Расчет состава бетона

/

Министерство образования и науки РФ

'Расчет состава бетона'

Исходные данные для расчета

Объем задания

1. Рассчитать методом абсолютных объемов номинальный и производственный состав тяжелого бетона;

2. Определить коэффициент выхода бетона;

3. Рассчитать расход материалов на один замес бетономешалки емкостью, указанной в задании;

4. Рассчитать прочность бетона в возрасте, указанном в задании;

5. Исходя из условий службы бетона указать какой вид цемента предпочтительнее для приготовления данной бетонной смеси. Дать подробное обоснование;

6. Рассчитать коэффициенты плотности и прочности бетона, если на химическое взаимодействие с цементом расходуется 15-20% воды от массы цемента;

7. Указать какова будет прочность при использовании пропаривания, как способа ускорения твердения;

8. Исходя из характеристик тела, рассчитать модуль крупности песка;

9. Решить задачу по теме 'Бетоны'.

1. Выбор марки цемента

Для проектирования состава бетона необходимо знать:

? марку бетона и срок, к которому она должна быть достигнута;

? вид и назначение (условия эксплуатации) конструкции, условия уплотнения бетона;

? удобоукладываемость бетонной смеси, выраженную осадкой стандартного конуса в сантиметрах или показателем

жёсткости в секундах;

? зерновой состав заполнителей;

? истинную и насыпную плотность цемента и заполнителей в сухом состоянии, насыпную плотность заполнителей в естественном состоянии, а также влажность заполнителей.

Проектирование состава бетона начинают с оценки характеристик материалов, используемых для изготовления бетона.

Таблица №1.1. Рекомендуемые марки цемента для бетонов разных классов

Исходя из таблицы 1.1, для М_б=400 соответствует М_ц=500-600

2. Ориентировочная оценка Ц/В с целью выбора знака в формуле основного закона прочности (см. рис. №1)

Рис.1. График зависимости марки бетона от водоцементного отношения для цементов разных марок (цифры над кривыми обозначают марку цемента).

Исходя из графика (рис.№1), В/Ц=0.53

3. Точный расчет Ц/В по формуле

Уравнение Боломея-Скрамтаева:

Rб = ARц (Ц/В ? 0,5) , при В/Ц ? 0,4, Ц/В ? 2,5;

Rб = А1Rц(Ц/В + 0,5), при В/Ц < 0,4, Ц/В > 2,5

где Rб - заданная марка бетона в возрасте 28 сут; Rц - активность (марка) цемента или смешанного вяжущего; А-коэффициент, учитывающий качество заполнителей

Таблица №1.2. Значение заполнителей бетона.

Примечание:

Высококачественные материалы: щебень из плотных горных пород высокой прочности, песок оптимальной крупности и портландцемент высокой активности; заполнитель чистый, промытый, фракционированные, с оптимальным зерновым составом смеси фракций.

Рядовые материалы: заполнители среднего качества, в том числе гравий, отвечающие требованиям стандарта, портландцемент средней активности и высокомарочный шлакопортландцемент.

Материалы пониженного качества: крупный заполнитель низкой активности и мелкие пески, цементы низкой активности.

Из начальных условий нам известно, что дается высококачественный бетон, для которого коэффициенты А равен 0.65 (см.таб.№1.2);

Т.кВ/Ц>0.4 (рис.№1), имеем Rб = AR_ц (Ц/В ? 0,5);

Рассчитая, Ц/В с помощью уравнения Боломея-Скрамтаева, получаем:400=0,65*500(Ц/В-0,5)

Ц/В=1,73

4. Расчет расхода воды

Расход воды определяют в зависимости от требуемой удобоукладываемости смеси и крупности заполнителя.

Подвижность - способность бетона перемещаться под действием собственного веса.

Согласно таблицам СНИП(см.таб.№1.3) и исходным данным (ОК=1-2 см.,D_наиб=13-20 сек.₎, в зависимости от вида конструкции, определим расход воды (В_п) 1 м³ бетона , при наибольшей крупности. В_п=150 кг.

Таблица №1.3. Расход воды на 1 м³.

5. Корректировка расхода воды по водопотребности песка

Если В_п>7% ,то на каждый процент +5 л., а если В_п<7% , - 5 л.

