Проектирование состава бетона
Санкт-Петербургский
Государственный Политехнический
Университет
Инженерно-строительный
факультет
Пояснительная
записка по курсовому проекту:
«Проектирование
состава бетона»
по
дисциплине «Строительные материалы»
Санкт-Петербург
1. Постановка
задачи и исходные данные
Таблица 1
Требования к свойствам бетона и бетонной смеси
|
№
п/п
|
Зона
сооружения
|
Вид
бетона
|
Класс
по прочности
|
Марка
по водонепроницаемости
|
Марка
по морозостойкости
|
ОК,
см
|
|
1
|
Надземная
|
Обычный
|
B15
|
-
|
-
|
16
|
|
2
|
Подводная
|
Гидро-
технический
|
B10
|
W2
|
-
|
14
|
|
3
|
Переменного
уровня воды
|
|
B20
|
W6
|
F600
|
12
|
Сооружение расположено в открытом водоеме.
Химический состав воды приведен в таблице 2. Температура окружающего воздуха text
= 16,3
0C.
Таблица 2
Химический состав воды-среды
|
Содержание
ионов, мг/л
|
Суммарное
содержание солей, мг/л
|
Временная
жесткость, мг-экв/л
|
Содержание
агрессивной СО2, мг/л
|
pH
|
|
K++Na-
|
Mg2+
|
NH4+
|
SO42-
|
|
|
|
|
|
8760
|
1860
|
200
|
3570
|
18400
|
3,08
|
30
|
3,0
|
Бетон в зоне I:
Ø обычный
Ø крупный заполнитель гравий
известняковый
Ø мелкий заполнитель
песок из отсевов доломита
Ø фракции
заполнителей: мелкая и крупная
Бетон в зонах III
и II:
Ø гидротехнический
Ø крупный заполнитель гравий
известняковый
Ø мелкий заполнитель песок из отсевов
доломита
Ø щебень фракционированный с Dнаиб =
120 мм
Подсчитать расходы материалов на 1 куб.м. бетона
методом абсолютных объемов (для бетона I ), приняв γц
= 3,10 г/куб.см., γп
= γкр = 2,65 г/куб.см.
И методом, когда известна объемная масса бетона
(для I и II),
приняв γб
= 2400 кг/куб.м
2. Оценка агрессивности воды-среды
(по
данным табл.2)
Оценка степени агрессивного воздействия сред
дана по отношению к бетону на любом из цементов, отвечающих требованиям ГОСТ
10178-76 и ГОСТ 22266-76.
Таблица 3.
Оценка агрессивности воды-среды
|
Вид
коррозии
|
Показатель
агрессивности
|
Бетон
зоны
|
Вид
цемента
|
Водонепроницаемость
бетона
|
Значение
показателя агрессивности
|
Вывод
об агрессивности воды
|
|
|
|
|
|
фактическое
|
допустимое
|
|
|
Выщела-чивающая
|
Временная
жесткость, мг-экв/л
|
II
|
-
|
W2
|
3,08
|
>1,05
|
Не
агрессивна
|
|
|
III
|
-
|
W6
|
|
|
|
|
Общекис-лотная
|
Водородный
показатель рН
|
II
|
-
|
W8
|
3,0
|
> 5,0
|
Агрессивна
|
|
|
III
|
-
|
W8
|
|
> 4,0
|
|
|
Углекис-лая
|
Содержание
агрессивной углекислоты, мг/л
|
II
|
-
|
W8
|
30
|
<10
|
Агрессивна
|
|
|
III
|
-
|
W6
|
|
<40
|
Не
агресивна
|
|
Магнезиальная
|
Содержание
ионов Mg2+, мг/л
|
II
|
-
|
W8
|
1860
|
< 1000
|
Агрессивна
|
|
|
III
|
-
|
W6
|
|
< 2000
|
Не
агрессивна
|
|
Аммоний-ная
