Проектирование состава тяжёлого бетона

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ОДЕССКАЯ  ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА  И АРХИТЕКТУРЫ 

КАФЕДРА «ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ  И КОНСТРУКЦИЙ» 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА 
 

по дисциплине:

«КАРКАСНО-МОНОЛИТНОЕ ДОМОСТРОЕНИЕ» 
 

на тему:

«ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВА ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА» 
 

                              Выполнила: ст.гр. 314т

            Марин Г.А.

                 № зач.кн. 08076

                                                                Проверила: к.т.н., асс. Закорчемная Н.О. 
 
 

ОДЕССА- 2010г.

Содержание. 

1. Проектирование состава тяжелого бетона……………………………………………..…...3

2. Бетонирование в зимних условиях ? …...……………………………………………….……..….4

3. Подъемно-переставная опалубка?..…….………………………………………………………………..…10 

4. Контроль качества в монолитном строительстве опалубочных работ…………………………………………………………………………………………….……………………………………………..16

5. Список используемых источников……………………………………………………………………………… 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Проектирование  состава тяжелого бетона.

     Целью подбора состава бетона является: определение наиболее рационального  соотношение бетона материалами, обеспечивающего  при наименьшем расходе цемента  получение бетонной смеси требуемой  подвижности, а также бетона с  заданными физико-механическими  свойствами.

     Проектирование  состава бетона включает: назначение требований, к бетону исходя из вида и особенностей службы и изготовления конструкции; выбор материалов для  бетона и получения необходимых  данных, характеризующих их свойства; определение предварительного состава  бетона; корректировку составов в  пробных замесах; контроль за бетонированием, проведение необходимой корректировки в процессе производства.

     Выбор материалов для бетона осуществляется исходя из требований, предъявленных  к бетону, условий эксплуатации конструкции  и особенности технологии изготовления.

     Марку вяжущего выбирают в зависимости  от марки бетона, она должна превышать  заданную марку бетона в 1,5 раза.

     При определении состава бетона принимают  математические зависимости его  свойств от разных факторов. Заданную прочность бетона обеспечивают правильным назначением водоцементного отношения  или расхода цемента, о подвижность  бетонной смеси правильным назначением  расхода воды.

     Содержание  мелкого и крупного заполнителей определяют на основе, с одной стороны, получение бетона плотного строения, с другой обеспечение минимального расхода. 

1.Расчет  состава бетона  на 1 м³ по методу  абсолютных объемов.

     Необходимо  запроектировать состав бетона, класс  B50 при коэффициенте вариации V=4%, с подвижностью бетонной смеси П4

1. Рассчитываем среднюю требуемую прочность бетона:

       – нормальная  прочность бетона (класс) 

       – коэффициент вариации, характеризующий  относительную меру отклонения  измеренных значений от среднего  арифметического.  
 

2. Определение водоцементного отношения  при помощи эмпирической формулы Боломея – Скромтаева

      = =0,53

     А – коэффициент учитывает качество заполнителя 

      - активность вяжущего (марка  цемента),

3.Определяем расход цемента на 1 м³ бетона 

     В – количество воды затворения (табл.1)

     Подбираем количество воды в зависимости от подвижности бетонной смеси нормальной густоты цементного теста, вида и  крупности заполнителя, а также  модуля крупности песка:

     При изготовлении армированных железобетонных конструкций минимальный расход цемента в бетонах на плотных  заполнителях должен быть не менее  220, а максимальная не более 600, при расходе цемента свыше 400 расход воды увеличиваем на 10 л но каждые 100 кг цемента.

3. Определяем расход крупного заполнителя на бетона:

      - пустотность щебня  %

     - насып., ист. плотность щебня

5. Определяем расход  песка на 1м³ бетона: 
 

     Ц, Щ, В – расход цемента, щебня, воды. 

6. Определяем кол-во  добавок суперпластификатора С-3.

     С = 1,2%

     Д = Ц * С / 100 = 405,7*1,2/100 = 4,87  [кг/м³]

7. Определяем кол-во  воды, содержащаяся в песке: 
 

        В – количество воды затворения

            8. Определяем кол-во  воды, содержащаяся в щебне: 
 

9. Определение общего  расхода материала: 
 

. 

