Определяем расход заполнителей.
Расход заполнителей (песка, щебня или гравия) в кг на 1 м3 бетона вычисляют исходя из двух условий. Во-первых, сумма абсолютных объемов всех компонентов бетона должна быть равна 1 м3 (1000 л) уплотненной бетонной смеси, т. е.
где Ц, В, П; Щ — расходы цемента, воды, песка и щебня, кг/м3;
ρц, ρп, ρщ, ρв — истинная плотность цемента, песка, щебня, воды, кг/м3;
Ц/ρц; В/ ρв; П/ ρп; Щ/ ρщ – абсолютные объемы материалов, м3.
Во-вторых, цементно-песчаный раствор заполнит пустоты в крупном заполнителе с некоторой раздвижкой зерен, т.е.
где ρн.щ. — насыпная плотность щебня, кг/л;
Краз— коэффициент раздвижки зерен щебня раствором, для жестких бетонных смесей принимают равным 1,1, для пластичных смесей по таблице 6;
α — пустотность щебня в относительных единицах.
;
Таблица 6 - Значения коэффициента Краз для пластичных бетонных смесей.
Расход цемента, кг/м3 | Коэффициент а при В/Ц | ||||
0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | |
250 | - | - | 1,26 | 1,32 | 1,38 |
300 | - | 1,3 | 1,36 | 1,42 | - |
350 | 1,32 | 1,38 | 1,44 | - | - |
400 | 1,4 | 1,46 | - | - | - |
Примечание. При других значениях Ц и В/Ц коэффициент а находят интерполяцией.
Определяем расход щебня (гравия)
Решая совместно эти два уравнения, находят формулу для определения расхода щебня (гравия), кг/м3 бетона:
кг/м3
Определяем расход песка
После определения расхода щебня (гравия) рассчитывают расход песка, кг/м3, как разность между проектным объемом бетонной смеси и суммой абсолютных объемов цемента, воды и крупного заполнителя по формуле
|
|
Определяем расчетную среднюю плотность бетонной смесии коэффициент выхода бетона
Определив расход компонентов Ц, В, П, Ш(Г) на 1 м3 бетонной смеси, кг, вычисляют ее расчетную среднюю плотность
ρбет.см.= Ц + В + П + Щ(Г)= 261+175+556+1422=2414 кг/м3,
и коэффициент выхода бетона β — делением объема бетонной смеси (1 м3) в уплотненном состоянии на сумму объемов сухих составляющих, затраченных на ее приготовление:
Значение коэффициента выхода бетона β обычно находится в пределах 0,55—0,75.
Пример 4 . Дан зерновой состав песка, масса пробы 1000 г (первая строка табл. 7).
Требуется:
а) вычислить частные и полные остатки на ситах, %;
Б ) определить модуль крупности песка и группу песка.
Методика расчета.
По результатам просеивания определяют частный остаток на каждом сите аi, %, по формуле
где mi – масса остатка на данном сите , г ; mi – масса пробы , г .
Определяют полные остатки на каждом сите в процентах массы пробы , равные сумме частных остатков на данном сите и всех ситах с большими размерами отверстий по формуле
где a2,5 + а1,25 + ... – частные остатки на соответствующих ситах.
|
|
Результаты вычислений заносят в таблицу 7 второй и третей строкой.
Таблица 7. Зерновой состав песка
Остаток на ситах | Размеры отверстий сит, мм | |||||
2,5 | 1,25 | 0,63 | 0,315 | 0,16 | менее 0,16 | |
Частные остатки, г | 10 | 120 | 80 | 190 | 250 | 350 |
Частные остатки, % | 1,0 | 12,0 | 8,0 | 19,0 | 25,0 | 35,0 |
Полные остатки, % | 1,0 | 13,0 | 21,0 | 40,0 | 65,0 | 100,0 |
Определяем модуль крупности песка Мк без зерен размером крупнее 5 мм и менее 0,14 мм по формуле
Группу песка определяем по модулю его крупности в соответствии с таблицей 8
Таблица 8 - КЛАССИФИКАЦИЯ ПЕСКОВ ПО КРУПНОСТИ (ГОСТ 8736)
Группа песка | Модуль крупности Мк |
Очень крупный | Св. 3,5 |
Повышенной крупности | >> 3,0 до 3,5 |
Крупный | >> 2,5 >> 3,0 |
Средний | >> 2,0 >> 2,5 |
Мелкий | >> 1,5 >> 2,0 |
Очень мелкий | >> 1,0 >> 1,5 |
Тонкий | >> 0,7 >> 1,0 |
Очень тонкий | До 0,7 |
Группа песка по модулю крупности находится в пределах от 1,0 до 1,5 , т. е . очень мелкий.
