Проектирование состава сложного строительного раствора

Строительный раствор - искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания рационально подобранной смеси вяжущего вещества, воды, мелкого заполнителя (песка) и добавок различного назначения.

Простыми называются растворы, приготовленные на одном вяжущем, сложными - на нескольких.

Порядок подбора состава сложного строительного раствора включает:

- расчет расходов цемента, минеральной добавки и ориентировочного расхода воды на 1 м³ песка;

- определение расхода компонентов на 1 м³ раствора;

- приготовление пробного замеса, испытание растворной смеси и, при необходимости, корректирование состава раствора в соответствии с требованиями по подвижности, изготовление контрольных образцов.

 

 

2.3.1 Расчет предварительного (ориентировочного) состава строительного раствора

Для расчета состава сложного строительного раствора необходимо знать следующие параметры:

- требуемая марка раствора R_р (0,1 МПа);

- активность цемента R_ц (0,1 МПа);

- насыпная плотность цемента r_нц (кг/м³);

- подвижность растворной смеси (ПК, см);

- вид минеральной добавки и ее плотность r_д (кг/м³);

- характеристики песка: модуль крупности М_кр, пустотность V_пп, истинная r_п и насыпная r_нп плотности (кг/м³).

Подвижность растворной смеси принимают по таблице 2.9 в зависимости от назначения строительного раствора.

Таблица 2.9

 

Рекомендуемая подвижность растворных смесей в зависимости от их назначения.

 

Назначение раствора	Подвижность растворной смеси, см
1. Обычная кладка из сплошного кирпича, кладка из бетонных и природных камней легких пород 2. Обычная кладка из кирпича и керамических камней с щелевыми пустотами 3. Бутовая кладка 4. Заливка пустот при бутовой кладке 5. Вибрированная бутовая кладка 6. Монтаж стен из крупных элементов (заполнение швов)	9 - 13     7 - 8   4 - 6 13 - 15 1 - 2 5 - 7

 

По формуле Попова ориентировочный расход цемента на 1 м³ песка в рыхло-насыпанном состоянии (кг)

 

Ц¢= [(10 R_р- 4) /к 10 R_ц + 0,05] ^· 1000 (2.18)

где R_р - заданная марка раствора (МПа);

R_ц - активность цемента (МПа);

к - коэффициент, зависящий от крупности песка:

для крупного песка к=2,2,

для песка средней крупности к=1,8,

для мелкого песка к=1,4.

Расход цемента по объему на 1 м³ песка составит:

V_ц= Ц¢/r_нц (2.19)

где r_нц - насыпная плотность цемента (кг/м³).

Расход добавки по объему (м³ на 1 м³ песка):

V_д = 0,17(1 - 0,002 Ц¢) (2.20)

Расход добавки по массе Д (кг на 1 м³ песка),

Д¢=V_д/r_д (2.21)

где r_д - плотность добавки (кг/м³) принимаемая в соответствии с рекомендациями табл. 2.10.

Таблица 2.10

Примерные значения плотностей добавок,

применяемых в сложных строительных растворах

 

Вид добавки	Плотность, кг/м3
1. Известковое тесто 2. Известковое молоко, с массовой долей извести 25 % 3. Глиняное тесто из пластичной глины с массовой долей песка до 5 % 4. Глиняное тесто из глины средней пластичности с массовой долей песка до 15 %

Состав сложного раствора в частях по объему устанавливают делением расхода каждого компонента растворной смеси на расход цемента по объему:

 

V_ц /V_ц : V_д /V_ц : V_п /V_ц=1: X: Y (2.22)

 

Ориентировочный расход воды В(кг на 1 м³ песка) для получения растворной смеси заданной подвижности вычисляют по формуле

В¢= 0,5 (Ц¢+ Д¢r_д/ 1000) (2.23)

 

Количество составных частей по объему:

n=V_ц /V_ц + V_д /V_ц + V_п /V_ц (2.24)

 

Абсолютный объем с учетом пустотности песка (м³)

V_а = 1 + V_д /V_ц + (V_п /V_ц )(1 - V_пп) (2.25)

 

Коэффициент выхода раствора:

b=V_а / n (2.26)

Расходы материалов на 1 м³ сложного раствора вычисляются по формулам:

- расходы по объему цемента Ц_v, добавки Д_v и песка П_v (м³ на м³ смеси)

Ц_v= 1 /(bn) (2.27)