10. Определяем коэффициент  выхода бетонной  смеси 
 

Исходя  из объёма бетоносмесителя количество бетона, а замес = 
 

11. Определяем кол-во  материалов на  замес:

II. Оценка влияния применения добавки суперпластификатора С-3.

     Базовый расход цемента Ц =405,7 , подвижность П3, базовый расход воды В=215 л. Интерполяция находит снижение водопотребности бетонной смеси в зависимости от подвижности бетонной смеси и расхода цемента. Если (например 10%, то 0,1) 

Таблица. Снижение водопотребности бетонной смеси при ведении суперпластификатора С-3. 

     Влияние добавки С-3

                              =215-215*0,17=178,45   кг/м³ 

     (%) - % расхода  цемента при введении  пластификатора. 

     Расход  цемента составляет: 

     Вывод: введение пластификатора С-3 в кол-ве 17,0 % позволяет снизить расход, цемента на (Ц –Ц₁) = 405,7-336,6 = 69,1 кг/м³, что составляет приблизительно 17,0 %. 

     III. Рассчитать основные физико-механические свойства бетона:

     - начальный  модуль упругости бетона;

     - призменную  прочность бетона на осевое  растяжение.

     - прочность на осевое растяжение

     - прочность на изгиб     

1. Бетонирование в зимних условиях.

Общие сведения

    Возведение  монолитных железобетонных сооружений в настоящее время осуществляют круглогодично. Но при этом бетонирование в зимних условиях имеет существенные особенности.                                            Понятие «зимние условия» при производстве бетонных работ отличается от календарного. Принято считать, что зимние условия для конкретной стройки начинаются тогда, когда среднесуточная температура наружного воздуха снижается до +5° С, а в течение суток наблюдается ее падение ниже нуля. При температуре ниже 0°С в бетоне прекращаются процессы гидратации, т. е. взаимодействие минералов цемента с водой. При этом твердение бетона приостанавливается, так как бетон замерзает, превращаясь в монолит, прочность которого обусловливается силами смерзания. В бетоне появляются внутренние напряжения, которые вызываются увеличением объема свободной воды примерно на 9% при замерзании. Эти напряжения разрывают неокрепшие адгезионные связи между отдельными компонентами бетона, снижая его прочность. Свободная вода, замерзая на поверхности зерен заполнителей в виде тонкой пленки, препятствует сцеплению цементного теста с заполнителем. Это также ухудшает прочностные свойства бетона.            После оттаивания бетона твердение его при положительной температуре возобновляется, но прочность оказывается ниже проектной, т. е. той, которая была бы достигнута при твердении в нормальных условиях. Снижаются и другие свойства бетона: плотность, долговечность, сцепление с арматурой и т. д. Свойства бетона ухудшаются тем значительнее, чем раньше после укладки произошло его замерзание.

    Если  бетон к моменту замерзания наберет  определенную прочность, то отрицательное  влияние замораживания на его  свойства невелико: после оттаивания прочность бетона может достигнуть проектной. В этом случае адгезионное сцепление между цементным тестом и заполнителем значительно больше внутренних напряжений. Поэтому вероятность деформаций в контактной зоне меньшая. Минимальную прочность бетона к моменту его замерзания, достаточную для достижения им после оттаивания проектной прочности, называют критической. Эта прочность для бетонов марок ниже 200 в конструкциях с ненапрягаемой арматурой должна быть не менее 50% проектной и не ниже 50 кгс/см2. Для бетонов марок 200 и 300 она составляет 40%, а для бетонов марок 400 и 500 — 30% от 28-дневной прочности (R.2&)-

    Критическая прочность бетона в предварительно напряженных конструкциях должна быть не ниже 70% проектной. Если конструкции предполагается нагружать в зимний период, то к моменту замораживания прочность бетона в них должна достигнуть 100%) от проектной.

    Для получения  в зимних условиях бетона хорошего качества необходимо обеспечить для  него такой температурно-влажностный  режим, при котором физико-химические процессы твердения не нарушаются и  не замедляются. Продолжительность  поддерживания такого режима должна обеспечивать достижение критической  или проектной прочности.

