Материал: Расчет состава тяжелого бетона. Проектирование состава дорожного асфальтобетона

. Способ определения коэффициента раздвижки зерен. По результатам испытаний пластичных бетонных смесей с различными расходами цемента и водоцементными отношениями определены значения коэффициента раздвижки зерен α (табл. 6).

Таблица 6/ Определение коэффициента раздвижки зерен

Рис. 2. Водопотребность бетонной смеси, приготовленной на гравии с наибольшей крупностью: 1-80; 2-40; 3-20; 4-10 мм и на среднезернистом песке

4. Подбор состава бетона

Расчет состава ведут на 1000 л уплотненной бетонной смеси, изготовленной на высушенных заполнителях с отсевом от мелкого заполнителя зерен крупнее 5 мм, а от крупного - мельче 5 мм. С разделением крупного заполнителя на отдельные фракции. Такой состав называют номинальным. Он определяется на трех лабораторных составах: начальном и двух дополнительных. Дополнительные составы отличаются от начального варьированием наиболее существенного параметра, в данном случае водоцементного отношения, в большую и меньшую стороны на 15…30%.

1. Определяем  из формул (4) и (5):

;

. Устанавливаем расход воды для ОК 1см и НКЩ = 20 мм. По графику Миронова.

Принимаем В = 167 л.

. Находим расход цемента по формуле:

 кг

. Зная и расход цемента, устанавливаем коэффициент раздвижки зерен для жесткой смеси, так как расход цемента меньше 400 кг, то принимаем = 1,3.

. Определяем расход щебня:

                                                                              (6)

где Пмз - межзерновая пустотность:

кг

. Расход песка будет равен:

                                                              (7)

 кг

. Определяем среднюю плотность уплотнений смеси:

                                                                         (8)

кг/м3

5. Проверка расчета бетона

Проверка удобоукладываемости состоит в определении подвижности или жесткости смеси.

Подвижность бетонной смеси измеряется величиной осадки конуса в сантиметрах, отформованного из бетонной смеси. Очищенный и протертый влажной тканью конус ставят на ровную площадку и заполняют бетонной смесью в три слоя одинаковой высоты, уплотняя каждый слой штыкованием металлическим стержнем по 25 раз. После уплотнения бетонной смеси в конусе насадку снимают и избыток смеси срезают кельмой вровень с верхней кромкой конуса. Затем конус плавно снимают с отформованной бетонной смеси и устанавливают рядом с ней. Время, затраченное на съем конуса, должно быть не более 7 сек. (рис.3).

Рис. 3. Определение подвижности бетонной смеси

При крупности щебня до 40 мм. используют конус №1 высотой 300 мм. С основаниями 200 и 100 мм.

Если ОК=0, то смесь признают не обладающей подвижностью, и она должна характеризоваться жесткостью.

Жесткость бетонной смеси Ж измеряется временем вибрации в секундах, необходимым для растекания предварительно отформованного конуса бетонной смеси в стандартном техническом вискозиметре.

Жидкость бетонной смеси вычисляют с точностью до 1 с как среднее арифметическое результатов двух определений, различающихся не более чем на 20%. При большем расхождении результатов определение повторяют на новой пробе. Общее время испытаний не должно превышать 15 минут.

Корректировка подвижных смесей. Если подвижность смеси получилась меньше требуемой, то в опытный замес добавляют по 50…10% цемента и воды с обязательным соблюдением принятого .

Если подвижность получилась более требуемой, то в замес добавляют песок и щебень по 5…10% от расчетного в принятом соотношении. Повторно перемешанная смесь испытывается вновь.

После проверки удобоукладываемости производят вторую проверку фактической средней плотности бетонной смеси. Свежеприготовленную бетонную смесь с заданной подвижностью укладывают в мерный сосуд и вибрируют на стандартной виброплощадке до прекращения осаждения бетонной смеси и выделения из нее пузырьков воздуха.

Фактическую среднюю плотность вибрированной бетонной смеси в кг/м3 вычисляют по формуле:

                                                                             (9)

где m1, m2 - массы пустого сосуда и сосуда с бетонной смесью, кг.

V - объем сосуда, л.

