Пояснительная записка по курсовому проекту по дисциплине «Материаловедение»
Выполнил:
Санкт-Петербургский Государственный политехнический университет
Санкт-Петербург
2003
Спроектировать состав бетона для каждой из трех зон напорного сооружения, расположенного в открытом водоеме, исходя из требований, приведённых в таблице 1.
Таблица 1
|
№ п/п |
Зона сооружения |
Класс бетона по прочности |
Класс бетона по водонепроницаемости |
Класс бетона по морозостойкости |
ОК, см |
|
I |
Надземная |
В 20 |
- |
- |
6 |
|
II |
Подводная |
В 25 |
W 4 |
- |
5 |
|
III |
Надводная |
В 30 |
W 8 |
F 300 |
8 |
Бетон в зоне I:
обычный
крупный заполнитель гравий непромытый
фракции заполнителей: мелкая и крупная
Бетон в зонах I и II:
гидротехнический
крупный заполнитель гравий непромытый
гравий фракционированный с Dнаиб = 80 мм
Подсчитать расходы материалов на 1 куб.м. бетона методом абсолютных объемов (для бетона I ), приняв γц = 3,10 г/куб.см., γп = γкр = 2,65 г/куб.см.
И методом, когда известна объемная масса бетона (для I и II),
приняв γб = 2400 кг/куб.м
Оценка степени агрессивного воздействия сред дана по отношению к бетону на любом из цементов, отвечающих требованиям #M12293 2 871001094 3271140448 164122765 4294961312 4293091740 282702262 247265662 4292033672 557313239ГОСТ 10178-76#S и ГОСТ 22266-76.
Таблица 2.
|
Вид агрессивности |
Показатель агрессивности |
Фактическое содержание |
Нормативное содержание |
Марка бетона по водонепроницаемости |
Вид цемента |
Вывод об агрессивности |
|
1. Выщелачивающая |
Ж (в мг-экв/л) |
3,6 |
>1,05 |
W4 W8 |
ш ш |
неагрессивная неагрессивная |
|
2. Общекислотная |
pH |
6,2 |
5-6,5 >4 |
W4 W8 |
ш ш |
слабоагрессивная неагрессивная |
|
3. Углекислая |
Содержание агрессивной CO2 (в мг/л) |
71 |
>40 >40 |
W4 W8 |
ш ш |
среднеагрессивная неагрессивная |
|
4. Магнезиальная |
Ионы Mg (в мг/л) |
1010 |
1000-2000 <3000 |
W4 W8 |
ш ш |
слабоагрессивная неагрессивная |
|
5. Щелочная |
Ионы К + Na (в мг/л) |
80 |
<50000 <80000 |
W4 W8 |
ш ш |
неагрессивная неагрессивная |
|
6. Сульфатная |
Анионы SO4 (в мг/л) |
1350 |
<1500 <5100 |
W4 W8 |
ш ш |
неагрессивная неагрессивная |
|
7. Общесолевая |
Сумма солей (в г/л) |
4,5 |
<10 <50 |
W4 W8 |
ш ш |
неагрессивная неагрессивная |
|
8. Аммонийная |
Ионы NH4 (в мг/л) |
105 |
100-500 <800 |
W4 W8 |
ш ш |
слабоагрессивная неагрессивная |
Исходя из результатов оценки агрессивности среды, требований СНиП 2.03.11-85, требований по морозостойкости, а также табл. 3. задания выбираем:
в зоне I - портландцемент марки 400, В/Ц ≤ 0,60;
в зоне II – шлакопортландцемент марки 400, В/Ц ≤ 0,60;
в зоне III - сульфатостойкий портландцемент марки 400, В/Ц ≤ 0,45.
Необходимо определить значение тpex параметров состава бетона, удовлетворяющих заданным свойствам.
1) Первым параметром определяем водоцементное отношение.
При экспериментальном определении зависимостей, связывающих прочность бетона с величиной водоцементного отношения, необходимо приготовить несколько образцов (кубы или цилиндры) из бетонных смесей с разными значениями водоцементного отношения, но постоянными Ц и r. Их выдерживают 28 дней, испытывают на сжатие и строят график зависимости R от В/Ц.
Активность портландцемента марки 400: Rц = 400 кгс/см = 39,2 МПа.
