравия неоптимального гранулометрического  состава. В бетоне, приготовленном с  малым количеством цемента, частицы заполнителя не обволакиваются вяжущим и "склеиваются" друг с другом только отдельными точками. Бетон не только обладает в этом случае пониженной прочностью, но из-за незаполненности пространства между заполнителем становится водопроницаемым, не защищает арматуру от коррозии, что может привести к разрушению железобетонной конструкции.

Большая оплошность - использование "мертвого", "залежалого" цемента. Применение такого комковатого вяжущего обернется источником многих неприятностей. Оставшийся от других строек цемент, покупаемый по сниженным ценам, может стать причиной таких дефектов в конструкциях, устранение которых потребует таких расходов, которые многократно превзойдут сэкономленные средства [10].

Цемент может потерять свои свойства не только вследствие "старения", но и в результате неправильного хранения. Его следует хранить только в сухом, защищенном от ветра и хорошо изолированном от влажного воздуха помещении. В складском помещении мешки с цементом укладывают на деревянный настил, который отстоит от пола не менее чем на 30 см. Даже в сухую погоду цемент не рекомендуется хранить более трех месяцев, но если этого избежать нельзя, то мешки плотно накрывают брезентом, исключая тем самым доступ влажного воздуха [10].

Если  вода-среда характеризуется сульфатной агрессивностью, то следует применять сульфатостойкий портландцемент, пуццолановый портландцемент или сульфатостойкий шлакопортландцемент.

В зоне переменного  уровня воды нельзя применять пуццолановый и шлаковый портландцементы из-за их низкой морозостойкости.

Для бетона массивных сооружений, подлежащих расчету  на термическую трещиностойкость, необходимо применять цементы с пониженным тепловыделением — пуццолановые и шлаковые портландцементы. 

Высокоактивные  цементы нецелесообразно применять  для бетона, к которому не предъявляется  высоких требований по прочности. Если для бетона низкой прочности использовать высокоактивный цемент, то расход цемента на 1 м3 бетонной смеси окажется по расчету недопустимо низким и это вызовет ухудшение технологических свойств бетонной смеси и некоторых технических свойств бетона (повышенное водоотделение и пониженная связность бетонной смеси, снижение объемной массы и водонепроницаемости бетона). Активность цемента не должна превышать класс бетона по прочности более чем в 3 раза, если проектный возраст бетона 28 дней, или в 2 раза, если проектный возраст 180 дней [17].

  1. Требования к мелкому заполнителю

 

Выбор заполнителей проводится на основании результатов испытаний  отобранных проб, а также после технико-экономических сравнений различных вариантов заполнителей.

Пески следует применять  природные (кварцевые и полевошпатовые) или получаемые искусственно дроблением из твердых и плотных каменных пород.

Модули крупности применяемых  песков должны быть не менее 2,0 и не более 3,0. Применение мелких песков не допускается.

Содержание в песке  пылевидных, илистых и глинистых  частиц допускается не более 1% по массе. Наличие в песке глины в  виде отдельных комьев или пленки, обволакивающей зерна песка, не допускается. Песок должен быть отсеян от зерен крупнее 5 мм и тщательно отмыт от зерен мельче 0,05 мм.

Содержание слюды в  песке допускается не более 1% по массе. Содержание в песке сернокислых  и сернистых соединений в пересчете  на SO3 (% по массе) должно быть не более 1%.

Песок не должен содержать  частиц угля и органических примесей.

Пустотность песка должна быть не более 40-45% [14].

 

  1. Требования к крупному заполнителю

 

Содержание  в крупном заполнителе глины, ила и пылевидных фракций, определяемых отмучиванием, допускается не более 0,5% по массе. Не допускается наличие глины в виде отдельных комьев или обволакивающей зерна пленки.

Содержание  сернистых и сернокислых соединений в пересчете на SO3 (% по массе), в  щебне (гравии) должно быть не более 0,5%.

Щебень (гравий) не должен содержать  частиц угля и органических примесей.

Содержание игловатых  и лещадных зерен по массе должно быть не более 15%. 

Удельный вес зерен  щебня (гравия) должен быть не менее 2,5 г/см3.

Щебень, предназначенный для морозостойкого износостойкого бетона, испытываемый непосредственным замораживанием, должен иметь марку по морозостойкости не ниже принятой в проекте марки бетона по морозостойкости.

 Наибольшую  крупность щебня (гравия) следует  устанавливать в соответствии  с рекомендациями табл. 2.2. настоящего  Пособия.

Для обеспечения  постоянства зернового состава  с целью достижения однородности структуры бетона крупный заполнитель рекомендуется фракционировать следующим образом:

при Дмакс = 40 мм на фракции: 5 - 10; 10 - 20; 20 - 40 мм;

при Дмакс = 80 мм на фракции: 5 - 20; 20 - 40; 40 - 80 мм.