6.2 ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
Истинная плотность ρи (кг/м3, г/см3)— отношение массы m к объему материалав абсолютно плотном состоянии Vа, т. е. без пор и пустот:
|
|
, кг/м3 | (1) | |
где | m— масса материала в естественном состоянии, кг, г; | |
Vа — объем материала в абсолютно плотном состоянии, м3, см3. | ||
Средняя плотность ρср (кг/м3, г/см3) — физическая величина, определяемая отношением массы материала m ко всему занимаемому им объему, включая имеющиеся в нем поры и пустоты (в естественном состоянии) Vе:
(2) | |||
где | m— масса материала в естественном состоянии, кг, г; | ||
Vе — объем материала в естественном состоянии, м3, см3. | |||
Насыпная плотность ρн (кг/м3, г/см3) - величина, определяемая отношением массы материала т к занимаемому им объему в рыхлом состоянии Vн:
(3) | |||
где | m— масса материала в естественном состоянии, кг, г; | ||
Vн — объем материала в рыхлом состоянии, м3, см3. | |||
Т а б л и ц а 1 - Истинная и средняя плотность некоторых строительных материалов
Материал | Плотность, кг/м3 | |
истинная ρи | средняя ρср | |
Сталь | 7850—7900 | 7800—7850 |
Гранит | 2700—2800 | 2600—2700 |
Известняк (плотный) | 2400—2600 | 1800—2400 |
Песок | 2500—2600 | 1450—1700 |
Цемент | 3000—3100 | 900—1300 |
Керамический кирпич | 2600—2700 | 1600—1900 |
Бетон тяжелый | 2600—2900 | 1800—2500 |
Сосна | 1500—1550 | 450—600 |
Поропласты | 1000—1200 | 20—100 |
Пенопласт | 950-1200 | 15-100 |
|
|
Величина насыпная плотностьVн включает в себя объем всех частиц сыпучего материала и объем пространств между частицами, называемых пустотами. Если для зернистого материала известны насыпная плотность ρн и средняя плотность зерен ρср, то можно рассчитать его пустотность Пус - относительную характеристику, выражаемую в долях единицы или в процентах:
(4) |
Пористость П материала характеризует объем, занимаемый в нем порами. Пористость характеризуется показателем пористости:
или или или (5)
Следует различать открытую и закрытую пористость. Открытая пористость ПО, %, характеризуется количеством открытых пор, состоящих из сети капилляров, каналов и трещин, сообщающихся между собой и поверхностью материала. Открытую пористость определяют путем водонасыщения образца, после чего вычисляют по формуле:
(6) | |||
где | m2- масса образца, насыщенного водой, кг, г. | ||
m1- масса сухого образца, кг, г. | |||
m4 - масса образца в воде при гидростатическом взвешивании, кг, г.. | |||
Закрытая пористость ПЗ характеризуется наличием в теле материала замкнутых пор и воздушных включений, не сообщающихся между собой.
Водопоглощение W – способность материала впитывать и удерживать воду. Водопоглощение – это разность между массой образца, насыщенного водой m2, и массой сухого образца m1:
(7) | ||
где | m2- масса образца, насыщенного водой, кг, г. | |
m1- масса сухого образца, кг, г. |
Объемное водопоглощение Wоб - это разность между массой образца, насыщенного водой m2, и массой сухого образца m1 отнесенная к объему образца V:
или | (8) |
Массовое водопоглощение Wm - это разность между массой образца, насыщенного водой m2, и массой сухого образца m1, отнесенная к массе сухого образца m1:
(9) |
Влажность В- отношение массы воды, находящейся в данный момент в материале m3, к массе (реже - к объему) материала в сухом состоянии т1:
(10) | |||||
где | m3- масса воды, находящейся в материале, г. | ||||
m1- масса сухого образца, г. | |||||
(11) | |||||
где | m- масса пустой бюксы, г. | ||||
m1- масса бюксы с влажным образцом, г, | |||||
m2- масса бюксы с высушенным образцом, г | |||||
Водостойкость - свойство материала сохранять прочность при насыщении его водой. Критерием водостойкости строительных материалов служит коэффициент размягчения Кр - отношение прочности при сжатии материала, насыщенного водой, Rнас к прочности при сжатии сухого материала Rсух:
(12) | |||
где | Rнас - прочности при сжатии материала, насыщенного водой, | ||
Rсух - прочности при сжатии сухого материала. | |||
Если Кр>0,75, то материал называют водостойким.
