Санкт-Петербургский Государственный Политехнический университет

Кафедра «Технология, организация и экономика строительства»

Проектирование состава бетона

Расчетная работа по материаловедению

Вариант I

Студент……….Астафьева Е.Д.

Преподаватель......Беляева С.В.

Санкт-Петербург

2008 г

1. Постановка задачи и исходные данные

Требуется для каждой из 3х зон сооружения запроектировать состав бетона, удовлетворяющий заданному классу по прочности, и марки по водонепроницаемости и морозостойкости (таб. 1.1). Кроме того, бетон должен быть стойким в отношении коррозии и термического трещинообразования. Бетонная смесь должна иметь заданную подвижность.

Таблица 1.1

Требования к свойствам бетона и бетонной смеси

№	Зона сооружения	Вид бетона	Класс бетона по прочности	Марка по водонепронециаемости	Марка по морозо стойкости	ОК, см
I	Надземная	Обычный	В40	-	-	12
II	Подводная	Гидротех нический	В35	W2	-	4
III	Переменного уровня воды		В=7.5	W4	F100	7

Сооружение расположено в открытом водоеме. Химический состав воды приведен в табл. 1.2. Температура окружающего воздуха t_ext=18.2 °С.

Таблица 1.2

Химический состав воды-среды

Содержание ионов, мг/л				Суммарное содержание солей, мг/л	Временная жесткость, мг-экв/л	Содержание агрессивной СО2, мг/л	pH
K++Na+	Mg2+	NH4+	SO42-
3400	2800	550	1110	8100	1.53	5	8.0

2. Выбор материалов для бетона

В нашем случае для зоны I следует использовать портландцемент марки 550.

Для зон II и III выбор цемента производим после оценки агрессивности воды-среды.

Результаты оценки сводим в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Оценка агрессивности воды-среды

Вид коррозии	Показатель агрессивности	Бетон зоны	Вид цемента	Водонепроницаемость бетона	Значение показателя агрессивности		Вывод об агрессивности воды
					Фактическое	допустимое
Выщелачивающая	Временная жесткость, мг-экв/л	II	-	W2	1.53
		III	-	W4		>1.05	не агрессивна
Общекислотная	Водородный показатель pH	II	-	W2	8.0
		III	-	W4		>5.0	не агрессивна
Углекислая	Содержание агрессивной углекислоты, мг/л	II	-	W2	5
		III	-	W4		<10	не агрессивна
Магнезиальная	Содержание ионов Mg2+, мг/л	II	-	W2	2800
		III	-	W4		<1000	агрессивна
Аммонийная	Содержание ионов NH4+, мг/л	II	-	W2	550
		III	-	W4		<100	агрессивна
Щелочная	Содержание ионов Na++K+, мг/л	II	-	W2	3400
		III	-	W4		<50000	не агрессивна
Общесолевая	Суммарное содержание всех солей, мг/л	II	-	W2	8100	нет испаряющих поверхностей
		III	-	W4		<10000	не агрессивна
Сульфатная	Содержание ионов SO42-, мг/л	II	пц	W2	1110	<500	агрессивна
			шпц			<3000	Не агрессивна
			сспц			<6000	Не агрессивна
		III	пц	W4		<500	агрессивна
			шпц			<3000	не агрессивна
			сспц			<3000

Вывод 1. Вода агрессивна по магнезиальной, аммонийной и сульфатной коррозии в отношении бетона марки W4 по водонепроницаемости. Эти виды коррозии, так же, как и выщелачивающая, общекислотная, углекислая, щелочная и общесолевая одинаково опасны для всех видов цемента. Избежать коррозии можно двумя путями: устройством гидроизоляции бетона или повышением его водонепроницаемоти. Поскольку второй способ значительно дешевле, принимаем для бетона подводной зоны и зоны переменного уровня марку W8 вместо W4 и W2. В этом случае вода не является агрессивной, что подтверждают результаты повторной оценки степени агрессивности воды-среды (табл. 2.2).

