Исходные данные для подбора состава бетона
Лабораторная работа №7
Тема: «Подбор состава бетона».
Цель занятий: Сформировать умения по подбору и расчету состава бетона
Методическое обеспечение занятий:
1. Инструкции к выполнению занятий
2. Строительные материалы и детали. Учебник для техникумов. Попов Л.Н., М. Стройиздат, 1986.
Исходные данные для подбора состава бетона
| Вари-ант | Марка бетона | Подвижность бетонной смеси (ОК), см | Минимально допустимый расход цемента, кг/м3 | Объемная плотность составляющих бетона, кг/м3 | Истинная плотность зерен, кг/м3 | Влажность, % | |||||
| заполнители | цемент | мелкого за-полнителя | крупного заполнителя | цемента | мелкого заполнителя | крупного заполнителя | |||||
| мелкий | крупный | ||||||||||
| 3,0 | 0,5 | ||||||||||
| 3,5 | 0,5 | ||||||||||
| 4,0 | 1,0 | ||||||||||
| 4,5 | 1,0 | ||||||||||
| 5,0 | 1,5 | ||||||||||
| 5,0 | 1,5 | ||||||||||
| Примечание – Максимальная крупность заполнителя (гравий) – 20 мм. Цемент марки 500 |
Порядок выполнения:
1. Ознакомиться с инструкциями.
2. Оформить отчет.
Содержание отчета:
1. Расчет тяжелого бетона согласно варианту лабораторный
2. Расчет тяжелого бетона согласно варианту полевой (с учетом влажности заполнителей)
Инструкции к выполнению занятий
Общий порядок производства расчетов.
Расчет состава обычного бетона состоит из собственно расчета и рационального подбора бетонной смеси с заданными свойствами бетона и бетонной смеси.
Состав бетонной смеси выражают в виде соотношения масс цемента, песка и щебня (гравия) с обязательным указанием водоцементного отношения В/Ц, т. е. отношения массы воды к массе цемента в свежеизготовленном бетоне. При обозначении состава бетона количество цемента принимают за 1, поэтому в общем виде состав бетона можно выразить соотношением
1:х:у при В/Ц = z,
где х(МЗ) и у(КЗ)— соответственно количества массо-частей песка (мелкого заполнителя) и гравия (крупного заполнителя), приходящихся на одну часть цемента; z - цифровой показатель водоцементного отношения.
Состав бетона можно обозначать другим способом — по расходу материалов на 1 м3 готовой бетонной смеси (например, цемента 250 кг, песка 850, щебня 1200, воды 160; итого 2460 кг).
Различают два состава бетона: номинальный (лабораторный), устанавливаемый для сухих материалов, и производственный (полевой) — для материалов в естественно влажном состоянии (песок, гравий, щебень).
Нормами установлен следующий наименьший допускаемый расход цемента на 1 м3 бетона: для сооружений, находящихся на открытом воздухе или в воде, 250 кг; для конструкций, находящихся внутри зданий, — 220 кг; для бетона, уплотняемого вибрированием, 200 кг.
При проектировании состава бетона нужно исходить, прежде всего, из заданной марки бетона, требуемой подвижности и удобоукладываемости бетонной смеси, а также свойств применяемых материалов (цемент, песок, щебень или гравий).
Для расчета состава бетона необходимо иметь следующие данные: вид цемента, его марку и объемную массу; объемную массу и плотность песка, переходной коэффициент от сухого песка к влажному, количество глинистых, илистых и пылевидных примесей; род крупного заполнителя (щебень или гравий), его плотность, объемную массу и предельную крупность зерен.
Марку цемента выбирают с таким расчетом, чтобы она превышала заданную марку бетона примерно в 2-2,5 раза. При марке цемента ниже указанной (т. е. Rц < 2,5Rб), произойдет большой его расход. Когда же бетон получается слишком высокой марки (например, если имеется цемент марки 500, а бетон требуется марки 100), то расход цемента на 1 м3 бетона будет меньше проектного. В этом случае необходимо ввести в цемент тонкомолотую добавку. Количество добавки а можно определить ориентировочно по формуле
а = 100(Rц-2,5Rб)/Rц
Эта формула составлена с учетом того, что активность смеси цемента и добавки пропорциональна содержанию цемента. Оптимальное же количество добавки следует определять опытным путем. При этом количество добавок для бетонов марки 200 – 400 не должно превышать 20%.
Состав бетонной смеси устанавливают в следующем порядке:
1) определяют водоцементное отношение, обеспечивающее заданную прочность бетона;
2) предварительно определяют расход цемента и воды на 1 м3 бетонной смеси;
3) предварительно вычисляют расход заполнителей на 1 м3 бетонной смеси;
4) выбирают рациональное соотношение песка и крупного заполнителя и находят окончательный состав бетонной смеси;
5) пересчитывают лабораторный состав бетонной смеси на производственный;
6) проверяют прочность бетона испытанием пробных образцов.