|
Содержание
ионов NH4+, мг/л
|
II
|
-
|
W8
|
200
|
< 100
|
Агрессивна
|
|
|
III
|
-
|
W6
|
|
< 500
|
Не
агрессивна
|
|
Щелоч-ная
|
Содержание
ионов Na++K+, мг/л
|
II
|
-
|
W2
|
8760
|
<50000
|
Не
агрессивна
|
|
|
III
|
-
|
W6
|
|
<60000
|
Не
агрессивна
|
|
Общесо-левая
|
Суммарное
содержание всех солей, мг/л
|
II
|
-
|
W8
|
18400
|
<10000
|
Агрессивна
|
|
|
III
|
-
|
W6
|
|
<20000
|
Не
агрессивна
|
|
Сульфат-ная
|
Содержание
ионов SO42-, мг/л
|
II
|
сспц
|
W2
|
3570
|
<6000
|
Не
агрессивна
|
|
|
III
|
ccпц
|
W6
|
|
<7800
|
Не
агрессивна
|
Вывод. Вода
агрессивна по общекислотной коррозии по отношению к бетону марки W6,
по общекислотной, углекислой, магнезиальной, аммонийной, общесолевой к бетону
марки W2. Эти коррозии
одинаково опасны для всех видов цемента. Избежать коррозии можно двумя
способами: устройством гидроизоляции бетона или повышением его
водонепроницаемости. Используем марку W8.
Однако повышение водонепроницаемости не удовлетворит нужных требований для
общекислотной коррозии ввиду низкого уровня pH.
Таким образом для защиты бетона также используем гидроизоляцию.
Исходя из результатов оценки агрессивности
среды, требований СНиП 2.03.11-85, требований по морозостойкости, а также табл.
3. задания выбираем:
Материалы для бетона
|
Бетон
зоны
|
Вид
цемента
|
Марка
цемента
|
Мелкий
заполнитель
|
Крупный
заполнитель
|
|
|
|
|
Вид
|
Порода
|
Dнаиб, мм
|
Число
фракций
|
|
I
|
ПЦ
|
400
|
Из
отсевов доломита
|
Непромытый
гравий
|
известняк
|
20
|
2
|
|
II
|
ССПЦ
|
400
|
|
Непромытый
гравий
|
|
120
|
6
|
|
III
|
ССПЦ
|
500
|
|
|
|
|
|
водный бетон цемент смесь
3. Определение параметров состава бетона I
зоны
.1 Определение В/Ц
Среднее значение прочности для заданного класса
бетона (В15) составляет
Rзад
= 15/0,78=19,23 МПа.
Опытные данные при Ц=const
и r=const
|
В/Ц
|
0,54
|
0,56
|
0,59
|
0,6
|
0,62
|
0,64
|
0,65
|
|
R28,МПа
|
23,5
|
21,7
|
19,7
|
19,2
|
17,6
|
16,7
|
16,1
|
По графику для R28
= 19,23 МПа выбираем В/Ц = 0,6
3.2 Определение оптимальной доли песка в смеси
заполнителей rопт
Из выбранных материалов готовим 7 бетонных
смесей с различным r
(0,24-0,41).
Остальные параметры сохраняем постоянными: В/Ц =
0,6 (найдено ранее), Ц принимаем произвольно (пусть предварительно Ц = 400 кг/м3).
Для каждой смеси результаты заносят в таблицу и строят график зависимости ОК от
r, по которому для
наибольшей ОК находят rопт.
ОК=f(r).
Опытные данные при Ц=400 кг/м3
|
r
|
0,24
|
0,26
|
0,28
|
0,3
|
0,32
|
0,36
|
0,41
|
|
ОК,
см
|
10
|
11
|
11,5
|
11,5
|
11
|
9
|
7
|
Рис.2. Зависимость ОК от величины r
По графику для наибольшей ОК = 11,5 см получаем rопт
= 0,3.