Таблица 2.2

Оценка агрессивности воды-среды для марки бетона W8

Вид коррозии	Показатель агрессивности	Бетон зоны	Вид цемента	Водонепроницаемость бетона	Значение показателя агрессивности		Вывод об агрессивности воды
					Фактическое	допустимое
Выщелачивающая	Временная жесткость, мг-экв/л	II	-	W8	1.53	Не нормируется	Не агрессивна
		III	-	W8		Не нормируется	не агрессивна
Общекислотная	Водородный показатель pH	II	-	W8	8.0	>3.5	Не агрессивна
		III	-	W8		>3.5	не агрессивна
Углекислая	Содержание агрессивной углекислоты, мг/л	II	-	W8	5	Не нормируется	Не агрессивна
		III	-	W8		Не нормируется	не агрессивна
Магнезиальная	Содержание ионов Mg2+, мг/л	II	-	W8	2800	<3000	Не агрессивна
		III	-	W8		<3000	Не агрессивна
Аммонийная	Содержание ионов NH4+, мг/л	II	-	W8	550	<800	Не агрессивна
		III	-	W8		<800	Не агрессивна
Щелочная	Содержание ионов Na++K+, мг/л	II	-	W8	3400	<80000	Не агрессивна
		III	-	W8		<80000	не агрессивна
Общесолевая	Суммарное содержание всех солей, мг/л	II	-	W8	8100	нет испаряющих поверхностей	Не агрессивна
		III	-	W8		<50000	не агрессивна
Сульфатная	Содержание ионов SO42-, мг/л	II	пц	W8	1110	<850	агрессивна
			шпц			<5100	Не агрессивна
			сспц			<10200	Не агрессивна
		III	пц	W8		<850	агрессивна
			шпц			<5100	не агрессивна
			сспц			<10200

Вывод 2. Вода агрессивна по сульфатной коррозии для бетона II зоны при использовании портландцемента. В этой зоне следует применить либо шлакопортландцемент, либо пуццолановый портландцемент. Однако при показателе класса бетона В35 марка цемента должна быть 550, а это может быть только портландцемент, следовательно, мы берем его и будем использовать гидроизоляцию. Также вода агрессивна по сульфатной коррозии для бетона зоны переменного уровня воды (III) при использовании портландцемента. Следовательно, возможно использование только сульфатостойкого портландцемента, т.к. шлакопортландцемент не рекомендуется применять в зоне переменного уровня воды.

Окончательно принимает следующие материалы для приготовления бетона (табл. 2.3).

Таблица 2.3

Материалы для бетона

Бетон зоны	Вид цемента	Марка цемента	Мелкий заполнитель	Крупный заполнитель
				Вид	Порода	Dнаиб, мм	Число фракций
I	ПЦ	550	Из отсевов гранита	Промытый гравий	Гнейс	20	1
II	ПЦ	550		Промытый щебень		40	4
III	ССПЦ	400		Непромытый щебень

3. Определение параметров состава бетона первой зоны.

Определение В/Ц

Используя выбранные материалы (см. табл. 2.3) устанавливаем зависимость прочности бетона при сжатии от водоцементного отношения , для чего готовим 8 бетонных смесей с различным В/Ц и постоянными Ц и r, взятыми произвольно. Из каждой бетонной смеси изготавливаем образцы-кубы, которые храним в стандартных условиях и испытываем на прочность при сжатии в возрасте 28 суток. Результат испытаний занесем в табл. 3.1

Таблица 3.1

Результаты испытаний бетона на сжатие в возрасте 28 суток.

В/Ц	0.4	0.43	0.44	0.46	0.47	0.48	0.49	0.50
	59.13	53.24	51.28	47.35	46.26	44.95	43.20	42.00

Пример построения таблицы:

По таблице П.7 «Результаты испытаний на сжатие бетона с различным водоцементным отношением и с постоянными значениями расхода цемента и доли песка» из колонки для нашей марки цемента (550) берем значение предела прочности бетона в возрасте 28 суток. При В/Ц отношении 0.4 предел прочности равен 54.2. При промытом гравии прочность бетона выше на 9.1 % чем в таблице, следовательно, 54.2+{(54.2*9.1)/100}=59.13

По данным таблицы построим график (рис. 1) и определим искомое В/Ц. Среднее значение для бетона класса В40 составляет R=40/0.73=54.79 МПа. Получаем В/Ц =0.42.

