Подбор состава высокопрочного бетона

Подбор состава высокопрочного бетона

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ

БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БРАТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерно-строительный факультет

Кафедра «Строительное материаловедение и технологии»

.65 Промышленное и гражданское строительство

Строительные материалы

Подбор состава высокопрочного бетона

КР-2069629-ПГС- 21-12

Выполнил:

ст. гр. ПГСз-11А.А. Титенко

Руководитель:

доцентВ.В.Русина

Братск, 2012

Содержание

Введение

1.Теоретическая часть

1.1 Общие положения

1.2 Сырьевые материалы для приготовления бетонов

1.3 Классификация бетона по маркам и прочности

1.4 Суперпластификаторы

2. Подбор состава высокопрочного бетона

2.1 Проектирование подбора состава тяжелого бетона

2.2 Подбор состава бетона с химической добавкой

2.3 Исходные данные для подбора состава тяжелого бетона

2.4 Расчет состава тяжелого бетона

Заключение

Список используемой литературы

Введение

В настоящее время для возведения практически любого строения широко применяют бетон и раствор. Диапазон их использования очень велик: фундаменты, перекрытия над подвалом, подготовка под полы, отмостки, лестницы, кирпичная кладка, кладка из блоков, штукатурка, подпорные стенки и т.д. Стоимость бетона и раствора может доходить до 15% стоимости всего дома (если и стены выполнены из легкого бетона, то указанный процент может быть намного выше). Поэтому следует уделять должное внимание правильному подбору состава, приготовлению и укладке бетона и раствора, а также уходу за уложенным бетоном и раствором.

Бетон - искусственный каменный материал, получаемый после затвердевания бетонной смеси - рационально подобранной, тщательно дозированной, перемешанной и уплотненной смеси минерального вяжущего, воды, крупного и мелкого заполнителей и различных добавок.

В качестве мелких заполнителей используют различные пески и отсев камнедробления. Качество бетона в большей степени зависит от используемых материалов, поэтому их правильный выбор, учитывающий как требования к бетону, так и свойства самих материалов, имеет важное значение в технологии. При этом должны учитываться экономические условия и экономические нормативы.

Подпор состава бетона включает в себя:

Назначение требований к бетону исходят из вида и особенностей изготовления и последующей эксплуатации изделия;

Выбор материалов для бетона и определение их свойств;

Расчет номинального состава бетона;

Приготовление и испытание бетонной смеси на пробных замесах;

Формирование и испытание бетонных образцов их пробных замесов;

Обработку результатов и уточнение номинального состава;

Переход от номинального состава к рабочему с учетом колебаний свойств заменителей;

Передачу в производство рабочих дозировок с учетом объема замеса.

В итоге подбора состава должны быть выполнены два основных условия: бетон должен иметь заданную прочность, а бетонная смесь - заданную удобоукладываемость.

Прочность бетона характеризуется классами, которые определяются величиной гарантированной прочности на сжатие с обеспеченностью 0,95. На производстве контролируют марку или среднюю прочность бетона. Между классом и средней прочностью имеется рассматриваемая ниже зависимость.

Бетон подразделяется на классы В1; В1,5; В2; В2,5; ВЗ; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; ВЗО; В40; В50; В55; В60. На марки бетона подразделяются следующим образом: М50; М75; М100; М150; М200; М250; М300; М350; М400; М450; М500; М600 и выше через 100.

Прочность определяется пределом прочности при сжатии стандартных бетонных образцов - кубов размером 15x15x15 см, испытанных через 28 сут. Твердения в нормальных условиях (температура 16-20°С, относительная влажность окружающего воздуха 90...100 %). При использовании кубов с другими размерами вводят масштабный переходной коэффициент, на который умножается полученная прочность:

Удобоукладываемость (формуемость) - способность бетонной смеси растекаться и принимать заданную форму, сохраняя монолитность и однородность- является главным свойством бетонной смеси. Удобоукладываемость в производственных условиях оценивают через подвижность (жёсткость) двумя способами: по осадке конуса для пластичных и по времени растекания на техническом вискозиметре для жёстких смесей. Другие свойства смесей: уплотняемость, расслаиваемость, однородность, воздухововлечение, вязкость и др. изучаются в научно - исследовательских лабораториях.