.3 Определение расхода цемента Ц
Готовят несколько бетонных смесей с различным
расходом цемента и постоянными значениями В/Ц и r,
найденными ранее. Для каждой бетонной смеси определяют значение ОК и строят
график зависимости ОК от Ц. По графику, для заданной ОК, находят нужный расход
цемента.
Опытные данные при r
= rопт
|
Ц
|
120
|
170
|
220
|
270
|
320
|
370
|
420
|
|
ОК,
см
|
0,5
|
1,5
|
4,5
|
8
|
11,5
|
14,5
|
17,5
|
Принимаем расход цемента Ц= 275 кг/м3
.4 Уточнение параметров r
и Ц
При определении rопт
был
предварительно принят Ц=400кг/м3, однако фактически получено Ц= 275 кг/м3. Для
уточнения rопт повторяем
испытания бетонной смеси с Ц= 275 кг/м3
При интерполяции В/Ц получаем значения ОК.
Уточненная зависимость ОК=f(r)
при расходе цемента Ц= 275 кг/м3
|
r
|
0.31
|
0.33
|
0.35
|
0.37
|
0.39
|
0,41
|
0,43
|
|
O/K
|
-
|
-
|
1,75
|
2,75
|
3,25
|
2,25
|
0,5
|
Новая кривая зависимости ОК =f(r)
при Ц=275 кг/м3, по ней определяем, что значение rопт
=0.37
Уточним теперь значение Ц при rопт
=0.37 Для этого готовим и испытываем на подвижность несколько бетонных смесей с
уточненным значением rопт
прежним В/Ц=0,6 и различным расходом цемента. Результаты, полученные аналогично
тому, как это делалось выше, заносим в таблицу.
|
Ц
|
80
|
130
|
180
|
230
|
280
|
330
|
430
|
|
ОК,
см
|
0,5
|
1,5
|
4,5
|
8
|
11,5
|
14,5
|
17,5
|
После уточненного значения rопт
=0.37, при заданном значении ОК=16, мы получаем новое значение Ц=380 кг/м3
Запроектированный состав бетона I
зоны характеризуется следующими параметрами:
Ц=380 кг/см3; В/Ц=0,6; r=0,37.
Расчет состава бетонной смеси методом абсолютных
объемов
Подсчет количества материалов на 1 м³
бетона
производится методом абсолютных объёмов. Метод основан на следующем
предположении: объем плотно уложенной бетонной смеси равен сумме абсолютных
объемов входящих в нее материалов.
Переход от параметров состава к расходам
материалов
Рассчитаем расходы материалов методом абсолютных
объемов.
Значения плотности материалов:
ρц
= 3150 кг/м3;
ρв
= 1000 кг/м3;
ρп
= 2850 кг/м3;
ρкр
= 2720 кг/м3;
В= В/Ц * Ц =0,6*380=228 кг/м3
Решаем систему двух уравнений:
Кр = 1132 кг/м3
П = 666 кг/м3
В = 228 кг/м3
Ц = 380 кг/м3
Итого: 2406 кг/м3
4. Определение параметров состава бетона II
и III зон
.1 Определение оптимального зернового состава
заполнителей
Заполнители рассеиваем на 7 фракций: 0-5, 5-10, 10-20,
20-40, 40-80, 80-100, 100-120 мм. Зерновой состав заполнителей определяем по
идеальной кривой просеивания
Данные для построения оптимальной кривой
просеивания
|
Вид
заполнителя
|
Dнаиб, мм
|
Проходы,
%, на ситах с отверстием, мм
|
7,5
|
15
|
30
|
60
|
120
|
|
Гравий
|
120
|
22
|
30
|
40
|
54
|
73
|
100
|
Оптимальная кривая просеивания
Доля каждой фракции в смеси заполнителей
|
Фракция, мм
|
0-5
|
5-10
|
10-20
|
20-40
|
40-80
|
80-100
|
100-120
|
|
Доля
фракции,%
|
26
|
8
|
10
|
17
|
21
|
9
|
9
|
-5 - 26%
-10 - 8 %
-20 - 10%
-40 - 17%
-80 - 21%
-100 - 9%
-120 - 9%
Итого: 100%
.2 Определение водопотребности бетонной смеси
Зная ЗСопт можно использовать
следующий прием. Определяем водопотребность бетонной смеси Вп., т.е. количество
воды необходимое для получения заданной ОК. Зависимость ОК =f(В)
получаем из опытных данных, учитывая то, что В=(В/Ц)*Ц. Берем В/Ц и Ц,
соответствующие выбранному значению ОК и перемножаем их. Значение Ц берем из
строки отвечающей нашему r.
