Проектирование состава бетона

Пояснительная записка по курсовому проекту по дисциплине «Материаловедение»

Выполнил:

Санкт-Петербургский Государственный политехнический университет

Санкт-Петербург

2003

Исходные данные.

Спроектировать состав бетона для каждой из трех зон напорного сооружения, расположенного в открытом водоеме, исходя из требований, приведённых в таблице 1.

Таблица 1

№ п/п	Зона сооружения	Класс бетона по прочности	Класс бетона по водонепроницаемости	Класс бетона по морозостойкости	ОК, см
I	Надземная	В 20	-	-	6
II	Подводная	В 25	W 4	-	5
III	Надводная	В 30	W 8	F 300	8

Бетон в зоне I:

обычный

крупный заполнитель гравий непромытый

фракции заполнителей: мелкая и крупная

Бетон в зонах I и II:

гидротехнический

крупный заполнитель гравий непромытый

гравий фракционированный с Dнаиб = 80 мм

Подсчитать расходы материалов на 1 куб.м. бетона методом абсолютных объемов (для бетона I ), приняв γ_ц = 3,10 г/куб.см., γ_п = γ_кр = 2,65 г/куб.см.

И методом, когда известна объемная масса бетона (для I и II),

приняв γ_б = 2400 кг/куб.м

Оценка агрессивности воды-среды (по данным табл.2)

Оценка степени агрессивного воздействия сред дана по отношению к бетону на любом из цементов, отвечающих требованиям #M12293 2 871001094 3271140448 164122765 4294961312 4293091740 282702262 247265662 4292033672 557313239ГОСТ 10178-76#S и ГОСТ 22266-76.




Таблица 2.

Вид агрессивности	Показатель агрессивности	Фактическое содержание	Нормативное содержание	Марка бетона по водонепроницаемости	Вид цемента	Вывод об агрессивности
1. Выщелачивающая	Ж (в мг-экв/л)	3,6	>1,05	W4 W8	ш ш	неагрессивная неагрессивная
2. Общекислотная	pH	6,2	5-6,5 >4	W4 W8	ш ш	слабоагрессивная неагрессивная
3. Углекислая	Содержание агрессивной CO2 (в мг/л)	71	>40 >40	W4 W8	ш ш	среднеагрессивная неагрессивная
4. Магнезиальная	Ионы Mg (в мг/л)	1010	1000-2000 <3000	W4 W8	ш ш	слабоагрессивная неагрессивная
5. Щелочная	Ионы К + Na (в мг/л)	80	<50000 <80000	W4 W8	ш ш	неагрессивная неагрессивная
6. Сульфатная	Анионы SO4 (в мг/л)	1350	<1500 <5100	W4 W8	ш ш	неагрессивная неагрессивная
7. Общесолевая	Сумма солей (в г/л)	4,5	<10 <50	W4 W8	ш ш	неагрессивная неагрессивная
8. Аммонийная	Ионы NH4 (в мг/л)	105	100-500 <800	W4 W8	ш ш	слабоагрессивная неагрессивная

Исходя из результатов оценки агрессивности среды, требований СНиП 2.03.11-85, требований по морозостойкости, а также табл. 3. задания выбираем:

в зоне I - портландцемент марки 400, В/Ц ≤ 0,60;

в зоне II – шлакопортландцемент марки 400, В/Ц ≤ 0,60;

в зоне III - сульфатостойкий портландцемент марки 400, В/Ц ≤ 0,45.

Бетон в зоне I.

Необходимо определить значение тpex параметров состава бетона, удовлетворяющих заданным свойствам.

1) Первым параметром определяем водоцементное отношение.

При экспериментальном определении зависимостей, связывающих прочность бетона с величиной водоцементного отношения, необходимо приготовить несколько образцов (кубы или цилиндры) из бетонных смесей с разными значениями водоцементного отношения, но постоянными Ц и r. Их выдерживают 28 дней, испытывают на сжатие и строят график зависимости R от В/Ц.

Активность портландцемента марки 400: R_ц = 400 кгс/см = 39,2 МПа.

