1. Постановка задачи и исходные данные

Необходимо спроектировать состав бетона для каждой из трёх зон сооружения, исходя из требований, приведённых в таблице 1.

Таблица 1. Требования к проектированию бетона

№ п/п	Зона сооружения	Вид бетона	Класс бетона по прочности	Марка по водонепро- ницаемости	Марка по морозо- стойкости	ОК, см
I	Надземная	Обычный	B35	-	-	1
II	Подводная	Гидротехнический	B12,5	W6	-	3
III	Переменного уровня воды		B25	W8	F75	4

4. Определение состава бетона II зоны

4.1 Определение оптимального зернового состава заполнителей

Заполнители рассеиваем на шесть фракций: 0-5; 5-10; 10-20; 20-40, 40-60 мм. Зерновой состав заполнителей определяем по кривой просеивания. Нам дан непромытый гранитовый щебень, фракционированный с Dнаиб = 60 мм. Данные для построения оптимальной кривой просеивания берем из таблицы П.11, стр.149 [1].

Таблица 11. Данные для построения оптимальной кривой просеивания

Вид заполнителя	Dнаиб, мм	Проходы, %, на ситах с отверстием, мм
		3,75	7,5	15	30	60
Гравий	60	33	44	57	75	100

Строим оптимальную кривую просеивания (см. рис. 7) и по ней определяем содержание каждой фракции, %:

0 – 5 мм – 39%

5 – 10 мм – 10%

10 - 20 мм - 14%

20 - 40 мм - 21%

40 – 60 мм - 16%

Итого: 100%

Из графика видно, что доля песка r = 0,39.

Рис.7

4.2 Определение водопотребности бетонной смеси

Зная ЗСопт можно использовать следующий прием. Определяем водопотребность бетонной смеси Вп, т.е. количество воды, необходимое для получения заданной ОК. Зависимость ОК=f(В) получаем из опытных данных, учитывая то, что В=(В/Ц)·Ц. Берем В/Ц и Ц, соответствующие выбранному значению ОК и перемножаем их. Значения Ц берем из строки, отвечающей нашему r. Результаты экспериментального определения осадки конуса бетонной смеси в зависимости от расхода цемента при постоянных r = 0,39 и В/Ц берем из табл. П.6, стр.146 [1].

Пример вычислений:

Ц=160 кг/м³ ; В/Ц = 0,42

r = 0,39

По таблице П.6, стр.146 [1]:

1) для Ц=160 кг/м³

В = В/Ц*Ц = 160 кг/м³ * 0,42 = 67,2 кг/м³

ОК = 1.5*1,12=1,68 см (т.к. Dнаиб =120 мм > 40 мм, в соответствии с примечанием к таблице П.6 умножаем приведенные в таблице значения ОК на 1,12);

Результаты заносим в табл.12.

Таблица 12. Подвижность бетонной смеси в зависимости от расхода воды

В, кг/м3	46,2	67,2	88,2	109,2	130,2	151,2	172,2	193,2
ОК, см	0,56	1,68	3,36	5,6	8,4	11,2	14	16,24

По данным табл. 12 строим график зависимости ОК=f(В) (рис.8), по которому определяем водопотребность бетонных смесей II зоны, согласно заданным ОК:

ОКII = 3 см.

Рис.8

Вывод: водопотребность ВпII=84 кг/м³.

4.3 Определение водоцементного отношения

Принятое В/Ц должно обеспечить одновременно прочность, водонепроницаемость и морозостойкость бетона не ниже заданных значений. Зависимости этих свойств от В/Ц удобно получить при В=Вп=const (и при ЗС=const). В этом случае все бетонные смеси будут иметь заданную осадку конуса. Для получения этих зависимостей из бетонных смесей готовим 3 серии образцов: кубы на прочность, цилиндры на водонепроницаемость и кубы на морозостойкость и испытываем их в соответствующем возрасте.

Результаты испытаний на сжатие бетона с различным водоцементым отношением и с постоянными значениями расхода цемента и доли песка (Ц=250 кг/м3 и r=0,35) приведены в таблице П.7, стр.147 [1].

Пример вычислений по табл.13:

Марка цемента:

1) для бетона II зоны, 400;

В/Ц = 0.59

По таблице П.7, стр.147 [1] для бетона II зоны, R180 = 1.4*R28 = 1.4*19,7 = 27,58 МПа;

Результаты определения заносим в табл. 13.

Таблица 13. Предел прочности бетона II зоны на сжатие в возрасте 180 суток.

В/Ц		0,59	0,6	0,62	0,64	0,65	0,68	0,70	0,72	0,75	0,77	0,80
R180, МПа	II	27,58	26,88	24,64	23,38	22,5	20,5	18,9	17,92	16,38	15,12	13,72

По данным табл. 13 строим график зависимости предела прочности бетона II зоны на сжатие от R180 в возрасте 180 суток от водоцементного отношения R180=f(В/Ц) (рис.9).

Для бетона II зоны класс бетона по прочности В12,5

При экспериментальном определении зависимостей, связывающих прочность бетона с величиной водоцементного отношения, необходимо приготовить несколько образцов – кубов из бетонной смеси с разными значениями водоцементного отношения, но постоянными Ц и r. Их выдерживают 180 дней, испытывают на сжатие и строят график зависимости R180 от В/Ц.

Марка ШПЦ 400.

