Материал: Расчет состава тяжелого бетона. Проектирование состава дорожного асфальтобетона

Расчет состава тяжелого бетона. Проектирование состава дорожного асфальтобетона

Курсовая работа на тему

«Расчет состава тяжелого бетона. Проектирование состава дорожного асфальтобетона»

ВВЕДЕНИЕ

Цель проектирования состава асфальтобетона состоит в определении такого соотношения (щебня или гравия, песка, минерального порошка и битума), при котором показатели свойств асфальтобетонной смеси и асфальтобетона заданных вида, типа и марки соответствуют техническим требованиям ГОСТ 9128-97.

В практике дорожного строительства принят метод предельных кривых зернового состава минеральной части асфальтобетона, в основе которого лежат следующие принципы:

-   Для обеспечения прочности, долговечности и экономичности асфальтобетона, его минеральная часть должна обладать высокой плотностью, которая достигается при определенном содержании каждой узкой фракции зерен в общем зерновом составе минеральной части;

-        Зерновой состав минеральной части асфальтобетона задается предельными кривыми, ограничивающими область допустимого содержания каждой фракции зерен;

         Оптимальным содержанием битума считается его минимальное количество, при котором физические и механические свойства асфальтобетона соответствуют техническим требованиям ГОСТ 9128-97.

Из щебня или гравия, песка и минерального порошка подбирают состав минеральной части таким образом, чтобы кривая зернового состава смеси располагалась в зоне, ограниченной предельными кривыми.

Содержание битума определяют исходя из принципа заполнения битумом межзерновых пустот в уплотненной минеральной части с учетом заданной остаточной пористости асфальтобетона. Расчетное содержание битума уточняется экспериментально по данным испытаний асфальтобетона.

Минеральный порошок в асфальтобетоне выполняет несколько функций. Являясь компонентом минеральной части, порошок повышает ее плотность (уменьшает пустотность) и соответственно прочность. Являясь компонентом асфальтовяжущего, порошок структурирует битум и эффективно воздействует на прочность, вязкость, теплостойкость и клеящие свойства асфальтовяжущего. Избыточное содержание минерального порошка может привести к росту хрупкости асфальтобетона, особенно при низких температурах.

Битум в асфальтобетоне также выполняет ряд функций. Играя вместе с порошком (или без него) роль вяжущего, битум склеивает в монолит зерна щебня, гравия и песка. Кроме того, заполняя межзерновое пространство минеральной части, битум придает асфальтобетону требуемую плотность и водостойкость. Будучи термопластичным материалом, битум играет и роль смазки, уменьшающей внутреннее трение в минеральной части, поэтому избыточное содержание битума может привести к снижению прочности, теплостойкости и сдвигоустойчивости асфальтобетона.

I. Проектирование состава тяжелого цементобетона

1. Общие положения

Бетоном называют искусственный каменный материал, получаемый в результате твердеения рационально подобранной, тщательно перемешенной и уплотненной смеси, состоящей из заполнителей, минерального вяжущего, воды и в необходимых случаях специальных добавок.

В строительстве автомобильных дорог наибольшее применение имеет тяжелый цементный бетон плотностью 2100 - 2500 кг/м3 на заполнителях из плотных горных пород и некоторых промотходов. В качестве мелких заполнителей используют различные пески и отсев камнедробления. Качество бетона в большей степени зависит от используемых материалов, поэтому их правильный выбор имеет важное экономическое значение в технологии.

Подбор состава обычного тяжелого бетона нормального твердения производится расчетно-экспериментальным методом абсолютных объемов.

Подбор состава бетона включает в себя:

1.  Назначение требований, к бетону исходя из вида и особенностей изготовления и последующей эксплуатации изделия;

2.      Выбор материалов для бетона и определение их свойств;

.        Расчет номинального состава бетона;

.        Приготовление и испытание бетонной смеси на пробных замесах;

.        Формование и испытание бетонных образцов из пробных замесов;

.        Обработку результатов и уточнение номинального состава;

.        Переход от номинального состава к рабочему с учетом колебаний свойств заменителей;

.        Передачу в производство рабочих дозировок с учетом объема замеса.

В итоге подбора состава должны быть выполнены два основных условия: бетон должен иметь заданную прочность, а бетонная смесь - заданную удобоукладываемость.

Прочность бетона характеризуется классами, которые определяются величиной гарантированной прочности на сжатие с обеспеченностью 0,95. На производстве контролируют марку или среднюю прочность бетона.

Между классом и средней прочностью имеется рассматриваемая ниже зависимость.

Бетон подразделяется на классы: В1; В1,5; В2; В2,5; В3; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В40; В50; В55; В60. На марки бетон делится следующим образом: М50; М75; М100; М150; М200; М250; М300; М350; М400; М450; М500; М600 и выше через 100.

Прочность определяется пределом прочности при сжатии стандартных бетонных образцов-кубов размером  см, испытанных через 28 сут. твердения в нормальных условиях (температура 16-20оС, относительная влажность окружающего воздуха 90…100%).