Исходя из исходных данных В_п=8%, следовательно, В_п(отк.)=155 кг.

6. Расчет расхода цемента

Ц=(Ц/В_п)В_п(отк.)

Ц=268.15 кг/м³

Таблица №1.4. Значение минимально допустимого расхода цемента

Исходя из приведенных данных в таблице, за расход цемента берется значение приближенное к полученному, т.е Ц=240 кг/дм³.

7. Расчет расхода заполнителя

Расчёт расхода заполнителей определяют, опираясь на следующие предположения:

а) объём плотно уложенного бетона, принимаемый в расчёте равным 1 м3 или 1000 дм3, без учёта воздушных пустот слагается из объёма зёрен мелкого и крупного заполнителей и объёма цементного теста, заполняющего пустоты между зёрнами заполнителей. Это положение выражается уравнением абсолютных объёмов

Ц/с_ц + В/ с_в + П/ с_п + К/ с_к = 1000;

б) пустоты между зёрнами крупного заполнителя должны быть заполнены цементно-песчаным раствором с некоторой раздвижкой зёрен.

Ц/с_ц + В/ с_в + П/ с_п= КК_р.з.П_пуст.к/ с_нас.к

где Ц, В, П, К - расходы цемента, воды, песка и крупного заполнителя (кг);

с_ц , с_в , с_п , с_к - плотность этих материалов (кг/м³); с_нас.к - насыпная плотность крупного заполнителя, (кг/м³); П_пуст.к - пустотность крупного заполнителя в насыпном состоянии в долях единицы объёма, вычисляемая по формуле:

П_пуст.к =1-с_нас.к/с_к,

К_р.з.- безразмерный коэффициент раздвижки зёрен крупного заполнителя цементно-песчаным раствором

Расход крупного заполнителя вычисляется по формуле:

К=

V_{ц.теста}= Ц/с_ц + В/с_в V_{ц.теста}=227.72 кг/ м³

П_пуст=1-с_нас/с П_пуст=0.44

К_р.з. найдем из графика (см.рис.№2)

К_р.з^.=1.25

Щ=1000/((К_рз*П_пуст/с_нас.щ)+1/с_щ)

Щ=1487 кг

П=[1000-((Ц/с_ц)+(Щ/с_щ)+В_в)]*с_п=915

П=855 кг

Рис.№2. Значения Крз? для пластичных бетонных смесей.

8. Номинальный (лабораторный) состав бетона по массе и по объёму

Состав бетона удобно представить в относительных единицах по массе или объёму. За единицу при этом принимают массу (объём) цемента, выражая количество других компонентов по отношению к цементу.

Расходные материалы:

Ц=240 кг. П=855 кг

Щ=1487кг. В_п(отк.)=155 кг

?М=2737 кг

Состав бетона по массе:

где Ц, В, П, К - расходы цемента, воды, песка и крупного заполнителя в кг на 1 м³ бетона.

В/Ц=0.64

Состав бетона по объему:

где - расходы цемента, воды, песка и крупного заполнителя в кг/м³ бетона.

, ,

м³

м³

м³

В/V_ц=0.64

9. Рабочий состав бетона по массе и по объёму

Расчёт состава бетона производят исходя из условия, что заполнители находятся в сухом состоянии. Полученный состав бетона называют лабораторным. В действительности песок и крупный заполнитель всегда содержат некоторое количество воды, что необходимо учитывать при назначении рабочего состава бетона. В этом случае определяют влажность заполнителей и учитывают содержащуюся в них воду при дозировке компонентов (масса заполнителей будет несколько больше, чем в лабораторном составе, а воды настолько же меньше).

Ц=Ц_р

П_р=

Щ_р=

В_р= В_п(отк.) - -

где W_п - влажность песка;

W_щ - влажность щебня,

- количество воды содерж. в песке,

- количество воды содерж. в щебне.