    В зависимости  от характера выдерживания бетона способы  зимнего бетонирования подразделяют на две группы: безобогревные и обогревные. К безобогревным способам относится бетонирование в тепляках, метод термоса, применение бетонов с противоморозными добавками и «холодных» бетонов. К обогревным относят методы искусственного подогрева бетона с применением электричества, пара или горячего воздуха. Способ бетонирования для конкретного объекта выбирают после технико-экономического сравнения вариантов с учетом темпа бетонирования, местных ресурсов и возможностей.

    В зимних условиях наряду с созданием оптимальной  тепло-влажностной среды для выдерживания бетона применяют ряд специальных  приемов обеспечения требуемой  температуры бетонной смеси в  процессе ее приготовления, а также  по предохранению охлаждения смеси  при ее транспортировании и укладке.

Приготовление бетонной смеси

    В зимних условиях приготовление бетонной смеси  осложняется в результате смерзания  и охлаждения заполнителей, наличия  в них снега и наледи, необходимости  подогревать заполнители и воду, вводить в смесь противоморозные  добавки и т. п. Перед погрузкой  в бетоносмеситель крупные смерзшиеся комья песка и гравия должны быть -разрыхлены. Температура бетонной смеси в момент укладки ее в опалубку колеблется в значительных пределах в зависимости от способов выдерживания. Так, минимально необходимая температура при выдерживании бетона по методу термоса 25° С, для бетонов с противоморозными добавками — не менее 5° С, при использовании электропрогрева — не ниже 5° С.

    Следует помнить, что при транспортировании  и укладке бетонная смесь интенсивно охлаждается. Хотя кажется естественным, что чем выше температура смеси  на выходе из бетоносмесителя, тем лучше, однако это не так. При высокой температуре бетонная смесь во время транспортирования из-за быстро происходящей коагуляции загустевает, т. е. теряет свою подвижность. Опытным путем установлена наибольшая допускаемая температура бетонной смеси при выходе из смесителя в зависимости от вида цемента. Для получения требуемой температуры смеси воду затворения подогревают до 40—90° С. Иногда подогревают заполнители до температуры 20—60° С. Цемент и тонкомолотые добавки вводят без подогрева.

    При использовании  подогретой воды во избежание «заваривания»  цемента, т. е. его скомкования, сначала загружают щебень или гравий с одновременной подачей половины требуемой воды, затем делают несколько оборотов барабана и загружают песок, цемент и заливают остальную часть воды. Противоморозные добавки вводят в виде концентрированных растворов непосредственно в бетоносмеситель или в воду затворения.

    Продолжительность перемешивания компонентов в  зимних условиях увеличивают в 1,5—2 раза по сравнению с летними для получения более однородной бетонной смеси.  В зимних условиях следует использовать менее подвижные бетонные смеси, так как большое количество свободной воды в бетоне отрицательно сказывается на его свойствах. На выходе из бетоносмесителя нужно вести систематический контроль за осадкой конуса и температурой бетонной смеси.

Транспортирование и подача бетонной смеси

    В зимних условиях транспортировать и подавать бетонную смесь следует с наименьшим числом перегрузок, чтобы снизить  ее теплопотери. Для перевозок бетонной смеси применяют специально оборудованные транспортные средства. Так, кузова автосамосвалов оборудуют двойными бортами и дном и через образовавшийся зазор пропускают горячие отработанные газы от двигателя. Часть газов пропускают через трубы в верхней части кузова. Направляют их так, чтобы над бетоном образовывалась непрерывная тепловая завеса. При температуре наружного воздуха ниже —15° С кузов дополнительно накрывают брезентом или откидными утепленными крышками.

В автобетоновозах и автобетоносмесителях бетонная смесь меньше охлаждается в связи с уменьшением ее открытой поверхности. Максимальную дальность перевозки бетонной смеси при температуре наружного воздуха ниже —15° С сокращают на 30—50% по сравнению с летними условиями.