Теоретическая часть

1.1 Общие положения

Бетонами называют искусственные каменные материалы, получаемые в результате затвердевания тщательно перемешанной и уплотненной смеси из минерального или органического вяжущего вещества с водой, мелкого или крупного заполнителей, взятых в определенных пропорциях. До затвердевания эту смесь называют бетонной смесью [1].

В строительстве широко используют бетоны, приготовленные на цементах или других неорганических вяжущих веществах. Эти бетоны обычно затворяют водой. Цемент и вода являются активными составляющими бетона; в результате реакции между ними образуется цементный камень, скрепляющий зерна заполнителей в единый монолит.

Между цементом и заполнителем обычно не происходит химического взаимодействия, поэтому заполнители часто называют инертными материалами. Однако они существенно влияют на структуру и свойства бетона, изменяя его пористость, сроки затвердевания, поведение при воздействии нагрузки и внешней среды. Заполнители значительно уменьшают деформации бетона при твердении и тем самым обеспечивают получение большеразмерных изделий и конструкций. В качестве заполнителей используют преимущественно местные горные породы и отходы производства (шлаки и др.). Применение этих дешевых заполнителей снижает стоимость бетона, так как заполнители и вода составляют 85...90%, а цемент 10...15% от массы бетона. Для снижения плотности бетона и улучшения его теплотехнических свойств используют искусственные и природные пористые заполнители.

Для регулирования свойств бетона и бетонной смеси в их состав вводят различные химические добавки и активные минеральные компоненты, которые ускоряют или замедляют схватывание бетонной смеси, делают ее более пластичной и удобоукладываемой, ускоряют твердение бетона, повышают его прочность и морозостойкость, регулируют собственные деформации бетона, возникающие при его твердении, а также при необходимости изменяют и другие свойства бетона.

С увеличением возраста бетона повышаются его прочность, плотность, стойкость к воздействию окружающей среды. Свойства бетона определяются не только его составом и качеством исходных материалов, но и технологией приготовления и укладки бетонной смеси в конструкцию, условиями твердения бетона. Все эти факторы учитывают при проектировании состава бетона и производстве конструкций на его основе.

На органических вяжущих веществах (битум, синтетические смолы и т.д.) бетонную смесь получают без введения воды, что обеспечивает высокую плотность и непроницаемость бетонов. Многообразие вяжущих веществ, заполнителей, добавок активных минеральных компонентов и технологических приемов позволяет получать бетоны с самыми разнообразными свойствами.

Бетон является хрупким материалом: его прочность при сжатии в несколько раз выше прочности при растяжении. Для восприятия растягивающих напряжений бетон армируют стальными стержнями, получая железобетон. В железобетоне арматуру располагают так, чтобы она воспринимала растягивающие напряжения, а сжимающие напряжения передавались на бетон. Совместная работа арматуры и бетона обусловливается хорошим сцеплением между ними и приблизительно одинаковыми температурными коэффициентами линейного расширения.

Бетон предохраняет арматуру от коррозии.

Тяжелый бетон [2] классифицируется по плотности на тяжелый, плотностью от 2000 до 2600 кг/м3 и особенно тяжелый, плотностью больше 2600 кг/м3. Марка тяжелого бетона по прочности на сжатие может достигать от М 50 до М 800, а класс бетона от В 3,5 до В 60.

Бетонные и железобетонные конструкции изготовляют либо непосредственно на месте строительства - монолитный бетон и железобетон, либо на заводах и полигонах с последующим монтажом на строительной площадке - сборный бетон и железобетон.

1.2 Сырьевые материалы для приготовления бетонов

В зависимости от вида, назначения и особенностей эксплуатации бетонов, а также бетонных изделий применяются различные вяжущие вещества.

Применяются следующие виды цемента [3, 4]:

портландцемент ПЦ;

портландцемент быстродействующий БПЦ;

портландцемент с минеральными и пластифицирующими добавками [5];

шлакопортландцемент с добавками доменного граншлака в количестве 21...60% ШПЦ [5];

шлакопортландцемент быстродействующий.

Заполнители [6] занимают в бетоне до 80 % объема и оказывают влияние на свойства бетона, его долговечность и стоимость. Введение в бетон заполнителей позволяет резко сократить расход цемента, являющегося наиболее дорогим компонентом. Кроме того, заполнители улучшают технические свойства бетона. Заполнители создают в бетоне жесткий скелет и примерно в 10 раз, по сравнению с цементным тестом уменьшает усадку бетона. Жесткий скелет из высокопрочного заполнителя несколько увеличивает прочность и модуль деформации бетона, уменьшает деформации конструкций под нагрузкой, а также ползучесть бетона - необратимые деформации, возникающие при длительном действии нагрузки. Заполнители создают в бетоне жесткий скелет и примерно в 10 раз по сравнению с цементным тестом уменьшает усадку бетона, способствуя получению более долговечного материала.

