База знаний студента. Реферат, курсовая, контрольная, диплом на заказ

 Минстерство Образования Российской Федерации

Московский Государственный Строительный Университет

Кафедра строительных материалов

Домашнее задание

По разделу «Бетон»

Студента Иванов Д.А.

ВиВ-II-2    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва

2005

Рассчитать состав бетона класса В10 с требуемой прочностью при сжатии в возрасте 28 суток нормального твердения 15 МПа (марка М150) при коэффициенте вариации прочности 13,5%.

Бетонную смесь намечено укладывать с вибрацией в конструкцию бетонного пирса. Минимальный размер сечения конструкции 1500 мм. Наименьшее расстояние в свету между стержнями арматуры 100мм.

Условия эксплуатации нормальные.

Характеристика удобоукладываемости бетонной смеси:

осадка конуса ОК=2-3см.

Зерновой состав заполнителей

Параметры состояния заполнителей

Определить и рассчитать

1.     

2.     

3.     

4.     

5.     

6.     

7.     

8.     

9.     

10.  18ºС (состав бетона принимать по п.5). Начальную температуру материалов см. в таблице.

Материалы	Начальная температура, ºС
Цемент	-5
Песок	-4
Крупный заполнитель	-4
Вода	+60

11. 

  а) на строительство поступил портландцемент марки 500 при условии, что расход воды в бетоне остается тем же;

  б) требуемая прочность бетона должна быть достигнута в возрасте 180 сут., а не 28 сут., как было указано в условии задания.

12.  410 сут. Нормального твердения, учитывая, что к этому сроку масса химически связанной воды составит 18% массы цемента.

13. 

РАСЧЕТ НАЧАЛЬНОГО СОСТАВА БЕТОНА

1.     

Останавливаем выбор на шлакопортландцементе. Его характеристики: истинная плотность ρц  = 3 кг/дм³, насыпная плотность ρн.ц. = 1,3 кг/дм³.

Для бетона марки М150 рекомендуются цементы марки 300

Оцениваем необходимые характеристики заполнителей.

Аi = а i + а i+1  = а i + А i+1

Песок:

Модуль крупности песка: Мк = (А2,5 + А1,25 + А0,63 + А0,315 + А0,16)/100 = (10+35+55+85+100)/100 = 2,85

Группа песка по модулю крупности и полному остатку на сите № 0,63 – крупный. Водопотребность Вп = 5,25%

График зернового состава песка.

     0   0,16  0,315    0,63                    1,25                                                   2,5                                                                                                          5,0

1 – допускаемая нижняя граница крупности песка (Мк=1,5);

2 – рекомендуемая нижняя граница крупности (Мк=2,0) для бетонов класса В15 и выше;

3 - рекомендуемая нижняя граница (Мк=2,5) для бетонов класса В25 и выше;

4 – допускаемая верхняя граница крупности (Мк=3,25).

 

Крупный заполнитель:

Наибольшая крупность D = 70 мм.(D определяется размером отверстий сита, полный остаток на котором не превышает 10%).

Наименьшая крупность d = 5 мм.(d определяется размером отверстий сита, полный остаток на котором равен или более 95%).

График зернового состава крупного запонтеля.

 0     5                                           37,5                                                                  70                                                                                       87,5

Наибольшая крупность заполнителя соответствует размерам сечений и густоте армирования конструкции (при бетонировании ж/б колонн, наибольший размер зерен принимают равным не более 2/3 наименьшего расстояния в свету между стержнями арматуры; 2/3·100=66,67>70)

2.     

R28 = ARц(Ц/В),                                            (1)

где R28 – заданая марка (требуемая прочность) бетона в возрасте 28 сут. нормального твердения;

Rц – марка цемента;

А – коэффициент, учитывающий качество заполнителей.

Для рядовых заполнителей коэффициент А = 0,6, для  заполнителей пониженного качества А = 0,55. Берём 0,6

Ц/В = R28/ARц + 0,5                               (2)

Ц/В = 150/0,6·300 + 0,5 = 1,33

По известному значению Ц/В находим водоцементное отношение, необходимое по условию прочности:

В/Ц = 1׃ (Ц/В)                                               (3)

В/Ц = 1׃ 1,33= 0,75

Ограничений водоцементного отношения по условию долговечности нет поэтому используем найденные значения В/Ц и Ц/В для дальнейшего расчета.

