Расчет состава шлакобетона для производства крупных блоков

ВВЕДЕНИЕ

Из шлакобетона возводят монолитные и блочные наружные и внутренние стены. Шлакобетон является дешевым и хорошим конструкционным материалом для строительства малоэтажных зданий. Вяжущим для шлакобетона могут служить цемент, известь, гипс, глина и др.

В качестве заполнителей при изготовлении легких бетонов используют шлак, керамзит, кирпичный бой, опилки камыш и другие местные материалы. Наиболее распространен шлакобетон на основе топливного или металлургического шлака. Для увеличения прочности в него добавляют 10-20% песка (от объема шлака).

Шлаки должны быть чистыми и не содержать посторонних примесей: земли, глины, золы, несгоревшего угля и мусора. Чтобы уменьшить содержание необожженных глиняных частиц и вредных солей, свежий шлак выдерживают в течение года в отвалах на открытом воздухе, обеспечивая при его складировании свободный отвод дождевых и паводковых вод.

Серьезные исследования по применению легких бетонов в нашей стране начались в 20-х годах прошлого ХХ столетия. Первоначально работы велись в Закавказье, где в изобилии встречаются легкие пористые горные породы (пемза, вулканический туф, шлаки и др.). Основное назначение такого бетона - строительство стен с повышенными теплозащитными свойствами. У истоков этих работ стояли инженеры Р.М. Михайлов и Н.А. Попов. Экспериментальное строительство в Баку, Махачкале, Ереване показало перспективность легких бетонов для кладки стен жилых и общественных зданий.

Следующим этапом развития технологии легких бетонов стал поиск и разработка технологии получения искусственных пористых заполнителей, так как месторождения природных пористых заполнителей встречаются довольно редко. Основные исследовательские работы по легким бетонам проводились в Москве в ЦНИИПС под руководством профессора Н.А. Попова. В 30-е годы в основном и была создана теория легких бетонов.

Реальными видами легких пористых исполнителей в ту пору стали отходы энергетики (топливные шлаки). Топливные шлаки и шлакобетон на их основе пользовались большой популярностью как в 30-е, так и в послевоенные годы. Топливный шлак - ноздреватые куски спекшихся минеральных примесей, находившихся в каменном угле, и некоторого количества несгоревшего топлива. Самыми распространенными изделиями из шлакобетона были шлакоблоки. Шлак в них использовался в роли универсального (мелкого и крупного) заполнителя. Из шлакоблоков возводились 2-3 этажные дома, некоторые из которых служат и в наши дни.

1. НОМЕНКЛАТУРА ПРОДУКЦИИ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

.1 НОМЕНКЛАТУРА ПРОДУКЦИИ

Шлакобетон (бетон на золошлаковых смесях тепловых электростанций - ТЭС или на топливном шлаке, гранулированном доменном или электротермофосфорном шлаке).[1]

Рисунок 1- Эскиз крупного блока.

Координационные размеры блоков из шлакобетона в соответствии с ГОСТ 19010-82 «Блоки стеновые бетонные» приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Координационные размеры блоков

.2 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Для формования стеновых камней из легкобетонных смесей служат автоматизированные станки, в которых предусмотрено применение комбинированных способов уплотнения: вибротрамбование или вибропрессование.

Легкобетонные камни формуют на высокопроизводительных станках-автоматах СМТ-083.

В комплекте со станком выпускают металлические поддоны и стенные обкладки для внутренних стенок форм. На станке можно формовать блоки из бетонной смеси с различными пористыми заполнителями: аглопоритом, керамзитом, шлаковой пемзой, гранулированным шлаком и отходами от дробления известняка.

Бетонная смесь питателем подается из бункера станка в форму, размеры которой рассчитаны на одновременное изготовление четырех блоков. После заполнения формы питатель возвращается в исходное положение. Уплотнение в форме происходит при одновременном воздействии вибрации и пригруза. По окончании уплотнения пригрузочное устройство остается с пуансонами на месте, а форма поднимается. Затем автоматически поднимаются пригрузочное устройство и механизм, подающий свободные поддоны. Этот же механизм перемещает поддоны с изделиями на пост съема или на приемную каретку подавателя автоматической линии.

Тепловая обработка блоков ведется в пропарочных камерах или в автоклавах. Транспортируют блоки на этажерках, которые перемещаются электро- или автопогрузчиками.