При дроблении  горных пород для получения щебня  рекомендуется применять дробильные установки, позволяющие получать форму  зерен щебня, приближающуюся к кубической.

Площадки  под штабелями заготовляемого щебня (гравия) и складские площадки заполнителей на бетонных заводах должны иметь бетонное покрытие с целью минимального их загрязнения.

Склады  отдельных фракций щебня (гравия) и песка в местах заготовки  и на бетонных заводах должны ограждаться  бетонными стенками достаточной  высоты для предотвращения смешивания песка и отдельных фракций  крупного заполнителя.

Соотношение фракций заполнителей в смеси  следует устанавливать опытным  путем при подборе состава  бетона. Смесь заполнителей должна иметь градацию, обеспечивающую приготовление  плотного бетона, обладающего требуемой  износостойкостью при минимальной водопотребности и расходе цемента [15].

 

 

    • Требования к воде

Третьей составляющей бетона является вода. Химические процессы схватывания и твердения требуют присутствия воды. Поверхность бетона во время схватывания и твердения необходимо постоянно держать во влажном состоянии. Если этого не делать, бетон "перегорает" и достигает только части расчетной прочности. Для затворения бетона нужна чистая вода.

Вода  для затворения бетонной смеси, приготовления  растворов химических добавок и  ухода за бетоном должна соответствовать  требованиям ГОСТ 23732-79.

Питьевая  водопроводная вода пригодна без  дополнительного исследования. Там, где нет водопровода, воду необходимо исследовать в лаборатории, чтобы  определить, не содержит ли она вредных для бетона веществ. Иногда вода, пригодная для питья, может оказаться непригодной для затворения (например, термальная, лечебная, питьевая минеральная) из-за содержания в ней различных примесей солей.

Вода  неизвестного состава может оказаться  источником серьезной опасности. Растворенные в воде сульфаты разъедают и разрушают бетон, следовательно, сернокислая вода особенно опасна для приготовления бетона [12].

2  Расчет расхода материалов на 1 м3 бетона

 

           Для определения состава обычного (тяжелого) бетона существует ряд расчетно-экспериментальных методов. Наибольшее распространение получил метод абсолютных объемов, предложенный проф. Б.Г. Скрамтаевым. В основе его лежит гипотеза, предусматривающая равенство плотности уплотненной бетонной смеси и абсолютной плотности (содержащийся в уплотненной бетонной смеси небольшой объем воздушных пор условно во внимание не принимается).

Определяем  водоцементное отношение заданной прочности бетона исходя из формулы Боломея-Скрамтаева, так как :

 

= А ( – 0,5),                                               (2.1)

 

где прочность бетона в возрасте 28 суток нормального твердения или его марка, МПа;

активность цемента  или его марка, МПа;

 А – коэффициент , учитывающий качество заполнителя , для высококачественных заполнителей (диабазовый щебень) А = 0,65;

 Ц – расход цемента, кг/;

 В – расход воды, кг

      Из формулы (2.1) находим водоцементное отношение:

 

=

 

= = = 0,53.

 

Для обеспечения  подвижности бетонной ОК = 4…6 см, при наибольшей крупности щебня Д = 40 мм. Расход воды определяем по справочной таблице 2.1, 

 В = 175. Так как для приготовления бетона используется песок средней крупности, то требуется корректировка расхода воды: В = 180 л/ В дальнейших расчетах принимаем В =180 л/.

Таблица 2.1

Расход воды, л, на 1 м3 бетонной смеси

Удобоукладываемость бетонной смеси

При наибольшем размере  зерен заполнителей, мм

Гравий

Щебень

Осадка конуса, см

Жесткость, с

10

20

40

10

20

40

0

150...200

1405

130

120

155

145

130

0

90...120

150

135

125

160

150

135

6

60...80

160

145

130

170

160

145

0

30...50

165

150

135

175

165

150

0

20…30

175

160

140

185

175

155

1

15...20

180

165

145

195

180

160

2…2,5

–

185

170

150

200

185

165

3...4

–

190

175

155

205

190

170

5

–

195

180

160

210

195

175

7

–

200

185

170

215

200

180

8

–

210

195

175

220

205

185

10…12

–

220

205

185

230

215

195


 

Определяем  расход цемента по формуле:

 

                                   Ц =                                                                      (2.2)

 

где В – расход воды, кг;

В/Ц –  водоцементное отношение

 

Ц = = 340 кг.

Расчетное значение больше минимального расхода цемента (Цmin=200 кг) [1], поэтому корректировка не требуется.