Rзад = 20/0,78 = 25,64 МПа.
|
R28 |
36,4 |
29,8 |
25,7 |
23,1 |
21,4 |
20,2 |
19,5 |
|
В/Ц |
0,5 |
0,55 |
0,6 |
0,65 |
0,7 |
0,75 |
0,8 |
По графику В/Ц = 0,6 (см. Рис.1)
2) Вторым параметром находим расход заполнителей. В/Ц = 0,6.
|
r |
0,3 |
0,32 |
0,34 |
0,35 |
0,4 |
0,45 |
0,5 |
|
OK, см |
5 |
5,5 |
6 |
- |
5 |
3 |
2 |
Определение оптимальной доли песка (rопт) по наибольшей подвижности бетонной смеси. В этом случае оптимальным принимается такое значение r, при котором бетонная смесь имеет наибольшую подвижность. Опыты проводятся с бетонными смесями, характеризующимися постоянным В/Ц и постоянным расходом цемента Ц.
Опыт состоит в том, что затворяют 4-5 бетонных смесей, отличающихся друг от друга значением r (В/Ц и Ц для всех смесей одинаковы). С помощью линейки определяют осадку конуса (в см) каждой смеси и по данным опытов строят график зависимости ОК= f ( r ). Оптимальное значение rопт соответствует наибольшей подвижности бетонной смеси ОКmax.
Из графика видно, что rопт = 0,346 (cм. Риc.2).
3) Третьим параметром находим расход цемента.
Опыт состоит в том, что затворяют 4-5 бетонных смесей, отличающихся расходом цемента. Смеси должны иметь одинаковые В/Ц и r,найденные ранее. Определяют ОК каждой смеси и по данным опыта строят график ОК = f (Ц). По ОКзад = 6 см находим необходимый расход цемента.
При В/Ц = 0,6 для бетонной смеси на гравии с Dнаиб = 80 мм.
|
Ц |
225 |
250 |
275 |
300 |
325 |
350 |
375 |
|
ОК, см |
1,68 |
3,92 |
6,72 |
9,52 |
12,88 |
16,80 |
19,04 |
При ОК = 6 см Ц = 270 кг/куб.м (см. Рис.3)
Запроектированный состав бетона характеризуется следующими параметрами:
Расход цемента Ц = 270 кг/куб.м
Доля песка в смеси заполнителей r = 0,346
В/Ц = 0,6
Подсчитаем расход материалов на 1 куб.м. бетона методом абсолютных объемов при γц = 3,10 г/куб.см., γп = γкр = 2,65 г/куб. см.
Принимаем, что объем тщательно уплотненной смеси равен сумме абсолютных объемов составляющих ее материалов.
Решаем систему: 1000 = Vц + Vв + Vп + Vкр
В = В/Ц ∙ Ц = 0,6 ∙ 270 = 162 кг/куб.см.
r = П/(П + Кр)
1000 = 270/3,1 + 162 + П/2,65 + Kp/2,65
П + Кр = 1990
П = 0,346 ∙ 1990 = 688
Kp = 1302
Т.е. для приготовления 1 куб. м. бетона необходимо взять:
Цемент = 270 кг;
Вода = 162 кг;
Песок = 688 кг;
Кр = 1302 кг.
Бетон в зоне II
Необходимо определить значение трех параметров состава бетона, удовлетворяющих заданным свойствам.
1) Первым параметром определяем водоцементное отношение.
Т.к. нам дан класс бетона по прочности В 25 и класс бетона по водонепроницаемости W4, то мы должны найти два значения В/Ц и выбрать наименьшее.
1.1 При экспериментальном определении зависимостей, сзязывающих прочность бетона с величиной водоцементного отношения, нео6ходимо приготовить несколько образцов (кубы или цилиндры) из бетонных смесей с разными значениями водоцементного отношения, но постоянными Ц и r. Их выдерживают 180 дней, испытывают на сжатие и строят график зависимости R от В/Ц.
Марка цемента 400.
Rзад = 25/0,78 = 32,05 МПа.
|
В/Ц |
0,5 |
0,55 |
0,6 |
0,65 |
0,7 |
0,75 |
0,8 |
|
R180 |
40,8 |
33,4 |
28,8 |
25,9 |
24,0 |
22,6 |
21,8 |
По графику (В/Ц)1 = 0,565 (см. Рис.4)
1.2. Теперь найдем В/Ц при W4.