Пористые естественные и искусственные заполнители, обладая малой плотностью, уменьшают плотность легкого бетона, улучшают его теплотехнические свойства. В специальных бетонах (жаростойких, для защиты от радиации и др.) роль заполнителя очень высока, так как его свойства во многом определяют специальные свойства этих бетонов.

Заполнители для бетонов бывают различных видов, природные или искусственные: песок, щебень, гравий. Их свойства регламентируются соответствующими ГОСТами, техническими условиями, другими нормативными документами.

Щебень гранитный должен соответствовать требованиям ГОСТ 8267-93 "Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия", ДСТУ Б.В.2.7-75-98 "Щебень и гравий плотные природные для строительных материалов, изделий, конструкций и работ. Технические условия".

В качестве мелкого заполнителя применяется кварцевый песок, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 8736-93 "Песок для строительных работ. Технические условия ".

Различают рядовой заполнитель, содержащий зерна различных размеров, и фракционированный, когда зерна заполнителя разделены на отдельные фракции, включающие зерна близких между собой размеров, например 5...10 мм или 20...40 мм. Заполнитель характеризуется наименьшей и наибольшей крупностью, под которыми понимают размеры наименьших или наиболее крупных зерен заполнителя.

Вода. Источником для приготовления бетонной смеси является обычная питьевая вода. Качество воды удовлетворяет требованиям ГОСТ 23732-80 "Вода для бетонов и растворов. Технические условия".

Для улучшения физико-механических свойств бетонов и растворов, а также по технико-экономическим соображениям широко применяют различные добавки к вяжущим. Вводят их в бетономешалку в виде сухих порошков или водных суспензий и растворов.

В зависимости от назначения добавки делят на активные, минеральные, добавки-наполнители, поверхностно-активные, пено- и газообразователи, ускорители твердения и замедлители схватывания, противоморозные.

Одним из важнейших направлений, совершенствования технологии бетона и железобетона являются применение химических добавок, обеспечивающих сокращение расхода цемента, энерго и трудоемкости технологических процессов.

Классификация бетона по маркам и прочности

Марка или класс - это основной показатель качества бетона, который является определяющим при его покупке. Это обозначение прочности бетона к моменту его основного затвердевания. Вообще, процесс затвердевания бетонной смеси происходит довольно долго. Ошибочно полагать, что он проходит за 2-3дня. На самом деле это длится не один год, но основные свои свойства бетон получает уже на 28-й день затвердевания. Именно к этому сроку прочность бетона достигает того значения, которое определяется его маркой, т.е. проектная или расчетная прочность бетона.

Марки бетона обозначаются в цифрах после буквы «М-» наиболее распространенные марки бетона это М-100, М-150, М-200, М-250, М-300, М-350, М-400, М-450 и М-500. Хотя их полный спектр колеблется от М-50 до М-1000. Основным определяющим моментом для марки бетона является количество цемента в составе смеси и его марка.

Класс бетона обозначается как «B-». Наиболее используемыми являются: В-7.5, B-10, B-12.5, B-15, B-20, B-22.5, B-25, B-30, B-35, B-40, хотя полный их спектр немного более: от 3.5 до 80.

В основном выбор той или иной марки бетона определяется проектом здания или сооружения.

Обозначение марки бетона (М-200, М-400 и т.п.) есть ни что иное, как расчетная прочность бетона на сжатие, измеряемое в кгс/кв.см. на момент его основного затвердевания, т.е. на 28-й день. Получается, чем больше цифра, тем прочнее бетон, т.е. в нем больше цемента и выше его качество, и как следствие такие марки бетона и дороже. Потому важно найти баланс между ценой и качеством при строительстве конкретного объекта. К тому же с бетоном с высокими показателями прочности, как правило, и труднее работать - он быстрее застывает, и нерасторопность строителей или пробки на дорогах во время доставки, могут сыграть свою роковую роль.

