Бетони і розчини

4. Бетони і розчини

 

67. На завод залізобетонних виробів поступили два види піску – дрібнозернистий річний(№1) і крупнозернистий гірський(№2).Як видно з рис. 4.1., обидва піски за зерновим складом не задовільняють вимоги ДСТУ БВ.2.7–32–95. Дійсна густина піску №1 r₁=2,62 г/см3 насипна r_н1=1150 кг/м3, піску №2 – відповідно r₂=2,65 г/см3 і r_н2=1450 кг/м3. Визначення водопотреби пісків при нормальній густині цементного тіста (В/Ц)т=0,245 показало, що при однаковому розпливі конуса, який дорівнює 170 мм, водоцементне відношення розчину(В/Ц)_р складу 1:2 на піску №1 складає 0,48, №2 – 0,36. Визначити модуль крупності, питому поверхню, водопотребу і пустотність пісків. Встановити, в якому відношенні потрібно змішати піски №1 і №2, щоб змішаний пісок (№3) задовольняв вимогам ДСТУ БВ.2.7–32–95 до зернового складу пісків для бетонів напірних залізобетонних труб. Модуль крупності піску знаходять як кратне від ділення на 100 суми повних залишків на ситах. За рис. 4.1. можна підрахувати, додаючи повні залишки на ситах з розмірами отворів 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 і 0,14 мм ,що для піску №1: Мк=0+5+17+28+85/100=1,35; піску N 2:Мк=32+60+85+95+100/100=3,7

Питому поверхню піску, м2/кг, можна підрахувати за формулою А.С.Ладинського

,

де k – поправочний коефіцієнт, який залежить від виду піску; для гірського піску k=2, для річних і морських пісків середньої крупності k=1,65, для дрібних морських і річних пісків k=1,3; а, б, в, г, д, е – кратні залишки на ситах з розмірами отворів від 5 до 0,14 мм; ж –прохід через сито 0,14 мм.

Кратні залишки легко знайти за відмінністю повних залишків на ситах.

Для піску №1

,

Для піску №2

 

,

Водопотребу піску, яку визначають за методом Б.Г.Скрамтаєва і Ю.М.Баженова, визначають за формулою

.

Для піску №1

Для піску №2

Пустотність:

піску №1 ;

піску №2 .

Щоб при змішуванні пісків №1 і №2 з повними залишками на контрольному ситі А₁ і А₂ отримати пісок 3 з повним залишком А₃, треба виконати умову

100·А₃=А₁·x+А₂·(100–x),

де x – вміст піску №1 в змішаному піску; (100–x) – вміст піску №2 в змішаному піску.

Звідси x=(А₂–А₃)/(А₂–А₁)·100.

Щоб отримати, наприклад, на ситі з розміром отворів 0,63 мм А₃=60%, треба взяти х=(85–60)/(85–17)·100=36%.

У відповідності з приведеною вище вимогою знайдемо зерновий склад змішаного піску при x=36%, 100–x=64% (табл. 4.1).

Таким чином, змішуванням двох пісків з незадовільним зерновим складом вдалося отримати пісок, зерновий склад якого знаходиться в рекомендованій області (рис. 4.1).

68.На завод залізобетонних виробів надійшов пластифікатор ЛСТ(лігносульфонати технічні) з густиною r_д=1,266 г/см³. Витрата цементу на 1 м³ бетону Ц=350 кг, води В=157 л. Питоме дозування добавки, встановлене дослідним шляхом, c=0,25% маси цементу в перерахунку на суху речовину. Визначити кількість пластифікатора, яка потрібна для приготування водяного розчину пластифікатора і заправки ємності v_p=1000 л, а також витрата його на 1 м³ бетону в тому випадку, коли розчин має: а) робочу концентрацію; б) 10%–ну концентрацію.

