Проектирование состава бетона

Санкт-Петербургский  Государственный Политехнический  Университет 

Инженерно-строительный факультет 

Кафедра  СкиМ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа по материаловедению.

Проектирование состава  бетона.

 

 

 

 

 

 

 

 

Студент                           

Группа                         

Проверил       Бровкина М.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2003 год

 

План курсового проекта.

1. Исходные данные.
2. Выбор материалов (оценка агрессивности воды- среды).
3. Проектирование состава обычного бетона (зона 1)

   1)Определение  В/Ц:

                                         1.1.Аналитический способ.          

1.2. Экспериментальный  способ.

   2)Определение оптимальной доли песка в смеси заполнителей (r_опт).

   3)Определение  расхода цемента Ц.

   4)Определение расхода материалов на 1м³.

4. Проектирование состава гидротехнического бетона (зона 2 и 3)

1. Определение гранулометрического состава заполнителей.

2. Определение водопотребности бетонной смеси.
3. Определение В/Ц
4. Определение расхода материалов на 1 м³ бетона при известной объемной массе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Проектирование состава обычного бетона в надземной зоне напорного сооружения.

Спроектировать состав бетона (определить три параметра  состава бетона) по следующим данным:

-Класс бетона по  прочности В=25.

-ОК=7 см.

-Крупный заполнитель-непромытый  гравий,D_наиб=80 мм.

Решение.

R₂₈= B/0,78 (значение средней прочности)

R₂₈=25/0,78=32,05 МПа=320,5 кг/см²

Марка бетона на сжатие М300.Марка цемента  М400.

Активность цемента R_ц=42,9 МПа=429 кг/см².     А=0,55.

1. Определение В/Ц.

1.1.Аналитический способ (по формуле):

R₂₈=А*R_ц(Ц/В-0,5)

В/Ц=(А*R_ц)/R₂₈+0,5*А*R_ц=(0,55*429)/(320,5+0,5*0,55*429)=0,54

1.2.Экспериментальный  способ.

Готовят несколько бетонных смесей с различным В/Ц и постоянными  Ц и r,взятыми произвольно.Из каждой бетонной смеси готовят образцы-кубы и испытывают их на прочность в соответствующем возрасте.На основе полученных данных строят график зависимости R₂₈=f(В/Ц) (см. рис.1).

По графику по заданной прочности  находят В/Ц.

 

В/Ц	0,5	0,55	0,6	0,65	0,7	0,75	0,8
R28,МПа	36,4	29,8	25,7	23,1	21,4	20,2	19,5

По графику получим, что В/Ц=  0,53  

Значит, выбираем В/Ц=0,53

2)Определение r_опт (оптимальной доли песка первой смеси заполнителей).

r _опт определяется двумя экспериментальными способами:

     а)по наименьшему объему пустот в смеси заполнителей.

Готовят несколько сухих  смесей песка и крупного заполнителя  с различным значением r и определяют для каждой объем пустот.Строят график зависимости объема пустот от r.По графику для наименьшего объема пустот находят r_опт.

     б)по наибольшей подвижности бетонной смеси.

Готовят несколько бетонных смесей с различным r и постоянными Ц и В/Ц.Ц берут произвольно в существующих пределах,В/Ц берут из пункта 1).Для каждой смеси определяют ОК, и строится график зависимости ОК=f(r),по наибольшей ОК находят r_опт.

В/Ц=0,53       ;Ц=275 кг/м³ (рис.2).

 

r	0,30	0,32	0,34	0,35	0,40	0,45	0,50
OK,см	1	1,5	2	2	1,5	1	0

 

По рисунку 2 определили,что r_опт=0,345

3)Определение расхода  цемента.

Расход цемента определяется экспериментальным способом.Готовят несколько бетонных смесей с различным расходом цемента(Ц) и постоянными значениями В/Ц и r.Для каждой бетонной смеси определяют осадку конуса(ОК) и строят графики зависимости ОК=f(Ц).По графику для заданной ОК находят Ц.

