Проектирование состава сложного строительного раствора
Строительный раствор - искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания рационально подобранной смеси вяжущего вещества, воды, мелкого заполнителя (песка) и добавок различного назначения.
Простыми называются растворы, приготовленные на одном вяжущем, сложными - на нескольких.
Порядок подбора состава сложного строительного раствора включает:
- расчет расходов цемента, минеральной добавки и ориентировочного расхода воды на 1 м3 песка;
- определение расхода компонентов на 1 м3 раствора;
- приготовление пробного замеса, испытание растворной смеси и, при необходимости, корректирование состава раствора в соответствии с требованиями по подвижности, изготовление контрольных образцов.
2.3.1 Расчет предварительного (ориентировочного) состава строительного раствора
Для расчета состава сложного строительного раствора необходимо знать следующие параметры:
- требуемая марка раствора Rр(0,1 МПа);
- активность цемента Rц (0,1 МПа);
- насыпная плотность цемента rнц(кг/м3);
- подвижность растворной смеси (ПК, см);
- вид минеральной добавки и ее плотность rд(кг/м3);
- характеристики песка: модуль крупности Мкр, пустотность Vпп, истинная rпи насыпная rнпплотности (кг/м3).
Подвижность растворной смеси принимают по таблице 2.9 в зависимости от назначения строительного раствора.
Таблица 2.9
Рекомендуемая подвижность растворных смесей в зависимости от их назначения.
| Назначение раствора | Подвижность растворной смеси, см |
| 1. Обычная кладка из сплошного кирпича, кладка из бетонных и природных камней легких пород 2. Обычная кладка из кирпича и керамических камней с щелевыми пустотами 3. Бутовая кладка 4. Заливка пустот при бутовой кладке 5. Вибрированная бутовая кладка 6. Монтаж стен из крупных элементов (заполнение швов) | 9 - 13 7 - 8 4 - 6 13 - 15 1 - 2 5 - 7 |
По формуле Попова ориентировочный расход цемента на 1 м3 песка в рыхло-насыпанном состоянии (кг)
Ц¢=[(10Rр- 4)/к 10Rц + 0,05]·1000 (2.18)
где Rр- заданная марка раствора (МПа);
Rц - активность цемента (МПа);
к- коэффициент, зависящий от крупности песка:
для крупного песка к=2,2,
для песка средней крупности к=1,8,
для мелкого песка к=1,4.
Расход цемента по объему на 1 м3 песка составит:
Vц= Ц¢/rнц (2.19)
где rнц - насыпная плотность цемента (кг/м3).
Расход добавки по объему (м3 на 1 м3 песка):
Vд= 0,17(1 - 0,002 Ц¢) (2.20)
Расход добавки по массе Д(кг на 1 м3 песка),
Д¢=Vд/rд (2.21)
где rд - плотность добавки (кг/м3) принимаемая в соответствии с рекомендациями табл. 2.10.
Таблица 2.10
Примерные значения плотностей добавок,
применяемых в сложных строительных растворах
| Вид добавки | Плотность, кг/м3 |
| 1. Известковое тесто 2. Известковое молоко, с массовой долей извести 25 % 3. Глиняное тесто из пластичной глины с массовой долей песка до 5 % 4. Глиняное тесто из глины средней пластичности с массовой долей песка до 15 % |
Состав сложного раствора в частях по объему устанавливают делением расхода каждого компонента растворной смеси на расход цемента по объему:
Vц /Vц : Vд /Vц : Vп /Vц=1 : X : Y (2.22)
Ориентировочный расход воды В(кг на 1 м3 песка) для получения растворной смеси заданной подвижности вычисляют по формуле
В¢=0,5 (Ц¢+ Д¢rд/1000) (2.23)
Количество составных частей по объему:
n=Vц /Vц + Vд /Vц + Vп /Vц (2.24)
Абсолютный объем с учетом пустотности песка (м3)
Vа =1 + Vд /Vц + (Vп /Vц )(1 - Vпп) (2.25)
Коэффициент выхода раствора:
b=Vа / n (2.26)
Расходы материалов на 1 м3 сложного раствора вычисляются по формулам:
- расходы по объему цемента Цv, добавки Дvи песка Пv(м3 на м3 смеси)
Цv=1/(bn) (2.27)
Дv=Цv Vд / Vц (2.28)
Пv=Цv / Vц (2.29)
- расходы по массе цемента, добавки , песка и воды (кг/м3 смеси)
Ц= Цv rнц (2.30)
Д= Дv rд (2.31)
П=Пv rнп (2.32)
В=0,5(Ц+Д) (2.33)
Пример расчета состава сложного строительного раствора
Рассчитать состав сложного строительного раствора М50 для зимней кладки из полнотелого керамического кирпича наземных конструкций здания
Материалы:
- портландцемент Rц=42 МПа, rнц=1080 кг/м3;
- песок кварцевый Мкр=2,1 , rп=2640 кг/м3 , rнп=1480 кг/м3,
- добавка - известковое тесто rд=1430 кг/м3 .
