Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Расчет состава бетона

Введение

При анализе состояния строительной индустрии в мире и прогнозировании путей развития отечественной стройиндустрии мы исходим из практической невозможности придумать что-то принципиально новое. Опыт последних десятилетий показывает, что почти всё новое — это либо «хорошо забытое старое», либо перенесённые на российскую почву достижения западных фирм — лидеров рынка.

В основе современного интенсивного производства сборного железобетона и ускоренного возведения монолитных железобетонных конструкций лежит технология бетона. Именно эта технология, используемая в России применительно к самотвердеющей системе «цемент – вода», является экономически обоснованной и успешно решающей задачи достижения требуемого качества изделий при высокой производительности. Однако этот эффективный процесс и в целом производство бетона и железобетона ещё весьма высокоэнергоемкие, и действенным стимулом и направлением их развития является процесс энерго- и ресурсосбережения.

Пути повышения энергоэффективности существующих централизованных энергосистем достаточно затратны и малоэффективны. Децентрализация этих систем – наиболее результативный путь повышения заводской энергоэффективности. при общей пользе этого направления из системы централизованного энергоснабжения прежде всего следует вывести технологическое энергопотребление, составляющее 40-60% в энергобалансе предприятия.

В целях сокращения сроков распалубки железобетонных (ж/б) конструкций и сдачи их под нагрузку строители всегда стремились ускорить твердение бетона. Этот вопрос приобрел особую актуальность при изготовлении бетонных и ж/б изделий в заводских условиях, т. к. предприятия заинтересованы в максимальном использовании производственных площадей и в сокращении сроков изготовления изделий.

В настоящее время наиболее распространенным способом ускорения твердения бетона, позволяющим получать в короткий срок изделия с отпускной прочностью, при которой их можно транспортировать на строительную площадку и монтировать в зданиях и сооружениях, является тепловая обработка. В заводских условиях она осуществляется путем пропаривания изделий в камерах и автоклавах, обогрева в формующих агрегатах или на стендах, а при приготовлении монолитных конструкций - путем электропрогрева, пропаривания и прогрева теплым воздухом.

При пропаривании сформованные изделия выдерживаются в камере в среде насыщенного пара или паровоздушной смеси до достижения бетоном заданной прочности. В пропарочной камере создаются не только благоприятная температура для ускоренного твердения (в пределах 60 - 100°С), но и оптимальная влажность среды, способствующая сохранению влаги в бетоне для его дальнейшего твердения и после окончания пропаривания. Это дает основание считать пропаривание эффективной тепловлажностной обработки (ТВО) бетона.

Эффективность пропаривания, как и других видов тепловой обработки, определяется выбором рационального режима обработки в полном соответствии с принятым составом бетона, характеристикой составляющих материалов, особенностью цемента, размерами и конфигурацией изделия, начальной прочностью 6стона к моменту обработки и др. [1, 10, 11]

Конструктивная и технологическая характеристика изделия

Геометрические размеры НСП (наружная стеновая панель):

L = 2990 мм

В = 2860 мм

Н = 350 мм

Условное обозначение НСП 3KH5

Общие сведения

Наружные стеновые панели – это часть наружной ограждающей конструкции здания, ограждающая его от внешних факторов, и одновременно несущая нагрузку от частей здания расположенных выше.

Они делятся по типам: НСП – наружные стеновые панели; однослойные наружные стеновые панели, двухслойные наружные стеновые панели, трёхслойные наружные стеновые панели.

Железобетонные изделия приняты из бетона классов В15 и В25. Для однослойных панелей разрешается принимать легкий бетон: марки по прочности на сжатие М35 - для ненесущих панелей, а также для несущих панелей зданий высотой не более двух этажей; более высоких классов или марок по прочности на сжатие - при технико-экономическом обосновании. Для сплошных трехслойных панелей с внутренним слоем толщиной не менее 150 мм допускается принимать легкий бетон плотной структуры с V_п <= 6% и V_в <= 6% класса по прочности на сжатие не ниже В3,5 или марки по прочности на сжатие не ниже М50. Легкий бетон плотной структуры с объемом межзерновых пустот в уплотненной смеси более 3%, но не более 6% (3% <= V_п <= 6%) допускается принимать для панелей, расположенных на участках стены, защищенных от воздействия атмосферных осадков, а на других участках - в зависимости от вида и параметров наружного защитно-декоративного слоя и характера климатических воздействий на панели.

