Технология бетона

Содержание

Исходные данные для расчета

Введение

. Требования к материалам для приготовления бетона

. Расчет расхода материалов на 1 м³ бетона

. Определение расчетной плотности бетонной смеси в уплотненном состоянии

. Расчет производственного состава бетона

. Расчет коэффициента выхода бетонной смеси и дозировки материалов (в рабочем состоянии) на замес бетоносмесителя

Заключение

Список литературы

Исходные данные для расчета

бетон смесь дозировка плотность

Класс бетона В = 15 Мпа,

Жесткость бетонной смеси - 15…20 с

Активность портландцемента Rц= 400 кгс/см²

Истинная плотность портландцемента ρц = 3,07 г/см³

Крупность песка - средней крупности

Истинная плотность песка ρп = 2,62 г/см3

Насыпная плотность песка ρнп = 1440кг/м3

Насыпная плотность песка во влажном состоянии ρвнп = 1400 кг/м³

Влажность песка Wп = 3%

Вид крупного заполнителя - щебень

Наибольший размер заполнителя Днаиб = 20 мм

Истинная плотность крупного заполнителяρщ(г) = 2,65 г/см³

Насыпная плотность крупного заполнителя ρнщ(г) = 1500 кг/м³

Насыпная плотность крупного заполнителя во влажном состоянии ρвнщ (г) = 1560 кг/м³

Влажность крупного заполнителя Wщ(г) = 1%

Объем замеса V = 1500 л.

Введение

Сегодня в период бурного развития промышленного и гражданского строительства огромная роль отводится качеству и экономичности строительных материалов. Поэтому, ежегодно проводятся сотни лабораторных опытов, которые приводят к открытию новых или модернизации уже известных материалов, усовершенствованию технологии их изготовления.

Однако, одним из основных строительных материалов для строительства несущих конструкций уже на протяжении многих лет является тяжелый бетон. Бетон - строительный материал, искусственный каменный материал, получаемый в результате формования и затвердевания рационально подобранной и уплотненной смеси состоящей из вяжущего вещества (цемент или др.), крупных и мелких заполнителей, воды. В ряде случаев может содержать специальные добавки, а также отсутствовать вода (например в асфальтобетоне).

Бетон обладает высокой прочностью на сжатие, экологичностью и долговечностью. Поэтому, на сегодняшний день, является актуальными решение задач по расчету расхода материалов на 1 м³ бетона и расчет производственного состава бетона.

Целью курсовой работы является закрепление теоретических знаний о подборе состава тяжелых бетонов.

Для достижения поставленной цели необходимо выполнение ряда следующих задач:

изучение нормативных требований к материалам для приготовления бетонной смеси;

освоение методики расчета расхода материалов на 1 м³ бетона;

освоение методики расчета плотности бетонной смеси в уплотненном состоянии

освоение методики расчета производственного состава бетона

освоение методики расчета выхода коэффициента бетона и дозировки материалов на замес бетоносмесителя.

1. Требования к материалам для приготовления бетона

Сырьевыми материалами для производства тяжелых высокопрочных бетонов являются вяжущие, заполнители различного типа, добавки. К материалам, используемым для приготовления высокопрочного бетона, предъявляются повышенные требования, обеспечивающие получение бетона нужной прочности при максимально возможной экономии цемента.

Вяжущие вещества.

В качестве вяжущего, применяют пластифицированный, гидрофобный или обычный портландцементы, которые должны иметь наибольшую возможную активность и наименьшую нормальную густоту. Рекомендуются цементы, у которых нормальная густота не более 25-26% и активность не ниже 400-500 кгс/см².

Высокопрочные бетоны наиболее целесообразно приготовлять на высокоактивных портландцементах (ВПЦ). Достаточно быстрое нарастание прочности в раннем возрасте позволяет сократить до минимума использование различного рода ускорителей твердения бетона.