В/Ц= 0,53;r = r_опт=0,345

 

Ц, кг/м3	225	250	275	300	325	350	375
ОК,см	0,56	1,12	2,24	5,04	7,84	11,2	14

 

По графику на рисунке 3 устанавливаем,что заданное значение ОК= 7см     обеспечивается при  расходе цемента Ц=318,125 кг/м³

4)Расчет состава  бетонной смеси методом абсолютных объемов.

Метод основан на следующем  предположении:объем плотноуложенной  бетонной смеси равен сумме абсолютных объемов входящих в нее материалов.

Ц=  318,125кг/м³ ,r = 0,345   ,В/Ц=0,53.

g_ц=3,10 г/см³ ,g_п=g_кр=2,65 г/см³,g_в=1 г/см³.     

В=В/Ц*Ц=0,53*318,125= 174,97 кг/м³

  1=Ц/g_ц+В/g_в+П/g_п+Кр/g_кр

  r =П/П+Кр

  1=318,125/3100+174,97/1000+П/2650+Кр/2650

   0,345=П/П+Кр

П=660,09 кг/м³ ,Кр=1253,21 кг/м³

Таким образом, расход материалов составляет на 1 м³:

Ц=318,125кг,В=174,97кг,П=660,09кг,Кр=1253,21кг       

Всего:2406,40 кг

5)Проверка  результатов проектирования.

Готовят бетонную смесь  запроектированного состава и определяют для нее осадку конуса.Из этой бетонной смеси готовят образцы-кубы и  испытывают их на прочность в соответствующем  возрасте.Смесь считается запроектированной правильно,еслиполученные величины удовлетворяют зависимости:

ОК_факт=ОК_зад ±1см,

R_факт=R_зад (1,0¸1,15)

 

Результаты  оценки агрессивности воды-среды.

 

Вид  коррозии	Показ-ль агрессивности,  ед.измерения.	Знач. показателя агрессивности		Вид цемента	Плотность бетона	Вывод об агрессивности
		Фактич.	Допуст.
1)Выщелачивающая	Временн.жесткость,мг-экв/л	8,2	³1,7		Повышенн.	Неагрессивная
2)Общекислотная	рН	6,6	>5,9		Повышенн.	Неагрессивная
3)Углекислая	[CO2]своб,мг/л	54	<N,где N=120,4		Повышенн.	Неагрессивная
4)Магнезиальная	Mg2+,мг/л	1550 1550	1501-2000 <2000		Повышенн. Особоплотн.	Слабоагрессивн. Неагрессивная
5)Щелочная	K++Na+, мг/л	75 75	61-80 61-80		Повышенн. Особоплотн.	Среднеагрессив. Слабоагрессивн.
6)Сульфатная	SO42-,мг/л	410	<450		Повышенн.	Неагрессивная
7)Общесолевая	Общ.соленость  воды,г/л	11				Неагрессивная

 

Вода неагрессивна по большинству показателей.В бетоне использован обычный портландцемент,бетон  имеет особую плотность, соответственно марку по водонепроницаемости не нижеW8.

 

 

 

2. Проектирование состава гидротехнического бетона.

Проектом крупного гидротехнического  сооружения предусмотрено применение бетона двух марок со следующими показателями:

     1)   В20   ,  W6(8)   ,ОК=8см

     2)   В30   ,  W20      , F=300   ,ОК=5см.

Крупный заполнитель-промытый щебень, фракционированный с D_наиб=80мм.

Требуется спроектировать составы бетонов для каждой марки.

Решение.

• 1)Подводная зона сооружения.

В20,W6(8),ОК=8см.

R₁₈₀=20/0,78=25,64МПа=256,4кг/см²

Марка бетона на сжатие  М250.Марка цемента М400.

• 2)Надводная зона сооружения.

В30   ,  W20      , F=300   ,ОК=5см

R₁₈₀=30/0,78=38,46 МПа=384,6 кг/см²

Марка бетона на сжатие М350. Марка цемента М400.