1.Техническая характеристика изделия

Для основных слоев панелей цокольного этажа и технического подполья следует принимать:

-для однослойных панелей и теплоизоляционного слоя двухслойных панелей - легкий бетон плотной структуры при объемах межзерновых пустот и вовлеченного воздуха не более 3%;

-для трехслойных сплошных панелей и несущего слоя двухслойных сплошных панелей - тяжелый или легкий бетон при объеме межзерновых пустот не более 3%.

Марку по прочности на сжатие раствора внутреннего отделочного слоя панелей следует принимать не выше марки бетона, на который наносится этот слой, и не ниже М25. Допускается при технико-экономическом обосновании принимать марку раствора выше марки бетона по прочности на сжатие, но не выше М100.

Для теплоизоляционного слоя трехслойных панелей следует принимать теплоизоляционные изделия в виде плит или блоков, а также слои из теплоизоляционного бетона и других теплоизоляционных материалов, которые применяются в виде заливочных составов, твердеющих или приобретающих необходимую прочность в процессе изготовления панелей Для теплоизоляционного слоя трехслойных панелей следует принимать жесткие плиты из полистирольного пенопласта вида ПСБ или ПСБ-С, из пенопласта на основе резольных фенолоформальдегидных смол, фибролитовые на портландцементе, а также плиты минераловатные на синтетическом связующем или из стеклянного штапельного волокна.

Для армирования панелей следует принимать арматурную сталь следующих видов и классов: в качестве рабочей арматуры - стержневую арматуру классов А-III и А-IV по ГОСТ 5781, Ат-IIIC, Ат-IV и Ат-IVC по ГОСТ 10884, арматурную проволоку классов Вр-I по ГОСТ 6727 и Врп-I по ТУ 14-4-1322-85, а также стержневую арматуру классов А-I и А-II по ГОСТ 5781 в случаях, когда использование арматуры вышеуказанных классов нецелесообразно или не допускается нормами проектирования; в качестве конструктивной арматуры - арматуру классов А-I и Вр-I.

Панели должны иметь заводскую готовность, соответствующую требованиям настоящего стандарта и дополнительным требованиям проектной документации на конкретные здания, устанавливаемым с учетом условий транспортирования и хранения панелей, технологии погрузочно-разгрузочных работ и монтажа зданий.

Составные панели следует поставлять в собранном виде.

В случаях, предусмотренных проектной документацией на конкретные здания, панели следует поставлять с нанесенными водонепроницаемыми и другими грунтовками, гидроизоляционными и пароизоляционными покрытиями, установленными окнами, дверями, подоконными плитами (досками) и сливами, с выполненной герметизацией и теплоизоляцией в стыках между оконными и дверными блоками и гранями проемов, накладными изделиями и другими конструктивными элементами.

Поставка панелей без окон, дверей, подоконных плит (досок) и сливов в том случае, если их установка предусмотрена проектной документацией, допускается только по соглашению изготовителя с потребителем и проектной организацией - автором проекта.

Значение нормируемой отпускной прочности бетона и раствора следует принимать по проектной документации на конкретное здание в соответствии с требованиями ГОСТ 13015.0.

Поставку панелей с отпускной прочностью бетона и раствора ниже прочности, соответствующей их классу или марке по прочности на сжатие, допускается проводить при условии, если изготовитель гарантирует достижение бетоном или раствором панелей требуемой прочности в проектном возрасте, определяемой по результатам испытания контрольных образцов, изготовленных из бетонной смеси рабочего состава и хранившихся в условиях согласно ГОСТ 18105.

