Расчет состава бетона

На сегодняшний день наиболее распространённым в строительстве материалом является железобетон.

Железобетоном является композиционный строительный материал, который включает в себя бетон и сталь. Изделия их этих материалов имеют ряд качественных характеристик, которые позволяют использовать их в современном жилищном и промышленном строительстве. Эти характеристики проверены и подтверждены временем, на протяжении которого с успехом эксплуатируются здания и сооружения, созданные с применением железобетона.

В изделиях из железобетона можно отметить следующие качества:

— Длительный срок эксплуатации;

— пожаростойкость;

— выносливость динамических и статических нагрузок;

— биологическая и химическая устойчивость;

— стоимость железобетонных конструкций выгодно отличается от стальных.

А чтобы обеспечить необходимое качество железобетона производят расчет состава бетона., Проектирование состава имеет цель установить такой расход материалов на 1 м³ бетонной смеси, при котором наиболее экономично обеспечивается получение удобоукладываемой бетонной смеси и заданной прочности бетона, а в ряде случаев необходимой морозостойкости, водонепроницаемости и специальных свойств бетона.

Основной целью курсовой работы является закрепление теоретических знаний расчета состава бетона

1. Описание продукции

1.1 Технические требования

Балки должны изготовляться и соответствовать требованиям ГОСТ 28 737–90.

Настоящий стандарт распространяется на железобетонные фундаментные балки, изготовляемые из тяжелого бетона и предназначаемые для опирания наружных и внутренних стен зданий промышленных и сельскохозяйственных предприятий.

Балки применяют в соответствии с указаниями рабочих чертежей балок и дополнительными требованиями, оговариваемыми при заказе этих конструкций.

Основной нормативный документ, регламентирующий сортамент и размерный ряд железобетонных конструкций для фундамента — ГОСТ 28 737–90 — утверждает, что модельный ряд подобной продукции состоит из шести разновидностей балок:

· Изделий типа 1БФ, поперечное сечение которых принимает форму трапеции с 20-сантиметровым верхним основанием.

· Изделий типа 2БФ, поперечное сечение которых оформлено в виде литеры «Т» с 30-сантиметровой верхней площадкой.

· Изделий типа 3БФ — эта серия фундаментных балок является увеличенной версией предыдущего типоразмера (2БФ). Причем верхнее основание балки 3БФ равно 40 сантиметрам.

· Изделий типа 4БФ — самых габаритных фундаментных балок таврового типа, с 52-сантиметрововй верхней гранью.

· Изделий типа 5БФ — усредненного варианта трапецеобразных балок, с 32-сантиметровой верхней гранью и стандартной высотой в 30 сантиметров.

· Изделия типа 6БФ — особой серии балок, высота которых превышает стандартный размер в два раза и равняется на 30, а 60 сантиметрам.

Кроме того, говоря о разновидностях сортамента балок, следует упомянуть, что в основе классификации разновидностей балок находится не только форма сечения, но и качество стального прута, используемого в каркасе железобетонной конструкции.

По этому параметру железобетонные фундаментные балки разделяются на две разновидности:

· Изделия с ненапряженным каркасом, состоящим из проволоки не подвергнутой удлинению или нагреву. В эту категорию входят балки длиной не более 6 метров.

· Изделия с напряженным каркасом, состоящим из растянутой или предварительно отожженной проволоки. В эту категорию входят балки любой длины.

Установка железобетонных балок выполняется с помощью крана или лебедки. Ведь даже самое небольшое изделие — балка 1БФ, длиной в 1,45 метра — весит более 100 килограмм.

Причем для облегчения монтажа в тело балки вставляют особые, металлические петли, сквозь которые можно пропустить монтажный трос. Следует отметить, что балки монтируют либо на столбы или сваи, либо на песчано-гравиевую подсыпку. Первый способ используют в процессе сборки ростверка, второй — при формировании подошвы ленточного основания блочного типа.

При этом на вертикальные опорные элементы, расположенные с шагом от 1,4 до 6 метров, монтируют фундаментные балки типа 1БФ-4БФ. Прочие балки можно устанавливать на опоры, размещаемые вдоль контура основания с шагом в 12 метров. Фиксация балок на опорах выполняется по стандартной методике — перевязкой на хомутах или соединением элементов армирующего каркаса балки и столба сваркой.

1.2 Характеристики арматурный бетон фундаментный балка

1.2.1 Балки должны удовлетворять требованиям ГОСТ 13 015.0:

по показателям фактической прочности бетона (передаточной, отпускной и в проектном возрасте);

по морозостойкости, а для балок, эксплуатируемых в условиях воздействия агрессивной среды, — также по водонепроницаемости бетона;

к маркам сталей для арматурных и закладных изделий, в том числе для монтажных петель;

по толщине защитного слоя бетона до арматуры;

по защите от коррозии.

