Чшение качества работ, максимальное сокращение сроков и снижение стоимости строительства, с чем тесно связано рациональное использование строительных материалов
| Вид материала | Документы |
- «Проведение лабораторного контроля качества дорожно-строительных материалов и дорожных, 61.62kb.
- Ы и строительства Республики Беларусь в целях повышения качества и сокращения сроков, 30.05kb.
- Актуальность вопросов энергосбережения, 136.11kb.
- С решениями фирмы "1С" для автоматизации управления и учета на предприятиях строительного, 24.13kb.
- Сводный нормативный правовой акт отраслевое тарифное соглашение по строительству, 401.11kb.
- Обзор российского рынка мяса и мясопродуктов, 128.48kb.
- Правила определения стоимости проектно-изыскательских работ для строительства, осуществляемого, 782.19kb.
- Правила определения стоимости проектно-изыскательских работ для строительства, осуществляемого, 792.03kb.
- Сли, дорожного и жилищного строительства, строительных материалов и изделий, дорожного, 42.79kb.
- Строительные нормы и правила нормы расхода материалов, изделий и труб на 1 млн руб, 4390.76kb.
3. КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 1
После изучения раздела 2.5 и 2.6 «Тяжелый бетон» и «Гидротехнический бетон» студенты выполняют первое контрольное задание, целью которого является проектирование и подбор состава бетона расчетно-экспериментальным методом. Варианты исходных данных для выполнения контрольного задания 1 приведены в табл. 3.1.
3.1. Общие принципы проектирования состава бетона
В задачу проектирования состава бетона гидротехнического плотного на цементном вяжущем [СТБ 1307−2002, с. 9, Б 9] входит выбор цементов, заполнителей, воды и добавок; установление их оптимальных соотношений при минимальном расходе цемента; обеспечение необходимых технологических свойств бетонной смеси; получение бетона с заданными проектными физико-механическими свойствами по прочностным показателям, водонепроницаемости, морозостойкости, коэффициенту фильтрации, коррозионной стойкости, трещиностойкости и т.д.
При проектировании состава бетонной смеси должны учитываться все возможные факторы, влияющие на конечное качество бетона с целью обеспечения надежности и долговечности бетонной или железобетонной конструкции.
Прежде чем приступить к проектированию состава бетонной смеси, необходимо знать:
а) климатические условия месторасположения гидротехнического сооружения, назначение бетонной или железобетонной конструкции и ее размеры, место ее расположения в сооружении и по отношению к воде;
б) в какой водной или грунтовой среде будет работать бетон и возможные виды его коррозии;
в) класс бетона, а при необходимости, требуемую долю марочной прочности к определенному сроку;
г) проектную марку бетона по водонепроницаемости, морозостойкости;
д) удобоукладываемость (подвижность) бетонной смеси.
Условное обозначение бетонной смеси состоит [СТБ 1035−96, с. 3] из сокращенного обозначения бетонной смеси с указанием степени готовности, вида бетона, марки бетонной смеси по удобоукладываемости, а также класса бетона по прочности, марки по морозостойкости, водонепроницаемости, гарантированное достижение которых обеспечивает данная бетонная смесь, средней плотности (для легкого бетона).
Пример условного обозначения готовой к употреблению бетонной смеси тяжелого бетона класса по прочности на сжатие В 25, марки по удобоукладываемости П 1, морозостойкости F 200 и водонепроницаемости W 4: БСГГ П1 В25 F200 СТБ 1035−96.
То же для сухой бетонной смеси тяжелого бетона: БССТ П1 В25 F200 W4 СТБ 1035−96.
Долговечный высококачественный бетон может быть получен при наилучшей структуре бетонной смеси, которая образуется только при использовании доброкачественного цемента, минимального требуемого количества воды, оптимального гранулометрического состава качественных заполнителей, ввода соответствующих добавок.
Наиболее простым способом проектирования состава бетонной смеси является метод абсолютных объемов, где приготовленная, уложенная и уплотненная бетонная смесь не должна иметь в своем составе пустот и пор. Учитывая, что после расчета обязательно выполняют экспериментальные лабораторные замесы с последующей корректировкой составов, этот способ называют расчетно-экспериментальным. При этом различают номинальный (лабораторный) состав бетона, рассчитанный для сухих материалов, и производственно-полевой – для материалов в естественно-влажном состоянии. Лабораторный состав бетона определяют расчетно-экспериментальным методом. Для этого вначале рассчитывают ориентировочный состав бетона, а затем уточняют его по результатам пробных замесов и испытаний контрольных образцов-кубов.