2. Выбор материалов для бетона и получение необходимых данных, характеризующих их свойства

Цемент

Существую следующие виды цемента:

Массовая доля в цементах активных минеральных добавок должна соответствовать значениям, указанным в табл. 1.

таблица 1

Обозначение вида цемента	Активные минеральные добавки, % по массе
	всего	в том числе
	всего	Доменные гранулированные и электротермофосфорные шлаки	осадочного происхождения, кроме глиежа	прочие активные, включая глиеж
ПЦ-Д0	Не допускаются
ПЦ-Д5	До 5 включ.	До 5 включ	До 5 включ.	До 5 включ.
ПЦ-Д20, ПЦ-Д20-Б	Св.5 до 20 _”	_” 20_”	_” 10_”	_” 20_”
ШПЦ, ШПЦ-Б	_” 20_” 80 _”	Св.20 до 80 _”	_” 10_”	_” 10_”

Применяемый на производстве цемент ПЦ400 Д5 должен соответствовать требованиям ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент»:

Цемент должен показывать равномерность изменения объема при испытании образцов кипячением в воде, а при содержании MgО в клинкере более 5 % - в автоклаве.

2. Начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 мин, а конец - не позднее 10 ч от начала затворения.

3. Тонкость помола цемента должна быть такой, чтобы при просеивании пробы цемента сквозь сито с сеткой № 008 по ГОСТ 6613 проходило не менее 85 % массы просеиваемой пробы.

4. Допускается введение в цемент при его помоле специальных пластифицирующих или гидрофобизирующих поверхностно активных добавок в количестве не более 0,3 % массы цемента в пересчете на сухое вещество добавки.

5. Изготовитель должен испытывать цемент на наличие признаков ложного схватывания равномерно по мере отгрузки, но не менее чем 20 % отгруженных партий. [3]

Крупный заполнитель

Для наружных стеновых панелей применяют керамзитовый гравий, фракции 5-20 мм. Удовлетворяющий требованиям ГОСТ 9759-76 «Лёгкий заполнитель из керамзитового гравия. Технические условия»:

Полные остатки на контрольных ситах при рассеве гравия фракций от 5 до 10 мм, св. 10 до 20 мм, св. 20 до 40 мм, св. 40 до 80 (70) мм и смеси фракций от 5 до 20 мм и от 5 до 15 мм должны соответствовать указанным в таблице 2, где d и D - наименьшие и наибольшие номинальные размеры зерен.

Таблица 2

Диаметр отверстий контрольных сит, мм	d	0,5(d+D)	D	1,25D
Полные остатки на ситах, % по массе	От 90 до 100	От 30 до 80	До 10	До 0,5
Примечание - Для гравия фракций от 5 (3) до 10 мм применяют соответственно сита 2,5 и 1,25 мм, полные остатки на которых должны быть от 95 до 100% по массе.

2.Прочность керамзитового гравия:

таблица 3

Марка по нас. плотности

Высшая категория качества:

Первая категория качества:

Марка по прочности

Предел прочности при сдавливании в цилиндре

Марка по прочности

Предел прочности при сдавливании в цилиндре

250

300

350

400

450

500

550

600

700

800

П35

П50

П75

П100

П125

П150

П200

П250

0,8

1,5

1,8

2,1

2,5

3,3

3,5

4,5

5,5

П25

П35

П50

П75

П100

П125

П150

П200

0,6

0,8

1,2

1,5

1,8

2,1

2,5

3,3

4,5

Мелкий заполнитель

Для стеновых панелей применяю песок, с модулем крупности Мкр=2,2. Удовлетворяющий требованиям ГОСТ 8763-93 «Песок для строительных работ»:

Полный остаток на сите № 063 30 – 45%. Содержание зерен крупностью св. 10,5 и менее 0,16 мм не должно превышать значений св. 10 мм = 5%, св. 5 мм=15%, менее 0,16 мм=15%.
Содержание в песке пылевидных и глинистых частиц, а также глины в комках не должно превышать значений:

- содержание пылевидных и глинистых частиц в песке природном 2%, в песке из отсевов дробления 3%.

