Министерство  образования и науки Республики Казахстан

Евразийский Национальный Университет им.Л.Н.Гумилева 

Кафедра «Стандартизация, метрология и сертификация» 
 
 

     По  дисциплине «Сырье и материалы в  строительстве»

         Тема: «Проектирование состава легкого бетона марки М35» 
 
 
 
 
 

                                           Выполнила :Утинова Л.

                   гр.Сис-32            

                                             Проверил: Толеубай З.Т.      
 
 
 
 
 
 
 

Астана 2009 

1. Общие принципы проектирования

Бето́н (от фр. béton) — строительный материал, искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания рационально подобранной и уплотненной смеси вяжущего вещества (цемент или др.), заполнителей, воды. В ряде случаев может содержать специальные добавки.

Вяжущее вещество и вода - активные составляющие бетона, которые в смеси обволакивают тонким слоем зерна заполнителя. Со временем вяжущее вещество затвердевает и связывает их, превращая бетонную смесь в прочный монолитный камень - бетон.

Заполнители (песок, щебень или гравий) занимают до 80 - 85 % объема бетона и образуют его  жесткий скелет препятствующий усадке. Применяя заполнители с различными свойствами, можно получать бетоны с разнообразными физико-механическими показателями, например, легкие, жароупорные и пр.

Бетон - это главный строительный материал, столетиями применяемый в строительстве.

Бетон широко применяется  для строительства как гражданского жилья, так и самых различных зданий. В случае возведении строения из бетона, его виды и марки определяются на стадии создания проекта. Для различных элементов строительной конструкции применяются разные виды и марки бетонов. Необходимо определить, для какого конкретно элемента конструкции (фундамент, несущие стены, внутренние перегородки, полы) выбирается марка бетона.

Основной характеристикой  бетона является прочность при сжатии, которая определяет марку бетона.

Классификация бетона:

По  плотности бетоны подразделяют на:

1.      особо тяжелые - более 2500 кг/мЗ;4

2.      тяжелые - 1800 - 2500 кг/мЗ;

3.      легкие -500 - 1800 кг/мЗ;I

4.      особо легкие (теплоизоляционные) - менее 500 кг/мЗ.  

По  виду применяемого вяжущего вещества бетоны разделяют  на:

1.      цементные (приготовляемые на клинкерных цементах - портландцементе, шлакопортландцементе, пуццолановом портландцементе и др.);

2.      силикатные автоклавного твердения (на известково-песчаном, известково-шлаковом и других вяжущих);

3.      гипсовые (на гипсовых и гипсоцементно-пуццолановых вяжущих);

4.      асфальтобетоны(на битумном вяжущем);

5.      полимерцементные бетоны и полимербетоны (на синтетических смолах).  

В зависимости от структуры бетоны разделяют на:

1.      бетоны плотной структуры, у которых все пространство между зернами заполнителя занимают затвердевшее вяжущее и поры вовлеченного в него воздуха;

2.      бетоны поризованной структуры, пространство между зернами заполнителя которых заполнено затвердевшим вяжущим и поризованным пено- или газообразователем;

3.      ячеистые бетоны, состоящие из затвердевшего вяжущего и кремнеземистого компонента и пор равномерно распределенных и образованных газо- или пенообразователями;

4.      бетоны крупнопористой структуры, у которых пространство между зернами крупного заполнителя не полностью заполнено мелкими заполнителями и затвердевшими вяжущими.  

По  назначению бетоны подразделяют на:

1.      конструкционные - для бетонных и железобетонных несущих конструкций зданий и сооружений (фундаментные блоки, колонны, балки, плиты и др.);

2.      гидротехнические - для возведения плотин, шлюзов, облицовки каналов и др.;

3.      бетон для стен зданий и легких перекрытий,

4.      дорожный - для устройства дорожных и аэродромных покрытий;

5.      специальные - химически стойкие, жаростойкие, декоративные, особотяжелые для биологической защиты, бетонополимеры, полимербетоны и др.  

По  прочности на сжатие бетоны подразделяют на классы:

теплоизоляционные — В0,35, В0,5, В0,75, Bl, Bl,5, B2;

конструкционно-теплоизоляционные  — В2,5, В3,5, В5, В7,5, В10;

конструкционные бетоны — В12,5, В15, В20, В25, В30, В35, В40.

Допускается применение бетона промежуточных классов  В22,5 и В27,5.