Зная плотность полученной бетонной смеси в кг/м3 и расход материалов на пробный замес, определяют фактический расход материалов на 1 м3 бетона по формулам:

                                                                                      (10)

                                                                                    (11)

                                                                                      (12)

                                                                                      (13)

где mц, mщ, mв, mп - фактический расход материалов на пробный замес, кг;

 - суммарная масса всех материалов в замесе, кг.

Для проверки прочности бетона из откорректированной бетонной смеси формуют контрольные образцы. На каждый срок испытания изготавливают не менее трех образцов в металлических формах с точностью размеров ±1%. Углы между гранями должны составлять 90±2о. Перед формовкой формы смазывают тонким слоем машинного масла. Укладку бетонной смеси заканчивают не позднее 30 мин. После приготовления. Уплотнение смеси производят на лабораторной виброплощадке с частотой колебаний 3000±200 кол/мин и амплитудой под нагрузкой 0,35 мм. Формы должны быть жестко закреплены на виброплощадке механическим или магнитным захватом. Признаком достаточности виброуплотнения является прекращение оседания бетонной смеси, выравнивание ее поверхности и появление на ней тонкого слоя цементного теста. Поверхность образцов заглаживается кельмой.

Образцы в течение 1 сут. хранят в формах в помещении с температурой 16…20оС, затем освобождают из форм, маркируют и до испытания хранят в камерах влажного хранения или од влажной мешковиной. Перед испытанием образцы осматривают, измеряют грани по серединам с точностью до 14 мм, записывают в лабораторный журнал характер и расположении дефектов. Опорные грани выбирают так, чтобы сжимающая сила при испытании была направлена параллельно слоям укладки смеси в форме. На опорные грани образцов-кубов наносят осевые линии, по которым центрируют образец при испытании. Образцы устанавливают на нижнюю опорную плиту центрально по оси пресса. Напряжение в образце при нагружении должно возрастать непрерывно с постоянной скоростью 6 ± 2 кгс/см2 в секунду до его разрушения.

Прочность бетона в МПа вычисляют для каждого образца по формуле:

                                                                                      (14)

где P - разрушающаяся нагрузка, кгс;

F - средняя площадь рабочего сечения образца, см2;

Kм - масштабный коэффициент прочности бетона для образцов-кубов, см;

,1 - коэффициент перевода из кг/с в МПа.

Рабочую площадь сечения образцов определяют как среднеарифметическое значение площадей двух противоположных граней.

Для тяжелого бетона за базовый принимают образец размером 15×15×15 см. прочность бетона в серии определяют как среднеарифметическое значение прочности двух наибольших по прочности образцов из трех серийных или четырех наибольших по прочности в серии из шести образцов. Если действительная прочность бетона отличается от заданной больше, чем на ±15%, то следует внести коррективы в состав бетона. Если возраст бетона отличается от расчетного 28-суточного, то для обычного портландцемента средних марок в бетоне может быть применена формула:

                                                                                    (15)

где n - возраст бетона в сутках (не более трех).

По результатам испытаний бетона трех рассчитанных составов строят график, которым устанавливают зависимость прочности от водоцементного отношения. По графику определяют значение , соответствующие заданной прочности бетона, пересчитывают состав бетона, исходя из найденного истинного значения  и проверяют его соответствие всем другим нормируемым показателям качества.

При положительных результатах испытаний состав принимают за номинальный.

6. Переход от лабораторного (номинального) состава к рабочему (производственному) составу

Номинальный состав бетона определяют на сухих фракционированных заполнителях. Причем каждая фракция должна быть чистой, не засоренной другими фракциями. Номинальный состав тяжелого бетона:

-   Цемента - 334 кг;

-        Воды - 167 л;

         Щебня - 1538,4 кг;

         Песка - 586,2 кг.

Щебень и песок взаимно не засорены. Влажность песка 2,0 %, щебня1,0 %.

 кг

 кг

 л

где Пр, Щр, Вр, Цр, По, Що, Во, Цо - расход соответственно песка, щебня, воды и цемента по рабочему и номинальному составам, кг;

WП., Wщ - влажность по массе песка и щебня, %.

7. Определение коэффициента выхода бетонной смеси

При изготовлении бетонной смеси происходит уменьшение общего объема материалов.

Степень уменьшения объема характеризуется коэффициентом выхода бетонной смеси:

. Определение расхода материалов на один замес бетоносмесителя

 кг

 кг

 кг

 л

II. Проектирование состава дорожного асфальтобетона

1. Общие положения

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.