
- •Тюменская государственная архитектурно-строительная академия Кафедра «Строительные материалы» дорожно-строительные материалы
- •Введение.
- •Общие методические указания.
- •Раздел 1. Методические указания по разделам программы курса.
- •Глава 1. Начальные сведения о материалах.
- •Структура строительных материалов.
- •Свойства строительных материалов.
- •1.3. Вопросы для самоконтроля.
- •Глава 2. Материалы на основе минерального сырья.
- •2.1. Природные каменные материалы.
- •2.1.1. Вопросы для самоконтроля.
- •2.2. Керамические материалы.
- •2.2.1. Вопросы для самоконтроля.
- •2.3. Неорганические вяжущие вещества.
- •2.3.1. Вопросы для самоконтроля.
- •2.4. Растворы и бетоны на основе неорганических вяжущих веществ.
- •2.5. Расчет состава тяжелого цементного бетона.
- •Основные этапы расчета:
- •I этап: Расчет ориентировочного (начального) состава бетона
- •Значение коэффициента а1 и а2
- •Коэффициент раздвижки зерен в зависимости от расхода цемента и в/ц
- •2.5.1. Вопросы для самоконтроля.
- •Глава 3. Материалы на основе органических вяжущих.
- •3.1. Полимерные материалы.
- •3.1.1. Вопросы для самоконтроля.
- •3.2. Органические вяжущие вещества.
- •3.2.1. Вопросы для самоконтроля.
- •3.3. Дорожные бетоны на основе органических вяжущих материалов
- •3.3.1. Вопросы для самоконтроля.
- •3.4. Проектирование состава асфальтобетона.
- •Ориентировочный зерновой состав минеральной части
- •Глава 4. Материалы на основе древесины.
- •4.1. Вопросы для самоконтроля.
- •Глава 5. Металлические материалы.
- •5.1. Вопросы для самоконтроля.
- •Раздел 2. Контрольное задание № 1.
- •Глава 6. Примеры решения задач.
- •6.1. Основные свойства.
- •Задача.
- •Задача.
- •Задача.
- •Задача.
- •Задача.
- •6.2. Горные породы.
- •Задача:
- •Задача.
- •3. Задача.
- •6.3. Керамические материалы.
- •1.Задача.
- •2.Задача.
- •3.Задача.
- •6.4. Неорганические вяжущие.
- •Решение: После обжига масса сухого известняка
- •6.5. Цементные бетоны.
- •1. Задача.
- •Раздел 3. Контрольное задание № 2.
- •Глава 7. Примеры решения задач.
- •7.1. Материалы на основе древесины.
- •7.2. Органические вяжущие.
- •Вязкость разжиженного битума
- •На вязкость составленного дегтя.
- •7.3. Бетоны на основе органических вяжущих.
- •Технические требования к щебню (гост 8267-93).
- •Технические требования к песку (гост 8736-93).
- •Технические требования к минеральному порошку. (гост 16557-78)
- •Показатели прочности и морозостойкости щебня и гравия (гост 9128-97)
- •Показатели физико-механических свойств плотных и высокоплотных асфальтобетонов из горячих смесей (гост 9128-97)
- •Характеристика битумов нефтяных дорожных (гост 22245-90)
- •Литература.
Вязкость разжиженного битума
К=120. 18/100=21,6 т
6. Задача. К какому классу по скорости загустевания относится жидкий битум, если при выдерживании в вакуум-термостате из него за 2 ч при температуре 100оС испарилось 9% разжижителя? Назвать марку битума.
Решение: Согласно ГОСТ 11955-82 (приложение5. табл.2) в течении 2 ч при температуре 100оС выдерживают в вакуум-термостате битум класса СГ. Из битума марки СГ 49/70 должно испаряться не менее 10% разжижителя, из битума марки СГ 70/130 не менее 8%. Таким образом, данный битум имеет марки СГ 70/130.
7. Задача. Для изготовления 220 т дегтебетонной смеси израсходовано 7,5% дегтя вязкостью С1030 = 40 с. Сколько антраценового масла и пеки потребовалось для изготовления дегтебетонной смеси, если при подборе состава дегтя заданной марки из этих компонентов вязкость по стандартному вязкозиметру С1030 смеси с 40% антраценового масла была равна 65 с, с 50% масла – 25 с?
Решение: Строим в полулогарифмических координатах график изменения вязкости пека в зависимости от содержания антраценового масла (рис 2 ). Для этого записываем необходимые логарифмы: Ig 65 = 1,813; Ig 25 = 1,398; Ig 40 = 1,602. По двум известным точкам строим прямую вязкости пека. Устанавливаем (как показано стрелками) процентное содержание антраценового масла, необходимое для приготовления дегтя заданной вязкости, - 45,7%.