3.     

Учитывая, что при модуле крупности 2,87 водопотребность песка равна 5,25% (по графику), по формуле (4) определяем окончательный расход воды.

В = Втабл. + (Вп - 7)·5                              (4)

Втабл. = 170 кг.

Вп = 5,25%

В = 170 + (5,25 -7)·5 = 161,5 (кг)

На основании принятых значений Ц/В и В определяем расход цемента по формулам:

Ц = В·Ц/В или Ц = В׃В/Ц

Ц = В·Ц/В = 161,5·1,33=214,5 (кг)

Полученный расход цемента цемента сопоставляем с минимально допускаемым. В нашем случае условия эксплуатации нормальные, т.е. бетон защищен от атмосферных воздействий. Для бетона, укладываемого с вибрацией, минимальный расход цемента составляет 200 кг. (по таблице). Поскольку найденый расход цемента не ниже минимального, рекомендуемого нормами, оставляем его для дальнейшего расчета.

4.           

Уравнение абсолютных объемов (без учета воздушных пустот):

Ц/ρц + В/ρв + П/ρп + К/ρк = 1000                       (5)

Пустоты между зернами крупного заполнителя должны быть заполнены цементно-песчаным рствором с некоторой раздвижкой зерен:

Ц/ρц + В/ρв + П/ρп = (К/ρн.к.)αк·kр.з.,                    (6)

где Ц,В,П,К – расходы цемента, воды, песка и крупного заполнителя, кг;

ρц,ρв,ρп,ρк  - плотность этих материалов, кг/дм³;

ρн.к. – насыпная плотность крупного заполнителя, кг/дм³;

αк – пустотность крупного заполнителя в насыпном состоянии в долях единицы объема

kр.з. – безразмерный коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя цементно-песчаным раствором.

Решая совместно уравнения (5) и (6), получим формулу для определения расхода крупного заполнителя К, кг.:

К = 1000/( αк·kр.з./ρн.к + 1/ρк)                                (7)

 и песка П, кг.:

П =[1000 – (Ц/ρц + В/ρв + К/ρк)]·ρп                                                   (8)

Вычислим предварительно пустотность щебня:

αк = 1 - ρн.к/ρк = 1 – 1,48/2,72  = 0,456

Теперь надо определить значени коэффициента раздвижки зерен. Поскольку бетонная смесь пластичная (ОК=2...3 см.), вычисляем объем цементного теста Vц.т. по формуле:

Vц.т. = Ц/ρц + В/ρв                                                (9)

Vц.т. = 214,5׃3 + 161,5׃1 = 71,5+161,5 = 233(дм³)

По графику находим k’р.з. = 1,27 и затем по формуле (10) корректируем его, внося поправку на водопотребность песка:

kр.з. = k׳р.з. + (7-Вц)·0,03                                       (10)

kр.з. = 1,27 + (7-5,25)·0,03 = 1, 3225

При таких значениях αк и kр.з. расход крупного заполнителя составит:

К = 1000/(0,456·1,3225׃1,47 + 1׃2,72) = 1285,5 (кг),

а мелкого (песка):

П = [1000 – (214,5׃3 + 161,5׃1 +1285,8׃2,72)]·2,68 = 789 (кг).

Таким образом, расход материалов для приготовления 1м³ бетона составляет, кг.:

         цемент     214,5

         вода         161,5

         песок       789

         щебень     1285

         Итого:     2450

Следовательно, средняя плотность бетонной смеси 2450 кг/м³.

5.            Состав бетона по массе в относительных единицах:

Ц/Ц : В/Ц : П/Ц : К/Ц = 1 : В/Ц : П/Ц : К/Ц

214,5/214,5:181,5/214,5: 789/214,5 : 1285/214,5 = 1 : 0,85 : 3,68 : 6

Для выражения состава бетона по объему, определим предварительно объемы материалов в рыхлонасыпном состоянии:

Vц = Ц ׃ ρн.ц. = 214,5 ׃ 1,3 = 165 (дм³);

Vп = П ׃ ρн.п. = 789 ׃ 1,45 = 544,1(дм³);

Vк = К ׃ ρн.к. = 1285 ׃ 1,47 = 868,3 (дм³).