R_зад = 20/0,78 = 25,64 МПа.

R28	36,4	29,8	25,7	23,1	21,4	20,2	19,5
В/Ц	0,5	0,55	0,6	0,65	0,7	0,75	0,8

По графику В/Ц = 0,6 (см. Рис.1)




2) Вторым параметром находим расход заполнителей. В/Ц = 0,6.

r	0,3	0,32	0,34	0,35	0,4	0,45	0,5
OK, см	5	5,5	6	-	5	3	2

Определение оптимальной доли песка (r_опт) по наибольшей подвижности бетонной смеси. В этом случае оптимальным принимается такое значение r, при котором бетонная смесь имеет наибольшую подвижность. Опыты проводятся с бетонными смесями, характеризующимися постоянным В/Ц и постоянным расходом цемента Ц.

Опыт состоит в том, что затворяют 4-5 бетонных смесей, отличающихся друг от друга значением r (В/Ц и Ц для всех смесей одинаковы). С помощью линейки определяют осадку конуса (в см) каждой смеси и по данным опытов строят график зависимости ОК= f ( r ). Оптимальное значение r_опт соответствует наибольшей подвижности бетонной смеси ОК_max.

Из графика видно, что r_опт = 0,346 (cм. Риc.2).

3) Третьим параметром находим расход цемента.

Опыт состоит в том, что затворяют 4-5 бетонных смесей, отличающихся расходом цемента. Смеси должны иметь одинаковые В/Ц и r,найденные ранее. Определяют ОК каждой смеси и по данным опыта строят график ОК = f (Ц). По ОК_зад = 6 см находим необходимый расход цемента.

При В/Ц = 0,6 для бетонной смеси на гравии с D_наиб = 80 мм.

Ц	225	250	275	300	325	350	375
ОК, см	1,68	3,92	6,72	9,52	12,88	16,80	19,04

При ОК = 6 см Ц = 270 кг/куб.м (см. Рис.3)

Запроектированный состав бетона характеризуется следующими параметрами:

Расход цемента Ц = 270 кг/куб.м

Доля песка в смеси заполнителей r = 0,346

В/Ц = 0,6

Подсчитаем расход материалов на 1 куб.м. бетона методом абсолютных объемов при γ_ц = 3,10 г/куб.см., γ_п = γ_кр = 2,65 г/куб. см.

Принимаем, что объем тщательно уплотненной смеси равен сумме абсолютных объемов составляющих ее материалов.

Решаем систему: 1000 = Vц + Vв + Vп + Vкр

В = В/Ц ∙ Ц = 0,6 ∙ 270 = 162 кг/куб.см.

r = П/(П + Кр)

1000 = 270/3,1 + 162 + П/2,65 + Kp/2,65

П + Кр = 1990

П = 0,346 ∙ 1990 = 688

Kp = 1302

Т.е. для приготовления 1 куб. м. бетона необходимо взять:

Цемент = 270 кг;

Вода = 162 кг;

Песок = 688 кг;

Кр = 1302 кг.

Бетон в зоне II

Необходимо определить значение трех параметров состава бетона, удовлетворяющих заданным свойствам.

1) Первым параметром определяем водоцементное отношение.

Т.к. нам дан класс бетона по прочности В 25 и класс бетона по водонепроницаемости W4, то мы должны найти два значения В/Ц и выбрать наименьшее.

1.1 При экспериментальном определении зависимостей, сзязывающих прочность бетона с величиной водоцементного отношения, нео6ходимо приготовить несколько образцов (кубы или цилиндры) из бетонных смесей с разными значениями водоцементного отношения, но постоянными Ц и r. Их выдерживают 180 дней, испытывают на сжатие и строят график зависимости R от В/Ц.

Марка цемента 400.

R_зад = 25/0,78 = 32,05 МПа.

В/Ц	0,5	0,55	0,6	0,65	0,7	0,75	0,8
R180	40,8	33,4	28,8	25,9	24,0	22,6	21,8

По графику (В/Ц)₁ = 0,565 (см. Рис.4)

1.2. Теперь найдем В/Ц при W4.