Расход дегтя
Д = 220 7,5/100 = 16,5 т.
Расход антраценового масла
М = 16,5 45,7/100 = 7,55 т .
Расход пека П = 16,5 – 7,55 = 8,95 т.
Рис. 2. Влияние содержания антраценового масла
На вязкость составленного дегтя.
8. Задача. Определить содержание в эмульсии битума с эмульгатором, если масса выпарительной чашки со стеклянной палочкой 162 г, масса чашки с палочкой и остатком после выпаривания воды из эмульсии 176,2 г.
Решение: Используем формулу, приведенную в ГОСТ 18659-81,
М
=
,
где m1 – масса чашки с палочкой, г; m2 – масса чашки с палочкой и эмульсией, г; m3 – масса чашки с палочкой и остатком после выпаривания воды из эмульсии, г. В результате содержание битума с эмульгатором
М
=
.
9. Задача. Масса сита и чашки в сухом состоянии 271,5 г, масса сита с остатком анионной эмульсии и чашкой после высушивания в термостате и охлаждения в эксикаторе 272,73 г. Масса эмульсии, принятой для испытания, 205 г. Удовлетворяет ли эмульсия требованиям к однородности?
Решение: Применим формулу, приведенную в ГОСТ 18659-81,
Н
=
,
где Н – однородность эмульсии, %; m1 – масса сита и чашки, г; m2 – масса сита с остатком и чашкой, г; m3 – масса эмульсии, г. Однородность данной эмульсии:
Н
=
Согласно ГОСТ 18659-81 массовая доля частиц битума крупнее 0,14 мм не должна превышать 0,5%. Таким образом, эмульсия не отвечает требованиям стандарта по однородности.
7.3. Бетоны на основе органических вяжущих.
1.Задача. Построить предельные кривые плотных смесей непрерывной гранулометрии с наибольшим размером зерен 35 мм и коэффициентами сбега 0,65 и 0,80.
Решение.
максимальный размер зерен dмакс=35
мм обусловлен заданной крупностью зерен
асфальтобетона. Максимальный размер
зерен ограничен крупностью пылеватых
частиц dмин=0,005
мм. Число фракций n=13,
исходя из условия, что
Находим
объемную долю первой фракции а, для
коэффициента сбега К1=0,65
по формуле:
а1=
Возведение в 13-ю степень выполнено с помощью логарифмов:
0,6513=13 lq 0,65=13(1,81)=3,53
Находим число по его логарифму: 3,53=0,0034
Определяем объемную долю первой фракции в, для коэффициента сбега К2=0,80
б1=
Здесь 0,8013=13 lq 0,80=13 (1,9)=2,7
Устанавливаем число по его логарифму: 2.7=0,05.
В табличной форме (табл 7.3.1.) рассчитываем объемные доли последующих фракций в виде частных и полных остатков на идеальных ситах.
Таблица 7.3.1.
№ ФРАКЦИЙ |
РАЗМЕРЫ ФРАКЦИЙ, мм |
К1=0,65 |
К2=0,80 |
||
ОСТАТКИ,% |
ОСТАТКИ,% |
||||
ЧАСТНЫЕ |
ПОЛНЫЕ |
ЧАСТНЫЕ |
ПОЛНЫЕ |
||
1 |
35……17,5 |
35,20 |
35,20 |
21,0 |
21,00 |
2 |
17,5……8,75 |
22,84 |
58,04 |
16,8 |
37,80 |
3 |
8,75……4,375 |
14,75 |
72,79 |
13,4 |
51,20 |
4 |
4,375……2,188 |
9,60 |
82,39 |
10,7 |
61,90 |
5 |
2,188…..1,094 |
6,24 |
88,63 |
8,55 |
70,45 |
6 |
1,094……0,547 |
4,06 |
92,69 |
6,85 |
77,30 |
7 |
0,547……0,273 |
2,54 |
95,23 |
5,50 |
82,80 |
8 |
0,273……0,137 |
1,71 |
96,94 |
4,40 |
87,20 |
9 |
0,137……0,068 |
1,11 |
98,05 |
3,52 |
90,72 |
10 |
0,068……0,034 |
0,72 |
98,77 |
2,82 |
93,52 |
11 |
0,034…..0,017 |
0,47 |
99,24 |
2,26 |
95,78 |
12 |
0,017……0,009 |
0,31 |
99,55 |
1,80 |
97,58 |
13 |
0,009……0,004 |
0,20 |
99,75 |
1,44 |
99,02 |
По найденным полным остаткам строим кривые плотных смесей. Для этого полные остатки откладываем в прямоугольных координатах на оси ординат в масштабе натуральных чисел, а размеры сит – на оси абсцисс в логарифмическом масштабе.