Определяем  расход крупного заполнителя (щебня) на 1 бетонной смеси по формуле:

                                 Щ = ,                                                                    (2.3)

 

где – пустотность или объем межзерновых пустот, %;

 – коэффициент  раздвижки  зерен крупного заполнителя;

 – насыпная  плотность  щебня в сухом состоянии, 

 – плотность  щебня  в куске, г/

Определяем  пустотность щебня по формуле:

 

= ( 1 - ) 100%,                                               (2.4)

 

= ( 1 - ) 100 % = 38%.

Определяем коэффициент раздвижки зерен по таблице 2.2. При Ц = 340 кг= 1,408 (определяем интерполяцией). Так как песок средней крупности, то корректировка не требуется.

Таблица 2.2

 

Значения  коэффициента α раздвижки зерен  заполнителя  
для подвижных бетонных смесей

Расход цемента на 1 м3  
бетонной смеси

Значения α

Бетон на гравии

Бетон на щебне

250

1,34

1,3

300

1,42

1,36

350

1,48

1,42

400

1,52

1,47


 

 

Щ = = = 1451 кг/.

 

Определяем  расход мелкого заполнителя (песка) бетонной смеси по формуле:

 

                П = [ 1000 – ( + ) ]                                      (2.5)

 

где Ц – расход цемента, кг;

В – расход воды, кг;

истинная плотность  цемента, кг/

истинная плотность  воды, кг/

 – плотность  щебня  в куске, г/

 – истинная плотность  песка, г/

 

П = [ 1000 – ( + + ) ] 2,49 = 440 кг/

 

Удельный расход материалов на 1 бетона:

          Ц = 340 кг

          П = 440 кг

          Щ = 1451 кг

          В = 180 к

Выражение состава бетона в относительных  единицах по массе:

 

                                 Ц : П : Щ : В = 1:                                           (2.6)

 

где Ц – расход цемента, кг;

П – расход песка, кг;

В – расход воды, кг;

Щ – расход щебня, кг.

Ц:П:Щ:В = 1: : : = 1: 1,29: 4,27 при =0,53,

 

при кгс/.

 

 

Выражение состава бетона в относительных  единицах по объему:

 

: : : = : : : ,                                              (2.7)

 

где ,  объем цемента, песка, щебня и воды бетонной смеси,

Определяем  объем цемента по формуле:

 

,                                                             (2.8)

 

где Ц – расход цемента, кг;

насыпная плотность  цемента в сухом состоянии, 1300 кг/.

 

= = 0,262 = 262 л

Определяем  расход песка по формуле:

 

= ,                                                     (2.9)

 

где П – расход песка, кг;

 насыпная плотность  песка в сухом состоянии, кг/

 

= = 0,297 = 297 л.

Определяем  объем щебня по формуле:

 

= ,                                                             (2.10)

 

где Щ – расход щебня, кг;

насыпная плотность  щебня в сухом состоянии, кг/.

 

      = 0,859 = 859 л.

 

Определяем  расход воды по формуле:

 

= ,                                                             (2.11)

где В – расход воды, л/

истинная плотность  воды, л.

 

   = 0,18 = 180 л.

 

: : : = 1 : : : = 1 : 1,13 : 3,28 : 0,69,

 

при = 550 кгс/ и В/Ц = 0,53 по массе

 

 

 

3 Определение расчетной плотности бетонной смеси в уплотненном состоянии

 

Определяем  расчетную плотность бетонной смеси  по формуле:

 

= Ц + В + Щ  + П,                                                      (3.1)

 

где Ц, В, Щ, В – расход цемента, воды, щебня, песка, кг/

 

= 340 + 180 + 1451+ 440 = 2411 кг/

 

 

4 Расчет производственного состава бетона

 

 

Определяем расход воды в песке  по формуле:

 

 

= ,                                                          (4.1)

 

где – расход песка, кг;

влажность песка, в долях  единицы.

0,05 = 22 кг.

Определяем  расход воды в щебне по формуле:

 

 

= ,                                                             (4.2)

 

где – расход щебня, кг/

влажность щебня, в долях  единицы.

 

 кг.

Расход воды заполнителей увеличивают соответственно на массу содержащихся в них в них воды и определяют по формуле:

 

= + ,                                                        (4.3)

 

где – расход щебня, кг/

расход воды в щебне, кг.

 1451 + 65,3 = 1516,3 кг.

 

= + ,                                                                (4.4)

 

где расход песка, кг/

расход воды в песке, кг.

= 440 + 22 = 462 кг.

 

Расход воды уменьшают на количество воды содержащихся в песке и в щебне и определяют по формуле:

 

= - - ,                                                            (4.5)

 

где – расход воды, кг;

расход воды в песке, кг;

расход воды в щебне, кг.

= 180 – 22 – 65,3 = 92,7 кг.