Примечание  — Для изделий и конструкций, запроектированных без учета  требований обеспеченности 0,95, показатель прочности бетона на сжатие характеризуют  марками:

теплоизоляционные — М5, М10, М15, М25;

конструкционно-теплоизоляционные  — М35, М50, М75, М100, Ml50.

По  средней плотности  в сухом состоянии  бетоны подразделяют на следующие марки:

D200, D300, D400, D500, D600, D700, D800, D900, D1000, D1100, D1200, D1300, D1400, D1500, D1600, D1700, D1800, D1900, D2000.

По  морозостойкости  и водонепроницаемости  бетонов устанавливают следующие марки:

- морозостойкость  - F25, F35, F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500;

- водонепроницаемость  — W2, W4, W6, W8, W10, W12.

По  виду крупного пористого  заполнителя бетоны подразделяют на:

- керамзитобетон (бетон на керамзитовом гравии);

- шунгизитобетон (бетон на шунгизитовом гравии);

- аглопоритобетон  (бетон на аглопоритовом щебне  или гравии);

- шлакопемзобетон  (бетон на шлакопемзовом щебне  или гравии);

- перлитобетон (бетон на вспученном перлитовом  щебне);

- бетон на  щебне из пористых горных пород;

- термолитобетон (бетон на термолитовом щебне  или гравии);

- вермикулитобетон (бетон на вспученном вермикулите);

- шлакобетон (бетон  на золошлаковых смесях тепловых  электростанций — ТЭС или на  топливном шлаке, гранулированном  доменном или электротермофосфорном шлаке).

По  структуре бетоны подразделяют на:

- плотные;

- поризованные;

- крупнопористые.

По  условиям твердения  бетоны подразделяют на:

• автоклавные (синтезного твердения) – твердеющие в среде насыщенного пара при давлении выше атмосферного;
• неавтоклавные (гидратационного твердения) — твердеющие в естественных условиях, при электропрогреве или в среде насыщенного пара при атмосферном давлении.

По  способу порообразования  бетоны подразделяют:

• на газобетоны;
• на пенобетоны;
• на газопенобетоны.

По  виду вяжущих и  кремнеземистых компонентов  бетоны подразделяют:

по виду основного вяжущего:

• на известковых вяжущих, состоящих из извести-кипелки более 50% по массе, шлака и гипса или добавки цемента до 15 % по массе;
• на цементных вяжущих, в которых содержание портландцемента 50% и более по массе;
• на смешанных вяжущих, состоящих из портландцемента от 15 до 50% по массе, извести или шлака, или шлако-известковой смеси;
• на шлаковых вяжущих, состоящих из шлака более 50% по массе в сочетании с известью, гипсом или щелочью;
• на зольных вяжущих, в которых содержание высокоосновных зол 50% и более по массе;

по виду кремнеземистого компонента:

• на природных материалах — тонкомолотом кварцевом и других песках;

на вторичных  продуктах промышленности — золе-унос ТЭС, золе гидроудаления, вторичных  продуктах обогащения различных руд, отходах ферросплавов и других.

Состав  бетона

Готовая бетонная смесь, она же товарный бетон - подвижный состав из четырёх основных компонентов, замешиваемых в определенной пропорции: цемент, щебень, песок, вода. Аналогичная смесь, но без использования щебня, называется цементным раствором либо пескобетоном, правда в пескобетоне применяется песок более крупной фракции (модуль крупности). Весовое соотношение компонентов для приготовления бетонной смеси примерно таково: Цемент -1 часть, Щебень 4 части, Песок - 2 части, Вода - 1/2 части. Например: цемент - 330 кг., щебень - 1250 кг., песок - 600 кг., вода - 180 литров. Эти цифры весьма приблизительны и на деле зависят от многих факторов таких как: требуемая марка бетона, марка цемента, характеристики щебня и песка, использования пластификаторов других добавок, и т.д. и т.п. 
Например: при использовании цемента м-400, бетон с таким составом покажет марку м-250; при цементе м-500, марка бетона будет уже м-350 (цифры условны). При производстве бетона на бетонном заводе, учитывается не один десяток параметров и характеристик.