Прочность бетона: R180 = (В/0,78)*1,4 = (12,5/0,78)*1,4 = 22,4 МПа.

Рис.9 Зависимость предела прочности бетона II зоны на сжатие от R180 в возрасте 180 суток от водоцементного отношения.

По графику на рис.9 по прочности, В/Ц = 0,65.

Водонепроницаемость бетона на портландцементе в зависимости от В/Ц принимаем по табл. П.9, стр.148 [1]. Так как для бетона II зоны используем шлакопортландцемент, то в соответствии с примечанием к вышеуказанной таблице водонепроницаемость бетона на ШПЦ принимаем на 15% ниже, чем бетона на портландцементе.

Пример вычислений по табл.14:

Водопотребность бетонной смеси:

II зоны, 84 кг/м³;

В/Ц = 0.65

Для бетона II зоны по таблице П.9, стр.148 [1]:

Так как в таблице нет нужной нам водопотребности (Вп³ =84 кг/м³), то определим значение водонепроницаемости путем интерполяции её значений между Вп¹=50 кг/м³ и Вп²=100 кг/м³ ( = 0,49 МПа и = 0,75 МПа)

Путем интерполяции определим W³ для Вп³ =84 кг/м³:

Так как для бетона II зоны используем шлакопортландцемент, то в соответствии с примечанием к таблице П.9, стр.148 [1] водонепроницаемость бетона на ШПЦ принимаем на 15% ниже, чем бетона на портландцементе.

Тогда,

Результаты определения заносим в табл. 14.

Таблица 14. Результаты испытаний бетона II зоны на водонепроницаемость

В/Ц	0,50	0,55	0,60	0,65	0,70	0,75	0,80	0,90
W, МПа	1,72	1,16	0,80	0,57	0,41	0,33	0,25	0,21

По данным табл. 14 строим график зависимости водонепроницаемости бетона II зоны от водоцементного отношения W=f(В/Ц) (рис.11).

Для бетона II зоны:

1)Класс бетона по водонепроницаемости W6 (для бетона подводной зоны приняли марку W6) .

Число в марке обозначает наибольшее давление воды (в кгс/см²), которое выдерживают бетонные образцы. Следовательно, водонепроницаемость бетона II зоны будет составлять, W = 0,6 МПа.

При экспериментальном определении зависимостей, связывающих водонепроницаемость бетона с величиной водоцементного отношения, готовят несколько бетонных цилиндров с разными значениями водоцементного отношения, но с постоянными Ц и r. Далее их выдерживают в стандартных условиях (при температуре 20^оС) в течении 180 дней, испытывают на водонепроницаемости и строят график зависимости W от В/Ц.

Рис. 11. Зависимость водонепроницаемости бетона II зоны от В/Ц

По графику на рис.11 по водонепроницаемости, В/Ц = 0,64.

Для бетонов II зоны мы должны выбрать наименьшее В/Ц из полученных В/Ц, определенных в зависимости от класса бетона по прочности, по водонепроницаемости и по морозостойкости.

Результаты определения В/Ц для бетонов II зоны представлены в таблице 15.

Таблица 15. Результаты определения В/Ц для бетона II зоны

	В/Ц
По прочности	0,65
По водонепроницаемости	0,64
По морозостойкости	-
Окончательно принимаем	0,64

4.4 Расчет состава бетона II зоны

Подсчитаем расход материалов на 1 м³ бетона II зоны методом, когда известна объёмная масса бетона γб=2400кг/м³.

Ц = В/(В/Ц)=131,6 кг/м³

В = 84 кг/м³.

Т = 84+131,6 = 215,6 кг/м³

З = γб – Т = 2400 – 215,6 = 2184,4 кг/м³

П = r*З = 0,39*2184,4 = 851,916 кг/м³

Кр = (1-r)*З = (1-0,39)* 2184,4 = 1,332,5 кг/м³

Расходы фракций заполнителя (табл.18) вычисляем исходя из содержания фракций заполнителя (табл.17) следующим образом:

З = 2184,4 кг/м3

Расходы фракций заполнителя, Р:

0-5 мм, Р = 0,24*2184,4= 851,9 кг/м³;

5-10 мм, Р = 0,10* 2184,4 = 218,4 кг/м³;

10-20 мм, Р= 0,14*2184,4= 305,8 кг/м³;

20-40 мм, Р =0,21*2184,4= 458,7 кг/м³;

40-60 мм, Р =0,16*2184,4= 349,5 кг/м³.

Таким образом, запроектированные составы бетона характеризуются следующими параметрами (табл. 16).

Таблица 16. Результаты проектирования составов бетонов II зоны

Расход цемента Ц, кг/м3	131,6 0,64
Водоцементное отношение В/Ц
Содержание фракций заполнителя, %
0-5 мм	39
5-10 мм	10
10-20 мм	14
20-40 мм	21
40-80 мм	16

Расходы материалов рассчитываем по объемной массе бетона, принимая б=2400 кг/м³ (табл. 17)

Таблица 17. Расходы материалов в бетонах II зоны

Расход цемента Ц, кг/м3	131,6
Расход воды В, кг/м3	84
Расходы фракций заполнителя, кг
0-5 мм	851,9
5-10 мм	218,4
10-20 мм	305,8
20-40 мм	458,7
40-80 мм 80-120 мм	349,5
Всего	2400