Рассчитывать состав бетонной смеси можно методом абсолютных объемов или методом последовательных приближений, положив в основу метод, разработанный Б. Г. Скрамтаевым и Ю. М. Баженовым.
1. Определение водоцементного отношения
Эту величину определяют по формулам Б. Г. Скрамтаева и Ю. М. Баженова, исходя из требуемой прочности бетона:
для бетона с водоцементным отношением В/Ц = 0,4 (т. е. для пластичных бетонов) –
; (1)
для бетона с водоцементным отношением В/Ц < 0,4 (для жестких бетонов)
, (2)
По формулам можно определить Ц/В и обратное ему водоцементное отношение, равное 1 : Ц/В, когда известны проектируемая марка бетона Rб и применяемая марка цемента. Коэффициенты А и А1 учитывающие качество цемента, песка и крупного заполнителя, указаны в таблице 1 Коэффициенты А и А1 Таблица 1
| Характеристика материалов | Значение А | ЗначениеА1 |
| Высококачественные..................................... | 0,65 | 0,43 |
| Рядовые.................................. | 0,60 | 0,40 |
| Пониженного качества (низкомарочный цемент, мелкий песок, гравий или щебень | 0,55 | 0,37 |
| низкой прочности) |
После преобразования относительно В/Ц формул (1) и (2) получим
В/Ц = 
; (3) В/Ц = 
; (4)
2. Определение потребности водыи цемента
Количество воды В определяется по таблице 2 в соответствии с крупностью заполнителя и характеристиками бетона. По найденному количеству воды вычисляют количество цемента:
Ц= В/ (В/Ц) (5)
Количество цемента не должно быть меньше минимально заданного количества (см. стр.1)
Таблица 2. Расход воды на 1 м3 бетонной смеси, л
| Характеристика бетонной смеси | Расходы воды при наибольшей крупности заполнителя, мм | ||||||||
| Осадка Конуса, см | Жесткость, с | Гравий | Щебень | ||||||
| - | 40...50 | ||||||||
| - | 25...35 | ||||||||
| - | 15...20 | ||||||||
| - | 10...15 | ||||||||
| 2...4 | - - - - - - | ||||||||
| 5...7 | |||||||||
| 8...10 | |||||||||
| 10...12 | |||||||||
| 12...16 | |||||||||
| 16...20 |
3. Определение расхода крупного заполнителя. При определении соотношения между мелким и крупным заполнителями условно принимают, что все пустоты в крупном заполнителе будут заполнены песком. Обычно для подвижной бетонной смеси количество песка приходится увеличивать, так как требуется раздвинуть зерна гравия или щебня. Для этого при расчете вводится в формулу поправка , называемая коэффициентом раздвижки зерен, примерно равная 1,1— 1,2 (значения коэффициента приведены в таблице 3).
Значения коэффициента раздвижки зерен Таблица 3
| Бетонная смесь | Расход цемента на 1 м3 бетона, кг | Коэффициент раздвижки зерен | |
| для щебня | для гравия | ||
| Пластичная » » » » Жесткая | Любой | 1,25 1,30 1,35 1,43 1,48 1,05-1,10 | 1,30 1,37 1,42 1,50 1,57 1,05-1,10 |
Для опредения количества крупного заполнителя применяют формулу (6)
где Vп – пустотность крупного заполнителя в рыхлом состоянии:
(7)
о.к. – объемная плотность крупного заполнителя, кг/м3;
к – истинная плотность крупного заполнителя, кг/м3.
– коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя цементно-песчаным раствором. Для пластичных смесей принимают по таблице 3, для жестких = 1,05 ... 1,1;
4. Определение расхода мелкого заполнителя. Расход мелкого заполнителя (песка) в килограммах на м3 бетона вычисляют как разность между проектным объемом бетонной смеси (1 м3) в уплотненном состоянии и суммой абсолютных объемов цемента, воды и крупного заполнителя:
. (8)
5. Определение расчетной (теоретической) средней плотности бетонной смеси. Определив расход всех компонентов (воды, цемента, крупного и мелкого заполнителей) на 1 м3 бетонной смеси, вычисляем ее расчетную среднюю плотность по формуле
расч. смеси = Ц + В + МЗ + КЗ. (9)
6. Определение коэффициента выхода бетона. Коэффициент выхода бетона равен объему бетонной смеси (1 м3) в уплотненном состоянии, деленному на сумму объемов сухих составляющих, затраченных на ее приготовление:
(10)
где Vц, Vмз,Vкз – объемы сухих составляющих (цемента, мелкого и крупного заполнителей), затраченных на приготовление 1 м3 бетонной смеси, м3;
Ц, МЗ, КЗ – расход сухих материалов на 1 м3 бетона, кг;
н.ц., н..м., н..к. – насыпная плотность сухих материалов (цемента, мелкого и крупного заполнителей.
Численное значение коэффициента выхода бетона () находится обычно в пределах 0,55–0,75.