Таблица 2 - Технологические характеристики бетона

В курсовой работе рассчитывается состав бетона В5 с подвижностью бетонной смеси 1-4 см (П1). Марка бетона: по прочности на сжатие М75, по средней плотности D1200,по морозостойкости F100.

Среднюю прочность бетона Rср каждого класса определяют при нормативном коэффициенте вариации, равном V = 13,5% для конструкционно-теплоизоляционного и конструкционного бетонов и V = 16%. [1]

Поданная к месту укладки бетонная смесь должна иметь:

·        требуемуюудобоукладываемость с отклонениями подвижности не более 30% и жесткости не более 20%;

·        среднюю плотность в уплотненном состоянии, не превышающую требуемой более, чем на 5% (для легких бетонов) ;

·        температуру в пределах 5-30°С, если принятой технологией не предусмотрена более высокая температура смесей

·        требуемый объем вовлеченного воздуха с отклонениями не более ±10% от заданного (для смесей с воздухововлекающими добавками).[4]

2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Рациональный выбор исходных материалов является важным фактором обеспечения требуемых технических, технологических и экономических характеристик бетона.

Для расчета состава шлакобетона выбраны следующие характеристики материалов:

.        Цемент: ПЦ М400 Д20, ρи=2950 кг/м3.Цемент отличается повышенной прочностью на изгиб, высокой деформативной способностью, плотностью и морозостойкостью, малой усадкой, большой прочностью на удар, малой истираемостью.

Нормальная густота цементного теста - консистенция раствора вяжущего, при которой получается тесто заданной подвижности. НГЦТ - 26, 05 %, расплыв конуса 110 мм, активность при пропаривании 28 МПа, прочность на сжатие в возрасте 28 суток 46 МПа, прочность при изгибе в возрасте 28 суток 5,5 МПа.

Таблица 2 - Химический состав цемента

Таблица 3- Минералогический состав клинкера

2.       Заполнители: золошлаковые смеси, образующиеся на тепловых электростанциях при совместном гидроудалении золы и шлака в процессе сжигания углей в пылевидном состоянии и применяемые в качестве компонента для изготовления строительных растворов, а также тяжелых, легких и ячеистых бетонов для сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкций и изделий.

Золошлаковые смеси состоят из зольной составляющей (частицы золы и шлака размером менее 0,315 мм) и шлаковой, включающей:

шлаковый песок - зерна размером от 0,315 до 5 (3) мм;

шлаковый щебень - зерна размером свыше 5 (3) мм.

Таблица4 - Типы золошлаковых смесей

Насыпная плотность золошлаковой смеси должна быть не более 1200 кг/м3.

Содержание оксида кальция СаО в зольной составляющей золошлаковой смеси и в мелкозернистой смеси должно быть не более 10% по массе.

Содержание оксида магния MgO в зольной составляющей золошлаковой смеси и в мелкозернистой смеси должно быть не более 5% по массе.

Содержание сернистых и сернокислых соединений в пересчете на SO3 в зольной и шлаковой составляющих золошлаковой смеси должно быть не более 3% по массе, в том числе сульфидной серы - не более 1 % по массе;

Содержание щелочных оксидов натрия и калия в пересчете на Na2O в зольной составляющей золошлаковой смеси и в мелкозернистой смеси должно быть не более 3% по массе.

При приготовлении легких бетонов следует применять крупнозернистую смесь с пористой шлаковой составляющей в качестве заполнителя при производстве шлакобетонов, в том число и стеновых камней.[2]

.        Добавки. В легких конструкционных бетонах можно применять добавки, рекомендуемые для тяжелых бетонов. При изготовлении изделий из конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов классов В3,5 - В7,5 обязательно применение воздухововлекающих добавок (MicroAir 114)с целью снижения на 50-150 кг/м3 средней плотности легкого бетона плотной структуры и на 5-19% его теплопроводности за счет уменьшения содержания мелкого заполнителя; улучшения удобоукладываемости, связности, однородности смеси при транспортировании и формовании; уменьшения расхода пористых водопотребных песков или зол ТЭЦ со снижением отпускной и эксплуатационной влажности бетона и повышением его долговечности. Кроме этого, можно применять пластификаторы (Суперпластификатор С-3 «FRAME C3»)для снижения на 10-20% водосодержания бетонной смеси и отпускной влажности бетона; гидрофобизирующие добавки (Гидрофобизатор Мастерсил 303 B)для уменьшения водопоглощения бетона в ограждающих конструкциях, эксплуатируемых в агрессивных средах; ускорители твердения (Pozzolith 555)для обеспечения требуемой распалубочной прочности при сокращенных режимах тепловой обработки.