Цемент и вода - главные компоненты бетона. Собственно на них возложена основная функция - связать все компоненты в единую монолитную структуру. Соблюдение правильной пропорции этих двух компонентов (водоцементное отношение) - главнейшая задача в производстве бетона. Речь ведь не только о количестве воды и цемента, введённых в бетон. С этим, как раз, всё просто. Важно учесть все нюансы: влажность щебня и песка, их влагопоглощение и т.д. и т.п. Цемент, взаимодействуя с водой (гидратация цемента), способен схватываться и твердеть, образуя так называемый цементный камень. Цементный камень при затвердевании деформируется. Объемная усадка достигает 2 мм/м. Вроде и не много, но из-за неравномерности этих усадочных процессов, возникают внутренние напряжения, появляются микротрещины. Эти микротрещины практически не видны, но прочность и долговечность цементного камня снижается. Для того, чтобы уменьшить эти деформации, в состав вводят заполнители:

• Крупные заполнители: щебень
• Мелкие заполнители: песок

Роль  этих заполнителей - создать структурный  каркас, который воспринимает усадочные  напряжения, и в результате - готовый  бетон даёт меньшую усадку. Также  увеличивается прочность и модуль упругости бетона (снижение деформаций конструкции под нагрузкой), уменьшает ползучесть (когда бетон необратимо деформируется при длительных нагрузках). Заполнители существенно удешевляют бетон. Ведь цемент стоит значительно дороже чем щебень и песок.

Прочность (марка) щебня должна быть примерно в 2 раза больше, нежели расчётная марка бетона. Делается это из-за того, что проектная (28 суточная) марка бетона - всегда значительно ниже, чем его реальная прочность, которую он наберёт через полгода или год. Прочность же щебня - не растёт со временем. Вот их и нивелируют. В любом случае, всё это делается в виде не нормируемого проектными требованиями запаса прочности.

Кратко  об основных видах  щебня:

• Известняк. Средняя прочность (марка) 500-600. Отдельные виды известняковых наполнителей (до 800) вполне пригодны чтобы изготовить бетон вплоть до марки М-350, но в виду более низкой морозостойкости, известняк как правило используют для производства бетонов марок м-100 - м-300.
• Гравий. Прочность основных видов гравия (800-1000) достаточна для изготовления марки бетона вплоть до М-450. (обычно, не выше м-400) Самый распространённый вид наполнителя. Обладает всеми хорошими качествами, необходимыми для получения большинства бетонных смесей. Для индивидуального строительства я выбрал бы его. Бетон на гравии - дешевле. Для тех марок бетона, которые используют в частном строительстве - прочность более чем достаточна. Да и радиационный фон меньше чем у гранита.
• Гранит. Наиболее прочный из перечисленных наполнителей. Из дополнительных преимуществ перед предыдущими имеет более высокие показатели (м до 1400), низкое водопоглощение и в следствие этого - повышенную морозостойкость. Например, при строительстве дорог, современными ГОСТ-ами разрешено использовать только гранитный щебень.

Во всех информационных материалах, прайс-листах и т.д. бетон указывается с цифровым и буквенным индексом. Обязательно указываются марка М-, класс В-, подвижность П-, водонепроницаемость W-, морозостойкость F-.

Технология  бетона

Для начала гравий или щебёнку пропускают через  сито с ячейками двадцать на двадцать миллиметров. То, что просеилось в  первый раз, пропускают повторно через  сито с отверстиями десять на десять миллиметров. Это имеет название первая фракция с величиной зерен от одинадцати до двадцати миллиметров. Затем то, что просеилось через ячейки десять на десять миллиметров, пропускают через сито с отверстиями пять на пять миллиметров: получаем вторую фракцию с величиной зерен от шести до десяти мм. Наконец, то, что просеилось через ячейки пять на пять миллиметров, пропускают через сито с отверстиями три на три миллиметра и получают третью фракцию с величиной зерен от четырёх до пяти миллиметров, т. е. то что осталось на этом сите. Материал для бетона можно приготовить из щебёнки трех фракций: первой - шестьдесят процентов, второй - тридцать-тридцать пять процентов и третьей - десять-пятнадцать процентов или из двух его фракций: первой - тридцать-тридцать пять процентов, второй - шестьдесят-сорок процентов. 
 
Для начала песок пропускают через сито отверстиями два с половиной миллиметра. То, что просеилось через сито, пропускают через сито отверстиями 1,2 мм. Остаток на этом этапе называется первой фракцией песка. Песок, который прошел через это сито, пропускают через сито отверстиями 0,3 миллиметра. Получается вторая фракция. Для изготовления смеси используют двадцать-пятдесят процентов песка первой фракции, восемдесят-пятдесят процентов - второй. 
 