Таблиця 4.1

Номера сит	2,5	1,25	0,63	0,315	0,14	Мк
Повні залишки, %, при х=36%	20,48	40,2	60,52	70,88	94,6	2,87
Повні залишки піску, які рекомендовані для бетону напірних труб	10–20	25–45	50–70	70–90	95–100	2,5–3,25

Водний розчин добавок робочої концентрації подають безпосередньо в бетонозмішувач у вигляді розчину замішування, в якому повністю врахована необхідна витрата води. Об’єм рідкого пластифікатора v_д, необхідний для приготування заданого об’єму робочої концентрації, знаходять за формулою

,

де Д – вміст сухої речовини добавки в 1 л, тобто концентрація розчину.

Концентрація розчину добавки знаходиться за довідковими даними за заданою густиною розчину. Стосовано до добавки ЛСТ(стара назва СДБ) концентрація, %, може бути знайдена за емпіричною формулою

.

Так як в нашій задачі r_д=1,266 г/см³, Д»50%, або 0,633 кг/л.

.

Необхідна кількість добавки за масою

m_д=v_д·r_д=8,8·1,266=11,15 кг.

Густина розчину замішування

.

Витрата розчину замішування на 1 м³ бетону

;

 

m_p=157,5·1,002=157,87 кг.

При застосуванні розчину добавки підвищеної концентрації його дозують паралельно із невистаючою кількістю води або розбавляють до отримання розчину робочої концентрації.

Густина 10%–го розчину ЛСТ

 

(Д₁=0,104 кг/л).

Витрата 50%–го розчину ЛСТ для отримання 1000 л10%–го розчину

або m_д=164,2·1,266=207,9 кг.

Витрата 10%–го розчину ЛСТ на 1 м³ бетону

,

де К – концентрація приготованого розчину, %.

,

Кількість води, якої не вистачає на замішування 1 м³ бетонної суміші

 

В_н=В–v_р·r_д·(1–К/100)=157–8,38·1,044·(1–10/100)=149 л.

69.Визначити номінальний склад гідротехнічного бетону для надводної зони річкової споруди марки М200 з рухливістю бетонної суміші за осадкою конуса 4–5 см. Матеріали: портландцемент з активністю R_ц=45 МПа, пісок дрібний з водопотребою В_п=9% і дійсною густиною r_п=2,65 г/см³, гранітний щебінь з найбільшою крупністю 70 мм, дійсною густиною r_щ=2,6 г/с³ і насипною густиною r_н.щ=1450 кг/м³.

Для визначення складу бетону використовуємо розрахунково–експериментальний метод Б.Г.Скрамтаєва – Ю.М.Баженова.

Водоцементне відношення знаходимо за формулою

 

R_б = А·R_ц·(Ц/В–0,5),

де R_б – міцність бетону; А – коефіцієнт якості, який можна прийняти 0,55; R_ц – активність цементу,

.

Найбільш допустиме В/Ц, яке забезпечує комплекс потрібних властивостей надводного бетону, повинно бути 0,65.Для економії цементу приймаємо рішення ввести добавку мінерального наповнювача, наприклад золу ТЕЦ (Д), з дійсною густиною r_д=2,1 г/см³.

Орієнтовну витрату води знаходимо за графіком (рис. 4.2.), вводячи поправку на водопотребу піску і застосування щебеню:

 

В=155+5·2+10=175 л/м³.

Витрата цементу із умови міцності

 

Ц=В:В/Ц=175:0,76=230 кг/м³.

Необхідна витрата добавки мінерального наповнювача знаходимо за формулою

,

де (В/Ц) ^/ – водоцементне відношення із умови довговічності:

.

Загальний вміст в’яжучої речовини Ц+Д=230+39=269кг/м³.

Пустотність щебеню: П_щ=1–(r_н.щ/r_щ)=1–(1,45/2,6)=0,44.

В залежності від водоцементного відношення і витрати цементу за табл. 4.2 знаходимо коефіцієнт розсуву k_p=1,34.Витрата щебеню і піску:

;

Для визначення складу бетону в частках за масою розділим витрату кожного компонента на витрату цементу:

Ц/Ц:П/Ц:Щ/Ц:В/Ц:Д/Ц=230/230:769/230:1150/230:175/230:39/230=

=1:3,3:5:0,76:0,17.