При использовании кубов с другими размерами вводят масштабный переходной коэффициент, на который умножается полученная прочность.

Таблица 1

Удобоукладываемость (формуемость) - способность бетонной смеси растекаться и принимать заданную форму, сохраняя монолитность и однородность, является главным свойством бетонной смеси. Удобоукладываемость в производственных условиях оценивают через подвижность двумя способами: по осадке конуса для пластичных и по времени растекания на техническом вискозиметре для жестких смесей.

Кроме того смеси имеют такие свойства как уплотняемость, расслаиваемость, однородность, воздухововлечение, вязкость и другие.

2. Исходные данные

.1 Задание на подбор состава бетона

Таблица 2

2.2 Средняя (расчетная) прочность бетона

Прочность бетона характеризуется классами. Между классом бетона В и его средней кубиковой прочностью RБ принимаемой за расчетную, имеется зависимость:

                                                                              (1)

где t - коэффициент, характеризующий принятую обеспеченность класса бетона.

При обеспеченности 0,95, t=1,645;

с - коэффициент вариации прочности бетона, %.

По формуле (1) определяем класс бетона:

 МПа

По графику В.П.Сизова (рис.1), определяют расчетную прочность бетона (марку). Принимам марку бетона - М200.

2.3 Качество бетонной смеси

Таблица 3

Маркировка бетонной смеси в зависимости от удобоукладываемости

Для данной бетонной смеси с ОК 2-3 см, марка П1 - Малоподвижная смесь.

Рис. 1. Переход от класса к средней (расчетной) прочности бетона (номограмма В.П. Сизова)

2.4 Характеристика цемента

Таблица 4

Рациональные марки цементов для бетонов различных марок

Марке бетона М200 соответствует марка цемента М300-400. Для экономного расходования цемента необходимо, чтобы его марка превышала заданную прочность бетона. Портландцемент активностью 500 кг/см2, плотностью 3,1 г/см3 и насыпной плотностью 1,4 г/см3.

Рекомендуется применять добавки поверхностно-активных веществ (ПАВ), позволяющих улучшить структуру и свойства затвердевшего бетона, его коррозионную стойкость и морозостойкость, а также экономить цемент.

2.5 Характеристика заполнителей и воды

В качестве крупного заполнителя в тяжелом бетоне обычно используют щебеночные и гравийные материалы естественного происхождения из плотных горных пород. Для бетона до класса В25 рекомендуется рядовой заполнитель - гравий, щебень. Щебень с наибольшей крупностью зерен 40 мм, влажностью 3%, плотностью 2,7 г/см3 и насыпной плотностью 1,8 г/см3.

Основным мелким заполнителем для бетона является природный речной песок с модулем крупности Мкр 2, влажностью 4 %, плотностью 2,6 г/см3 и насыпной плотностью 1,5 г/см3.

Для приготовления бетонной смеси и поливки бетона в процессе твердения допускается применять воду из хозяйственного водопровода, имеющую водородный показатель рН не менее 4 и содержащую минеральные соли не более 5%.

Твердение происходит в естественных условиях.

3. Расчетно-экспериментальный метод определения номинального состава тяжелого бетона

В основу метода положены три функциональные закономерности и два способа определения расчетных характеристик, основанные на экспериментальных данных:

- принцип абсолютных объемов; 2 - принцип фаз; 3 - закон прочности бетона; 4 - способ определения водопотребности бетонной смеси; 5 - способ определения коэффициента раздвижки зерен.

. Принцип абсолютных объемов - сумма абсолютных объемов всех компонентов рационально подобранной, хорошо перемешанной, свежеуложенной и тщательно уплотненной бетонной смеси примерно равна единице, т.е. в момент завершения уплотнения бетонная смесь считается не содержащей воздушных пор:

                                                                   (2)

где ц, п, в, щ - истинные плотности цемента, песка, воды, щебня, кг/л.

Некоторое вовлечение воздуха в смесь все же происходит, чем обусловлены колебания фактической плотности бетонной смеси и точность метода ±2 %. За единицу принят 1 м3=1000 л.

. Принцип фаз - каркасом бетона является крупный заполнитель, пространство между зернами которого заполняет цементно-песчаный раствор, несколько раздвигающий зерна

                                                                (3)

где нщ - насыпная плотность щебня, кг/л;

Пмз - межзерновая пустотность щебня, доли ед;

. Закон прочности бетона - прочность бетона зависит от трех основных факторов: агрессивности цемента Rц, цементно-водного (водоцементного) отношения и качества заполнителей А и А1, связанных линейной зависимостью:

, при ≥0,4                                                       (4)

, при <0,4                                                     (5)

. Способ определения водопотребности бетонной смеси. На основании результатов многочисленных испытаний установлена экспериментальная зависимость водопотребности бетонной смеси от заданной подвижности (жесткости), от вида наибольшей крупности заполнителя (рис.2 и табл.5).

Таблица 5. Определение водопотребности бетонной смеси