Расход цемента не изменяется.

Производственный состав на 1 бетона, при влажности песка – 5%, щебня – 4,5%:

       = 340 кг

= 462 кг

= 1516,3 кг

= 92,7 кг

 

5  Расчет коэффициента выхода бетона и дозировки материалов на замес бетоносмесителя

 

Определяем  коэффициент выхода бетона на замес  бетоносмесителя по формуле:

 

                           = ,                                                  (5.1)

 

где расход цемента, кг;

, расход песка и щебня во влажном состоянии, кг/;

насыпная плотность цемента в сухом состоянии, кг/;

       – насыпная плотность песка и гравия во влажном состоянии, кг/м3.

 

     = = 0.73.

 

Определяем  дозировку цемента на замес бетоносмесителя  по формуле:

 

= ,                                                        (5.2)

 

где коэффициент выхода бетона;

объем бетоносмесителя, л;

расход цемента, кг.

 

= 340 = 198,56кг.

 

Определяем дозировку воды на замес  бетоносмесителя по формуле:

 

= ,                                                          (5.3)

 

где коэффициент выхода бетона;

объем бетоносмесителя, л;

расход воды с учетом влажности заполнителя, кг.

= =  54,14 кг.

 

Определяем дозировку песка  на замес бетоносмесителя по формуле:

 

= ,                                                             (5.4)

 

где  коэффициент выхода бетона;

       V – объем бетоносмесителя,  л;

       – расход песка во влажном состоянии, кг.

 

= =  269,81 кг.

Определяем дозировку щебня  на замес бетоносмесителя по формуле:

 

= ,                                                         (5.5)

 

где  коэффициент выхода бетона;

       V – объем бетоносмесителя,  л;

       – расход щебня во влажном состоянии, кг.

 

= = 885,52 кг.

Дозировка материалов на замес бетоносмесителя объемом 800 л:

= 198,56 кг

=  54,14 кг

=  269,81 кг

=  885,52 кг 

Заключение

 

В данной курсовой работе были произведены расчеты: расчет расхода материалов на 1 м3 бетона, расчетную плотность бетонной смеси в уплотненном состоянии, расчет производственного состава бетона и расчет коэффициента выхода бетона и дозировки материалов на замес бетоносмесителя.

Закрепила теоретические знания о тяжелых  бетонах, изучила нормативные требования и  определила методику подбора состава  тяжелого бетона методом абсолютных объемов.

Цель  работы достигнута.

 

Список использованных источников

 

1 Баженов Ю.М. Технология бетона [Текст]/ Ю.М. Баженов - М.: АСВ, 2003. - 500 с.

2 Горчаков Г.И. Строительные материалы [Текст]: учебник для студентов вузов/ Г.И. Горчаков – М.: Высшая школа, 1986. – 412 с.

3 ГОСТ 10178-85 Щлакопортландцемент.

4 ГОСТ 27006-86  Состав бетона.

5 ГОСТ 7473-94 Бетонная смесь.

6 ГОСТ 8267-93* Щебень.

7 ГОСТ 8736-93* Песок.

8 Попов Л.Н. Строительные материалы, изделия и конструкции [Текст]: учебное пособие/ Л.Н. Попов – М.: ОАО "ЦПП" , 2010. - 467 с.

9 А.С.  Болдырев, П.П. Золотов Строительные материалы [Текст]:  справочник/ А.С. Болдырев, П.П. Золотов

10 Дуда  В. Цемент [Текст] – Пер. с нем./ Дуда В. – М.: Стройиздат, 1981. – 462с

11 Ю.М.  Баженов Способы определения состава бетона различных видов [Текст]/ Ю.М. Баженов – М.: Стройиздат, 1975; 

         12 ГОСТ 23732-79.  Вода для бетонов и растворов.  
         13 Б.В. Стефанов Технология бетонных и железобетонных изделий [Текст]/ Б.В. Стефанов – Киев: Вища школа, 1972;

          14 ГОСТ 8736 – 77 Песок для строительных работ. Издательство стандартов, 1983г. 
          15 ГОСТ 8267 – 97 Щебень и гравий из плотных горных пород. Издательство стандартов, 1993г.

16 Строительные машины [Текст]: справочник – Том 2 – М.: Машиностроение, 1977.

         17 Кравченко И.В., Кузнецова Т.В., Власова М.Т., Юдович Б.Э. Химия и

технология  специальных цементов [Текст]/ Кравченко И.В., Кузнецова Т.В., Власова М.Т., Юдович Б.Э. – М.: Стройиздат, 1979. – 208с.

          18 Краткий справочник технолога цементного завода[Текст] – М.: Стройиздат, 1974.

 


Подбор состава тяжелого бетона. 2