Добавка MicroAir 114 - Воздухововлекающая добавка на основе синтетических смол.

·        В отличие от обычной воздухововлекающей смолы представляет собой добавку в жидком виде, что исключает необходимость ее растворения перед применением.

·        Обеспечивается возможность точного дозирования.

·        Образует мелкие воздушные поры.

·        Хорошо действует при применении жесткой воды.

·        Не содержит в своем составе хлоридов.

·        Плотность (при 20°C) ρ = 1010 кг/см3

Суперпластификатор С-3 «FRAME C3»[7]

·        повышает однородность бетонной смеси;

·        повышает подвижность бетонной смеси с П1 до П5;

·        повышение удобоукладываемости бетонных смесей без снижения прочности и долговечностибетона;

·        сокращение расхода цемента повышениеморозостойкости, водонепроницаемости.

·        Плотность ρ= 1160 кг/м3.

Гидрофобизатор Мастерсил 303 B силановый на водной основе для бетонных поверхностей от воздействия погодных условий и хлоридов, однокомпонентный;

·        наносится распылителем;

·        улучшает эстетичность поверхности;

·        обладает устойчивостью к кислотным осадкам и ультрафиолетовым лучам;

·        не влияет на паропроницаемость;

·        легко применяется;

·        экологически чистый.

·        Плотность, ρ = 1010кг/м3.555Ускоритель схватывания бетона.

Химическая добавка Pozzolith 555 представляет собой водный раствор синтетических полимеров, который ускоряет схватывание и повышает раннюю прочность бетона.Pozzolith 555 особенно эффективен при бетонировании в холодных погодных условиях. Тесты показали, что бетон, изготовленный с использованием Pozzolith 555, обладает практически одинаковым временем затвердевания с бетоном, изготовленным с использованием 2% хлорида кальция.

·        Значительно увеличивается скорость работ по бетонированию;

·        Увеличивается оборачиваемость опалубочных форм;

·        Обеспечиваются более быстрые сроки введения конструкций в эксплуатацию;

·        Не содержит в своем составе хлоридов, поэтому не вызывает коррозию железной арматуры.

·        Плотность (при 20°C) ρ = 1376 кг/м3.

3. РАСЧЕТ СОСТАВА БЕТОНА

Расчет базового состава бетона

.        Рассчитать состав В5 с подвижностью бетонной смеси 1-4 см (П1).

Марка бетона: по прочности на сжатие М75,

по средней плотности D1200,

по морозостойкости F100.

Цемент М400, ρ = 2950 кг/м3.

Характеристика заполнителя:золошлаковая смесь, Dнаиб = 40 мм, ρ = 1200 кг/м3.

Марка заполнителя 600, марка заполнителя по прочности П35.

.1 Цементно-водное отношение рассчитываем по формуле (1):

где  V - коэффициент вариации (16%)

R_б - плотность бетона через 28 суток, МПа

Назначаем ориентировочный расход цемента. Расход цемента составляет 230 кг/м³, средняя плотность бетона в сухом состоянии ρ = 1000 кг/м³. ^[8]

Назначаем ориентировочный расход воды в соответствии с заданным показателем подвижности бетонной смеси. Расход воды принимаем 190 л/м³. ^[9]

Рассчитываем ориентировочный расход заполнителей, исходя из заданной средней насыпной плотности бетона в сухом состоянии, по формуле (3):

где З - суммарный расход песка и крупного заполнителя на 1м³бетона, кг;

ρ₀ - заданная плотность сухого бетона кг/м³;

,15Ц - масса цементного камня в бетоне с учетом химически связанной гидратной воды, кг.

.

Проверка правильности расчета состава бетона производят по формуле (4):

Расчет щебня и песка в составе золошлаковой смеси производится по формулам (5) и (6):

где П - расход песка на 1 м³ бетона, кг;

ρ^н_п ,ρ^н_к - насыпная плотность соответственно песка и щебня, кг/м³;

r - доля песка по объему в смеси заполнителя, r = 0,4

4. РАСЧЕТ СОСТАВА БЕТОНА С ДОБАВКАМИ

Расход воды определяют по формуле (7):

Где В₁ - расход воды на 1 м³ бетонной смеси с добавкой, л;

к - коэффициент эффективности введения добавки;

В - расход воды на 1 м³ бетонной смеси без добавки.