Цемент должен удовлетворять следующим требованиям:

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

. Сроки схватывания: начало схватывания не ранее 45 мин., конец схватывания не позднее 10 часов от начала затворения водой;

. Цемент должен показывать равномерность изменения объема при испытании образцов кипячением в воде. Коэффициент насыщения-0,88; модуль - 1,67; глиноземистый модуль - 1,26;

Нормальная густота портландцемента - 22-27%. [1]

Требования к портландцементу приведены в таблицах 1.1,1.2,1.3.

Таблица 1.1

Требования ГОСТ 10178-95 к прочности цементов

Таблица 1.2

Таблица 1.3

Минералогический состав портландцементного клинкера

Тонкость помола цемента: удельная поверхность

уд = 2500 - 2800 см²/г.

В данной работе будет использоваться цемент с истинной плотностью 3070 кг/м³, активностью цемента Rц=400 кгс/см².

Заполнители

Заполнители являются основными компонентами бетона, как по массе, так и по объему (70-90% объема бетона). Они оказывают влияние на технологические свойства бетонной смеси, процессы твердения и на строительно-технические и эксплуатационные свойства бетона.

а) Крупный заполнитель

В качестве крупного заполнителя в высокопрочных бетонах применяют щебень, получаемый дроблением прочных плотных горных пород.

Допускается применять щебень пониженной прочности, но не ниже прочности бетона. В этом случае его следует испытывать в бетоне и использовать после соответствующего технико-экономического обоснования.

Щебень необходимо применять чистым (не содержащих отмучиваемых частиц) и фракционированным. Размеры фракций принимаются 5-10, 10-20, 20-40 мм. [8]

Заполнитель должен удовлетворять требованиям ГОСТ 8267-93 "Щебень и гравий из плотных горных работ".

При подборе состава бетона в данной работе используется щебень фракции 5-10, 10-20 мм.

Зерновой состав щебня каждой фракции должен соответствовать указанному в таблице 1.4.

Таблица 1.4

Зерновой состав щебня

Рисунок 1.1. Гранулометрический состав щебня

Для всех видов и марок щебня по прочности содержание глины в комках в общем количестве пылевидных и глинистых частиц не должно превышать 0,25% по массе.

Содержание пластинчатых и игловатых зерен в щебне не должно превышать 35%,зерен слабых и выветренных пород не должно превышать 10%. Наличие глин в виде отдельных комьев в количестве 0,25% или пленки, обволакивающей зерна заполнителя, не допускается. [2]

В данной работе будет использоваться щебень с истинной плотностью 2,65г/см³, насыпная плотность ρнщ(г) = 1500 кг/м³, насыпная плотность во влажном состоянии ρвнщ(г) = 1560 кг/м³ с влажностью 1%.

б) Мелкий заполнитель (песок)

Для приготовления высокопрочного бетона используются природные, искусственные (или их смеси) фракционированные кварцевополевошпатовые пески.

Песок должен удовлетворять требованиям ГОСТ 8736-93 "Песок для строительных работ". Основными показателями качества песка является зерновой состав и содержание пылевидных и глинистых частиц, в том числе глины в комках. Рекомендуемые стандартом зерновые составы песка обеспечивают компактную упаковку его частиц и наименьшую межзерновуюпустотность, что ведет за собой экономию вяжущего вещества.

В соответствии с требованиями ГОСТ 8736-93 "Песок для строительных работ" в тяжелых бетонах должны использоваться пески с модулем крупности 1,5-3,25. В природном песке не допускается присутствие зерен размером свыше 10 мм в количестве более 0,5% по массе, свыше 5 мм - более 10% по массе, содержание зерен проходящих через сито №016, не должно превышать, % по массе: в природных песках повышенной крупности, крупных и средних-10, в мелком и очень мелком песке - 15. [3]

В данной работе будет использоваться щебень с истинной плотностью 2,62 г/см³, насыпная плотность ρнщ(г) = 1440 кг/м³, насыпная плотность во влажном состоянии ρвнщ(г) = 1400 кг/м³. Используется песок средней крупности с влажностью 3%.