Для этого готовят несколько бетонных цилиндров с разными значениями водоцементного отношения, но с постоянными Ц и r. Далее их выдерживают в стандартных условиях (при температуре 20°С ) 180 дней, испытывают на

водонепроницаемость и строят график зависимости W от В/Ц.

Водопотребность бетонной смеси определим из условия, что ОК = 5.

Возьмём для данной ОК В/Ц и Ц из таблицы ОК = f (Ц):

В = (В/Ц) ∙ Ц = 0,55 ∙ 300 = 165

Примем В = 160 кг/куб.м.

В/Ц	0,5	0,55	0,6	0,65	0,7	0,75	0,8
W	2,7	2,0	1,5	1,2	0,9	0,8	0,7

По графику (В/Ц)₂ > В/Ц минимольно допустимого (см. Рис.5)

Выбираем - В/Ц = (В/Ц)₁ = 0,565.

2) Вторым параметром находим расход заполнителей.

Нам дан непромытый гравий, фракционированный с D_наиб = 80 мм.

Отверстие сит, мм	2,5	5	10	20	40	80
Проходы, %	22	30	40	54	73	100

Строим идеальную кривую просеивания (Рис. 6).

5 – 10 мм – 10%

10 - 20 мм - 14%

20 - 40 мм - 19%

40 - 80 мм - 27%

Из графика видно, что доля песка r = 0,3

3) Третьим параметром находим расход цемента.

Опыт состоит в том, что затворяют 4-5 бетонных смесей, отличающихся расходом цемента. Смеси должны иметь одинаковые В/Ц и r, найденные ранее. Определяют ОК каждой смеси и по данным опыта строят график ОК = f(Ц). По ОК_зад = 5 см находим необходимый расход цемента. При В/Ц = 0,565 для гравия с D_наиб = 80 мм.

Ц	225	250	275	300	325	350	375
ОК, см	0,56	1,12	2,24	5,04	7,84	11,2	14

При ОК_зад = 5 см, Ц = 300 кг/ку6.м. (см. Рис.7 (а)).

Запроектированный состав бетона характеризуется следующими параметрами:

Расход цемента Ц = 300 кг/куб.м;

Доля песка в смеси заполнителей r = 0,3;

В/Ц = 0,565

Подсчитаем расход материалов на 1 куб. м. бетона методом, когда известна объемная масса бетона, приняв γ_б = 2400 кг/куб.м.

Ц = 300 кг/ку6.м.

Вода В = (В/Ц) ∙ Ц = 0,565 ∙ 300 = 170 кг/куб.м.

Тесто Т = 300 + 170 = 470 кг/куб.м.

Заполнитель З = γ_б – Т = 2400 – 470 = 1930 кг/куб.м.

Песок П = r ∙ З = 0,3 ∙ 1930 = 579 кг/куб.м.

Крупный заполнитель Кр = (1 – r) ∙ З = 0,7 ∙ 1930 = 1351 кг/куб.м.

Для приготовления 1 куб.м. бетона необходимо взять:

Цемент = 300 кг 5 - 10 мм - 193 кг

Вода = 170 кг 10 - 20 мм – 270 кг

Песок = 579 кг 20 - 40 мм. – 367 кг

Кр = 1351 кг 40 - 80 мм – 521 кг

Бетон в зоне III

Необходимо определить значение трех параметров состава бетона, удовлетворяющих заданным свойствам.

1) Первым параметром определяем водоцементное отношение.

Т.к .нам дан класс бетона по прочности В 30, класс бетона по водонепроницаемости W 8 и класс бетона по морозостойкости F 300, то мы должны найти три значения В/Ц и выбрать наименьшее.

1. 1. При экспериментальном определении зависимостей, связывающих прочность бетона с величиной водоцементного отношения, необходимо приготовить несколько образцов (кубы или цилиндры) из бетонных смесей с разными значениями водоцементного отношения, но постоянными Ц и r. Их выдерживают 180 дней, испытывают на сжатие и строят график зависимости R от В/Ц.