- содержание глины в комках в песке природном 0,25%, в песке из отсевов дробления 0,35%

ρ=2,65г/см³

ρнас=1,48г/см³ [5]

Вода

Вода должна удовлетворять требованиям ГОСТ 23732-79 «Вода для бетонов и растворов. Технические условия».

Содержание в воде органических поверхностно-активных веществ, сахаров или фенолов, каждого, не должно быть более 10 мг/л.
Вода не должна содержать пленки нефтепродуктов, жиров, масел.
В воде, применяемой для затворения бетонных смесей и поливки бетона не должно быть окрашивающих примесей, если к бетону предъявляют требования технической эстетики.
Содержание в воде растворимых солей, ионов SO₄ ^-2, Cl ^-1 и взвешенных частиц не должно превышать величин, указанных в таблице.
Окисляемость воды не должна быть более 15 мг/л.
Водородный показатель воды (pH) не должен быть менее 4 и более 12,5.
Вода не должна содержать также примесей в количествах, нарушающих сроки схватывания и твердения цементного теста и бетона, снижающих прочность и морозостойкость бетона.
Допускается применение технических и природных вод, загрязненных стоками, содержащими примеси в количествах, превышающих установленные в таблице, кроме примесей ионов Cl ^-1, при условии обязательного соответствия качества бетона показателям, заданным проектом. [6]

Применяемая добавка:

В качестве добавки к изготавливаемому легкому бетону для производства НСП, применяется гидрофобизирующая добавка СДО- смола древесная омылённая(2 группа добавок), вовлекающая в бетонную смесь мельчайшие пузырьки воздуха. Она адсорбируясь на поверхности раздела воздух-вода, понижают поверхностное натяжение воды и стабилизирует мельчайшие пузырьки воздуха в цементном тесте. Добавки 2 группы, имея основным назначением регулирование структуры и повышение стойкости бетона, обладают при этом заметным пластифицирующим эффектом.

3. Технологические факторы, влияющие на свойства бетонной смеси

Основными факторами, влияющими на свойства бетонной смеси, являются водосодержание, вид и содержание цемента, содержание и качество заполнителей, наличие поверхностноактивных веществ, а также предварительное выдерживание и виброактивация смеси. Водосодержание оказывает существенное влияние на свойства бетонной смеси, а затем и на формирование структуры бетона. При малом количестве воды она, взаимодействуя с минеральными составляющими смеси, адсорбируется на поверхность зерен. Пленки такой воды, обладая значительной вязкостью, упругостью и прочностью на сдвиг и растяжение, довольно прочно связываются с поверхностью твердых тел под действием молекулярных сил сцепления. В этой пленке вода находится как бы в связанном состоянии и обладает свойствами твердого тела.

Увеличение водосодержания бетонной смеси приводит сначала к возникновению вокруг твердых частиц диффузных слоев воды, а затем к обводнению этих частиц и к образованию менисков в капиллярах. Вода диффузного слоя способна передвигаться под влиянием молекулярных сил от одной частицы к другой независимо от влияния силы тяжести. Такое движение воды происходит от толстых водных оболочек к более тонким до тех пор, пока молекулы воды не будут испытывать одинаковое притяжение частиц. Смесь с малым водосодержанием обладает способностью при весьма интенсивном уплотнении создавать бетоны с наиболее плотной структурой.

При увеличении водосодержания бетонной смеси сверх оптимального вода сначала заполняет крупные капилляры и межзерновые пространства, а затем приобретает способность неремещаться под действием сил тяжести. Смесь с избытком свободной воды характеризуется наличием некоторой раздвижки твердых частиц и утолщенными водными оболочками на их поверхности; при этом она приобретает достаточную подвижность и сохраняет необходимую связность, а также нерасслаиваемость. [9]

4. Пути снижения расхода цемента

В рыночных условиях качество выпускаемой продукции и снижение цен на нее являются основными критериями конкурентоспособности предприятия, производящего бетонные смеси. До настоящего времени в практике производства бетонных и растворных смесей для повышения их качества используют различные химические добавки. Однако при использовании таких добавок невозможно достичь желаемой экономической эффективности.