Таблица 1.5

Требуемый зерновой состав природного песка

Рисунок 1.2. Зерновой состав песка

Вода

Для затворения бетонной смеси применяют грунтовые, поверхностные и пресные озерные воды (ГОСТ 23732-79* "Вода для бетонов и растворов"). Содержание в воде органических ПАВ, сахаров или фенолов, каждого, не должно быть более 10 мг/л.

Вода не должна содержать пленки нефтепродуктов, жиров, масел.

Окисляемость воды не должна быть более 15 мг/л. Водородный показатель воды (рН) не должен быть менее 4 и более 12. Вода не должна содержать также примесей в количествах нарушающих сроки схватывания и твердения цементного теста и бетона, снижающих прочность и морозостойкость бетона. В данном проекте будем использовать воду от городских сетей. [4]

Добавки

Для регулирования свойств бетона, бетонной смеси и экономии цемента используем химическую добавку - суперпластификатор С-3. Эта добавка существенно улучшает свойства бетона, может обеспечить значительную экономию цемента. С-3 вводится в количестве 0,75% от массы цемента.

Применение С-3 позволяет достичь следующих показателей:

-       увеличить подвижность бетонной смеси;

-       снизить водопотребность при затворении вяжущего вещества на 20-25%;

-       увеличить конечные прочностные характеристики на 25% и более;

-       увеличить сроки схватывания и живучесть бетонной смеси;

-       в 1,5-1,6 раз увеличить сцепление бетона с закладной арматурой и металлоизделиями;

-       получить бетоны с повышенной влагонепроницаемостью, трещиностойкостью, морозостойкостью (350 циклов);

-       снизить расход цемента на 15%;

-       снизить энергетические затраты (при вибрации, ТВО) на 30-50%, а ряде случаев и полностью отказаться от дополнительных энергозатрат;

-       получать бетонные смеси, укладываемые без вибрации. [8]

Добавки для бетонов должны соответствовать требования ГОСТ 24211-91 "Добавки для бетонов. Общие технические требования".

2. Расчет расхода материалов на 1 м³ бетона

Проектирование состава бетона по методу абсолютных объемов производят в следующей последовательности:

) В зависимости от принятой удобоукладываемости (подвижности ОК или жесткости Ж) бетонной смеси, наибольшего размера зерен крупного заполнителя и его вида определяют ориентировочный расход воды В по графикам С.А. Миронова или по справочной таблице 2.1.

Таблица 2.1

Ориентировочный расход воды на 1 м3 бетонной смеси на плотных заполнителях

Так как требуемая жесткость бетонной смеси 15-20 и наибольшая крупность щебня 20 мм, принимаем ориентировочный расход воды на 1 м³ бетонной смеси 228 л.

) Оптимального (технически и экономически выгодного) расхода цемента добиваются правильным выбором содержания крупного и мелкого заполнителя.

Для определения расхода заполнителей используют уравнение , выведенное из условия, что цементно-песчаный раствор должен заполнить все пустоты между зернами крупного заполнителя (в насыпном состоянии) с некоторой их раздвижкой, что необходимо для получения удобоукладываемой бетонной смеси и хорошего связывания зерен заполнителя в единый прочный монолит:

 (2.1)

где  - пустотность щебня (гравия) в долях единицы;

 - коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя (коэффициент избытка раствора);

 - насыпная плотность щебня (гравия), кг/м³ (кг/л).

Для обычного бетона при Ц/В≤2,5 находим цементно-водное отношение по формуле:

 (2.2)

Среднюю прочность бетона Rб на сжатие в зависимости от заданного класса В определяют по формуле:

Где

В - численное значение класса бетона по прочности на сжатие, Мпа;

 - средняя прочность бетона на сжатие, Мпа.

Далее рассчитаем водоцементное отношение:

Вычислим расход цемента Ц, кг на 1 м³ бетонной смеси по следующей формуле:

Где

В - расход воды на 1 м³ бетонной смеси, л;

В/Ц - водоцементное отношение.

Сравним расчетное количество цемента с его минимально допустимым расходом (табл. 2.2) для получения нерасслаивающейся плотной бетонной смеси.