1.2.2 Балки должны удовлетворять установленным при проектировании требованиям по прочности и трещиностойкости и при испытании их нагружением выдерживать контрольные нагрузки, указанные в рабочих чертежах на эти балки

1.2.3 Балки следует изготовлять из тяжелого бетона по ГОСТ 26 633 классов по прочности на сжатие, указанных в рабочих чертежах на эти балки.

Максимальная крупность заполнителя в бетоне должна быть не более 20 мм.

1.2.4 Усилия обжатия (отпуск натяжения арматуры) передают на бетон после достижения им требуемой передаточной прочности Нормируемая передаточная прочность бетона предварительно напряженных балок в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие, вида и класса напрягаемой арматурной стали должна соответствовать указанной в рабочих чертежах этих балок.

1.2.5 Нормируемая отпускная прочность бетона предварительно напряженных балок должна быть равна нормируемой передаточной прочности бетона на сжатие, а балок с ненапрягаемой арматурой — 70% прочности бетона на сжатие, соответствующей его классу.

При соответствующем обосновании допускается по согласованию с проектной организацией, изготовителем и потребителем балок повышать нормируемую отпускную прочность бетона, но не более 90% прочности бетона на сжатие, соответствующей его классу, а в балках с ненапрягаемой арматурой — снижать нормируемую отпускную прочность бетона.

1.2.6 Для армирования балок следует принимать арматурную сталь следующих видов и классов:

в качестве напрягаемой арматуры — стержневую термомеханически упрочненную классов Ат-IVK, Ат-VCK по ГОСТ 10 884, горячекатаную стержневую класса А-IV по ГОСТ 5781 и стержневую класса А-IIIв, изготовленную из арматурной стали класса А-III по ГОСТ 5781 упрочнением вытяжкой с контролем значений напряжения и предельного удлинения;

в качестве ненапрягаемой арматуры — стержневую термомеханически упрочненную класса Ат-IVC по ГОСТ 10 884, горячекатаную стержневую класса А-III поГОСТ 5781 и обыкновенную арматурную проволоку классов Вр-I по ГОСТ 6727 и Врп-I по ТУ 14−4-1322.

1.2.7 Значения действительных отклонений напряжений в напрягаемой арматуре не должны превышать предельных, установленных в рабочих чертежах балок

1.2.8 Форма и размеры арматурных изделий и их положение в балках должны соответствовать указанным в рабочих чертежах этих балок

1.2.9. Значения действительных отклонений геометрических параметров балок не должны превышать предельных

1.3 Маркировка Маркировка балок принята в соответствии с ГОСТ 23 009–78.

Условное обозначение фундаментной балки цифробуквенное. Указывают тип изделия, номинальный пролет балки и номер балки по номенклатуре.

В качестве примера маркировки балки рассмотрим балку ФБ6.2(5050×1300×450мм.) где:

ФБ — фундаментная балка;

Цифра — номинальный пролет балки;

Цифра — порядковый номер балки по номенклатуре.

Маркировочные знаки находятся на боковой поверхности каждой балки.

2. Исходные данные для расчета состава бетона

L = 5950 мм; H =450 мм; B = 520 мм.

Мб = 300; V = 0,890 м³; ОК = 2 см; Мц = 500

Условия службы: гражданские здания;

Способ укладки: на виброплощадке;

Характеристика цемента: ?ц = 2,68; ?оц = 3,1;

Характеристика песка: ?п = 2,68; ?оп.= 1,65; Wп = 1%; Вп = 5;

Характеристика щебня: ?щ = 2,9; ?ощ = 1,55; Wщ = 1%;

Качество заполнителя: рядовые.

3. Расчет состава бетона

Принцип расчета состава всех видов бетона один, основан на использовании зависимости, установленных большим объемом экспериментальных работ и известен под названием метода абсолютных объемов. При подборе составов специальных бетонов необходимо учитывать дополнительно некоторые особенности: качество исходных материалов, требования к бетону.

Метод абсолютных объемов исходит из предположения, что в уплотненной бетонной смеси сумма абсолютных объемов всех компонентов равна 1000 л:

Vац + Vащ + Vап + Vав = 1000 л (1)

В расчетах состава бетона используют средние зависимости прочности бетона от различных факторов:

Rб = A· Rц·(Ц/В — 0,5) для обычных бетонов (I — а) при В/Ц > 0,4 (Ц/В < 2,5)

Rб = AI· Rц·(Ц/В + 0,5) для обычных бетонов (I — б) при В/Ц < 0,4 (Ц/В? 2,5),

где Rб — прочность бетона в возрасте 28 суток, МПа;

Rц — активность или марка цемента;

A и AI — коэффициенты, учитывающие качество материала;

Ц/В — цементно-водное отношение.

Значение коэффициента, А зависит от качества материала.

К высококачественным материалам относятся: портландцемент высокой активности, щебень из плотных горных пород высокой прочности, песок оптимальной крупности, заполнители (песок и щебень) чистые с оптимальным зерновым составом.