Результаты заносим в таблицу.
r= 33/(33+24)=0,6
|
В
кг/м3
|
48
|
78
|
108
|
138
|
168
|
198
|
228
|
258
|
288
|
|
ОК,
см
|
0,56
|
1,68
|
5,04
|
8,96
|
12,88
|
16,24
|
19,6
|
22,96
|
25,2
|
зона: Вп=180 кг/м3 (ОК = 14)
III зона:
Вп=160 кг/м3 (ОК = 12)
.3 Определение водоцементного отношения В/Ц
Для определения В/Ц готовят несколько бетонных
смесей с различным значением В/Ц. Из каждой бетонной смеси готовят три серии
образцов:
. Кубы на прочность;
. Цилиндры на водонепроницаемость;
. Кубы на морозостойкость.
Для подводной зоны приведены результаты
испытания бетона на прочность в 180-дневном возрасте и на водонепроницаемость
при различных В/Ц и ЗС=ЗСопт.
Среднее значение прочности для заданного класса
бетона
II зоны (В10)
составляет
Rзад
= 10/0,78=12,8 МПа.
III зоны (В20)
составляет
Rзад
= 20/0,78=25,6 МПа.
Зависимость прочности R180
от В/Ц бетона на непромытом гравие с Dнаиб=120
мм,
Портландцемент зоны II
марки 400 и III зоны марки
500, ЗС=ЗСопт
|
В/Ц
|
0,59
|
0,60
|
0,62
|
0,64
|
0,65
|
0,68
|
0,7
|
0,72
|
0,75
|
0,77
|
0,80
|
0,81
|
0,83
|
|
R180, МПа 2
зона
|
27,58
|
26,88
|
24,64
|
23,38
|
22,54
|
20,58
|
18,8
|
17,92
|
16,38
|
15,12
|
13,72
|
13,44
|
12,32
|
|
R180, МПа 3
зона
|
35,84
|
34,72
|
32,9
|
30,38
|
29,54
|
27,02
|
25,34
|
23,8
|
21,7
|
20,6
|
18,5
|
17,9
|
16,8
|
Водопроницаемость для бетона II
зоны В/Ц=0.82 для бетона III
зоны В/Ц=0.7
Из условия водонепроницаемости
Для получения зависимости В/Ц от
водонепроницаемости из бетонных смесей готовим образцы: цилиндры на
водонепроницаемость и испытываем их. Результаты запишем в таблицу и построим
график.
Результаты испытаний бетона II
и III зоны на
водонепроницаемость
|
Водопотребность
бетонной смеси, кг/м3
|
Водонепроницаемость
бетона, МПа, при В/Ц
|
|
0,5
|
0,55
|
0,6
|
0,65
|
0,7
|
0,75
|
0,8
|
0,9
|
|
180
|
3,11
|
2,22
|
1,72
|
1,31
|
1,03
|
0,85
|
0,72
|
0,63
|
|
160
|
3,18
|
2,39
|
1,78
|
1,36
|
1,07
|
0,88
|
0,76
|
0,67
|
II зона:
требуемая водонепроницаемость 0,8 МПа => В/Ц=0,79
III зона:
требуемая водонепроницаемость 0,6 МПа => В/Ц=0,93
Из условия морозостойкости
Для получения зависимости В/Ц от морозостойкости
из бетонных смесей готовим образцы: кубы на морозостойкость и испытываем их.