1)Строим график  с оптимальной кривой просеивания при крупности щебня D_наиб=80мм (рис.4).С помощью кривой просеивания находим долю каждой фракции в смеси заполнителей.

 

Фракции	0¸5	5¸10	10¸20	20¸40	40¸80
Доля фракции,%	33	11	13	18	25

2)Определение  водопотребности бетонной смеси.

Водопотребность-это  такое количество воды, которое требуется для получения заданной ОК.

По графику зависимости  В= f(ОК) устанавливают водопотребность бетонной смеси на щебне с наибольшей крупностью зерен D_наиб=80мм.

 

ОК, см	0	2,24	6,72	15,68	20,16	22,4
В	151,25	162,5	187,5	200	243,75	280

 

При ОК=8см, расход воды В=190 л/м³(подводная зона сооружения)

При ОК=5см, расход воды В=177 л/м³(надводная зона сооружения)

 

3)Определение  В/Ц.

Для определения В/Ц  готовят несколько бетонных смесей с различным значением В/Ц, но так, чтобы ОК была постоянной. Из каждой бетонной смеси готовят три серии образцов: 1-кубы для испытания на прочность,2-цилиндры на испытание водонепроницаемости, - кубы на испытание на морозостойкость. В нижеприводимой таблице даем результаты экспериментов, полученные при испытании бетонов на прочность и водонепроницаемость:

 

В/Ц		0,50		0,55		0,60		0,65		0,70		0,75		0,80
R1801),2),МПа		48,144		39,412		33,984		30,562		28,32		26,668		25,724
W1),2),МПа		3,0		2,3		1,7		1,3		1,0		0,8		0,7
F,циклич.	375		285		220		180		145		120		100

 

 

 

Строим графики R=f(В/Ц) (рис.6)  и W=f(В/Ц) (рис.7) и F=f(В/Ц) (рис.8) по ним выбираем наименьшее В/Ц.

1)Для подводной зоны В/Ц=0,750

2)Для надводной зоны В/Ц=0,540

Расход цемента находим по формуле:1)Ц=В/(В/Ц)=190/0,750=253,3 кг/ м³

2)Ц=В/(В/Ц)=177/0,540=327,8 кг/ м³

4)Расчет состава бетонной  смеси на 1м³ бетона.

Объемная масса бетона g_б=2400 кг/ м³.

1)В=190 кг/ м³, Ц= 253,3 кг/ м³ ,В/Ц= 0,750 ,r=0,33

П+Кр=g_б-В-Ц=2400-190- 253,3  = 1956,7 кг/ м³

П= r(П+Кр)=0,33*1956,7 =645,7 кг/ м³

Кр=1956,7-645,7=1311 кг/ м³

Проверка:В+Ц+П+Кр=g_б

190+253,3+645,7+1311=2400

Таким образом, состав бетонной смеси  на 1м³ бетона:

     Цемент= 253,3кг ,Вода=190кг(тесто =443,3 кг)

     Заполнители= 1956,7кг :песок= 645,7кг ,щебень фракц.:

                                                                               5-10        -215,2 кг

                                                                               10-20      -254,4 кг

                                                                               20-40      -352,2 кг

                                                                               40-80      -489,2 кг

ВСЕГО: 2400 кг.

2)В=177 кг/ м³, Ц=327,8 кг/ м³ ,В/Ц= 0,540 ,r=0,33

П+Кр=g_б-В-Ц=2400-177- 327,8 =1895,2  кг/ м³

П= r(П+Кр)=0,33*1895,2= 625,4 кг/ м³

Кр=1895,2-625,4=1269,8  кг/ м³

Проверка:В+Ц+П+Кр=g_б

177+327,8+625,4+1269,8=2400

Таким образом, состав бетонной смеси  на 1м³ бетона:

     Цемент= 327,8кг,Вода=177кг(тесто = 504,8 кг)