    Для бесперебойной  подачи бетонной смеси в блок бетонирования  необходимо правильно подобрать  механизмы и тару, которая с  целью снижения теплопотерь должна быть по возможности крупной и хорошо утепленной.      В тех случаях, когда смесь из автобетоновозов разгружают в промежуточные бункера, их утепляют и обогревают паром или электричеством. При этом во избежание «прикипания» смеси к стенкам бункеров температура их, внутренних поверхностей не должна превышать величин.

    Бадьи для подачи смеси обшивают снаружи  фанерой по войлоку и снабжают утепленными крышками. При сильных  морозах их периодически прогревают паром. Бетононасосы устанавливают  в теплых помещениях. При. морозах  до —10°С звенья бетоноводов обворачивают войлоком или шлаковатой. Быстроразъемные замковые соединения бетоноводов утепляют съемными муфтами из мешковины, шлаковаты или пенополистирола. При более низких температурах магистральный бетоновод прокладывают в утепленном коробе, в котором укладывают «спутник» (паропровод). Перед началом работ бетоновод прогревают острым паром или горячей водой.                             Промывку бетононасоса и бетоноводов ведут горячей водой, а при ее отсутствии бетоновод прочищают с помощью пыжа, проталкиваемого сжатым воздухом. При разборке звенья бетоновода очищают скребками, металлическими щетками или пыжами из мешковины, но не промывают во избежание образования в них наледи.

    Ввиду того что при подаче бетонной смеси  по виброжелобам и транспортерами ее теплопотери увеличиваются, виброжелоба и открытые транспортеры применяют в исключительных случаях для перемещения смеси на небольшие расстояния.

    Магистральные транспортеры для подачи бетонной смеси  помещают в обогреваемые галереи. В  зимних условиях температуру бетонной смеси систематически контролируют в каждом автобетоновозе при порционной подаче и не реже чем через каждые 30 мин при непрерывной подаче.

Укладка и  уплотнение бетонной смеси

    На  качество бетона сильно влияет состояние  основания, на которое его укладывают. Важно исключить раннее замораживание  бетона в стыке с основанием и  последующие деформации пучинистых грунтов в основаниях.

    До  начала бетонирования фундаментов  пучинистые грунты отогревают паром, огневым способом или с помощью электричества. Не пучинистые грунты не прогревают, если их влажность не превосходит 10% по массе. Температура укладываемой смеси должна быть как минимум на 10° С больше, чем температура грунта в основании. Для холодного бетона это требование можно не соблюдать.

    При укладке  бетонной смеси на ранее уложенный и замерзший бетон его отогревают на глубину не менее 400 мм и предохраняют от промерзания до приобретения свежим бетоном критической прочности. При укладке холодного бетона ранее уложенный бетон в стыке можно не отогревать.

    Перед бетонированием проверяют состояние  опалубки и арматуры и очищают  их от наледи и снега. Для этого  блок бетонирования накрывают брезентом  и под него впускают острый пар. После  отогрева блок продувают сжатым воздухом. Применять для этой цели горячую  воду не следует во избежание появления  наледи. В последнее время очистку  блоков с густым армированием ведут  продувкой отработанными газами от авиамоторов, отработавших нормативный  ресурс (снятых с самолетов). С этой же целью используют мощные тепловые калориферы и т. п.

    При морозах  ниже —15° С арматуру из стержней диаметром более 25 мм и прокатных профилей следует отогревать до 5° С, чтобы обеспечить хорошее сцепление бетона с арматурой. С этой же целью выступающие за пределы утепленной опалубки металлические элементы после отогрева утепляют на длине не менее 1,5 м от блока. Для уменьшения теплопотерь бетонную смесь укладывают небольшими участками по длине и ширине , чтобы ранее уложенные слои быстрее перекрывались новыми и температура бетона не успевала падать ниже расчетной. С этой же целью толщину укладываемых слоев принимают максимально допустимой по условиям виброуплотнения. Высоту свободного падения бетонной смеси рекомендуется принимать не более 1—1,5 м.

    Бетонирование следует вести круглосуточно  без перерывов, так как подготовка замерзших рабочих швов весьма трудоемка  и не всегда обеспечивает необходимое  качество. При укладке бетона с  «изюмом» или камнебетона камни, предназначенные для упаковок, нужно  очистить от снега и наледи и отогреть до температуры не ниже 0°С.

