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. R_ц < 2,5R_б), 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(R_ц-2,5R_б)/R_ц

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 R_б 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 α, называемая коэффициентом раздвижки зерен, примерно равная 1,1— 1,2 (значения коэффициента α 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 V_п – пустотность крупного заполнителя в рыхлом состоянии:

(7)

ρ_о.к. – объемная плотность крупного заполнителя, кг/м³;

ρ_к – истинная плотность крупного заполнителя, кг/м³.

α – коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя цементно-песчаным раствором. Для пластичных смесей α 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

ρ _{расч. смеси} = Ц + В + МЗ + КЗ. (9)

6. Определение коэффициента выхода бетона. Коэффициент выхода бетона β равен объему бетонной смеси (1 м³) в уплотненном состоянии, деленному на сумму объемов су­хих составляющих, затраченных на ее приготовление:

(10)

где V_ц, V_мз,V_кз – 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;

ρ_н.ц., ρ_н..м., ρ_н..к. – насыпная плотность сухих материалов (цемента, мелкого и крупного заполнителей.

Численное значение коэффициента выхода бетона (β) 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

В_тр=В -0,01(МЗ_*ω _м.з.+ КЗ_*ω _к.з.) (11)

гдеВ, МЗ,КЗ - соответственно полученные расчетом расходы воды, мелкого и крупного заполнителя, кг; ω _м.з. ω _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:

МЗ_тр = МЗ(1+0,01 _*ω _м.з.),кг(12)

КЗ_тр = КЗ(1+0,01 _*ω _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 R_ц/R_б = 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): ρ _{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).

В_тр=В -0,01(МЗ_*ω _м.з.+ КЗ_*ω _к.з.) = 185-0,01(597_*5+1336_*2)=128 кг

МЗ_тр = МЗ(1+0,01 _*ω _м.з.)= 597(1+0,01*5)=627 кг,

КЗ_тр = КЗ(1+0,01 _*ω _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.