3.2. Расчет ориентировочного состава бетона
Для определения ориентировочного состава бетонной смеси необходимо иметь следующие исходные данные:
по бетону – назначение бетона, проектные классы бетона В, выбранные по пределу прочности при сжатии Rб в определенные сроки, а в некоторых случаях при растяжении Rt; водонепроницаемости W и морозостойкость F;
по бетонной смеси – показатели удобоукладываемости (осадка конуса ОК или жесткость Ж);
по компонентам – активность Rц и вид цемента, истинную и среднюю насыпную плотности цемента (ρц, ρн.ц), песка (ρп, ρн.п) и крупного заполнителя (ρн, ρн.кр); пустотность крупного заполнителя Пкр; наибольшую его крупность Dнаиб; влажность песка ωп и крупного заполнителя ωкр; водопоглощение крупного заполнителя Вкр.
Проектирование состава бетонной смеси выполняют в следующей последовательности.
1. Для заданного класса бетона В назначают рациональную марку цемента по табл. 3.2 и его вид в зависимости от зоны расположения бетона по табл. 3.3.
Т а б л и ц а 3.2. Соотношение между классом бетона и маркой цемента
| Класс бетона | 10 | 15...20 | 25...30 | 35...40 | 45 и выше |
| Марка цемента | 30 | 30...40 | 40...50 | 50...60 | 60 и выше |
Предельные расходы цемента (табл. 3.3) для гидротехнического бетона рекомендуется принимать в соответствии с маркой по водонепроницаемости (W), морозостойкости (F) и удобоукладываемости смеси.
Т а б л и ц а 3.3. Вид цемента в зависимости от зоны расположения бетона
| Зона расположения бетона | Виды цемента | |
| рекомендуемые | допустимые | |
| 1. Подводная 2. Внутренняя зона массивного бетона 3. Зона переменного уровня воды 4. Надводная | Пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент, портландцементы с тонкомолотыми добавками или с добавками золы-уноса, портландцемент с умеренной экзотермией, пластифицированный или сульфатостойкий портландцемент Шлакопортландцемент, пуццолановый портландцемент, портландцементы с тонкомолотыми минеральными добавками или добавками золы-уноса Портландцемент с умеренной экзотермией, сульфатостойкий, пластифицированный и гидрофобный портландцементы Пластифицированный и гидрофобный портландцемент | Другие виды цементов Сульфатостойкий портландцемент, пластифицированный портландцемент, портландцемент с умеренной экзотермией Другие виды портландцемента и гли-ноземистый цемент Сульфатостойкий портландцемент |
2. Необходимо определить среднюю прочность бетона Rб. Между классом бетонов и его средней прочностью Rб при коэффициенте вариации прочности бетона п = 0,135 и коэффициенте обеспеченности f=0,95 существует следующая зависимость:
,где Rб – средняя прочность бетона, МПа;
В – класс бетона по прочности.
Из условия заданного класса бетона (прочности) на осевое сжатие определяют требуемое водоцементное отношение (В/Ц). Марка бетона принимается в возрасте 28 суток при нормально-влажностном твердении.
Требуемое из условия обеспечения средней прочности бетона, активности цемента и качества материалов водоцементное отношение определяется по формулам:
для обычного бетона с В/Ц ≥ 0,4 −
В/Ц = АRц / (Rб + 0,5 А Rц); (3.1)
для высокопрочного бетона с В/Ц < 0,4 −
В/Ц = А1 Rц / (Rб - 0,5 А1 Rц), (3.2)
где А и А1 – коэффициенты, учитывающие качество используемых материалов; принимаются по данным табл. 3.4;
Rц – активность цемента, МПа;
Rб – средняя прочность бетона, МПа.