Таблиця 4.2

Витрата цементу	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	—	—	—

70.Визначити з допомогою номограм (рис. 4.3. – 4.5.) склад без добавки і з добавкою СНВ бетону монолітного облицювання каналу. Рухливість бетонної суміші ОК=4–6 см. Проектні марки бетону М300 і F200. Без добавки СНВ F200 забезпечується при марці бетону М350.Вихідні матеріали: портландцемент середньоалюмінатний марки 400, НГ=27%, r_ц=3,1 г/см³; пісок кварцовий М_к=2,8, r_п=2,6 г/см³ щебінь гранітний фракцією 5–20 мм, r_щ=2,6 г/см³. Склад бетону без застосування добавок ПАР за допомогою номографічного методу знаходимо наступним чином. По номограмі (рис. 4.3.) для бетону М350 при осадці конуса 4–5 см, марці цементу 400 з НГ=27% необхідно

Ц/В=2,3.Водопотреба бетонної суміші (рис. 4.4.) для щебеню з максимальною крупністю 20 мм складає

205 кг/м³. Витрата цементу Ц=В·Ц/В=205·2,3=472 кг/м³.

По номограмі (рис. 4.5.) знаходимо оптимальну частку піску в суміші заповнювачів, для піску з М_к=2,8, r =0,34.

Визначаємо витрату піску і щебеню:

;

.

У випадку застосування добавки СНВ склад бетону знаходимо наступним чином. За номограмою (рис. 4.6.) знаходимо (Ц/В)₁=1,90. Водопотребу знаходимо на рис. 4.4. і коректуємо з урахуванням оптимального об’єму емульгованого повітря, встановлено емпірично.

Приймаємо об’єм повітря v_в=3%. Зниження водовмісту в бетонній суміші на

кожен процент повітря 3 л. Тоді В₁=196 кг/м³.Витрата цементу складає Ц₁=В₁·(Ц/В)₁=196·1,9=372 кг/м³.

По номограмі (рис. 4.5.) визначаємо частку піску в суміші заповнювачів r₁=0,35.

Витрати піску і щебеню:

;

71.Номінальний склад бетону 1:2,1:3,5 (за об’ємом), В/Ц=0,55, на 1 м³ бетону витрачається 310 кг цементу з насипною густиною r_н.ц=1250 кг/м³.Для виготовлення бетону застосували щебінь і пісок з вологістю w відповідно 2 і 4% і насипною густиною r_н.щ=1450 і r_н.п=1400 кг/м³ (в сухому стані).Визначити витрати матеріалів на v=200 м³ бетону за масою.

Визначаємо витрати матеріалів на 1 м³ бетону за об’ємом:

v_ц=Ц:r_н.ц=310:1250=0,25 м³;

v_п=v_ц·2,1=0,25·2,1=0,52 м³;

v_щ=v_ц·3,5=0,25·3,5=0,87 м³;

.

За масою:

 

Ц=310 кг;

В=v_в·r_в=0,17·1000=170 кг;

П=v_п·r_п=0,52·1450=754 кг;

Щ=v_щ·r_щ=0,87·1400=1218 кг.

З урахуванням вологості заповнювачів:

 

Ц_р=310 кг;

П_р=П+П_w/100=754+(754·0,04)=784 кг;

Щ_р=Щ+Щ_w/100=1218+(1218·0,02)=1242 кг;

В_р=В–П_w/100–Щ_w/100=170–(754·0.04)–(1218·0,02)=115 кг.

Робоча витрата матеріалів на 200 м³ бетону:

 

Ц^v_р=310·200=62000 кг;

П^v_р=784·200=156800 кг;

Щ^w_р=1242·200=248400 кг;

В^v_р=115·200=23000 кг.

