metodichka

ЧАСТИНА 2. РОЗРАХУНОК СКЛАДУ ЗВИЧАЙНОГО БЕТОНУ

Бетони на основі неорганічних зв’язувальних речовин являють собою штучні будівельні конгломерати, що утворюються в результаті ствердіння раціонально підібраної за складом, ретельно перемішаної та ущільненої бетонної суміші, що складається із зв’язувальної речовини (різні види цементів), води, крупного та дрібного заповнювача. В якості крупних заповнювачів в бетонах, зазвичай, застосовують щебінку, гравій, побічні продукти промисловості (шлаки). Дрібним заповнювачем, зазвичай, є пісок, рідше зола й інші матеріали.

Бетонною сумішшю називають раціонально скомпоновану і ретельно перемішану суміш складових бетону до початку процесів тужавіння і ствердіння. Склад бетонної суміші визначають, виходячи з вимог до самої суміші та бетону.

До низки основних вимог, що висуваються до звичайного бетону, належать необхідна його міцність, яка визначається, головним чином, активністю цементу, що застосовується для приготування бетонної суміші, а також співвідношенням витрат цементу і води в її складі та якістю матеріалів заповнювачів.

Розрахунок складу бетонної суміші виконати в такій послідов-

ності:

1. Обрати марку цементу з такого розрахунку, щоб його активність була приблизно в 1,5-2,5 рази вище потрібної міцності бетону. Під час виконання курсової роботи для вибору марки цементу можна скористатися даними табл. 4 [6].

Таблиця 4 – Раціональні марки цементу в залежності від заданої марки бетону, що проектується

2. Для оцінки якості заповнювачів необхідно визначити відповідність їх зернового складу вимогам стандарту.

З цією метою окремо для дрібного та крупного заповнювача по даним про залишки на ситах необхідно розрахувати повні залишки Ai %, які дорівнюють сумі часткових залишків на даному ситі та на всіх ситах, що мають отвори більші, ніж дане сито:

11

де a1, …, ai – часткові залишки на ситах, починаючи з верхньо-

го, %.

Майте на увазі, що під час побудови кривої просівання крупного заповнювача необхідно попередньо визначити його найбільшу і найменшу крупність. Найбільша крупність D характеризується розміром отворів найщільнішого сита, повний залишок якого ще не перевищує 10%, а найменша крупність d – розміром отворів найбільш рідкуватого сита, повний залишок якого становить не менше 95% маси просіяної проби. Крива просівання крупного заповнювача будується по трьом точкам: дві точки відкладаються на графіку по найменшій d та найбільшій D крупності та відповідним повним залишкам, третя точка відкладається по розміру і повному залишку на ситі, діаметр отворів якого найбільш близький до середнього арифметичного між найменшою і найбільшою крупністю заповнювача. Крива просіювання утворюється поєднанням відрізками зазначених трьох точок.

В залежності від попадання кривих просівання в заштриховану область оптимального зернового складу, а також від виду цементу і матеріалу крупного заповнювача по табл. 5 необхідно вибрати коефіцієнти якості, керуючись поданими нижче рекомендаціями.

До високоякісних матеріалів належать: щебінка з щільних гірських порід високої міцності і пісок (або інший мілкий заповнювач) з

13

оптимальним зерновим складом суміші фракцій, портландцемент високої якості.

До рядових матеріалів належать: гравій та пісок (або інший мілкий заповнювач) оптимальної крупності, портландцемент середньої активності або високомарочний шлакопортландцемент.

До низькоякісних матеріалів належать: крупні заповнювачі низької міцності та мілкий заповнювач не оптимальний за зерновим складом, цементи з низькою активністю.