1. Пустотность песка составляет Vпп=(1-1480/2640) 100=44 %
Т.к. 2,0< Мкр < 2,5 - песок средний
Для кладки из полнотелого керамического кирпича (табл. 2.9) назначим подвижность растворной смеси ПК=10 см
2. Расход цемента по формуле (2.18)
Ц¢=[(10Rр-4/10кRц)+0,05]1000= [(50-4/0,8·420)+0,05]1000=187 кг/м3песка
Ц=187 кг/м3>Цmin для наземной кладки (75 кг/м3)
Для зимней кладки расход цемента должен быть удвоен Ц¢·2=187·2=374 кг/м3
Расход цемента по объему составит по (2.19)
Vц=Ц¢/rнц=374/1080=0,346 м3/м3 песка
3. Расход добавки по объему по (2.20)
Vд=0,17(1-0,002Ц)=0,17(1-0,002·374)=0,043 м3/м3 песка
4. Количество составных частей растворной смеси по объему (2.23):
n=1+ Vд/ Vц+1/ Vц=1+0,043/0,346+1/0,346=1+0,12+2,89=4,01 об.ч.
5. Абсолютный объем с учетом пустотности песка (2.24):
Vа=1+ Vд/ Vц+1/ Vц(1-Vпп)= 1+0,12+2,89(1-0,44)=2,74 об.ч.
6. Коэффициент выхода смеси (2.25)
b=Vа/n= 2,74/4,01=0,68
7. Расход цемента (2.26) и (2.29)
Цv=1/Vа=1/2,74=0,365 м3/м3 раствора
Ц= Цv ·rнц =0,365·1080=394 кг/м3 раствора
8. Расход добавки (2.27) и (2.30)
Дv= Цv·Vд/ Vц=0,365·0,12 =0,044 м3/м3 раствора
Д= Дv ·rд =0,044·1430=63 кг/м3 раствора
9. Расход песка (2.28) и (2.31)
Пv= Цv ·1/ Vц=0,365·2,89 =1,05 м3/м3 раствора
П= Пv ·rнп =1,05·1480=1561 кг/м3 раствора
10. Ориентировочный расход воды (2.32)
В=0,5(Цm+Дm)=0,5(394+63)=229 л/м3 раствора
Состав сложного строительного раствора:
Цемент- 394 кг/м3
Песок- 63 кг/м3
Добавка - 1561 кг/м3
Вода (ориентировочно)-229 кг/м3
Примеры решения задач по технологии бетона
Экономия цемента
Наиболее дорогим и энергоемким компонентом бетона является цемент. Если расход условного топлива на производство природных заполнителей составляет около 2 кг/т, то на производство портландцемента М400 - около 280 кг/т. Распространенные способы экономии цемента - введение в бетон пластифицирующих добавок , уменьшающих водопотребность бетонной смеси, и применение
бетонных смесей с минимально допустимой по условиям формования изделий подвижностью.
Задача 2.
Пластифицирующая добавка при сохранении марки бетона и подвижности бетонной смеси обеспечивает уменьшение расхода воды 178 до162 л/м3. Вычислить экономию цемента.
Решение.
Из уравнения Боломея-Скрамтаева для бетона без добавок :
В/Ц=АRц/(Rб+ 0,5АRц)
а с пластифицирующей добавкой
Вд/Цд=АRц/(Rб+ 0,5АRц).