7. Весовое количество материалов для пробного замеса бетонной смеси.
Пробный замес бетонной смеси делают для получения одного кубика бетона размером 20 х 20 х20 см, т. е. 8 л. Подсчитать массу крупного заполнителя в килограммах для пробного замеса можно умножив количество КЗ найденного для 1м3 на коэффициент 8/1000: КЗ8 = 0,008 КЗ.
Количество песка будет равно: МЗ8= 0,008МЗ
Цемент на замес берут в минимальном количестве, допускаемом техническими условиями. Например, если для данного бетона на 1 м3 допускается использовать 200 кг цемента, то на пробный замес 8 л потребуется (кг): (200/1000) 8= 1,6. Количество воды на 8 л бетона устанавливают по формуле:
В8 = Ц8(В/Ц).
Кроме этого состава рассчитывают еще два замеса, в которых соотношение х/у (песок/щебен,т.е. МЗ/КЗ) изменяют на ± 10%. После подсчета материалов для пробного замеса изготовляют бетонную смесь по результатам этого подсчета и определяют ее подвижность, испытывают ее на прочность после затвердевания в течение установленного срока (7 и 28 суток).
По результатам испытаний трех смесей принимается к производству оптимальный состав.
8. Расчет производственного состава
Поскольку в производственных условиях эти материалы имеют некоторую влажность, а крупный заполнитель способен поглощать часть воды затворения, расход воды для производственных условий уточняется по формуле
Втр=В -0,01(МЗ* м.з.+ КЗ* к.з.) (11)
гдеВ, МЗ,КЗ - соответственно полученные расчетом расходы воды, мелкого и крупного заполнителя, кг; м.з. к.з.- соответственно влажность мелкого и крупного заполнителя, % по массе. При этом количество влажных заполнителей увеличивают, чтобы содержание в них сухого материала равнялось расчетному, а именно:
МЗтр = МЗ(1+0,01 * м.з.),кг(12)
КЗтр = КЗ(1+0,01 * к.з.),кг (13)
9. Пример расчета состава бетонной смеси методом абсолютных объемов.
Задание.
Рассчитать состав бетона марки 250 подвижностью 5 см. Для приготовления бетонной смеси имеются следующие материалы: портландцемент марки 500, плотностью 3,1 кг/дм3; песок средней крупности плотностью 2700 кг/м3, объемной массой 1500 кг/м3 и влажностью 5%, Гравий имеет наибольшую крупность зерен 20 мм, плотность 2600 кг/м3, объемную массу 1500 кг/м3, и влажность 2%.
Решение.
1. Выясняем необходимость введения тонкомолотых добавок. Так как отношение Rц/Rб = 2, то никаких добавок в цемент вводить не требуется.
2. Определяем количество воды на 1 м3 по условиям применения бетона по таблице 2. Для заданных условий это 185 кг.
3. Вычисляем водоцементное соотношение по формуле (3):
В/Ц = 
;
4. Вычисляем по формуле (5) количество цемента Ц= В/ (В/Ц)=185/0,75=247 кг. Сравниваем полученное с минимально необходимым по условию применения. Если получен результат меньше, то необходимо пересчитать количество воды на другое (заданное) количество цемента.
5. Вычисляем пустотность крупного заполнителя по формуле (7):
6. Вычисляем количество крупного заполнителя по формуле (6):
7. Вычисляем количество мелкого заполнителя по формуле (8):
8. Находим расчетную плотность смеси по формуле (9): расч. смеси = Ц + В + МЗ + КЗ =
= 247+185+597+1336 = 2365 кг/м3
9. Определяем коэффициент выхода бетона по формуле (10):
10. Пересчитываем лабораторный состав на производственный с учетом влажности МЗ 5% и КЗ 2% по формулам (11), (12), (13).
Втр=В -0,01(МЗ* м.з.+ КЗ* к.з.) = 185-0,01(597*5+1336*2)=128 кг
МЗтр = МЗ(1+0,01 * м.з.)= 597(1+0,01*5)=627 кг,
КЗтр = КЗ(1+0,01 * к.з.)= 1336(1+0,01*2)=1363 кг,
11. В итоге получим следующий расход материалов на 1 м3 бетонной смеси (кг):
Цемента.................. 247
Воды....................... 128
Песка ...................... 627
Гравия ................. 1363
Итого................ 2365
Полученный результат сравниваем с результатом, полученным в пункте 8. Они не должны различаться более чем на 1%.
Количество МЗ, КЗ делим на количество цемента и получаем соотношение 1: 2,54 : 5,52 при В/Ц= 0,75
Контрольные вопросы для защиты
1 Как выражается состав бетона?
2 Каким образом определяется водоцементное отношение и необходимое количество цемента?
3 Как определяется количество крупного и мелкого заполнителей, входящих в состав данной бетонной смеси?
4 Каков порядок подбора состава бетона?
5 Как определить плотность бетонной смеси?
Разработал преподаватель Козыревич А.М.