2.Задача. Рассчитать состав мелкозернистого горячего асфальтобетона типа Б для строительства дорожных покрытий. где применены минеральные материалы, гранулометрические составы которых приведены в табл 7.3.2. и вязкий битум марки БНД 60/90.
Таблица 7.3.2.
МАТЕРИАЛ |
ЧАСТНЫЕ ОСТАТКИ, % НА СИТАХ С d мм |
||||||||||
20 |
15 |
10 |
5 |
2,5 |
1,25 |
0,63 |
0,315 |
0,16 |
0,071 |
<0,071 |
|
ЩЕБЕНЬ |
19,6 |
15,2 |
21,7 |
40,5 |
3,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
ПЕСОК |
- |
- |
- |
- |
22,9 |
28,8 |
22,4 |
13,0 |
10,8 |
2,2 |
- |
МИНЕРАЛЬНЫЙ ПОРОШОК |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
3,0 |
3,0 |
10,0 |
84,0 |
Решение: 1) Расчет начинаем с щебня.
Объемная доля щебня находится по формуле:
,
где
-
полный остаток на сите 5 по ГОСТ 9128-97
(100-Ппроход
) (табл1
приложения
4. )
Для
смеси типа Б рекомендуемые полные
остатки на сите 5 составляют от 40 до 50%,
принимаем
-
фактический полный остаток на сите 5
применяемого щебня (по табл 7.3.2.) составит
97%
где ai – частные остатки на ситах 20, 15, 10 и 5. т.о.
Находим объемную долю щебня:
2) объемную долю минерального порошка вычисляем по формуле:
,
где
- полный проход минерального порошка
через сито 0,071 мм рекомендует ГОСТ
9128-97. Согласно ГОСТ проход через сито
0,071 составляет от 6 до 12%. Принимаем 8%
(табл 1. приложение 4).
фактический
проход через сито 0,071 используемого
минерального порошка принимаем по табл.
7.3.2. Он составляет 84,0%. т.о.
3) объемную долю песка находим из условия, что все минеральные материалы составляют 100%
Щ + П + МП = 100%
т.о. находим объемную долю песка
рассчитываем количество каждой фракции минеральных материалов с учетом их доли в составе минеральной смеси.
а)
щебень
,
где
- частный остаток на сите 20 в проектируемой
смеси, %
-
частный остаток на сите 20 в исходном
щебне, % (табл 7.3.2).
б)
песок
%
в) минеральный порошок Дм.п. = 9,5%
Результаты расчета заносим в таблицу 7.3.3.
Суммируем полные остатки на каждом сите. Полученные суммы сопоставляем с пределами полных остатков на ситах. Сравнение показывает, что полные остатки смеси рассчитанного состава входят в пределы, установленные стандартом приложения.
Поскольку истинные плотности минеральных составляющих различаются больше чем на 200 кг/м3, пересчитываем объемные доли составляющих с учетом их истинной плотности (табл 7.3.4 )
Таблица 7.3.3.
Зерновой состав минеральной части проектируемой смеси
МАТЕРИАЛ |
СОДЕРЖАНИЕ, % ЗЕРЕН НА СИТАХ С d, ММ |
ИСТИННАЯ ПЛОТ-НОСТЬ, КГ/М3 |
||||||||||
20 |
15 |
10 |
5 |
2,5 |
1,25 |
0,63 |
0,315 |
0,16 |
0,071 |
<0,071 |
||
Щебень гранитный |
9,0 |
7,0 |
10,0 |
18,8 |
1,4 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
2660 |
Песок кварцевый |
- |
- |
- |
- |
10,2 |
12,8 |
10,0 |
5,8 |
4,8 |
1,0 |
- |
2630 |
Минеральный порошок кварцевый |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
0,28 |
0,28 |
0,95 |
8,0 |
2850 |
Σ частных остатков |
9,0 |
7,0 |
10,0 |
18,8 |
11,6 |
12,8 |
10,0 |
6,1 |
5,1 |
2,0 |
8,0 |
|
Полные остатки на ситах в принятой смеси |
9,0 |
16,0 |
26,0 |
44,8 |
56,4 |
69,2 |
79,2 |
85,3 |
90,4 |
92,4 |
100,4 |
|
Рекомендуемые пределы полных остатков |
0-10 |
0-20 |
0-30 |
40-50 |
52-62 |
63-72 |
72-80 |
78-86 |
84-90 |
88-94 |
100 |
|
Таблица 7.3.4.
МАТЕРИАЛ |
ИСТИННАЯ ПЛОТНОСТЬ, кг/м3 |
ПОПРАВОЧНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ |
СОДЕРЖАНИЕ |
||
В ДОЛЯХ ОБЪЕМА |
В ДОЛЯХ МАССЫ |
В % ПО МАССЕ |
|||
Щебень гранитный крупностью, мм: Б….20 Песок: кварцевый Порошок минеральный шлаковый Итого |
2660
2630
2850 - |
1,01
1,00
1,08 -
|
0,46
0,445
0,095 1,00 |
0,465
0,445
0,103 1,013 |
45,9
43,9
10,2 100 |
Поправочный коэффициент для гранитного щебня
Рх = 2660/2630=1,01.