    Виброуплотнение бетонной смеси производят обычными способами. Более тщательно вибрируют бетон в рабочих швах, углах блоков и у опалубки.

    Открытые  поверхности свежеуложенного бетона сразу же по окончании бетонирования  укрывают слоем утеплителя (шлаковатой, опилками по слою толя и т% п.) для предохранения верхних слоев бетона от раннего замораживания и последующего разрушения. 

Применение  противоморозных  добавок

    Некоторые химические вещества, введенные в  бетон в небольших количествах, способствуют его твердению при  отрицательных температурах. Такие  вещества называют противоморозными добавками. К их числу относится соляная  кислота HCI и ее соли: хлористый кальций  СаСЬ и хлористый натрий NaCl, а также соединения, например углекислый калий — поташ К2СО3 и нитрит натрия NaNCb. Эти вещества, введенные в бетон, оказывают разностороннее действие на процессы схватывания и твердения.             Во-первых, эти добавки эффективно ускоряют процесс твердения. Так, бетон с добавкой 2%-ного хлористого кальция от массы цемента уже на третий день достигает прочности, в 1,7 раза большей, чем бетон того же состава, но без добавки. Особенно эффективны добавки-ускорители для бетонов на пуццолановых и шлакопортландских цементах в количестве 2% от массы цемента (табл. 15-2). Бетоны с добавками-ускорителями за время остывания до 0°С достигают проектной прочности.                                         Во-вторых, введение в бетон добавок понижает температуру замерзания воды, увеличивая тем самым продолжительность твердения бетона. Это также способствует приобретению бетоном большой критической прочности. Следует, однако, учитывать, что увеличение добавки соляной кислоты и ее солей вызывает коррозию арматуры, а большое количество поташа резко снижает удобоукладываемость бетонной смеси.                                      Бетоны с небольшим количеством противоморозных добавок . хлористых солей (до 2%), поташа и нитрита натрия (до 5% от массы цемента) готовят на подогретых заполнителях и горячей воде. При этом температура бетонной смеси на выходе из смесителя колеблется в пределах 25—35° С, снижаясь к моменту укладки до 20° С. Такие бетоны применяют при температуре наружного воздуха от —15 до —20° С.

Холодные  бетоны

    В отличие  от бетонов с противоморозными добавками  холодные бетоны готовят с увеличенным  количеством добавок и без  подогрева заполнителей и воды. Добавки, введенные в большом количестве (например, до 10— 15% от массы цемента), резко понижают точку замерзания воды в бетонной смеси. В результате процессы гидратации цемента прекращаются лишь при весьма низких температурах наружного воздуха (например, при  —25° С). Холодные бетоны готовят  на неподогретой воде, в которую вводят добавки. При этом заполнители не должны иметь комьев и наледи. Песок требуется оттаявший.

    Добавка хлористых солей оказывает пластифицирующее действие на бетонную смесь. Поташ, наоборот, снижает ее удобоукладываемость, поэтому в качестве пластификатора в бетон вводят сульфитно-спиртовую барду (ССБ) в количестве 0,2—2,0% от массы цемента.                                  Холодную бетонную смесь укладывают в не утепленную опалубку и на не отогретое основание. Уплотняют ее обычными способами. Холодный бетон можно укладывать с «изюмом». При этом температура камней может быть отрицательной, но на их поверхности не должно быть снега и наледи. Поверхность свежеуложенного бетона покрывают утеплителем для предотвращения вымораживания воды из верхних слоев конструкции. Под укрытием бетон выдерживают первые 15 сут, систематически контролируя его температуру. Если в этот период температура упадет ниже расчетной (табл. 15-3), необходимо принять меры по дополнительной теплозащите или обогреву конструкции. Холодный бетон набирает прочность при отрицательной температуре значительно медленнее, чем бетон нормального твердения без добавок. Так, через 7 сут прочность холодного бетона на портландцементе составляет 20—25% проектной, а к 28-дневному возрасту он набирает всего 40—50%- Проектной прочности он достигает только через 170—180  сут. 