Таблиця 5 – Коефіцієнти якості матеріалів

3. Виходячи із заданої міцності бетону і активності цементу, опираючись на формули основного закону міцності бетону (Б.Г. Скрамтаєв, Ю.М. Баженов), необхідно розрахувати цементноводяне співвідношення [9]:

Якщо цементно-водяне співвідношення, розраховане по формулі (8), не перевищує 2,5, то розрахунок по формулі (9) не виконується, якщо ж умова Ц/В ≤ 2,5 не виконується, результат, розрахований по формулі (8) необхідно відкинути, а значення Ц/В визначити по форму-

лі (9).

4. Орієнтовна витрата води визначається в залежності від потрібної рухливості бетонної суміші і крупності заповнювача за допомогою графічної інтерполяції табличних даних. Для цього необхідно побудувати на окремому аркуші міліметрового паперу формату А4 графік потреби води для приготування бетонної суміші в залежності від її

14

жорсткості (Ж) по даним табл. 6, якщо у варіанті початкових даних для характеристики бетонної суміші задана жорсткість, або графік потреби води в залежності від рухливості бетонної суміші (ОК) по даним табл. 7, якщо у варіанті початкових даних задана рухливість.

При побудуванні графіка потреби води відкласти на міліметрівці чотири точки, абсциси яких взяти з колонки, в заголовку якої проставлене значення, що дорівнює найбільшій крупності D заповнювача, визначеній в пункті 2, ординати точок взяти із заголовків рядків. Потім з’єднати точки за допомогою олівця плавною монотонною кривою, що не має зломів та перегинів.

Використовуючи побудований графік потреби води і задане значення жорсткості або рухливості (в залежності від варіанту), визначити орієнтовне значення потреби води.

15

При використанні пуцоланових портландцементів витрата води збільшується на 15 кг. Остаточна витрата води визначається з урахуванням поправки на крупність піску:

по даним табл. 6 або табл. 7 з урахуванням поправки на вид цементу; Mк – модуль крупності дрібного заповнювача – безрозмірний

показник, що залежить від повних залишків на ситах при просіванні і обчислюється по формулі:

Отримана витрата цементу має бути не нижче зазначених в табл. 8 мінімальних витрат.

Якщо за розрахунком витрата цементу виявилася менше табличного значення, її збільшують до значень, наведених в табл. 8, а витрату води перераховують діленням прийнятої витрати цементу на цемен- тно-водяне співвідношення.

6. Визначити витрату крупного заповнювача з точністю до 5 кг, користуючись формулою:

16

де ρк, ρнк – відповідно справжня та насипна густина крупного заповнювача, кг/м3; задаються в початкових даних до курсової роботи; α – порожнистість крупного заповнювача у насипаному стані в

долях одиниці об’єму, розраховується по формулі:

kрз – безрозмірний коефіцієнт розсування зерен крупного заповнювача цементно-пісковим розчином.

Для жорстких бетонних сумішей з модулем крупності дрібного заповнювача Mк ≤ 2,5 належить прийняти kрз = 1,08. Для жорстких бетонних сумішей з модулем крупності дрібного заповнювача з Mк > 2,5 прийняти kрз = 1,15.

Для рухливих бетонних сумішей (для яких в початкових даних задана рухливість ОК) коефіцієнт розсування зерен належить визначити за допомогою графічної інтерполяції, побудувавши на окремому аркуші міліметрового паперу формату А4 графік по даним табл. 9. Точки графіку олівцем з’єднати плавною монотонною кривою без зломів і перегинів.

Використовуючи побудований графік, визначити коефіцієнт kрз розсування зерен крупного заповнювача в залежності від витрати цементу, визначеної в пункті 5.

Таблиця 9 – Залежність коефіцієнту розсування зерен крупного заповнювача від витрати цементу в бетонній суміші

де ρц, ρп, ρк – густина відповідно цементу, піску і крупного заповнювача, кг/м3.

17

Під час виконання курсової роботи справжню густину цементу ρц прийняти такою, що дорівнює: для шлакопортландцементу 3000 кг/м3, для портландцементів усіх різновидів 3200 кг/м3. Справжня густина піску задається в початкових даних до курсової роботи.