Д_v=Ц_v V_д / V_ц (2.28)

П_v=Ц_v / V_ц (2.29)

- расходы по массе цемента, добавки, песка и воды (кг/м³ смеси)

Ц= Ц_v r_нц (2.30)

Д= Д_v r_д (2.31)

П=П_v r_нп (2.32)

В =0,5(Ц+Д) (2.33)

Пример расчета состава сложного строительного раствора

 

Рассчитать состав сложного строительного раствора М50 для зимней кладки из полнотелого керамического кирпича наземных конструкций здания

Материалы:

- портландцемент R_ц=42 МПа, r_нц=1080 кг/м³;

- песок кварцевый М_кр=2,1, r_п=2640 кг/м³ , r_нп=1480 кг/м³,

- добавка - известковое тесто r_д=1430 кг/м³ .

 

1. Пустотность песка составляет V_пп=(1-1480/2640) 100=44 %

Т.к. 2,0< М_кр < 2,5 - песок средний

Для кладки из полнотелого керамического кирпича (табл. 2.9) назначим подвижность растворной смеси ПК=10 см

 

2. Расход цемента по формуле (2.18)

Ц¢=[(10R_р-4/10кR_ц)+0,05]1000= [(50-4/0,8^·420)+0,05]1000=187 кг/м³песка

Ц=187 кг/м³>Ц_min для наземной кладки (75 кг/м³)

Для зимней кладки расход цемента должен быть удвоен Ц¢^·2=187^·2=374 кг/м³

Расход цемента по объему составит по (2.19)

V_ц=Ц¢/r_нц=374/1080=0,346 м³/м³ песка

 

 

3. Расход добавки по объему по (2.20)

V_д=0,17(1-0,002Ц)=0,17(1-0,002^·374)=0,043 м³/м³ песка

 

4. Количество составных частей растворной смеси по объему (2.23):

n=1+ V_д/ V_ц+1/ V_ц=1+0,043/0,346+1/0,346=1+0,12+2,89=4,01 об.ч.

 

5. Абсолютный объем с учетом пустотности песка (2.24):

V_а=1+ V_д/ V_ц+1/ V_ц(1-V_пп)= 1+0,12+2,89(1-0,44)=2,74 об.ч.

 

6. Коэффициент выхода смеси (2.25)

b=V_а/n= 2,74/4,01=0,68

 

7. Расход цемента (2.26) и (2.29)

Ц_v=1/V_а=1/2,74=0,365 м³/м³ раствора

Ц= Ц_v ^·r_нц =0,365^·1080=394 кг/м³ раствора

8. Расход добавки (2.27) и (2.30)

Д_v= Ц_v^·V_д/ V_ц=0,365^·0,12 =0,044 м³/м³ раствора

Д= Д_v ^·r_д =0,044^·1430=63 кг/м³ раствора

9. Расход песка (2.28) и (2.31)

П_v= Ц_v ^·1/ V_ц=0,365^·2,89 =1,05 м³/м³ раствора

П= П_v ^·r_нп =1,05^·1480=1561 кг/м³ раствора

10. Ориентировочный расход воды (2.32)

В=0,5(Ц_m+Д_m)=0,5(394+63)=229 л/м³ раствора

 

Состав сложного строительного раствора:

Цемент- 394 кг/м³

Песок- 63 кг/м³

Добавка - 1561 кг/м³

Вода (ориентировочно)-229 кг/м³

Примеры решения задач по технологии бетона

 

Экономия цемента

Наиболее дорогим и энергоемким компонентом бетона является цемент. Если расход условного топлива на производство природных заполнителей составляет около 2 кг/т, то на производство портландцемента М400 - около 280 кг/т. Распространенные способы экономии цемента - введение в бетон пластифицирующих добавок, уменьшающих водопотребность бетонной смеси, и применение

бетонных смесей с минимально допустимой по условиям формования изделий подвижностью.

 

Задача 2.

Пластифицирующая добавка при сохранении марки бетона и подвижности бетонной смеси обеспечивает уменьшение расхода воды 178 до162 л/м³. Вычислить экономию цемента.

 

Решение.

 

Из уравнения Боломея-Скрамтаева для бетона без добавок:

 

В/Ц=АR_ц/(R_б+ 0,5 АR_ц)

а с пластифицирующей добавкой

 

В_д/Ц_д=АR_ц/(R_б+ 0,5 АR_ц).