Аналогично определены коэффициенты для остальных материалов (табл 7.3.4 )
3. Задача. Для расчета оптимального содержания битума в асфальтобетоне приготовлена смесь с массовой долей битума 4,5%, что на 0,5% меньше рекомендуемого стандартом предела. Состав минеральной части асфальтобетона рассчитан в примере 2. Масса образцов асфальтобетона из смеси указанного состава, взвешенных в сухом состоянии на воздухе, mо=238,2 г, масса образцов на воздухе после выдерживания 30 мин в воде m1=238,6 г, масса образцов в воде после выдерживания в ней 30 мин m2=138,2 г. Заданная остаточная пористость асфальтобетона 5%. Определить оптимальное содержание битума в асфальтобетоне.
Решение: Средняя плотность асфальтобетона
.
Здесь
-
истинная плотность воды,
=1000
кг/м3
Тогда
.
Средняя плотность минерального остова асфальтобетона
где qм, qб – массовые доли минеральной части и битума, %.
Имеем
Средневзвешенная истинная плотность минерального остова асфальтобетона
кг/м3
Пористость минерального остова асфальтобетона
Требуемое содержание битума в асфальтобетоне
.
Здесь - заданная остаточная пористость асфальтобетона %, ρб-плотность битума -1000 кг/м3. В результате
Б=(15-5). 1000/2270=4,4%.
4. Задача. .Найти массы минеральных составляющих и вязкого нефтяного дорожного битума для приготовления 300 т горячего плотного асфальтобетона типа Б марки Ι. Истинная плотность битума 980 кг/м3, средняя плотность минерального остова асфальтобетона 2240 кг/м3, пористость минерального остова 17%, остаточная пористость асфальтобетона по объему 4%.
Решение: Процентное содержание битума в асфальтобетоне сверх 100% минеральной части
Массу минеральных составляющих Мm = QМ/(М+Б),
где Q- заданная масса асфальтобетонной смеси, т; М- содержание минеральных составляющих в асфальтобетонной смеси, %; М=100%. Тогда
Мm = 300 100/(100+5,7)=283,8 т.
Массу битума в 300 т смеси можно вычислить двумя способами – по формуле, приведенной выше:
Бm = 300 5,7/(100+5,7)=16,2 т.
И путем вычитания из массы смеси массы минеральной части:
Бm = 300 – 283,8 = 16,2 т.
5. Задача. Рассчитать расход минеральных составляющих и битума на 1 км верхнего слоя дорожного покрытия толщиной 4 см при ширине проезжей части 7 м, если в смеси содержание щебня 25%, искусственного песка 35%, песка 30%, минерального порошка 10%, битума 6,5% (сверх минеральной части). Средняя плотность асфальтобетона 2343 кг/м3.
Решение: Объем асфальтобетона на 1 км дорожного покрытия
V=1000 7 0,04=280 м3
Масса асфальтобетона составит
А=2343 280=656040 кг≈656 т
Определяем расход щебня
Щ=656
Определяем расход искусственного песка
Писк
= 656
Определяем расход битума
Б=656
≈
40 m
Определяем расход минерального порошка
МП=656
m.
Приложение 1
Таблица 1
Физико-механические свойства некоторых материалов.
Наименование материала |
Прочность при сжатии, МПа |
Истинная плотность, кг/м3 |
Средняя плотность, кг/м3 |
Тепло-проводность, Вт/(м.0С) |
Гранит |
150-250 |
2600-2800 |
2500-2700 |
2,9-3,3 |
Известняк плотный |
50-150 |
2400-2600 |
1800-2200 |
0,8-1,0 |
Известняк - ракушечник |
0,5-5 |
2300-2400 |
900-1400 |
0,3-0,6 |
Кирпич керамический |
10-20 |
2600-2700 |
1700-2000 |
0,8-0,9 |
Кирпич силикатный |
10-20 |
2400-2500 |
1700-1900 |
0,35-0,7 |
Бетон тяжелый |
10-60 |
2500-2600 |
1800-2500 |
1,1-1,6 |
Бетон легкий |
2-15 |
- |
500-1800 |
0,35-0,8 |
Древесина сосны |
30-60 |
1550-1600 |
500-600 |
0,15-0,2 |
Сталь Ст3(при растяжении) |
380-450 |
7800-7900 |
7800-7900 |
58 |
Пластмассы |
120-200 |
1000-2200 |
100-1200 |
0,23-0,80 |
Приложение 2