72.Визначити коефіцієнт виходу, середню і дійсну густину, а також пористість цементного бетону, якщо для отримання 100 м³ бетонної суміші із В/Ц=0,7 використано m_ц=32 т, піску v_п=45 м³ і щебеню v_щ=78 м³.Насипна густина цементу r_н.ц=1300 кг/м³, піску r_н.п=1500 кг/м³, щебеню r_н.щ=1450 кг/м³.Дійсна густина цементу r_ц=3,1 г/см³, суміші заповнювачів r_з=2,65 г/см³.Кількість хімічно зв’язної води складає 20% від маси цементу.

Коефіцієнт виходу бетонної суміші

,

де v_б.с, v_ц, v_п, v_щ – відповідно об’єми бетонної суміші, цементу, піску, щебеню.

Насипний об’єм цементу дорівнює відношенню маси цементу до його насипної густини: v_ц=m_ц/r_н.ц=32:1,3=24,6 м³;

.

Середня густина бетонної суміші

.

Витрати піску і щебеню за масою m_п і m_щ знайдені як похідні відповідних їх витрат за об’ємом на значення насипних густин (m_п=45·1,5=67,5 т, m_щ=78·1,45=113,1 т), а витрата води m_в – як похідну витрати цементу на В/Ц (m_в=32·0,7=22,4 т).

Для того, щоб знайти середню густину бетону r_об при випаровуванні всієї надлишкової води, треба врахувати її при визначенні маси бетону, а замість всієї витрати води тільки кількість хімічно зв’язаної води m_х.в=32·0,2=6,4 т;

.

Дійсну густину бетону знаходять за формулою

.

Абсолютні об’єми компонентів бетонної суміші:

 

v_а.ц=32:3,1=10,32 м³;

v_а.п+v_а.щ=(67,5+113,1):2,65=67,1 м³;

v_х.в=6,4:1=6,4 м³.

Пористість бетону

 

.

Пористість бетону орієнтовно можна визначити і за іншою формулою:

,

де w_х – кількість хімічно зв’язаної води в частках від маси цементу; В і Ц – витрата води і цементу на 1 м³ бетонної суміші;

В=m_в/v_б.см=22400/100=224 кг/м³;

Ц=m_ц/v_б.см=32000/100=320 кг/м³;

.

73.Бетон на матеріалах рядової якості при В/Ц=0,5 через n=14 діб твердіння показав міцність на стиск Rб=25 МПа. Визначити орієнтовно активність цементу.

Для орієнтовного визначення активності цементу можна скористатися формулою Боломея–Скрамтаєва:

R_б=А·R_ц·(Ц/В–0,5),

де А – коефіцієнт якості вихідних матеріалів (приймаємо 0,6); R_б – міцність бетону в 28–добовому віці; Ц/В – цементно–водне відношення (Ц/В=1:0,5=2).

Орієнтовну міцність бетону у 28–добовому віці знаходимо за формулою Б.Г.Скрамтаєва:

.

Визначаємо орієнтовно активність цементу: 32=0,6·R_ц·(2–0,5), звідки R_ц=32/(0,6·1,5)=35 МПа.

74.Бетон М300 з ОК=9–12 см на цементі М400 після тепловологісної обробки виробів повинен мати межу міцності при стиску 70% марочної. Досягнення необхідної міцності бетону після теплової обробки потребувало завищення марки бетону до М400.Для економії цементу було прийняте рішення ввести комплексну хімічну добавку, яка містить пластифікатор і прискорювач твердіння. Яка може бути досягнута економія цементу, якщо пластифікуюча добавка дозволяє на 8% зменшити витрату води для досягнення потрібної рухливості бетонної суміші без зниження міцності бетону, а прискорювач твердіння дозволяє забезпечити 70%–у міцність бетону М350 після тепловологісної обробки? Найбільша крупність піску і щебеню 40 мм.

Знайдемо спочатку економію цементу за рахунок прискорювача твердіння при переході бетону із М400 у М350.