Так как марка бетона с добавкой и без добавки одинаковы, активность цемента и свойства заполнителей одни и те же, то следовательно:

В/Ц= В_д/Ц_д.

Отсюда

 

Ц_д= В_д Ц / В =162 Ц / 178= 0,91 Ц.

Экономия цемента составляет 9 %.

 

Задача 3.

Вычислить экономию портландцемента активностью 43 МПа на каждом кубическом метре тяжелого бетона М300, если производственные условия позволяют, не изменяя В/Ц отношения, перейти от малоподвижной (ОК=2 см) к жесткой бетонной смеси (Ж=30 с). Для бетона используется щебень с наибольшей крупностью 20 мм. Коэффициент качества материалов А=0,6.

 

Решение.

 

Из уравнения Боломея - Скрамтаева:

 

В/Ц=АR_ц/(R_б+ 0,5 АR_ц)= 0,6 ^· 43/(30+0,5 ^· 0,6 ^· 43)=0,6.

Определяем по таблице (Приложение 1) водопотребность малоподвижной смеси В_м =190 л/м³, водопотребность жесткой смеси В_ж =160 л/м³. Расход цемента в малоподвижной смеси составит:

Ц_м= В_м/ (В/Ц)= 190 / 0,6= 317 кг/м³.

 

Расход цемента в жесткой смеси:

Ц_ж= В_ж/ (В/Ц)= 160 / 0,6= 267 кг/м³.

Экономия цемента составит:

DЦ=Ц_м-Ц_ж=317-267=50 кг/м³.

 

Твердение бетона

 

Нормальной температурой твердения бетона условно считается 15- 20 ^оС. При понижении температуры скорость твердения уменьшается, а при температуре ниже 0 ^оС твердение практически прекращается. Твердение бетона в зимних условиях часто обеспечивают, применяя способ термоса и электроподогрев бетонной смеси.

 

Задача №4.

Определить продолжительность охлаждения до 0 ^оС бетона в прогоне размером 0,6´0,8´12 м при температуре окружающего воздуха -10 ^оС. Бетон находится в опалубке из 2 слоев сосновых досок толщиной 25 мм с 10-ти см слоем опилок между ними. Коэффициент теплопроводности сосны 0,175 Вт/(м^·К), коэффициент теплопроводности опилок 0,1 Вт/(м^·К). Температура свежеуложенного бетона 40 ^оС. Расход портландцемента М500 в бетоне составляет 280 кг/м³. До замерзания прочность бетона должна соответствовать 7-суточной прочности при твердении в нормальных условиях.

 

Решение.

По уравнению теплового баланса Б.Г. Скрамтаева продолжительность охлаждения

t = 2500 (t_н-t_к) + ЦDЭ/ [кМ(t_с-t_вс)], (3.1)

где t - время охлаждения бетона, ч;

t_н;t_к - начальная и конечная температура бетона, ^оС;

Ц - расход цемента в бетоне, кг/м³;

DЭ - тепловыделение цемента за определенный срок твердения, кДж/кг;

к - коэффициент теплопередачи от бетона через опалубку в

окружающую среду, кДж/(ч^·м^2·К);

М - модуль поверхности конструкции, м^-1;

t_с - средняя температура бетона за все время охлаждения, ^оС;

t_вс - средняя температура наружного воздуха за все время

охлаждения бетона, ^оС.

Тепловыделение цемента DЭ за определенный срок твердения принимается по таблице (Приложение 2) в зависимости от вида и марки цемента. Тепловыделение портландцемента М500 за 7 суток твердения при нормальных условиях равно 272 кДж/кг.

Коэффициент теплопередачи к вычисляется по формуле

 

_n

к= 1 / [0,05 +å (h_i/l_i) ], (3.2)

ⁱ⁼¹

 

 

где h_i - толщина каждого слоя теплоизоляции, м;

l_i - коэффициент теплопроводности каждого слоя, кДж/(ч^·м^·К).

 

Коэффициент теплопередачи для трехслойной опалубки из 2-х слоев сосновых досок и засыпки опилками составит

 

к = 1 / [0,05+ (0,025/0,175 +0,1/0,1 +0,025/0,175)]=

=0,75 Вт/(м^{2 ·} К)= 2,70 кДж/(ч ^· м^{2 ·} К)

1 Вт/(м²_*К)=1Дж/(с ^· м^{2 ·} К)= 3,6 кДж/(ч ^· м^{2 ·} К)