Для этого готовят несколько бетонных цилиндров с разными значениями водоцементного отношения, но с постоянными Ц и r. Далее их выдерживают в стандартных условиях (при температуре 20°С ) 180 дней, испытывают на
водонепроницаемость и строят график зависимости W от В/Ц.
Водопотребность бетонной смеси определим из условия, что ОК = 5.
Возьмём для данной ОК В/Ц и Ц из таблицы ОК = f (Ц):
В = (В/Ц) ∙ Ц = 0,55 ∙ 300 = 165
Примем В = 160 кг/куб.м.
|
В/Ц |
0,5 |
0,55 |
0,6 |
0,65 |
0,7 |
0,75 |
0,8 |
|
W |
2,7 |
2,0 |
1,5 |
1,2 |
0,9 |
0,8 |
0,7 |
По графику (В/Ц)2 > В/Ц минимольно допустимого (см. Рис.5)
Выбираем - В/Ц = (В/Ц)1 = 0,565.
2) Вторым параметром находим расход заполнителей.
Нам дан непромытый гравий, фракционированный с Dнаиб = 80 мм.
|
Отверстие сит, мм |
2,5 |
5 |
10 |
20 |
40 |
80 |
|
Проходы, % |
22 |
30 |
40 |
54 |
73 |
100 |
Строим идеальную кривую просеивания (Рис. 6).
5 – 10 мм – 10%
10 - 20 мм - 14%
20 - 40 мм - 19%
40 - 80 мм - 27%
Из графика видно, что доля песка r = 0,3
3) Третьим параметром находим расход цемента.
Опыт состоит в том, что затворяют 4-5 бетонных смесей, отличающихся расходом цемента. Смеси должны иметь одинаковые В/Ц и r, найденные ранее. Определяют ОК каждой смеси и по данным опыта строят график ОК = f(Ц). По ОКзад = 5 см находим необходимый расход цемента. При В/Ц = 0,565 для гравия с Dнаиб = 80 мм.
|
Ц |
225 |
250 |
275 |
300 |
325 |
350 |
375 |
|
ОК, см |
0,56 |
1,12 |
2,24 |
5,04 |
7,84 |
11,2 |
14 |
При ОКзад = 5 см, Ц = 300 кг/ку6.м. (см. Рис.7 (а)).
Запроектированный состав бетона характеризуется следующими параметрами:
Расход цемента Ц = 300 кг/куб.м;
Доля песка в смеси заполнителей r = 0,3;
В/Ц = 0,565
Подсчитаем расход материалов на 1 куб. м. бетона методом, когда известна объемная масса бетона, приняв γб = 2400 кг/куб.м.
Ц = 300 кг/ку6.м.
Вода В = (В/Ц) ∙ Ц = 0,565 ∙ 300 = 170 кг/куб.м.
Тесто Т = 300 + 170 = 470 кг/куб.м.
Заполнитель З = γб – Т = 2400 – 470 = 1930 кг/куб.м.
Песок П = r ∙ З = 0,3 ∙ 1930 = 579 кг/куб.м.
Крупный заполнитель Кр = (1 – r) ∙ З = 0,7 ∙ 1930 = 1351 кг/куб.м.
Для приготовления 1 куб.м. бетона необходимо взять:
Цемент = 300 кг 5 - 10 мм - 193 кг
Вода = 170 кг 10 - 20 мм – 270 кг
Песок = 579 кг 20 - 40 мм. – 367 кг
Кр = 1351 кг 40 - 80 мм – 521 кг
Бетон в зоне III
Необходимо определить значение трех параметров состава бетона, удовлетворяющих заданным свойствам.
1) Первым параметром определяем водоцементное отношение.
Т.к .нам дан класс бетона по прочности В 30, класс бетона по водонепроницаемости W 8 и класс бетона по морозостойкости F 300, то мы должны найти три значения В/Ц и выбрать наименьшее.
1. 1. При экспериментальном определении зависимостей, связывающих прочность бетона с величиной водоцементного отношения, необходимо приготовить несколько образцов (кубы или цилиндры) из бетонных смесей с разными значениями водоцементного отношения, но постоянными Ц и r. Их выдерживают 180 дней, испытывают на сжатие и строят график зависимости R от В/Ц.
