МОСКОВСКИЙ

АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫИ ТЕХНИЧЕСКИИ

УНИВЕРСИТЕТ)

Заочный факультет

КАФЕДРА ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

"ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦЕМЕНТОБЕТОНА"

по дисциплине

" Строительные материалы"

Задание выдано студенту _____Морева Е.А.______

группы ___2ЗбДп______________________________

Задание выдал _____Акимова Т.Н._______________

Дата выдачи задания _________________________

Срок исполнения _____________________________

2014

РАСЧЕТ СОСТАВА БЕТОННОЙ СМЕСИ

1. Общие положения

Расчет (подбор) состава бетонной смеси заключается в определении количества составляющих – цемента, воды, песка, крупного заполнителя (щебня или гравия) – для получения бетонной смеси заданной удобоукладываемости и бетона с требуемыми свойствами: прочности, морозостойкости и долговечности. При этом расход цемента должен быть минимальным, а полученный бетон должен иметь максимальную среднюю плотность.

В задании на расчет состава бетонной смеси должны быть указаны следующие данные: назначение бетона, условия службы бетона в сооружении, требуемая прочность (класс бетона В_норм), требования по морозостойкости, водонепроницаемости, тепловыделению, марка бетонной смеси по удобоукладываемости, допускаемая наибольшая крупность заполнителя.

Требования к бетону дорожных и аэродромных покрытий, мостовых конструкций по прочности и морозостойкости представлены в табл. 15.

Основываясь на задании, выбирают или назначают составляющие бетон материалы. Характеристика материалов должна включать в себя следующие данные, определенные по стандарту: вид и марку (активность) цемента, насыпную и истинную плотности всех компонентов, крупность песка, вид и наибольшую крупность щебня (гравия), водопоглощение крупного заполнителя. Все характеристики для песка и крупного заполнителя даются для сухих материалов.

Расчет ведут на 1000 л бетонной смеси. В основу расчета положено условие, что уплотненная бетонная смесь не содержит пустот, т.е. приближается к абсолютной плотности (небольшим объемом воздушных пор пренебрегаем). Исходя из этих условий, сумма абсолютных объемов составляющих будет равна 1000 л

Vащ(г) + Vап + Vац + Vв = 1000 л

где - V_ащ(г) , V_ап , V_ац – соответственно абсолютные объемы щебня (гравия), песка, цемент, V_в – объем воды.

Этот метод называется методом абсолютных объемов.

Методика расчета состава бетона использует прочности цемента и бетона. Поэтому от заданной нормативной характеристики бетона – класса – следует перейти к его прочности.

Состав бетона подбирают исходя из среднего уровня прочности R_у.

Если нет данных статистического контроля прочности (фактического коэффициента вариации V_n), то средний уровень прочности R_у принимают равным требуемой прочности R_т при нормативном коэффициенте вариации V =13,5% и определяют по формуле

R_у = R_т = 1,1·В_норм/К_б,

где К_б – коэффициент, принимаемый равным 0,78 (при нормативном коэффициенте вариации, равном 13,5%).

Если известен фактический коэффициент вариации V_n,, который был определен за предшествующий расчету период, то требуемую прочность бетона определяют по формуле

R_т = К_Т·В_норм,

где коэффициент К_Т определяется по табл. 1.1.

Таблица 1.1.

Vn, %	6	7	8	9	10	11	13	15	16
КТ	1,07	1,08	1,09	1,11	1,14	1,18	1,28	1,38	1,43

Средний уровень прочности бетона, по которому следует делать расчет, определяют по формуле

R_у = К_мп ·R_т,

где коэффициент К_мп принимают по табл. 1.2, но не более 1,1.

Таблица 1.2

Vn, %	6	6…7	7…8	8…10	10…12	12…14	от 14
КМ.П.	1,03	1,04	1,05	1,07	1,09	1,12	1,15

Водоцементное отношение В/Ц определяется из формул

R_б = АR_ц (Ц/В – С) при Ц/В ≤ 2,5 (В/Ц ≥ 0,4),

R_б = АR_ц (Ц/В + С) при Ц/В >2,5 (В/Ц < 0,4),

где R_б – прочность бетона при сжатии или изгибе, МПа;

R_ц – прочность цемента при сжатии или изгибе, соответствующая марке (активность), МПа;

А - коэффициент, зависящий от вида крупного заполнителя, В/Ц и применения воздухововлекающих добавок (табл. 1.3, 1.4);

С - коэффициент (при подборе состава бетона по сжатию С = 0,5; по изгибу С = 0,1)

где R_у - средний уровень прочности бетона, МПа;

знак «+» - при В/Ц ≥ 0,4; знак «» - при В/Ц < 0,4.

Таблица 1.3

Заполнители	Значение коэффициента А при
	В/Ц < 0,4	В/Ц ≥ 0,4
Высококачественные	0,43	0,65
Рядовые	0,40	0,60
Пониженного качества	0,37	0,55

Количество воды (В) приближенно находят по табл. 1.5 с учетом заданной марки бетонной смеси по удобоукладываемости и характеристик исходных материалов.