Т а б л и ц а 3.4. Коэффициенты, характеризующие качество заполнителей
| Характеристика заполнителей | А | А1 |
| 1. Высококачественные (чистые фракционированные заполнители из плотных и прочных горных пород) 2. Рядовые (заполнители среднего качества, в том числе гравий) 3. Пониженного качества (крупный заполнитель низкой прочности, например, щебень из карбонатных пород, мелкий песок) | 0,65 0,6 0,55 | 0,43 0,4 0,37 |
Предельная величина В/Ц для сборных гидротехнических конструкций должна приниматься не выше значений, приведенных в табл. 3.5 и 3.6 с учетом того, что увеличение водоцементного отношения снижает водонепроницаемость в 8, а морозостойкость – в 2...3 раза. Если полученное требуемое водоцементное отношение окажется больше предельно допустимого, дальнейший расчет ведется из условия
[В/Ц]тр = min [В/Ц]. (3.3)
Т а б л и ц а 3.5. Выбор водоцементного отношения в зависимости от условий работы конструкции и агрессивности среды
| Условия работы конструкции | Наибольшее водоцементное отношение при степени агрессивности среды | ||
| Слабая | Средняя | Сильная | |
| Конструкции, работающие в зоне переменного горизонта воды Подводные конструкции Надводные конструкции | 0,45 0,50 0,55 | 0,43 0,45 0,50 | 0,40 0,40 0,45 |
Т а б л и ц а 3.6. Максимальные значения водоцементного отношения
| Место расположения бетона в конструкции и климатические условия | Наибольшее водоцементное отношение в конструкциях | ||
| немассивных | массивных в зоне | ||
| наружной | внутренней | ||
| Зона переменного горизонта воды в климатических условиях: умеренных суровых особо суровых Подводная зона Надводная зона | 0,50 0,45 0,42 0,55 0,60 | 0,53 0,47 0,45 0,57 0,62 | 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 |
Предельные размеры зерен крупного заполнителя в зависимости от вида конструкций приведены в табл. 3.7.
Т а б л и ц а 3.7. Предельные размеры зерен крупного заполнителя
| Вид конструкций и способы укладки бетонной смеси | Допускается наибольшая крупность заполнителя |
| Тонкостенные конструкции (лотковые каналы, напорные трубы) Обычные конструкции (безнапорный сброс, акведуки, облицовки каналов, арочные плотины, дюкера) Массивные конструкции (гравитационные плотины, отстойники) Плиты покрытий, перекрытий Балки, колонны, рамы Укладка бетонной смеси в скользящую опалубку Подача бетонной смеси по хоботам и бетононасосам | Не более 20 мм Не более 40 мм До 70...80 мм Не более 1/3 толщины плиты Не более 3/4 наименьшего расстояния между стержнями арматуры Не более 1/6 наименьшего размера поперечного сечения конструкций Не более 1/3 диаметра хобота |
3. Водопотребность (В) определяется расходом воды на 1 м3 бетонной смеси из условия обеспечения нужной удобоукладываемости (подвижность, жесткость) с учетом вида крупного заполнителя и наибольшей крупности зерен (табл. 3.8).
Указанные в табл. 3.8 расходы воды приведены для смеси на портландцементе с нормальной густотой цементного теста (НГЦТ) 26...28 % и на песке с модулем крупности Мкр = 2; при изменении НГЦТ на каждый процент в меньшую сторону расход воды уменьшается на 3...5, в большую сторону – увеличивается на 3...5 кг; при изменении модуля крупности песка на каждые 0,5 в меньшую сторону расход воды увеличивается на 3...5, в большую сторону – уменьшается на 3...5 кг.
Т а б л и ц а 3.8. Расход воды на 1 м3 бетонной смеси, л
| Характеристика бетонной смеси | Расходы воды при наибольшей крупности заполнителя, мм | |||||||||
| ОК, см | Ж, с | Гравий | Щебень | |||||||
| 10 | 20 | 40 | 70 | 10 | 20 | 40 | 70 | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| - - - - 2...4 5...7 8...10 10...12 12...16 16...20 | 40...50 25...35 15...20 10...15 - - - - - - | 150 160 165 175 190 200 205 215 220 227 | 135 145 150 160 175 185 190 205 210 218 | 125 130 135 145 160 170 175 190 197 203 | 120 125 130 140 155 165 170 180 185 192 | 160 170 175 185 200 210 215 225 230 237 | 150 160 165 175 190 200 205 215 220 228 | 135 145 150 160 175 185 190 200 207 218 | 130 140 145 155 170 180 185 190 195 202 | |
4. Определив требуемое водоцементное отношение и необходимый расход воды, устанавливается расход цемента ( Ц) на 1 м3 бетонной смеси:
Ц = В / [В/Ц]тр, кг, (3.4)
где В – расход воды, кг/м3;
[В/Ц]тр – требуемое водоцементное отношение.
Полученный расход цемента должен быть не менее минимального, допустимого из условия нерасслаиваемости бетонной смеси и марки бетона по морозостойкости и водонепроницаемости (табл. 3.9).