Состав бетона по объему в относительных единицах:

Vц/Vц  : Vв/Vц  : Vп/Vц  : Vк/Vц  = 1 : Vв/Vц  : Vп/Vц  : Vк/Vц  

165/165 : 161,5/165 : 544,1/165 : 868,3/165 = 1 : 0,98 : 3,3 : 5,26

6. Рабочий состав бетона.

Масса воды, содержащейся в щебне при влажности 2%, равна 1285·0,02 = 25,7 (кг), а в песке при влажности 3% 789·0,03 = 23,67 (кг).

Масса добавляемой воды (с учетом содержащейся в заполнителях):

161,5 – 25,7 – 23,7 = 112,1 (кг).

Расход материалов на 1м³ бетона рабочего состава, кг.:

         цемент     214,5

         вода         112,1

         песок       812,7

         щебень     1310,7

         Итого:     2450

При этом истинное значение В/Ц остается неизменным, а кажущееся

В/Ц = 112,1 ׃ 214,5= 0,52

Рабочий состав бетона по массе:

214,5/214,5 : 112,1/214,5 : 812,7/214,5 : 1310,7/214,5 = 1 : 0,52 : 3,79 : 6,11

Аналогично можно определить состав бетона по объему. Например, при насыпной плотности щебня и песка в естественно-влажном состоянии соответственно 1,51 и 1,38кг/дм³., объемы их составляют:

V’к = 1310,7 ׃ 1,51 = 868 (дм³);

V’п = 812,7 ׃ 1,38 = 588,9 (дм³).

Рабочий состав бетона по объему:

165/165 : 112,1/165 : 588,9/165 : 868/165 = 1 : 0,68 : 3.57 : 5.26

7. Коэффициент выхода бетонной смеси рабочего состава

β = 1000/( Vц + Vп + Vк)

β = 1000/(165+588,9+868)=0,617

Зная этот коэффициент, можно рассчитать дозировку материалов на замес бетоносмесителя и объем бетона в одном замесе, используя формулы:

Цv = βV/1000·Ц;   Вv = βV/1000·В;   Пv = βV/1000·П;   Кv = βV/1000·К,

где Цv, Вv, Пv, Кv – расходы цемента, воды, песка и крупного заполнителя на замес бетоносмесителя, вместимостью V,кг. (V=1200 дм³).

Ц,В,П,К –расходы цемента, воды, песка и крупного заполнителя на 1м³ бетона, кг.

Объем бетона в замесе Vз = βV

Vз = 0,617 · 1200 = 745,2 (дм³).

8. Дозировка материалов в рабочем состоянии на замес бетоносмесителя.

Цv = 0,617·1200/1000 · 214,5= 158,8 (кг);

Вv = 0,617·1200/1000 · 112,1 = 83 (кг);

Пv = 0,617·1200/1000 · 812,7 = 601,7 (кг);

Кv = 0,617·1200/1000 · 1310,7 = 970,4 (кг).

9.      Рассчитать температуру подогрева заполнителей для получения бетонной смеси с температурой 18ºС, если начальная температура цемента -5ºС, песка -4ºС, щебня        -4ºС. Воду подогревают до +60ºС. Состав бетона по массе 1 : 0,85 : 3,68 : 6 (цемент, вода, песок, щебень).

Составляем уравнение теплового баланса, вводя исходные данные:

свВ(tв.п. - tб.с.) = сцЦ(tб.с. - tн.ц.) + сз(П+К)( tб.с. - tз),

где св, сц, сз – удельные теплоемкости воды, цемента и заполнителей соотвнтственно; для практических целей можно принять, что сц=сз=0,84 кДж/(кг·ºС), св=4,2 кДж/(кг·ºС);

Ц,В,П,К – расходы материалов на 1м³ бетона, кг.

tв.п. – температура, до которой подогревают воду, ºС;

tб.с. – заданная температура бетонной смеси, ºС;

tн.ц. – начальная температура цемента, ºС;

tз – определяемое значение температуры подогрева заполнителей, ºС.