Марка цемента 400

R₁₈₀ = 30/0,78 = 38,5 МПа

В/Ц	0,5	0,55	0,6	0,65	0,7	0,75	0,8
R180	40,8	33,4	28,8	25,9	24,0	22,6	21,8

По графику (В/Ц)₁ = 0,51 (см. Рис.4)

1.2. Теперь найдем В/Ц при W 8

Для этого готовят несколько бетонных цилиндров с разными значениями

водоцементного отношения, но с постоянными Ц и r. Далее их выдерживают в стандартных условиях (при температуре 20°С ) 28 или180 дней, испытывают на водонепроницаемость и строят график зависимости W от В/Ц.

Водопотребность бетонной смеси определим из условия, что ОК = 8.

Возьмём для данной ОК В/Ц и Ц из таблицы ОК = f (Ц):

В = (В/Ц) ∙ Ц = 0,50 ∙ 375 = 187,5

В = 200 кг/куб.м.

В/Ц	0,5	0,55	0,6	0,65	0,7	0,75	0,8
W	3,0	2,3	1,7	1,3	1,0	0,8	0,7

По графику (В/Ц)₂ = 0,75 (см. Рис.8)

1.3 Теперь найдем (В/Ц)₃ зная, что класс бетона по морозостойкости F300. Для этого готовят образцы (кубы) с разными значениями В/Ц, но с постоянными Ц и r. Иx выдерживают 28 или 180 дней, а затем испытывают

на морозостойкость. По данным испытаний строят график зависимости F от В/Ц.

У нас выбран сульфатостойкий портландцемент.

F	520	425	350	290	250	220	190
В/Ц	0,5	0,55	0,6	0,65	0,7	0,75	0,8

По графику (В/Ц)₃ = 0,64 (см, Рис.9)

Теперь выберем наименьшее В/Ц = 0,51

2) Вторым параметром находим расход заполнителей.

Нам дан непромытый гравий, фракционированный с D_наиб = 80 мм.

Делается также как в бетоне II  r = 0,3

3) Третъим параметром находим расход цемента.

Опыт состоит в том, что затворяют 4-5 бетонных смесей, отличающихся расходом цемента. Смеси должны иметь одинаковые В/Ц и r, найденные ранее. Определяют ОК каждой смеси и по данным опыта строят график

ОК = f(Ц). По ОК_зад = 8 см находим необходимый расход цемента. При В/Ц = 0,51 для гравия с D_наиб = 80 мм.

Ц	225	250	275	300	325	350	375
ОК, см	0	0	0,6	2,2	4,5	6,7	9

Из графика видно, что при ОК = 8 см Ц = 365 кг/куб.м. (см. Рис.7 (б) )

Запроектированный состав бетона характеризуется следующими параметрами:

Расход цемента Ц = 365 кг/куб.м;

Доля песка в смеси заполнителей r = 0,3;

В/Ц = 0,51

Подсчитаем расход материалов на 1 куб.м. бетона методом, когда известна объемная масса бетона, приняв γ_б = 2400 кг/куб.м.

Ц = 365 кг/ку6.м.

Вода В = (В/Ц) ∙ Ц = 0,51 ∙ 365 = 186 кг/куб.м.

Тесто Т = 365 + 186 = 551 кг/куб.м.

Заполнитель З = γ_б – Т = 2400 – 551 = 1849 кг/куб.м.

Песок П = r ∙ З = 0,3 ∙ 1849 = 555 кг/куб.м.

Крупный заполнитель Кр = (1 – r) ∙ З = 0,7 ∙ 1849 = 1294 кг/куб.м.

Для приготовления 1 куб.м. бетона необходимо взять:

Цемент = 365 кг 5 - 10 мм - 185 кг

Вода = 186 кг 10 - 20 мм – 259 кг

Песок = 555 кг 20 - 40 мм. – 351 кг

Кр = 1294 кг 40 - 80 мм – 499 кг