К рядовым материалам относятся: портландцемент средней активности или высокомарочный шлакопортландцемент, заполнители среднего качества, в том числе и гравий.

Материалы пониженного качества: крупные заполнители низкой прочности, мелкие пески, цементы низкой активности.

Rб = А· Rц (Ц/В — 0,5) (2)

Ц/В = (Rб + 0,5 А· Rц)/ А· Rц = 1,42 (3)

Определяем расход воды:

В = 180 л.

По найденному расходу воды (В), зная В/Ц отношение, находим расход цемента:

Ц = ((Ц/В)*В) = 1,61*170 = 255,6 кг. (4)

Расход крупного и мелкого заполнителя определяем, исходя из получения бетона плотной структуры и обеспечения минимального расхода цемента.

Расход крупного заполнителя:

Щ=1000/[(Пщ· ?)/ ?ощ +1/ ?ш ] =1000/[(0,47· 1,32)/1,55+½, 9] = 1351,35 кг, (5)

Пщ = (?ист.щ — ?щ)/?ист.щ = ((2,9 — 1,55)/2,9)=0,47 (6)

? = 1,32- коэффициент раздвижения зерен.

Расход мелкого заполнителя находим, исходя из суммы абсолютных объемов выше найденных расходов цемента, воды и щебня:

П = (1000 — (Ц/ ?ц + Щ/ ?щ + В))?п=(1000-(255,6/2,68 + 1351,35/2,9 + 180))2,68 = 693,18 кг. (7)

Итого на 1 м³ необходимо:

Ц = 255,6 кг П = 693,18 кг Щ = 1351,35 кг В = 180 л.

Так как на практике заполнители всегда имеют влажность, следующим этапом является перерасчет лабораторного состава на производственный с учетом естественной влажности материалов:

Ппр = П + (П· Wп/100) = 693,18 + (693,18*1/100) = 700,1 кг. (8)

Щпр = Щ + (Щ· Wщ/100) = 1351,35+(1351,35*1/100) = 1324,67 кг. (9)

Впр = В — (П· Wп/100) — Щ· (Wщ/100) = 159,56 л (10)

Заполнители обладают большой пустотностью, поэтому выход бетонной смеси из бетономешалки всегда меньше по объему суммы естественных объемов, загружаемых компонентов бетона. Для учета этого факта вводится понятие коэффициента выхода бетона:

? = 1000/(Ц/ ?оц + Ппр/ ?оп + Щпр/ ?ощ) =1000/(255,6/3,1 + 700,1/1,65 + 1364,9/1,55) = 0,72 (11)

Зная коэффициент выхода бетона, можно рассчитать расход компонентов на реальный объем:

Цv = (Цпр· V·?)/1000 = (255,6*0,89*0,72)/1 = 163,79 кг. (12)

Пv = (Ппр· V·?)/1000 = (700,1*0,89*0,72)/1 = 448,62 кг. (13)

Щv = (Щпр· V·?)/1000 = (1364,9*0,89*0,72)/1 = 874,63 кг. (14)

Вv = (Впр· V·?)=159,56*0,89*0,72=102,3 л (15)

Бетон после укладки при нормальных условия (t=180 ± 20С при 100% влажности) набирает расчетную марку в возрасте 28 суток. Рост прочности подчиняется логарифмическому закону, что позволяет рассчитать прочность в промежуточные сроки и твердение, начиная с 3 суток по формуле:

Rп = (R28•lgn)/lg28 (16)

где Rп — прочность бетона в возрасте n суток (не менее трех суток), МПа;

R28 — марка бетона, МПа;

n — время твердения в сутках.

После пропаривания бетон набирает 70−80% марочной прочности. Затвердевший бетон всегда имеет пористость, обусловленную рядом причин. Одной из основных причин является использование избыточного количества воды сверх необходимого для химической реакции. Избыточная вода нужна для получения необходимой удобоукладываемости бетонной смеси. Поэтому, исключая другие причины, можно рассчитать пористость бетона по формуле:

Пб = В — Вхим./Vбетона· 100% = (180 — 32,4./1000)· 100% = 14,76%, (17)

Вхим = 180· 0,18 =32,4 л. (18)

Коэффициент плотности бетона:

Кпл = 100 — Пб (19)

Кпл = 100 — 14,76 = 85,24.

Заключение

В ходе расчета состава бетона получилось, что на 1 м³ необходимо цемента в количестве 255,6 кг, песка 693,18 кг, щебня 1351,35 кг и воды-180 л. А на изделие цемент-163,79 кг, песок-448,62 кг, щебень-874,63 кг, вода- 102,3 л.

1. Технология бетона, строительных изделий и конструкций: учебно-методическое пособие для выполнения курсовой работы текст сост. Н. Г. Василовская, С В Дружинкин И Г Енджиевская.- Красноярск: Сиб.федер. ун-т, 2012.-24с.

2. ГОСТ 28 737–90

.ur