Марка цемента 400
R180 = 30/0,78 = 38,5 МПа
|
В/Ц |
0,5 |
0,55 |
0,6 |
0,65 |
0,7 |
0,75 |
0,8 |
|
R180 |
40,8 |
33,4 |
28,8 |
25,9 |
24,0 |
22,6 |
21,8 |
По графику (В/Ц)1 = 0,51 (см. Рис.4)
1.2. Теперь найдем В/Ц при W 8
Для этого готовят несколько бетонных цилиндров с разными значениями
водоцементного отношения, но с постоянными Ц и r. Далее их выдерживают в стандартных условиях (при температуре 20°С ) 28 или180 дней, испытывают на водонепроницаемость и строят график зависимости W от В/Ц.
Водопотребность бетонной смеси определим из условия, что ОК = 8.
Возьмём для данной ОК В/Ц и Ц из таблицы ОК = f (Ц):
В = (В/Ц) ∙ Ц = 0,50 ∙ 375 = 187,5
В = 200 кг/куб.м.
|
В/Ц |
0,5 |
0,55 |
0,6 |
0,65 |
0,7 |
0,75 |
0,8 |
|
W |
3,0 |
2,3 |
1,7 |
1,3 |
1,0 |
0,8 |
0,7 |
По графику (В/Ц)2 = 0,75 (см. Рис.8)
1.3 Теперь найдем (В/Ц)3 зная, что класс бетона по морозостойкости F300. Для этого готовят образцы (кубы) с разными значениями В/Ц, но с постоянными Ц и r. Иx выдерживают 28 или 180 дней, а затем испытывают
на морозостойкость. По данным испытаний строят график зависимости F от В/Ц.
У нас выбран сульфатостойкий портландцемент.
|
F |
520 |
425 |
350 |
290 |
250 |
220 |
190 |
|
В/Ц |
0,5 |
0,55 |
0,6 |
0,65 |
0,7 |
0,75 |
0,8 |
По графику (В/Ц)3 = 0,64 (см, Рис.9)
Теперь выберем наименьшее В/Ц = 0,51
2) Вторым параметром находим расход заполнителей.
Нам дан непромытый гравий, фракционированный с Dнаиб = 80 мм.
Делается также как в бетоне II ð r = 0,3
3) Третъим параметром находим расход цемента.
Опыт состоит в том, что затворяют 4-5 бетонных смесей, отличающихся расходом цемента. Смеси должны иметь одинаковые В/Ц и r, найденные ранее. Определяют ОК каждой смеси и по данным опыта строят график
ОК = f(Ц). По ОКзад = 8 см находим необходимый расход цемента. При В/Ц = 0,51 для гравия с Dнаиб = 80 мм.
|
Ц |
225 |
250 |
275 |
300 |
325 |
350 |
375 |
|
ОК, см |
0 |
0 |
0,6 |
2,2 |
4,5 |
6,7 |
9 |
Из графика видно, что при ОК = 8 см Ц = 365 кг/куб.м. (см. Рис.7 (б) )
Запроектированный состав бетона характеризуется следующими параметрами:
Расход цемента Ц = 365 кг/куб.м;
Доля песка в смеси заполнителей r = 0,3;
В/Ц = 0,51
Подсчитаем расход материалов на 1 куб.м. бетона методом, когда известна объемная масса бетона, приняв γб = 2400 кг/куб.м.
Ц = 365 кг/ку6.м.
Вода В = (В/Ц) ∙ Ц = 0,51 ∙ 365 = 186 кг/куб.м.
Тесто Т = 365 + 186 = 551 кг/куб.м.
Заполнитель З = γб – Т = 2400 – 551 = 1849 кг/куб.м.
Песок П = r ∙ З = 0,3 ∙ 1849 = 555 кг/куб.м.
Крупный заполнитель Кр = (1 – r) ∙ З = 0,7 ∙ 1849 = 1294 кг/куб.м.
Для приготовления 1 куб.м. бетона необходимо взять:
Цемент = 365 кг 5 - 10 мм - 185 кг
Вода = 186 кг 10 - 20 мм – 259 кг
Песок = 555 кг 20 - 40 мм. – 351 кг
Кр = 1294 кг 40 - 80 мм – 499 кг