Результаты запишем в таблицу и построим график.
Таблица 6
Результаты испытаний бетона III
зоны на морозостойкость
|
В/Ц
|
0,4
|
0,5
|
0,55
|
0,6
|
0,65
|
0,7
|
0,75
|
0,8
|
0,9
|
|
циклы
|
860
|
540
|
430
|
350
|
290
|
250
|
220
|
205
|
185
|
Экстраполируя, получаем, для бетона III
зоны при требуемой морозостойкости 600 циклов, В/Ц=0,48
Таблица 7
Результаты определения В-Ц для бетона II
и III зоны
|
Заданные
классы или марки бетона
|
В/Ц
для бетона зоны
|
|
II
|
III
|
|
По
прочности
|
0,82
|
0,7
|
|
По
водонепроницаемости
|
0,79
|
0,93
|
|
По
морозостойкости
|
-
|
0,48
|
|
Окончательно
принимаем
|
0,79
|
0,48
|
.4 Определение расхода цемента Ц
Расход цемента определяют экспериментальным
способом. Готовят несколько бетонных смесей с различным расходом цемента и
значениями В/Ц и r, найденными
ранее. Для каждой бетонной смеси определяют значение ОК и строят график
зависимости ОК от Ц. По графику для заданной ОК находят нужный расход цемента.
ОК=f(Ц),
бетонная смесь на непромытом гравие с Dнаиб
= 120 мм. Опытные данные при r
= rопт
Требуемая по заданию ОК:
Для бетона зоны II
ОК=14см,зоны III:ОК=12см
|
В/Ц
|
Значение
ОК, см, при указанных Ц, кг/м3
|
|
80
|
130
|
180
|
230
|
280
|
330
|
380
|
|
0,79
|
2
|
5
|
9
|
13,25
|
17,5
|
21
|
22,5
|
|
0,48
|
0,5
|
1,5
|
2,5
|
4,5
|
7
|
10
|
12,5
|
.5 Результаты проектирования составов бетона
|
Параметры
состава бетона
|
Номер
зоны
|
|
II
|
III
|
|
Расход
цемента Ц, кг/м3
|
197
|
300
|
|
Водоцементное
отношение В/Ц
|
0,79
|
0,48
|
|
Содержание
фракций заполнителя, %
|
|
0-5
|
26%
|
|
5-10
|
8%
|
|
10-20
|
10%
|
|
20-40
|
17%
|
|
40-80
|
21%
|
|
80-100
|
9%
|
|
100-120
|
9%
|
Расчет состава бетонной смеси методом, когда
известна объемная масса бетона
Объемная масса бетона γБ
= 2400 кг/м3.
Расходы материалов в бетоне
|
Показатели
состава бетона
|
Номер
зоны
|
|
II
|
III
|
|
Расход
цемента Ц, кг/м3
|
197
|
300
|
|
Расход
воды В, кг/м3
|
155,6
|
144
|
|
Тесто
Т=Ц+В
|
352,6
|
444
|
|
Заполнители
З=γб - Т
|
2047,4
|
1956
|
|
Содержание
фракций заполнителя, кг/м3
|
|
0-5
мм
|
532,22
|
508,56
|
|
5-10
мм
|
163,792
|
156,48
|
|
10-20
мм
|
204,11
|
195,6
|
|
20-40
мм
|
347,99
|
332,52
|
|
40-80
мм
|
429,87
|
410,76
|
|
80-100 мм
|
184,23
|
176,04
|
|
100-120
мм
|
184,23
|
176,04
|
|
Всего
|
2400
|
2400
|
|
|
|
|
|