8. Визначити об’ємну масу бетонної суміші, підсумовуючи витрати компонентів. Склад бетонної суміші виразити у відносних одиницях по масі. Для цього прийняти за одиницю маси цементу і виразити кількість інших компонентів по відношенню до цементу:

9.Оцінити пластичність бетонної суміші. При виконанні курсової роботи випробування виконати у віртуальній лабораторії за допомогою комп’ютерної програми «concrete.exe», що моделює властивості бетонної суміші в залежності від її складу. Для цього запустити програму, ввести в її вікно значення об’ємних частин компонентів, визна-

чених в пункті 8, модуля крупності дрібного заповнювача (піску) Mк, розрахованого в пункті 4, і найбільшу крупність D крупного заповнювача, визначену в пункті 2. Виконати віртуальний спробний заміс і перевірити консистенцію бетонної суміші. Відхилення від заданої у початкових даних рухливості (осідання конуса – ОК) бетонної суміші допускаються в межах ±1 см для сумішей з рухливістю 2-6 см і ±2 см для сумішей з рухливістю 6-12 см. Відхилення від заданої жорсткості (Ж) допускаються не більше ±15%. При більших відхиленнях провести корегування (виправлення) складу бетону. Для підвищення пластичності збільшити на 5% витрати цементу і води, а для її зменшення збільшити на 5% витрати піску (дрібного заповнювача) і крупного заповнювача (щебінки або гравію). Перерахувати об’ємну масу бетону і об’ємні частини компонентів бетонної суміші по пункту 8. Випробування по пункту 9 повторювати до досягнення пластичністю бетонної суміші потрібного значення.

10.Отриманий після корегування склад бетонної суміші називають лабораторним, оскільки він визначений за умови, що заповнювачі знаходяться в сухому стані. В дійсності дрібний і крупний заповнювачі завжди містять деяку кількість води, тож визначають вологість заповнювачів і враховують воду, що міститься в них, при дозуванні компонентів (тобто маса заповнювачів буде трохи більше, ніж в лабораторному складі, а води настільки ж менше). Склад, визначений з урахуванням вологості матеріалів називається виробничим.

Виробничий состав бетонної суміші визначити з урахуванням вологості W (%) заповнювачів по формулам:

18

11. Об’єм готової бетонної суміші буде менше сумарного об’єму первинних компонентів, що враховується при призначенні дозування матеріалів на заміс бетонозмішувача за допомогою коефіцієнту виходу бетону, який завжди менше одиниці і знаходиться в межах 0,6…0,75 в залежності від порожнистості заповнювачів в складі бетону і розраховується по формулі:

крупного заповнювача, кг/м3.

Під час виконання курсової роботи насипну густину цементу ρнц прийняти такою, що дорівнює: для шлакопортландцементу 1250 кг/м3, для портландцементів усіх різновидів 1200 кг/м3. Насипні густини дрібного заповнювача (піску) ρнп і крупного заповнювача (щебінки або гравію) ρнк задаються в початкових даних до курсової роботи.

Через коефіцієнт виходу бетону можна розрахувати дозування матеріалів в робочому стані на заміс бетонозмішувача [1].

12. Витрату матеріалів (кг) на 1 заміс бетонозмішувача ємністю

Під час виконання курсової роботи об’єм бетонозмішувача в усіх варіантах завдань початкових даних прийняти такою, що дорів-

нює V = 1200 л.

Приклад розрахунку складу звичайного бетону:

Потрібно розрахувати склад бетону з міцністю Rб = 200 кгс/см2, жорсткістю бетонної суміші Ж = 120 с. До складу бетону входять портландцемент, пісок і щебінка.

Гранулометричний склад піску по даним ситового аналізу:

Ємність бетонозмішувача V = 1200 л.

1.Для виготовлення бетону приймаємо по табл. 4 цемент мар-

ки 400.

2.Розраховуємо повні залишки піску на ситах:

Таблиця 10 – Гранулометричний склад піску