Назрела необходимость нового подхода к технологии производства бетонных смесей, который бы значительно снизил затраты ресурсов на их производство. Анализ путей снижения затрат ресурсов на производство бетонных смесей показал, что наиболее вероятным является путь снижения расхода цемента. Учитывая тот факт, что цементный камень является самым слабым элементом структуры бетона, - снижение расхода цемента до оптимального минимума позволит значительно повысить качество бетона. Таким образом, выбранный нами путь обеспечит не только повышение качества бетона, но и снижение его цены.

Снижение расхода цемента может быть обеспечено единственным на наш взгляд способом – повышением реакционной способности цемента при низких энергетических затратах.

На базе глубокого анализа и многолетних исследований в области производства строительных материалов разработан и защищен патентом способ снижения расхода цемента при производстве бетонных и растворных смесей. Реакционной способности цемента повышается путем образования определенного количества активных частиц (наночастиц) в его массе. Для образования таких частиц, на основе квантовой механики поля, разработан и изготовлен аппарат «ПЛУТОН-3», в котором за счет внешних энергетических воздействий на зерна цемента его атомы и молекулы переходят из нормального состояния в возбужденное. Такой процесс сопровождается образованием активных частиц (наночастиц), резко повышающих реакционную способность цемента и других минеральных вяжущих.

В результате экспериментальных работ установлено, что реакционная способность вяжущих после их обработки в аппарате «ПЛУТОН-3» повышается в несколько раз. Активные частицы (наночастицы) целесообразно использовать в качестве сухих упрочняющих добавок для бетонов и растворов. Расход добавок составляет 3-4% от массы вяжущего.

Преимуществом таких добавок является то, что они производятся непосредственно на бетонных заводах из вяжущих, применяемых для производства бетонов и растворов. Производство такой добавки заключается в обработке части вяжущего в аппарате «ПЛУТОН-3».

Аппарат «ПЛУТОН-3» может быть встроен в технологическую линию по производству бетонов, растворов, пенобетонов, полистиролбетонов, различных сухих строительных смесей и т.п.

Эффективность активных частиц (наночастиц) проверена в производственных условиях России, Украины, Испании, Египта.

Упрочняющая добавка для бетонов и растворов из активных частиц (наночастиц) цемента прошла сертификационные и экологические испытания. В производственных условиях из состава бетона М200 с указанной добавкой получен бетон М400, морозостойкость бетона повышена с F200 до F400, водонепроницаемость повышена с W6 до W8. Расход добавки составил 3,5% от массы цемента. Снижение расхода цемента для приготовления бетона М400 составило 150 кг/м3. С упрочняющей добавкой в производственных условиях получен бетон М800 с расходом цемента ПЦ М500 Д0 - 490 кг/м3.

На аппарате «ПЛУТОН-3» из низкомарочного гипса марки Г4 получен высокопрочный гипс марки Г25, а из кварцевого песка получен кварцевый цемент М200.

Аппарат «ПЛУТОН-3» может быть использован для производства без обжиговых цементов из металлургических шлаков и щелочных компонентов.

Базовая модель аппарата «ПЛУТОН-3

Аппарат выполнен в виде стального цилиндрического корпуса, внутри которого расположен кассетный дисковый ротор. Приводом ротора является высокоскоростной шпиндель (24 000 об/мин). В аппарате использованы высокооборотные керамические подшипники, не требующие дополнительной смазки и керамические уплотнения со специальным покрытием. Рабочий орган ротора имеет алмазные элементы. Функции питателя и дозатора выполняет ротор.

Технические характеристики:

· Производительность, т/час – 2,5

· Мощность привода, кВт - 3,0

· Число оборотов ротора в 1 сек.- 400

· Габариты, мм (диаметр х высота) 400х700

· Вес, кг - 100.