Метод термоса

    Сущность  этого метода состоит в том, что  бетонную смесь с температурой 25—45° С укладывают в утепленную опалубку, после чего защищают открытые бетонные поверхности от охлаждения, закрывая их шлаковатой, пенополистирольными плитами или засыпая шлаком, опилками. Обогревать бетон при этом не требуется; нормальные условия для его твердения обеспечиваются теплом, внесенным в бетонную смесь в процессе ее приготовления, а также теплом экзотермии. Теплом экзотермии (экзотермическим тепловыделением) называют теплоту, выделяющуюся в результате физико-химических взаимодействий минералов цемента с водой, в частности реакции гидратации. Простота и экономичность метода термоса очевидны. Однако более всего он подходит для массивных конструкций с небольшой площадью охлаждения, утепление которых не вызывает затруднений.  Для колонн и балок модуль поверхности определяют как отношение их периметра к площади поперечного сечения. Термосное выдерживание бетона зависит также от величины экзотермии, т. е. от удельного тепловыделения цемента. Методом термоса можно выдерживать бетон на портландцементе в конструкциях с модулем поверхности до 6, а на глиноземистом и быстротвердеющем портландцементе — до 10. При проектировании термосного выдерживания бетона выполняют теплотехнический расчет. Считают, что суммарное количество тепла в бетоне должно быть равно теплопотерям конструкции при ее остывании до 0°С за некоторое время т. В течение этого времени бетон должен иметь положительную температуру, а прочность его достичь проектной. Для утепления опалубки составляют расчет. Для уменьшения продуваемости и предохранения теплоизоляционных материалов (войлока, опилок) от увлажнения прокладывают слой толя или рубероида. Железобетонную или армоцементную опалубку-облицовку утепляют снаружи навеской теплоизоляционных матов из шлаковаты. Непосредственно перед укладкой бетона изнутри опалубку-облицовку прогревают острым паром. 
 
 
 

2.Подъемно-переставная опалубка.

    Опалубка - это временная вспомогательная  конструкция, служащая для придания требуемых формы, геометрических размеров и положения в пространстве возводимой конструкции (или ее части).

Классификация опалубок

    Опалубку  классифицируют по функциональному  назначению в зависимости от типа бетонируемых конструкций. В этих случаях  различают опалубку: для получения  вертикальных поверхностей (в том  числе стен); для горизонтальных и наклонных поверхностей; для  образования криволинейных поверхностей (например, пневматическая ); для одновременного бетонирования стен и перекрытий, комнат и целых квартир.

    Опалубку  для бетонирования стен изготовляют  следующих видов: мелкощитовую и крупнощитовую ; подъемно-переставную; блок-формы; блочную; скользящую.

    Для бетонирования  перекрытий используют разборно-переставную  опалубку с поддерживающими элементами; крупнощитовую, в которой опалубочные поверхности и поддерживающие элементы объединены в панель, целиком переставляемую краном.

    Для одновременного бетонирования стен и перекрытий или части зданий применяют объемно-переставную опалубку.

    Горизонтально перемещаемую, в том числе катучую, опалубку (применяют для бетонирования вертикальных , горизонтальных и наклонных поверхностей, а также для одновременного бетонирования степ и перекрытий.

    По  материалам, применяемым для изготовления опалубки, ее подразделяют на металлическую, дощатую, фанерную, пластмассовую, комбинированную, со специальными поверхностями. По способам выполнения работ опалубку классифицируют на переставную, скользящую и горизонтально перемещаемую. Для прогрева бетона при выполнении работ в зимних условиях применяют термоактивную опалубку.

    Опалубка  должна отвечать следующим требованиям: быть прочной, устойчивой, не изменять формы под воздействием нагрузок, возникающих в процессе производства работ; палуба (обшивка) опалубочного щита должна быть достаточно плотной, в ней не должно быть щелей, через которые может просочиться цементный раствор; обеспечивать высокое качество поверхностей, исключающее появление наплывов, раковин, искривлений и т. д.; быть технологичной, т. е. должна устанавливаться и разбираться , не создавать затруднений при монтаже арматуры, а также при укладке и уплотнении бетонной смеси; обладать оборачиваемостью, т. е. многократно использоваться; чем выше оборачиваемость опалубки, тем ниже ее стоимость, отнесенная к единице объема готовой конструкции.