Для упрощения вычислений подставим  в уравнение теплового баланса вместо Ц,В,П и К соответствующие им части из выражения состава в относительных единицах по массе.

4,2 · 0,85 ·  (60 - 18) = 0,84 · 1[18 – (-5)] + 0,84 · (3,68 + 6) · (18 - tз)

                                         149,9 = 19,32 + 8,13 · (18 - tз)

                                           130,6 = 8,13 · (18 - tз)

                                           16,06 = 18 – tз

                                                tз = 1,94

Решив уравнение, получили tз = +1,94ºС. Таким образом,чтобы бетонная смесь имела температуру +18ºС, необходимо нагреть песок и крупный заполнитель на 5,94ºС считая от начальной температуры. При этом конечная температура их нагрева окажется одинаковой.

10.  а) Марка цемента меньше рекомендуемой. Марка вновь поступившего цемента R’ц = 500.

Вычисляем значение (Ц/В)’ и новый расход цемента:

(Ц/В)’ = R28/AR’ц + 0,5 = 150/0,55·500 + 0,5 = 1,05

Ц’ = (Ц/В)’ · В = 1,05 · 161,5 = 169,6 (кг).

Перерасход цемента составит:

∆Ц = │Ц – Ц’│=│214,5 – 169,6│= 44,9 (кг).

            б) Воспользуемся для перерасчета логарифмической зависимостью прочности бетона нормального твердения от времени:

R’28 = Rn · (lg28/lgn),

где R’28 – прочность на сжатие, которой достигнет бетон в возрасте 28 дней;

Rn – заданная прочность бетона в срок n дней (n=180).

R’28 = 500·(lg28/lg180) = 500 · (1,4472/2,2553) = 320,8 (кгс/см²).

Полученное значение R’28 подставляем в формулу для определения Ц/В и затем при прежнем расходе воды находим новый расход цемента:

(Ц/В)’ = R28/AR’ц + 0,5 = 320,8/0,6·500 + 0,5 = 1,07

Ц’ = 1,07 · 161,5 = 172,72 (кг)

Увеличение расхода цемента составит:

∆Ц = │Ц – Ц’│=│214,5 – 172,72│= 41,78 (кг).

11.  к,%, образованных несвязанной водой, определяют по формуле:

Пк = (В – 2wЦ/1000)·100,                            (11)

где В – расход воды затворения а 1м³ бетона, кг;

w – относительное количество воды, связанной цементом, доли единицы;

Ц – расход цемента на 1м³ бетона, кг.

Пк = (161,5 – 2·0,22·214,5/1000) · 100 = 8,4%

Общую пористость можно рассчитать по формуле:

Пб = (В – wЦ/1000)·100                               (12)

Пб = (161,5 – 0,22·214,5/1000) · 100 = 12,3%

12. 

Стоимость материалов окажеися равной (состав бетона по пп.5,6), руб.:

   шлакопортландцемент М500                          0,322 · 19,7 = 6,34

   песок кварцевый природный                         0,462 · 1,35 = 0,62

   щебень (смесь фракций 5-40 мм.)                  0,8385 · 4,2 = 3,52

   вода                                                                   0,182 · 0,04 = 0,01

         Итого:                                                                                    10,49

Доля стоимости, приходящаяся на цемент, составит:

6,34 ׃ 10,49 = 0,604  (60,4%).

 Минстерство Образования Российской Федерации Московский Государственный Строительный Университет Кафедра строительных материалов Домашнее задание По разделу «Бетон» Студента Иванов

 

• 14:21 05 Июля 2016
  Российско-китайский медуниверситет откроет магистерскую программу по TCM
• 01:21 05 Июля 2016
  На форуме МГУ Россия и Китай обсудят научно-образовательное сотрудничество
• 11:00 04 Июля 2016
  Реморенко: "ЕГЭ-туризм" в России сходит на нет
• 10:52 04 Июля 2016
  Летняя российско-австрийская школа откроется в Москве
• 15:31 01 Июля 2016
  В СПбГУ могут воссоздать географический факультет

Заказать уникальную работу