Т а б л и ц а 3.9. Предельный расход цемента на 1 м3 бетона при строительстве гидротехнических сооружений, кг
| Удобоукладываемость бетонной смеси | Марка бетона | |||||
| F 50 | F 100 И 150 | F 200 и более | W-2 | W-4 | W-6 и более | |
| Осадка конуса, см: 4...6 2 Жесткость, с: 20...40 50...80 | 325 300 280 280 | 375 350 325 300 | 450 425 400 375 |     |     |     |
П р и м е ч а н и е. В числителе приведен расход цемента для портландцемента, в знаменателе – пуццоланового портландцемента.
5. Расход заполнителей определяется исходя из условия, что сумма абсолютных объемов всех составляющих материалов бетона равна 1 м3 уложенной и уплотненной бетонной смеси (м3):
Ц/ρц + В/ρв + П/ρп + Кр/ρкр = 1. (3.5)
Принимая, что цементно-песчаный раствор заполнит пустоты между зернами крупного заполнителя с некоторой их раздвижкой, выражение будет иметь следующий вид:
Ц/ρц + В/ρв + П/ρп = Пкр(Кр/ρн.кр)α, (3.6)
где Ц, В, П, Кр – соответственно расходы цемента, воды, песка, крупного заполнителя на 1 м3 смеси, кг;
ρц , ρв , ρп , ρкр – истинная плотность этих материалов, кг/м3;
Пкр – межзерновая пустотность крупного заполнителя в рыхлом состоянии;
Ρн.кр – насыпная плотность крупного заполнителя, кг/м3;
α – коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя (принимается в зависимости от расхода цемента и В/Ц).
Решая совместно эти два уравнения, получают формулы для определения расхода заполнителей на 1 м3 бетона.
Расход крупного заполнителя определится из формулы
, (3.7)где α – коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя цементным раствором; для пластичных бетонных смесей принимается по табл. 3.10, для жестких смесей при расходе цемента менее 400 кг/м3 α=1,1.
Т а б л и ц а 3.10. Коэффициент раздвижки зерен для пластичных
бетонных смесей
| Расход цемента, кг/м3 | При [В/Ц]тр | |||||
| 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | |
| 250 300 350 400 500 600 | - - - 1,31 1,44 1,52 | - - 1,32 1,40 1,52 1,56 | - 1,30 1,38 1,46 1,56 - | 1,26 1,36 1,44 - - - | 1,32 1,42 - - - - | 1,38 - - - - - |
П р и м е ч а н и я: 1. При других значениях Ц и В/Ц коэффициент α находят интерполяцией.
2. При изменении крупного песка с водопотребностью Вп < 7 % коэффициент α увеличивают на 0,03 на каждый процент уменьшения Вп. При использовании мелкого песка с Вп > 7 % коэффициент α уменьшают на 0,03 на каждый процент увеличения Вп.
Расход мелкого заполнителя (П) на 1 м3 бетонной смеси определяется по формуле
П = [1 – (Ц/ρц + В/ρв + Кр/ρкр)]ρп, кг, (3.8)
где Ц, В, Кр – расход соответственно цемента, воды, щебня (гравия), кг/м3;
ρц, ρв, ρкр, ρп – истинная плотность соответственно цемента, воды, щебня (гравия), песка, кг/м3.
Значения истинной плотности для обычного портландцемента, сульфатостойкого, гидрофобного и пластифицированного портландцемента принимаются в пределах 3000...3200, для шлакопортландцемента – 2900...3100 кг/м3. Значения истинной плотности мелкого и крупного заполнителя принимаются в пределах 2500...2700 кг/м3.
6. Запроектированный состав бетонной смеси уточняют на пробных замесах по результатам испытаний контрольных образцов-куби-ков. На пробных замесах проверяют подвижность бетонной смеси (осадку или жесткость). Если подвижность бетонной смеси окажется меньше требуемой, то в замес небольшими порциями добавляют воды и цемента, сохраняя при этом постоянным В/Ц до тех пор, пока подвижность бетонной смеси не будет равна заданной. Если подвижность бетонной смеси при выбранном значении В/Ц и данном расходе цемента и воды окажется больше заданной, то в нее добавляют песок и крупный заполнитель (порциями по 5 % от первоначального количества), сохраняя В/Ц. Таким путем добиваются заданной подвижности бетонной смеси.