Таблица 2.2

Минимальный расход цемента для получения нерасслаивающейся плотной бетонной смеси

Цmin = 165 кг, в дальнейших расчетах принимаем Ц = 165 кг.

Расход щебня (гравия) и песка в кг на 1 м³ бетонной смеси вычисляют по формулам, которые выводятся при решении системы двух уравнений:

 (2.3)

В этой системе уравнений два неизвестных: расход песка и щебня, так как расходы цемента и воды определяют в зависимости от прочности бетона и подвижности бетонной смеси. [7]

Решением приведенной системы получают:

 (2.4)

 (2.5)

Пустотность щебня (гравия) Vп в насыпном состоянии в долях единицы объема рассчитывается по формуле:

 (2.6)

где  - насыпная плотность щебня (гравия) в сухом состоянии, кг/м3;

 - средняя плотность зерен щебня (гравия), кг/м³.

Значение коэффициента раздвижки зерен α для подвижных бетонных смесей устанавливают по таблице2.3

Таблица 2.3

Значение коэффициента раздвижки зерен α в зависимости от расхода цемента и В/Ц

Расход цементного теста, л на 1 м³ бетонной смеси вычисляют по формуле:

 (2.7)

Где

Ц и В - расходы цемента и воды соответственно на 1 м³ бетонной смеси, кг;

 - истинные плотности цемента, воды, кг/м³.

Расход материалов на 1 м³ уложенной и уплотненной бетонной смеси составил:

Цемент 165 кг;

Вода 228 л;

Песок 597,4 кг;

Щебень 1298,7 кг

Итого 2289,1

Состав бетона удобно выражать в относительных единицах (по массе и объему). В этом случае за единицу принимают массу или объем цемента, выражая количество других компонентов по отношению к цементу.

Номинальный состав бетона по массе:

 (2.8)

Где

Ц, В, П, Щ(Г) - расходы компонентов на 1 м³ бетонной смеси, кг.

Номинальный состав бетона по объему:

Таким образом, номинальный состав бетона по массе составит:

Номинальный состав бетона по объему:

 (2.9)

где  - объемы компонентов на 1 м³ бетонной смеси, м³

Объем цемента рассчитывается по формуле:

 (2.10)

где  - насыпная плотность цемента, которую при расчетах условно принимают в уплотненном состоянии 1300 кг/м³.

Объем воды рассчитывают по формуле:

 (2.11)

где  - плотность воды, принимаемая равной 1000 кг/м³.

Объем мелкого заполнителя рассчитывается по формуле:

 (2.12)

Где

 - насыпная плотность песка в сухом состоянии, кг/м³.

Объем крупного заполнителя рассчитывают по формуле:

 (2.13)

Где

 - насыпная плотность щебня (или гравия) в сухом состоянии, кг/м³.

Таким образом, номинальный состав бетонной смеси по объему составил:

3. Определение расчетной плотности бетонной смеси в уплотненном состоянии

Расчетная (предполагаемая) плотность бетонной смеси находят путем сложения расхода компонентов бетонной смеси:

 (3.1)

где Ц, В, П, Щ(Г) - расходы компонентов бетонной смеси , кг/м³.

При расчете предполагают, что бетонная смесь не содержит воздуха. Однако реальные составы всегда содержат воздух, защемленный при уплотнении бетонной смеси, поэтому фактическая плотность бетонной смеси составляет 96…98% от ее теоретической средней плотности  Это соотношение определяется коэффициентом уплотнения бетонной смеси:

 (3.2)

Для обычных тяжелых бетонов средняя плотность бетонной смеси составляет 2350-2450 кг/м3, коэффициент уплотнения Купл- 0,96…0,98.

. Расчет производственного состава бетона

Определим состав бетонной смеси с учетом естественной влажности заполнителей.

Содержание воды в заполнителях определяют по формулам:

 (4.1)

; (4.2)

Где

 - содержание воды в песке и щебне (гравии), кг;

 - влажность песка и щебня (гравия) в долях единицы.