Так марки бетона М-100 и М-150 применяется в основном при подготовительных работах до заливки фундаментных плит или при дорожных работах в качестве подушки. М-200, как одна из самых популярных марок, применяется в основном при работе с фундаментами, стяжками полов, отмостками и дорожками. Данная марка бетона вполне удовлетворяет всем требованиям в индивидуальном строительстве при изготовлении подпорных стен, бетонных лестниц, ленточных, плитных и свайных фундаментов. Марки бетона М-250 и М-300, постепенно вытесняются с рынка поскольку являются переходными марками между М-200 и М-350, в связи с ужесточением проектных требований. Так М-350 - становится самой востребованной маркой в коммерческом строительстве для изготовления ответственных конструкций, таких как монолитные фундаменты и стены, плиты перекрытий, ригели, балки, дорожные покрытия, эксплуатируемые при повышенных нагрузках. М-400, М-450 - достаточно редко используемые марки бетона, в основном для строительства мостов, гидротехнических сооружений и других особых конструкций, требующих высокую прочность при эксплуатации. Марки бетона М-500 и М-550 используются для строительства дамб, плотин, метро и других объектов со специальными требованиями.

Как правило, в проектной документации при строительстве указывается именно класс бетона, а не марка. По своей сути класс бетона подобен понятию марки бетона, но с небольшим отличием: Марка бетона есть не что иное как его значение прочности, а класс - прочность бетона с гарантированной обеспеченностью.

Для проверки соответствия заявленной марки бетона и фактически привезенной на объект поставщиком потребуется те самые 28 дней. Для этого из проб привезенного бетона отливают кубики размерами 15×15×15 и через 28 дней их расчетного затвердевания привозят в независимую лабораторию, где под прессом и выясняют принадлежность бетона к той или иной марки.

Таблица 1.

Классификация бетона

На прочность бетона так же влияют различного рода добавки в бетон, коих в последние годы появляется большое множество. Каждые добавки в бетон имеют свои специфические свойства. Так одни добавки в бетон осиливают прочность бетона, другие влияют на скорость его затвердевания. Применяются добавки в бетон и для повышения морозоустойчивости в условиях сильных морозов. Существуют добавки в бетон, влияющие на его водонепроницаемость.

1.4 Суперпластификаторы

Наиболее эффективным видом ПАВ являются суперпластификаторы. Воздействуя на процессы формирования структуры, особенно на начальной (коагуляционной) стадии, они изменяют реологические свойства цементной системы, способствуют сокращению ее водопотребности, что в дальнейшем отражается на параметрах кристаллизационной структуры.

Суперпластификаторы на основе поликарбоксилатов обеспечивают также высокую сохраняемость бетонных смесей, что делает их привлекательными для монолитного строительства и при продолжительном транспортировании бетонных смесей. В настоящее время Ассоциацией «Полимод» и НИИЖБ реализуется крупный международный проект «Карбоцепторные суперпластификаторы», основной задачей которого является разработка, освоение и внедрение в практику строительства нового поколения высокоэффективных суперпластификаторов бетонных смесей.

Химические неорганические добавки являются в своем большинстве электролитами. По механизму действия их подразделяют на добавки, изменяющие растворимость минеральных вяжущих материалов, вступающие с этими минералами в химические реакции, являющиеся центрами кристаллизации. Подобное деление достаточно условно: одно и то же вещество для алюминатных фаз вяжущего может изменять их растворимость, а для силикатных - вступать в реакции присоединения, ионообменные или с созданием комплексов, и наоборот. К этим группам относятся многие ускорители схватывания и твердения, антифризы <#"602991.files/image001.gif">)

В/Ц=А1Rц/(Rб + 0,5 А1Rц);

бетон сырьевой суперпластификатор заполнитель

Для особо жестких смесей (при В/Ц)

В/Ц=А2Rц/(Rб + 0,5 А2Rц);

А1=0,65 (высококачественные заполнители)

Используем формулу для пластичных смесей, так как в данных условиях, использование формулы для особо жёстких смесей не имеет смысла. Так как применяется мелкий заполнитель, требующий увеличение расхода воды, что неизбежно приведёт к перерасходу цемента.

Определение расхода воды В

Расход воды определяют в зависимости от требуемой удобоукладываемости (подвижности ОК или жесткости Ж) бетонной смеси и крупности заполнителя по графикам или по справочным таблицам (таблица 3). Расход воды выражают в л(кг) на 1м3 бетонной смеси.

Таблица 3.

Расход воды, л на 1м3 бетонной смеси.