Объем замеса бетонной смеси, полученной после корректирования состава ее подвижности, может быть определен по формуле
Vз = [Цз + Вз + Пз + Кр.з]/ρmб.см, (3.9)
где Vз – объем замеса бетонной смеси, м3;
Цз , Вз , Пз – соответственно масса цемента, воды, песка и щебня (гравия), израсходованных на замес, кг;
ρmб.см – плотность бетонной смеси, кг/м3.
Далее, зная объем бетонной смеси и расход материалов для получения этого объема, можно рассчитать расход материалов на 1 м3 бетонной смеси:
Ц = (Цз ∙ 1)/Vз; В = (Вз ∙ 1)/Vз; П = (Пз ∙ 1)/Vз;
Кр = (Кр.з ∙ 1)/Vз. (3.10)
7. Помимо замеса для уточнения состава бетонной смеси рекомендуется готовить еще два пробных замеса того же объема, что и первый, но в одном водоцементное отношение принимается большим на 20 %, а в другом – меньшим на 20 %. Для двух дополнительных составов бетона определяется расход воды, цемента, крупного заполнителя и песка аналогично приведенному выше расчету.
Из бетонной смеси каждого замеса изготавливают контрольные образцы-кубы размером 15х15х15 см. Прочность бетона в серии образцов определяют по ГОСТ 101∙80 как среднее арифметическое значение в серии:
– из двух образцов – по двум образцам;
– из трех образцов – по двум наибольшим по прочности образцам;
– из четырех образцов – по трем наибольшим по прочности образцам;
– из шести – по четырем наибольшим по прочности образцам.
При обработке дефектных образцов прочность бетона в серии образцов определяют по всем оставшимся образцам, если их не менее 2. Результаты испытаний серии из двух образцов при обработке одного образца не учитывают.
Результаты определения прочности бетона оценивают по ГОСТ 181 05. По результатам испытаний строят график Rб = f(В/Ц), по которому выбирают водоцементное отношение, обеспечивающее получение бетона заданного класса.
8. По результатам пробных замесов и испытаний корректируют запроектированный состав бетонной смеси, определяя так называемый производственный состав (с учетом влажности заполнителей).
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
(3.11)где В, П, Кр – соответственно полученные расчетом расходы воды, песка и крупного заполнителя, кг;
ωп, ωкр – соответственно влажность песка и крупного заполнителя, % по массе, ωп = 2...6 %, ωкр = 1...3 %;
Вт – водопоглощение крупного заполнителя по массе, %. Вт = 1...2 %.
При этом количество влажных заполнителей увеличивают, чтобы содержание в них сухого материала равнялось расчетному, а именно:
Птр = П(1+0,01ωп), кг; (3.12)
Кр.тр = Кр(1+0,01 ωкр), кг. (3.13)
9. После уточнения расхода воды и заполнителей следует определить расчетную (теоретическую) среднюю плотность бетонной смеси по формуле
ρрб.см = Ц + Птр + Кр.тр + Втр, кг/м3 (3.14)
и коэффициент выхода бетонной смеси
Квых = 1/(Ц/ρн.ц + П/ρн.п + Кр/ρн.кр), (3.15)
где ρн.ц, ρн.п, ρн.кр – соответственно насыпная плотность цемента, песка и крупного заполнителя.
10. Производственный (полевой) состав бетона по массе вычисляют делением расхода каждого состава бетонной смеси на расход цемента:
Ц/Ц : Птр/Ц : Кр.тр/Ц = 1 : х : у при В/Ц = z. (3.16)
Например: 1 : 2 : 5 при В/Ц = 0,6.
11. Расход дозировки составляющих бетонной смеси (кг/м3) на один замес бетоносмесителя определенного объема с учетом найденного коэффициента выхода бетона Квых выполняют по формулам:
Цv = (Квых∙V∙Ц)/1, Вv = (Квых∙V Втр)/1;
Пv = (Квых∙V∙Птр)/1, Кр.v = (Квых∙V Кр.тр)/1, (3.17)
где Цv, Вv, Пv, Кр.v – масса соответственно цемента, воды, песка, крупного заполнителя (щебня или гравия), кг, требуемая на замес бетоносмесителя, с объемом барабана V, м3.
Для повышения морозостойкости, водонепроницаемости, коррозийной стойкости, а также сокращения расхода цемента и улучшения удобоукладываемости бетонной смеси следует вводить в смесь специальные химические добавки. Уточнение состава бетона с введением добавок, а также проверка величин средней плотности бетонной смеси и коэффициента выхода бетона проводится при пробных замесах.