Расход цемента на 1 м³ бетонной смеси рассчитывают по формуле (8):

РАСЧЕТ СОСТАВА БЕТОНА С ДОБАВКОЙ:

·        MicroAir 114 (снижение водопотребности на 5%).

Расчет заполнителей производится по формуле (4):

·        С-3 «FRAME C3» (снижение водопотребности на 10%).

·        Мастерсил 303B (снижение водопотребности на 8%).

·        Pozzolith 555 (снижение водопотребности на 3%).

бетонный смесь шлакобетон

Таблица 5- Расходы материалов на 1 м³ бетона

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТАВОВ БЕТОНА

Технико-экономическая оценка составов бетона производится по формулам (9) и (10):

где С_б - изменяющаяся часть себестоимости 1 м³ бетона, руб/м³;

С_ц, С_щ, С_в, С_п и С_д - стоимость единицы продукции соответственно цемента, песка, щебня, воды и добавки, руб.;

Ц,П,Щ,В и Д - расходы цемента, песка, щебня, воды и добавки на 1 м³ бетона;

С_уд - удельные затраты на создание линии по приготовлению добавки, руб (принимается в размере одного процента от стоимости 1 м³ бетона).

где Э_в - энергозатраты на 1 м³ бетона, кгуслов. топл/м³;

Э_щ, Э_п,Э_ц, Э_в - энергозатраты на производство единицы продукции соответственно цемента, песка, щебня, воды, кг услов.топл.

Результаты расчетов представлены в таблице 6 и 7.

Таблица6-Расчет изменяющейся части себестоимости 1 м3 бетонных смесей различного состава и экономического эффекта от введения добавок

Таблица 7- Расчет энергозатрат на производство материалов для 1 м3 бетонных смесей различного состава

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате сравнения рассчитанных составов бетона наиболее оптимальным составом смеси по изменяющейся части себестоимости бетонных смесей и расходу условного топлива на производство материалов на 1 м3 бетона выбран состав бетона с добавкой MicroAir 114.

Технико-экономические расчеты проиллюстрированы на рисунке 2 и 3.

Экономический эффект составляет 254,03 руб/м3.

Рисунок 2 - Диаграмма изменяющейся части себестоимости смеси, руб/м3

Рисунок 3 - Диаграмма энергозатрат на материалы, кгусл топлива/м3

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.   ГОСТ 25820-83 (с изм. 1989) Бетоны легкие. Технические условия. -Введ. 1984-01-01.

М.: Изд-во стандартов, 1989. -15с.

.     ГОСТ 24211-91 Щебень и песок из шлаков тепловых электростанций для бетона. Технические условия. -Введ. 1987-01-01. -М.: Изд-во стандартов, 1987. -4с.

3.       ГОСТ 25820-83 (с изм. 1989) Бетоны легкие. Технические условия. -Введ. 1984-01-01.

- М.: Изд-во стандартов, 1989. -15с.

.     Пособие по применению химических добавок при производстве сборных железобетонных конструкций и изделий (к СНиП 3.09.01-85)/НИИЖБ М.: Стройиздат, 1989. -39 с.

5.       Оглоблина Е.А. Расчет состава бетона различных видов. Методические указания к выполнению расчетно-графической работы по дисциплине «Технология бетона, строительных изделий и конструкций». Магнитогорск: МГТУ, 2002. - 30 с.

.        ГОСТ 19010-82 Блоки стеновые бетонные и железобетонные для зданий. Технические условия. - Введ. 1982-29-01. -М.: Изд-во стандартов, 1982. - 8с.

.        Добавка С-3 «FRAME C3»ТУ ВУ 190669631.663-2009.

.        СНиП 5.01.23-83. Типовые нормы расхода цемента для приготовления бетонов сборных и монолитных бетонных, железобетонных изделий и конструкций / Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1985.

.        Рекомендации по подбору составов легких бетонов(к ГОСТ 27006-86)/ГОССТРОЙ СССР. -М.: Стройиздат, 1990.