5. Расчёт состава бетона

Задание:

19.Разработать параметры получения лёгкого бетона марки 100, плотностью 1200 кг/м3 для наружной стеновой панели. Отпускная прочность 85% в летнее время и 100% в зимнее время, подвижность бетонной смеси 10 сек, способ формования - конвейерный в формах, применяемые материалы : портландцемент марки 400 Д5 низкоалюминатный (С3А = 4 %) по ГОСТ 10178-76 с нормальной густотой 25%, заполнители: песок средней крупности Мкр=2,2 плотностью 2,65 г/см3, крупный заполнитель керамзитовый гравий фракции 5-20 мм насыпной плотностью 400 кг/м3, применяемые добавки СДО.

Расчёт:

1. определение водоцементного отношения ориентировочно производят по формуле:

где: R_Б - марка бетона по прочности, МПа (кг/см²);

Значение коэффициентов А и А1 , учитывающих качество материалов,
принимают по табл.

так как В/Ц > 0,4 то

Значение коэффициента А, учитывающий качество материалов принимаем равным 0,6.

Эти формулы применимы для лёгких и пластичных бетонных смесей , формуемых с помощью вибрирования .

2. Расход воды (водопотребность бетонной смеси) определяют ориентировочно в зависимости от требуемой подвижности (жесткости) бетонной смеси, вида и крупности заполнителя.

Пользуясь соответствующими таблицами и данными выбираем крупность заполнителя 20мм, тогда В = 175 л/м³, так как НГ 25%, а Мкр=2,2

то В = 175-5-2=168 л/м³

3. Расход цемента определяют по формуле

Если расход цемента на 1 м³. бетона окажется ниже допускаемого по строительным нормам и правилам, то необходимо увеличить его до базовых норм, приведенных в СНиП 82-02-95и адаптированных для конкретных условий.

Пользуясь этими данными, принимаем расход цемента равным 210 кг. Норма расхода цемента для конкретных условий устанавливается умножением базовый нормы расхода на коэффициенты, учитывающие проектные характеристики бетона, цемента, заполнителей, а также технологические особенности:

– коэффициент, вводимый в базовые нормы в зависимости от вида и свойств используемого цемента. (НГ меньше 26%)

– коэффициент, вводимый в базовые нормы у зависимости от вида и свойств используемого заполнителя. (использование гравия вместо щебня)

отсюда В/Ц =

4. Определение расхода керамзитового гравия.

Расход гравия на 1 м³ бетона вычисляют, исходя из следующих двух условий:

1) Содержание крупного и мелкого заполнителя должно позволять получить
бетон плотного строения, т.е. сумма абсолютных объемов компонентов, расходуемых на 1 м³ хорошо уплотненной бетонной смеси, для получения плотного бетона, должна равняться 1000 л:

2) Цементно-песчаный раствор в бетонной смеси должен заполнить пустоты
между зернами крупного заполнителя с учетом их некоторой раздвижки, что необходимо для получения удобоукладываемой бетонной смеси и связывания зерен заполнителя в единый прочный монолит. Необходимый объем раствора можно определить, если принять, что раздвижка зерен крупного заполнителя увеличит его пустотность на некоторый коэффициент (больше единицы).

Vгр - межзерновая пустотность керамзитового гравия, %;

Пустотность гравия определяют по формуле:

ρпес - насыпная плотность песка, г/см³;

ρи.пес - истинная плотность песка, г/см³;

α - коэффициент раздвижки зерен гравия раствором. Принимаем равным

Используем формулу для определения расхода гравия на 1м³ бетонной смеси:

Определение расхода мелкого заполнителя

Расход песка на 1м³ бетона (1000 л) определяют как разность между абсолютным объёмом бетона и суммой абсолютных объёмов цемента, воды и крупного заполнителя, кг:

Полученный состав бетона, называемый номинальным (лабораторным), соответствует сухим материалам.

Произведем перерасчет состава бетона на уменьшение расхода цемента: добавку СДО (смола древесная омылённая):