Расход заполнителей увеличивают на количество воды, содержащейся в песке и щебне:

; (4.3)

; (4.4)

.

Расход воды уменьшается на количество воды, содержащейся в песке и щебне (гравии):

 (4.5)

Расход цемента остается неизменным.

Таким образом, состав бетонной смеси, с учетом влажности заполнителей составит:

Цемент 165 кг;

Вода 197,1 л;

Песок 615,3 кг;

Щебень 1311,7 кг

Итого 2289,1

. Расчет коэффициента выхода бетонной смеси и дозировки материалов (в рабочем состоянии) на замес бетоносмесителя

При перемешивании компонентов бетона песок занимает пустоты между крупным заполнителем, а цементное тесто - пустоты между частицами песка. Поэтому объем получаемой бетонной смеси всегда меньше суммы объемов компонентов в насыпном состоянии.

Степень уменьшения объема бетонной смеси по сравнению с объемом, занимаемым с исходными материалами, называется коэффициентом выхода бетонной смеси β и вычисляется по формуле:

 (5.1)

где 1 - объем бетонной смеси, равный 1 м³;  - насыпной объем цемента на 1 м³ бетонной смеси, м³;  - объемы влажных заполнителей на 1 м³ бетонной смеси, м³; - расходы влажных заполнителей на 1 м³ бетонной смеси, кг; ,  - насыпные плотности заполнителей во влажном состоянии, кг/м³.

Коэффициент выхода необходимо знать для расчета загрузки бетоносмесителей. При расчете материалов на один замес бетоносмесителя принимают, что сумма объемов цемента, песка и щебня (в рыхлом состоянии) соответствует емкости барабана бетоносмесителя.

Расчет дозировки материалов (в рабочем состоянии) на замес бетоносмесителя производят по формулам:

 (5.2)

 (5.3)

 (5.4)

 (5.5)

где  - расходы цемента, воды, песка и щебня (гравия) на замес бетоносмесителя вместимостью V, кг;

β - коэффициент выхода бетонной смеси;

 - расходы компонентов на 1 м³ бетона в рабочем состоянии (с учетом влажности заполнителей), кг;- объем бетоносмесителя, л.

Заключение

В рамках данной курсовой работы были рассмотрены основные теоретические аспекты методик расчетов состава тяжелого бетона и, в соответствии с исходными данными и изученными методиками были решены следующие задачи и произведены расчеты:

расхода материалов на 1 м3 бетона;

плотности бетонной смеси в уплотненном состоянии

производственного состава бетона

выхода коэффициента бетона и дозировки материалов на замес бетоносмесителя.

Список литературы

1. ГОСТ 10178-95 Портландцемент и шлакопортланцемент. Технические условия.

. ГОСТ 8267-93 Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия.

. ГОСТ 8736-93 Песок для строительных работ. Технические условия.

. ГОСТ 23732-79 Вода для бетонов и растворов. Технические условия.

. ГОСТ 24211-91 Добавки для бетонов. Общие технические условия.

. Баженов Ю.М. Технология бетона: Учебник / Ю.М. Баженов - М.: Изд-во АСВ - 2003 - 500 с.

. Баженов Ю.М., Комар А.Г. Технология бетонных и железобетонных изделий: Учебник для вузов. - М.: Стройиздат, 1984. - 476 с.

. Коледин В.В. Проектирование предприятий сборного железобетона: Учеб. пособие / Коледин В.В. - Новосибирск: НГАСУ. 1998. - 100 с.

. Коледин В.В. Сырьевая база и производственная структура предприятий строительной индустрии Сибири и Дальнего Востока: Учебное пособие. - Новосибирск: НГАС, 1996.

10. Оглоблина Е.А. Расчет состава бетона различных видов / Е.А. Оглоблина, Магнитогорск: МГТУ. - 2002 г. - 28 с.

11. Невилль А.М. Свойства бетона / А.М. Невилль, М.: Стройиздат, 1998 - 316 с.