Так как марка бетона с добавкой и без добавки одинаковы, активность цемента и свойства заполнителей одни и те же, то следовательно:
В/Ц= Вд/Цд.
Отсюда
Цд= Вд Ц / В=162 Ц/ 178= 0,91 Ц.
Экономия цемента составляет 9 % .
Задача 3.
Вычислить экономию портландцемента активностью 43 МПа на каждом кубическом метре тяжелого бетона М300, если производственные условия позволяют , не изменяя В/Ц отношения , перейти от малоподвижной (ОК=2 см) к жесткой бетонной смеси (Ж=30 с). Для бетона используется щебень с наибольшей крупностью 20 мм. Коэффициент качества материалов А=0,6.
Решение.
Из уравнения Боломея - Скрамтаева :
В/Ц=АRц/(Rб+ 0,5АRц)= 0,6·43/(30+0,5·0,6·43)=0,6.
Определяем по таблице (Приложение 1) водопотребность малоподвижной смеси Вм=190 л/м3, водопотребность жесткой смесиВж=160 л/м3. Расход цемента в малоподвижной смеси составит:
Цм= Вм/ (В/Ц)=190 / 0,6= 317 кг/м3.
Расход цемента в жесткой смеси:
Цж= Вж/ (В/Ц)=160 / 0,6= 267 кг/м3.
Экономия цемента составит:
DЦ=Цм-Цж=317-267=50 кг/м3.
Твердение бетона
Нормальной температурой твердения бетона условно считается 15- 20 оС. При понижении температуры скорость твердения уменьшается, а при температуре ниже 0 оС твердение практически прекращается. Твердение бетона в зимних условиях часто обеспечивают, применяя способ термоса и электроподогрев бетонной смеси.
Задача №4.
Определить продолжительность охлаждения до 0 оС бетона в прогоне размером 0,6´0,8´12 м при температуре окружающего воздуха -10 оС. Бетон находится в опалубке из 2 слоев сосновых досок толщиной 25 мм с 10-ти см слоем опилок между ними. Коэффициент теплопроводности сосны 0,175 Вт/(м·К), коэффициент теплопроводности опилок 0,1 Вт/(м·К). Температура свежеуложенного бетона 40 оС. Расход портландцемента М500 в бетоне составляет 280 кг/м3. До замерзания прочность бетона должна соответствовать 7-суточной прочности при твердении в нормальных условиях.
Решение.
По уравнению теплового баланса Б.Г. Скрамтаева продолжительность охлаждения
t =2500(tн-tк) + ЦDЭ/ [кМ(tс-tвс)], (3.1)
где t - время охлаждения бетона, ч;
tн;tк - начальная и конечная температура бетона, оС;
Ц- расход цемента в бетоне, кг/м3;
DЭ - тепловыделение цемента за определенный срок твердения, кДж/кг;
к - коэффициент теплопередачи от бетона через опалубку в
окружающую среду, кДж/(ч·м2·К);
М - модуль поверхности конструкции, м-1;
tс - средняя температура бетона за все время охлаждения, оС;
tвс - средняя температура наружного воздуха за все время
охлаждения бетона, оС.
Тепловыделение цемента DЭза определенный срок твердения принимается по таблице (Приложение 2) в зависимости от вида и марки цемента. Тепловыделение портландцемента М500 за 7 суток твердения при нормальных условиях равно 272 кДж/кг.
Коэффициент теплопередачи квычисляется по формуле
n
к= 1 / [0,05+å (hi/li)], (3.2)
i=1
где hi - толщина каждого слоя теплоизоляции, м;
li - коэффициент теплопроводности каждого слоя, кДж/(ч·м·К).
Коэффициент теплопередачи для трехслойной опалубки из 2-х слоев сосновых досок и засыпки опилками составит
к= 1 / [0,05+ (0,025/0,175 +0,1/0,1 +0,025/0,175)]=
=0,75 Вт/(м2·К)= 2,70 кДж/(ч·м2 ·К)
1 Вт/(м2*К)=1Дж/(с·м2·К)= 3,6 кДж/(ч·м2 ·К)