Із формули R_б=АR_ц(Ц/В–0,5) випливає Ц/В=(R_б+0,5R_ц)/(А·R_ц).

Витрата цементу Ц=(Ц/В)·В.

За рис. 4.2. можна зробити висновок, що необхідна витрата води повинна бути 195 кг.

Для бетону М400 розрахункові значення Ц/В і Ц відповідно складають:

.

При зміні марочної міцності бетону

 

DЦ/В=DR_б/(А·R_ц,)

де DЦ/В – різниця цементно–водних відношень, необхідних для відповідних марок бетону; DR_б – різниця меж міцності бетону при стиску для порівнюваних марок.

При переході бетону від М400 до М350

DЦ/В=(40–35)/(0,6·40)=0,21.

Економія цементу при введенні прискорювача твердіння DЦ₁=(DЦ/В)·В=0,21·195=41 кг, що складає 10% витрати цементу, необхідного для отримання бетону М400.

Додаткову економію цементу за рахунок введення пластифікуючої добавки можна знайти за формулою

DЦ₂=(Ц/В)·DВ,

де DВ – зменшення водовмісту бетонної суміші.

Для бетону М350 Ц/В, вирахуване за приведеною вище формулою, складає 1,96; DВ=195·0,08=13,65 кг; DЦ₂=1,96·13,6»27 кг.

Загальна економія цементу за рахунок комплексної пластифікатора і прискорювача твердіння DЦ=DЦ₁+DЦ₂=41+27=68 кг.

Вона складає приблизно 17% від витрати цементу до введення добавки.

75.Встановити склад змішаного розчину М50 для кладки стін будівель із порожнистої цегли. Рухливість розчину повинна складати 7 см. В’яжуче – портландцемент активністю30 МПа і насипною густиною r_оц=1200 кг/м³. Неорганічна добавка – вапняне тісто із середньою густиною r_ов=1400 кг/м³, пісок – дрібний кварцовий з насипною густиною r_о.п=1350 кг/м³ і вологістю 6%.

Визначаємо витрати матеріалів на 1 м³ піску.

За табл. 4.3 витрата цементу складає Ц=185 кг, а його об’єм v_ц=185:1,2=154 л.

Витрата вапняного тіста v_Вп=170(1–0,002·Ц)=170·0,630=107 л, а його маса Вп=107·1,4»150 кг.

Складаємо пропорцію об’ємних частин розчину:

.

Витрата води В=0,50·(Ц+Вп)=0,50·(185+150)=167 кг.

Отриманий розрахунковий склад повинен бути відкоригований на пробних замісах.

76. Визначити коефіцієнт виходу і витрату матеріалів на 1 м³ вапняного розчину складом вапно:пісок 1:3 (за об’ємом) при об’ємі порожнин в піску П=40%.

Коефіцієнт виходу b=v_р/(v_Вп+v_п).

Об’єм розчину, отримуваного з 1 м³ вапняного тіста і 3 м³ піску, v_р=1+3·(1–П/100)=1+3·(1–0,4)=2,8 м³.

Коефіцієнт виходу b=2,8/(1+3)=0,7.

Витрата вапна на 1 м³ розчину

.

Витрата піску v_п=0,36·3=1,08 м³.

Таблиця 4.3

Марка розчину	Рекомендована марка в’яжучого	Rв·mв	Витрата в'яжучого на 1 м3
			піску	розчину
200 150 100 75 50 25	500 400 500 400 300 500 400 300 500 400 300 200 400 300 200 200	180 140 102 81 56	360 450 280 350 470 205 255 340 160 200 270 405 140 185 280 155	410 490 330 400 510 245 300 285 195 240 310 445 175 225 325 190

Примітка: R_б – активність в’яжучого, m_в – маса в’яжучого. Наведені витрати в’яжучих належать до цементно–вапняних та цементно–глиняних розчинів і піску у рихло–сипучому стані при вологості 3–7%.