При применении пластифицирующих добавок расход воды может быть уменьшен на 10…15%.

Таблица 1.5

Марка бетонной смеси по удобоуклады-ваемости	Жест-кость, с	Подвиж-ность, см	Расход воды, л/м3, при крупности, мм
			гравия				щебня
			10	20	40	80	10	20	40	80
Ж4	31…60	-	150	135	125	120	160	150	135	130
Ж3	21…30	-	160	145	130	125	170	160	145	140
Ж2	11…20	-	165	150	135	130	175	165	150	145
Ж1	5…10	-	175	160	145	140	185	175	160	155
П1	-	1…4	190	175	160	155	200	190	175	170
П2	-	5…9	200	185	170	165	210	200	185	180
П3	-	10…15	215	205	190	180	225	215	200	190
П4	-	16…20	225	220	205	195	235	230	215	205
П5		21 и более	230	225	210	200	245	240	225	210

Примечание. Данные таблицы справедливы при использовании цемента с нормальной густотой 26…28% и песка с М_кр = 2,0. При изменении нормальной густоты цементного теста на каждый процент в наименьшую сторону расход воды следует уменьшить на 3…5 л/м³, в большую - увеличить на 3…5 л/м³ . В случае изменения модуля крупности песка в меньшую сторону на каждые 0,5 расход воды увеличивают на 3…5 л/м³, а в большую - соответственно уменьшают на 3…5 л/м³ .

Для бетона дорожных и аэродромный покрытий применение пластифицирующих и воздухововлекающих добавок обязательно.

Пластифицирующую добавку ЛСТ вводят в количестве 0,2…0,3% от массы цемента (в расчете на сухое вещество).

Воздухововлекающую добавку СНВ вводят в количестве 0,02…0,03% от массы цемента, обеспечивающем требуемый объем вовлеченного воздуха в бетонной смеси тяжелого бетона (табл. 1.8).

Расход цемента (Ц) в кг на 1 м³ бетонной смеси вычисляют по формуле

Минимальный расход цементов принимают в соответствии с табл. 1.6 в зависимости от вида конструкции и условий их эксплуатации.

Если рассчитанный расход цемента окажется ниже допустимого, то его увеличивают, соответственно увеличивая расход воды так, чтобы сохранить рассчитанное В/Ц.

Расчет расхода заполнителей (песка и крупного заполнителя) выполняют, решая совместно два уравнения, характеризующие строение бетонной смеси.

Первое - это основное условие расчета: объем 1 м³ (1000 л) плотно уложенной бетонной смеси слагается из абсолютных объемов составляющих

Ц/ρ_ц + В + П/ρ_п + К/ρ_к = 1000 л.

Таблица 1.6

Вид конструкции	Условия эксплуатации	Вид и минимальный расход цементов, кг/м3
		ПЦ-Д0, ПЦ-Д5, ССПЦ-Д0	ПЦ-Д20, ССПЦ-Д20	ШПЦ, ССШПЦ, ПуццПЦ
Неармированные	Без атмосферных воздействий	Не нормируют
	При атмосферных воздействиях	150	170	170
Армированные с ненапрягаемой арматурой	Без атмосферных воздействий			180
	При атмосферных воздействиях	200	220	240
Армированные с преднапряженной арматурой	Без атмосферных воздействий	220	240	270
	При атмосферных воздействиях	240	270	300

Второе – пустоты между зернами крупного заполнителя должны быть заполнены растворной смесью с учетом некоторой раздвижки зерен крупного заполнителя, величина которой определяется коэффициентом раздвижки зерен α

Ц/ρ_ц + П/ρ_п + В = αV_пустК/ ,

где Ц, В, П, К – расходы соответственно цемента, воды, песка, крупного заполнителя, кг/м³ ;

ρ_ц, ρ_п, ρ_к, - истинные плотности цемента, воды, песка и крупного заполнителя, кг/м³ ; – насыпная плотность крупного заполнителя, кг/м³ ;

V_пуст – относительный объем пустот (пустотность) крупного заполнителя;

α - коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя, принимаемый по табл. 1.7.

Решая совместно приведенные выше уравнения, получаем формулы для определения расходов (в кг на 1 м³ бетонной смеси):

крупного заполнителя:

;

где V_пуст = (1 – /ρ_к);

песка П = .

Если применяются воздухововлекающие добавки, то формула примет вид:

П = ,

где V_возд – объем вовлеченного воздуха, л, на 1000 л бетонной смеси.

Таблица 1.7

Расход цемента, кг/м3	Коэффициент α для пластичных смесей при В/Ц
	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
250	-	-	1,26	1,32	1,38
300	-	1,30	1,36	1,42	-
350	1,32	1,38	1,44	-	-
400	1,40	1,46	-	-	-

Примечание. Для жестких бетонных смесей коэффициент α принимают равным 1,05…1,15, в среднем 1,1.