Ц_р=240 кг

П_р=880.65 кг

Щ_р=1501.87 кг

В_р=114.48 кг

?М=2737 кг

Состав бетона по массе:

В_р/Ц_р=0.47

Состав бетона по объему:

V_р.п.=

V_р.щ.=

V_р.ц.=

с_нас.п.р= с_нас.п+

с_нас.щ.р= с_нас.щ+

с_нас.п.р=1.59 кг/ м³

с_нас.щ.р=1.54 кг/ м³

V_р.п=553.86 м³

V_р.щ=975.24 м³

V_р.ц=240 м³

В_р/V_р.ц.=0.47

10. Расчет коэффициента выхода бетона

в=0.6…0.7

в=

в=0.601

11. Рассчитать расход материала на объем бетономешалки (один замес)

V_б=2500 л.

Ц_Vб.м= кг

П_Vб.м= кг

Щ_Vб.м=

В_Vб.м= кг

V_б - объем бетономешалки, Ц_Vб.м, П_Vб.м, Щ_Vб.м - расход цемента, воды, песка и крупного заполнителя на замес бетономешалки вместимостью V_б (кг).

12. Рассчитать ожидаемую прочность в возрасте 12-65 суток

R_n=R₂₈lg(n)/lg(28)

В 12 суток ожидаемая прочность будет составлять:

R₁₂=R₂₈lg(12)/lg(28)=299.77МПа;

В 65 суток ожидаемая прочность будет составлять:

R₆₅=R₂₈lg(65)/lg(28)=503.58МПа

13. Дорожный портландцемент

Наиболее подходящим цементом для наших условий является дорожный портландцемент.

Дорожный портландцемент предназначается для бетонных покрытий автомобильных дорог и аэродромов. Требования, предъявляемые к этому цементу, вытекают из требований к бетонным дорогам и условий производства дорожных работ. Дорожный цемент должен обладать высокой прочностью и морозостойкостью, истираемостью и ударной вязкостью. Удовлетворение этих требований достигается применением для бетонных дорог портландцемента повышенной прочности (марки не ниже 400) с относительно невысоким содержанием трехкальциевого алюмината (3CaO·Al2O3(C3A)) (не более 10%) наименее морозостойкого минерала клинкера. Повышение предела прочности при изгибе цемента наблюдается с увеличением содержания C3S и С4AF.Сопротивление истиранию заметно повышается с увеличением трехкальциевого силиката и уменьшением двухкальциевого силиката. Последнее способствует также снижению усадочным деформациям. Понижают морозостойкость цемента активные минеральные добавки, поэтому применение последних в дорожном портландцементе не допускается, за исключением доменных, гранулированных шлаков в количестве не более 15% от массы цемента. При строительстве дорог возникает необходимость транспортировать бетонные смеси на значительное расстояние. При этом причинам начало схватывания дорожного портландцемента должно наступать не ранее 2 ч (обыкновенного портландцемента не ранее 45 мин.). В остальном свойства дорожного портландцемента аналогичны свойствам обыкновенного цемента.

14. Расчет плотности и пористость бетона

с_сух.=Ц+П+Щ+В_{х.р.сух.}(16-20%)

с_сух.=2582.16 кг/м³

П_пор=*100

П_пор=15.48%

15. Задача по теме 'Бетоны'

Поднимет ли кран грузоподъемностью 10 т. бадью, полностью наполненную бетонной смесью, если масса пустой бадьи 1 т. и внутренние габариты 2.5x2.5x1 м. , а бетонная смесь имеет состав по массе 1:2:4 при В/Ц=0.55.

бетон замес песок пропаривание

Решение:

P(m)=

Ц/Ц=1

V_б=6.25 м³

П/Ц=2

m=Vс

Щ/Ц=4

Ц=Ц

П=2Ц

Щ=4Ц

В=0.55Ц

V_п.=, V_щ.=, V_ц.=, V_в.=

V_п=1.29Ц, V_ц=Ц, V_щ=2.6Ц

V_бет= V_п+ V_щ+ V_ц+ V_в

V_бет=5.44Ц

m_бет=7.55Ц

m_бет.= V_бет. с_бет

с_бет= m_бет./ V_бет.

с_бет=1.38 кг/м³ *10³

m_бет= с_бет V_бет.

m_бет=8.625*10³ кг

Исходя из расчетов m_бет=8.625*10³ кг и начальных условий m_бад=1 т., грузоподъемность крана 10 т, делаем вывод, что масса груза, которого нужно поднять крану, составляет 9625 кг, что меньше 10000 кг. Следовательно, кран поднимет бадью с бетонной смесью.