рис. 1. График определения В/Ц

Определение r_опт

Из выбранных материалов готовим 7 смесей с различными r (от 0,26 до 0,46). Остальные параметры сохраняем постоянными: В/Ц=0,424. Округляем до 0.42; расход цемента примем предварительно равным 400кг/м3. Для установления зависимости ОК=f(r) определяем ОК для бетонной смеси.

Таблица 3.2

Результаты определения подвижности бетонной смеси в зависимости от r

r	0.26	0.28	0.30	0.32	0.36	0.41	0.46
ОК, см	3.5	5	6.2	6.5	4	2	1.5

Пример построения таблицы:

По таблице П.8 «Осадка бетонное смеси в зависимости от r при Ц=const и В/Ц =const», зная наше В/Ц=0.42 и массу цемента, принятой 400 кг/м³, выписываем значения для r и соответствующей r осадке конуса. Например, при r=0.26 В/Ц=3.5.

По данным табл.3.2 постоим график зависимости ОК=f(r) (рис.2.), по которому определяем r_опт по наибольшей осадке конуса. Полученное значение, равное 0,32 является предварительным и должно быть уточнено при фактическом расходе цемента.

Рис.2. График определения r_опт

Определение Ц

Из выбранных материалов готовим 9 бетонных смесей с различным Ц и устанавливаем зависимость их подвижности от расхода цемента ОК=f(Ц) при постоянных найденных значениях В/Ц=0,42 и r=0,318. Округляем до 0.32. Для этого определяем ОК каждой бетонной смеси. Результаты записываем в табл.3.3

Таблица 3.3

Результаты определения ОК бетонной смеси в зависимости от Ц

Ц	120	170	220	270	320	370	420	470	520
ОК, см	0.0	0.5	1.5	3.0	5.0	7.5	10.0	12.5	14.5

Пример построение таблицы:

По таблице П.6 «Результаты эксперементального определения осадки конуса бетонной смест в зависимости от расхода цемента при постоянных r и В/Ц», для наших r=0.32 и В/Ц=0.42 выписываем значения для расхода цемента и соответствующей ему осадки конуса. Например, при Ц=120 ОК=0.0.

По данным табл.3.3 строим график зависимости ОК=f(Ц) (рис.3.), по которому определяем расход цемента, обеспечивающий заданную осадку конуса. Данный расход цемента Ц=460кг/м³ является предварительным и должен быть уточнен при фактическом значении r_опт .

Рис.3. График для определения Ц

Запроектированный состав бетона I зоны характеризуется следующими параметрами:

Ц=460кг/м³; В/Ц=0,42; r=0,32.

Переход от параметров состава к расходам материалов.

Рассчитаем расходы материалов методом абсолютных объемов. Значения плотности материалов :ρ_ц =3150;ρ_в=1000; ρ_п=2650; ρ_кр=2770 кг/м3.

Находим расход воды В=(В/Ц)Ц=0,42*460=193.2кг/м³;

Для нахождения расхода П и Кр решим систему уравнений:

1=Ц/ρ_ц +В/ρ_в +П/ρ_п +Кр/ρ_кр

r=П/(П+Кр)

1=0.146+0.1932+0.000377П+0.000361Кр

0.32*(П+Кр)=П => 0.32П-П+0.32=0 => П=0.4705Кр

0.6608-0.0001775Кр-0.000361Кр=0

Кр=1227.1

П=577

Следовательно:

П=577кг/м³;

Кр=1227.1кг/м³;

В=193.2кг/м³;

Ц=460кг/м³.

Итого: Ц+В+Кр+П=2457.3кг/м³.