Таким образом получают расчетный состав в виде расходов материалов Ц, В, П, К (кг) для получения 1 м³ бетонной смеси.

Таблица 1.8

Конструкционный слой покрытия	Объем вовлеченного воздуха в бетонной смеси, % (л/м3 смеси)
Однослойные и верхний слой двухслойных покрытий	5…7 (50…70)
Нижний слой двухслойных покрытий	3…5 (30…50)

Дорожно-климатические зоны

2. Требования к материалам для бетона смотрите:

1. ГОСТ 26633- 91 . Бетоны тяжёлые и мелкозернистые. Технические условия.

2. Т.Н.Акимова, Ю.Э.Васильев. Цементный бетон. Учебное пособие М. МАДИ. 2007

3. Т.Н.Акимова, Ю.Э.Васильев. Лабораторный практикум по дорожно-строительных материалам. Общие свойства. Каменные материалы. Минеральные вяжущие. Бетон. Москва, МАДИ. 2006.

3. Предварительный расчет состава бетонной смеси

3.1. Задание на расчет номинального состава бетонной смеси

Назначение бетона __Ж/б панель_______________________________

Категория дороги _______________________________________

Дорожно-климатическая зона ______________________________

Класс бетона по прочности на сжатие (В) ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­___25_________________

Класс бетона по прочности на растяжение при изгибе (В_btb) ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­______________

Марка бетона по морозостойкости (F) 200

Марка бетона по водонепроницаемости (W)

Коэффициент вариации нормативный V_н - 13,5%

Коэффициент вариации фактический V_n

Марка бетонной смеси по удобоукладываемости П2

3. 2. Характеристики исходных материалов

Наименование показателя	Ед. изм.	Значение
Цемент
Наименование цемента	-	ПЦ 400-Д5-Н
Марка цемента (выбирается в зависимости от уровня прочности бетона)		ПЦ 400
Прочность (активность) цемента на сжатие	МПа	40
Прочность цемента на растяжение при изгибе	МПа	5,5
Нормальная густота	%	28
Истинная плотность цемента	кг/л	3,1
Насыпная плотность цемента	кг/л	1
Песок
Вид песка		Кварцевый песок
Истинная плотность песка	кг/л	2,8
Насыпная плотность песка	кг/л	1,4
Модуль крупности песка	-	2,5
Крупный заполнитель (щебень, гравий)
Вид крупного заполнителя	-	20
Марка по прочности (по дробимости)		800
Насыпная плотность щебня (гравия)	кг/л	1,4
Истинная плотность щебня (гравия)	кг/л	2,7
D наиб.	мм	20
Химические добавки
пластифицирующие - сильнопластифицирующие	%	ЛСТ
воздухововлекающие -	%	СНВ

3.3. Подбор состава бетонной смеси

3.3.1 а. Если нет данных статистического контроля прочности (фактического коэффициента вариации Vn), то средний уровень прочности Rу принимают равным требуемой прочности Rт при нормативном коэффициенте вариации V =13,5% и определяют по формуле Rу = Rт = 1,1·Внорм/Кб, где Кб – коэффициент, принимаемый равным 0,78 (при нормативном коэффициенте вариации, равном 13,5%). Rу = Rт = _1,1х25/0,78=35,26_____________________

3.3.1 б. Если известен фактический коэффициент вариации, определённый за предшествующий расчёту период V_n, требуемая прочность определяется по формуле =__________________________________

Vn, %	6	7	8	9	10	11	13	15	16
КТ	1,07	1,08	1,09	1,11	1,14	1,18	1,28	1,38	1,43

Определение среднего уровня прочности бетона =_____________________________________

Vn, %	6	6…7	7…8	8…10	10…12	12…14	от 14
КМ.П.	1,03	1,04	1,05	1,07	1,09	1,12	1,15

3.3.2. Определение водоцементного отношения В/Ц

{из формулы R_б = А R_ц (Ц/В ± С)}

=0,65х40/35,26+0,5х0,65х40 =0,5

где R_у - средний уровень прочности бетона, МПа;

R_ц - марка (активность) цемента, МПа;

А - коэффициент, зависящий от вида крупного заполнителя и В/Ц (табл. 3);

С - коэффициент (при подборе состава бетона по сжатию С = 0,5;

по изгибу С = 0,1);

знак «+» - при В/Ц > 0,4; знак «-» - при В/Ц < 0,4.

Таблица 3

Заполнители	Значение коэффициента А при
	В/Ц < 0,4	В/Ц > 0,4
Высококачественные	0,43	0,65
Рядовые	0,40	0,60
Пониженного качества	0,37	0,55

.............................

Допустимое водоцементное отношение в зависимости от условий эксплуатации равно (см Т.Н.Акимова, Ю.Э.Васильев. Лабораторный практикум по дорожно-строительных материалам. Общие свойства. Каменные материалы. Минеральные вяжущие. Бетон. Москва, МАДИ. 2006. стр. 72)

не требуется

Для расчёта принимаем В/Ц = 0,5