Подбор компонентов приведённого состава и количества представляет возможность изготовить плотный, прочный бетон с наименьшим составом цемента. 
 
Бетон необходимо изготавливать пластичный, т. е. в меру густой, и в то же время в меру текучий, нуждающийся в минимальном уплотнении. Однако все бетонные смеси при заполнении ими опалубки надо обязательно уплотнять. Можно приготовить жесткий бетон (как влажная земля), но при его укладке требуется достаточно сильное уплотнение. Приготовляют также литой бетон (жидкий), который более удобен в укладке, но и менее прочен. Чем гуще бетон и чем сильнее он уплотняется (трамбуется), тем выше его прочность, и наоборот. Для изготовления 1м3 бетона требуется в среднем от 160 до 180 л воды.  
 
Избыток цемента в бетоне приводит к его перерасходу, а недостаток -- уменьшает плотность, морозостойкость бетона, повышает его водопроницаемость, способствует коррозии уложенной арматуры. При изготовлении бетонной массы смесь заметно уменьшается в объеме. Из одного куба сухой смести получается от 0,59 до 0,71 м3 бетона. Поэтому для изготовления одного куба бетона нужно использовать гораздо больше сухих материалов. Для примера, для одного состава бетона требуется 0,445 м3 песка, и 0,87 м3 гравия, 0,193 м3 цемента (250 кг), 178 л воды; для другого - 0,395 м3 песка, 0,88 м3 гравия, 0,198 м3 цемента (260 кг), 185 л воды и т. д. 
 
Компоненты для приготовления бетона отмеривают частями обьёма. Порции бетона нужно готовить не более чем для одного часа работы. Цемент надо применять такой марки, которая превышала бы заданный класс бетона в 2-3 раза (для портландцемента в 2 раза, для других цементов - в 3 раза). Например, для бетона класса В 12,5 следует применять цемент марки 400.

Харакристики  бетонных смесей

Бетонные  смеси характеризуются такими показателями как:

• удобоукладываемость;
• средняя плотность;
• пористость;
• расслаиваемость;
• сохраняемость свойств бетонных смесей во времени.

Удобоукладываемость бетонной смеси оценивают показателями подвижности или жесткости.

Подвижность определяют по осадке конуса из бетонной смеси (или расплыву конуса для смесей высокой подвижности П4, П5). Подвижные смеси легко заполняют форму и уплотняются в ней под действием собственной силы тяжести.

Жесткость бетонной смеси характеризуют временем вибрации в секундах, необходимым для уплотнения бетонной смеси. Испытания проводят: на установке типа Вебе, по методу Красного, по методу Скрамтаева.

Средняя плотность бетонной смеси - это отношение массы уплотненной бетонной смеси к ее объему.

Пористость бетонной смеси оценивают следующими показателями: объёмом воздуха или газа, содержащегося в уплотненной бетонной смеси, и объемом межзерновых пустот. Объем вовлеченного воздуха определяют в бетонах на плотных и пористых заполнителях, объем межзерновых пустот - в бетонах на пористых заполнителях.

Расслаиваемость - разделение составляющих однородной смеси, в результате чего их распределение становится неоднородным. Расслаиваемость бетонной смеси оценивают показателями раствороотделения и водоотделения.

Раствороотделение бетонной смеси основано на том, что при динамическом воздействии более крупные частицы оседают больше, чем более мелкие.

Водоотделение - форма расслоения, при которой часть воды стремится подняться к поверхности бетонной смеси, определяют после ее отстаивания в мерном сосуде в течение определенного промежутка времени.

Температуру определяют термометром или другим прибором для определения температуры с ценой деления не более 0,5 °С.

Сохраняемость свойств бетонной смеси во времени (удобоукладываемость, воздухововлечение, расслаиваемость) регламентируется при транспортировке на дальние расстояния. Повышение сохраняемости свойств бетонных смесей достигают применением химических пластифицирующих добавок, замедлителей сроков схватывания.

1. Характеристика  бетонов

Соотношение между марками  и классами бетона  
по прочности на сжатие

Рекомендуемый  
зерновой состав заполнителей в %%

1. Технические характеристики 
   лёгких бетонов

Расход  цемента  
для приготовления лёгкого бетона  
на щебне и гравии