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 III 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 III зоны, согласно заданным ОК:
ОКIII = 4 см.
Рис.8
Вывод: водопотребность ВпIII=95 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 III зоны, 500;
В/Ц = 0.46
По таблице П.7, стр.147 [1] для бетона III зоны, R180 = 1.4*R28 = 1.4*39,6 = 55,44 МПа;
Результаты определения заносим в табл. 13.
Таблица 13. Предел прочности бетона III зоны на сжатие в возрасте 180 суток.
В/Ц |
0,46 |
0,47 |
0,48 |
0,49 |
0,50 |
0,51 |
0,52 |
0,54 |
0,56 |
0,59 |
0,60 |
|
R180, МПа |
III |
55,44 |
53,9 |
51,24 |
49,42 |
48,16 |
45,78 |
44,49 |
41,3 |
39,48 |
35,84 |
34,72 |
По данным табл. 13 строим график зависимости предела прочности бетона III зоны на сжатие от R180 в возрасте 180 суток от водоцементного отношения R180=f(В/Ц) (рис.9).
Для бетона III зоны класс бетона по прочности В25
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 ПЦ 500.
Прочность бетона: R180 = (В/0,78)*1,4 = (25/0,78)*1,4 = 44,8 МПа.
Рис.9 Зависимость предела прочности бетона III зоны на сжатие от R180 в возрасте 180 суток от водоцементного отношения.
По графику на рис.9 по прочности, В/Ц = 0,52
Водонепроницаемость бетона на портландцементе в зависимости от В/Ц принимаем по табл. П.9, стр.148 [1].
Пример вычислений по табл.14:
Водопотребность бетонной смеси:
III зоны, 95 кг/м3;
В/Ц = 0.50
Для бетона II зоны по таблице П.9, стр.148 [1]:
Так как в таблице нет нужной нам водопотребности (Вп3 =95 кг/м3), то определим значение водонепроницаемости путем интерполяции её значений между Вп1=50 кг/м3 и Вп2=100 кг/м3 ( = 1.60 МПа и = 2.22 МПа)
Путем интерполяции определим W3 для Вп3 =95 кг/м3:
Результаты определения заносим в табл. 14.
Таблица 14. Результаты испытаний бетона III зоны на водонепроницаемость
В/Ц |
0,50 |
0,55 |
0,60 |
0,65 |
0,70 |
0,75 |
0,80 |
0,90 |
W, МПа |
2,16 |
1,47 |
1,01 |
0,72 |
0,53 |
0,42 |
0,34 |
0,28 |
По данным табл. 14 строим график зависимости водонепроницаемости бетона II зоны от водоцементного отношения W=f(В/Ц) (рис.11).
Для бетона III зоны:
1)Класс бетона по водонепроницаемости W8 (для бетона подводной зоны приняли марку W8) .
Число в марке обозначает наибольшее давление воды (в кгс/см2), которое выдерживают бетонные образцы. Следовательно, водонепроницаемость бетона II зоны будет составлять, W = 0,8 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 20оС) в течении 180 дней, испытывают на водонепроницаемости и строят график зависимости W от В/Ц.
Рис. 11. Зависимость водонепроницаемости бетона III зоны от В/Ц
По графику на рис.11 по водонепроницаемости, В/Ц = 0,65.
Результаты испытаний бетона III зоны на морозостойкость в зависимости от водоцементного соотношения берем из табл. П.10, стр.149 [1]. Для бетона III зоны используем портландцемент (см. табл.15).
Таблица 15/ Результаты испытаний бетона III зоны на морозостойкость
В/Ц |
0,40 |
0,50 |
0,55 |
0,60 |
0,65 |
0,70 |
0,75 |
0,80 |
0,90 |
F, циклы |
675 |
390 |
285 |
220 |
170 |
145 |
120 |
105 |
90 |
По данным табл. 15 строим график зависимости морозостойкости бетона III зоны от водоцементного отношения F=f(В/Ц) (см. рис.13).
Для бетона III зоны:
класс бетона по морозостойкости F75
При экспериментальном определении зависимостей, связывающих морозостойкость бетона с величиной водоцементного отношения готовят образцы – кубы с разными значениям В/Ц, но постоянными Ц и r. Их выдерживают 28 или 180 дней, а затем испытывают на морозостойкость. По данным испытаний строят график зависимости F от В/Ц.
Рис.13 Зависимость морозостойкости бетона III зоны от В/Ц
По графику на рис.13 по морозостойкости, В/Ц > 0,90.
Для бетона III 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 бетона III зоны представлены в таблице 15.
Таблица 15. Результаты определения В/Ц для бетона III зоны
|
В/Ц |
По прочности |
0,52 |
По водонепроницаемости |
0,65 |
По морозостойкости |
0,90 |
Окончательно принимаем |
0,52 |
4.4 Расчет состава бетона III зоны
Подсчитаем расход материалов на 1 м3 бетона III зоны методом, когда известна объёмная масса бетона γб=2400кг/м3.
Ц = В/(В/Ц)=182,7 кг/м3
В = 95 кг/м3.
Т = 95+182,7 = 277,7 кг/м3
З = γб – Т = 2400 – 277,7= 2122,3 кг/м3
П = r*З = 0,39*2122,3 = 827,7 кг/м3
Кр = (1-r)*З = (1-0,39)* 2184,4 = 1,294,6 кг/м3
Расходы фракций заполнителя (табл.18) вычисляем исходя из содержания фракций заполнителя (табл.17) следующим образом:
З = 2122,3 кг/м3
Расходы фракций заполнителя, Р:
0-5 мм, Р = 0,24*2122,3= 827,7 кг/м3;
5-10 мм, Р = 0,10* 2122,3 = 212,3 кг/м3;
10-20 мм, Р= 0,14*2122,3 = 297,1 кг/м3;
20-40 мм, Р =0,21*2122,3 = 445,7 кг/м3;
40-60 мм, Р =0,16*2122,3 = 339,6 кг/м3.
Таким образом, запроектированные составы бетона характеризуются следующими параметрами (табл. 16).
Таблица 16. Результаты проектирования составов бетонов III зоны
Расход цемента Ц, кг/м3 |
182,7 0,52
|
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 III зоны
Расход цемента Ц, кг/м3 |
182,7 |
Расход воды В, кг/м3 |
95 |
Расходы фракций заполнителя, кг |
|
0-5 мм |
827,7 |
5-10 мм |
212,3 |
10-20 мм |
297,1 |
20-40 мм |
445,7 |
40-80 мм 80-120 мм |
339,6 |
Всего |
2400 |