Водопроницаемость – способность материала пропускать через свою толщу воду. Степень водопроницаемости характеризуется коэффициентом фильтрации Кф, г/(см*ч*МПа). Коэффициент фильтрации вычисляется по формуле:
(13) | |||
где | η — коэффициент, учитывающий вязкость воды при различной температуре; | ||
Q — количество фильтрата, см3; | |||
δ — толщина образца, см; | |||
А — площадь образца, см2; | |||
τ — время испытания образца, в течение которого измеряется объем фильтрата; | |||
р — избыточное давление воды в установке, МПа. | |||
Прочность - способность материала сопротивляться разрушению, а также необратимому изменению формы (пластической деформации) при действии внешних нагрузок. Мерой прочности материала является предел прочности Rсж(раст), Па, кг/см2- наибольшее напряжение, соответствующее нарастающей нагрузке Р, при которой образец материала разрушается.
Предел прочности при сжатии или растяжении рассчитывают по формуле:
(14) | |||
где | Рразр - разрушающая нагрузка, кг; | ||
F - площадь первоначального сечения образца в плоскости, перпендикулярной действию нагрузки, см2. | |||
Предел прочности при изгибе Rизг, образца прямоугольного сечения и при одной сосредоточенной нагрузке в середине пролета определяют по выражению:
(15) | |||
где | Р - разрушающая нагрузка, Н; | ||
l - расстояние между опорами, м; | |||
b -ширина поперечного сечения образца, м. | |||
h- высота поперечного сечения образца, м. | |||
Предел прочности при изгибе Rизг образца прямоугольного сечения и при двух равных нагрузках, расположенных симметрично оси балки определяют по выражению:
(16) | ||||
где | а – расстояние между грузами, м. | |||
Рис. 1. Схемы испытания строительных материалов на изгиб сосредоточенными грузами: а - одним; б - двумя. | ||||
Различные конструкции и сооружения рассчитывают не по пределу прочности, а по допускаемому напряжению:
(17) | |||
где | z - коэффициент запаса прочности, величина которого более единицы; | ||
При многократной переменной нагрузке наступает так называемая усталость материалов, и они могут разрушаться при напряжении, равном половине предела прочности.
Два важных свойства строительных материалов — объемный вес и прочность — требуют введения еще одного коэффициента — конструктивного качества (К. К. К.). Он характеризуется отношением прочности R материала к его объемному весу γ0:
(18) |
Твердость — это способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого материала.
Твердость однородных каменных материалов определяют по специальной шкале, составленной для 10 минералов (табл. 2).
Т а б л и ц а 2 - Шкала твердости Мооса
Показатель твердости | Минералы | Характеристика твердости |
1 | Тальк, мел | Легко чертится ногтем |
2 | Гипс | Чертится ногтем |
3 | Кальцит | Легко чертится стальным ножом |
4 | Плавиковый шпат | Чертится стальным ножом под небольшим нажимом |
5 | Апатит | Чертится стальным ножом под сильным нажимом, стекло не чертит |
6 | Ортоклаз (полевой шпат) | Слегка царапает стекло |
7 | Кварц | Легко царапает стекло |
8 | Топаз | Стальной нож черты не оставляет. Применяются в качестве абразивных (истирающих) материалов |
9 | Корунд | |
10 | Алмаз |
Морозостойкостью называют свойство насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного снижения прочности.
По числу выдерживаемых циклов попеременного замораживания и оттаивания (степени морозостойкости) материалы подразделяют на марки Мрз 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200 и более.
Если образцы после замораживания не имеют следов разрушения, то степень морозостойкости устанавливают определением коэффициента морозостойкости по формуле:
(19) | |||
где | RМрз — предел прочности при сжатии материала после испытания на морозостойкость в кгс/см2; | ||
Rнас — предел прочности при сжатии насыщенного водой материала в кгс/см2. | |||
Для морозостойких материалов величина КМрз должна быть не менее 0,75. Плотные материалы, не имеющие пор, или материалы с незначительной открытой пористостью, водопоглощение которых не превышает 0,5%, обладают высокой морозостойкостью. Материал признают морозостойким, если после заданною числа циклов замораживания и оттаивания потеря и весе образцов в результате выкрашивания и расслаивания не превышает 5% и прочность снижается не более чем на 25%.
Теплопроводностью называют свойство материала передавать через толщу тепло при наличии разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Показателем теплопроводности материала служит коэффициент теплопроводности λ, ккал/м ч град.
Если представить себе однородную плоскую стену из данного материала толщиной δ, м и площадью F, м2, температура внутренней поверхности которой t1, анаружной поверхности t2, причем t1 > t2, то через стену будет проходить постоянный поток тепла.
Количество тепла Q, ккал,проходящего через стену за z ч,прямо пропорционально разности температур на поверхностях стены, площади стены, времени и обратно пропорционально толщине стены:
(20) |
Отсюда определяем коэффициент теплопроводности:
или | (21) |
Теплопроводность материалов учитывается при теплотехнических расчетах толщины стен и перекрытий отапливаемых зданий, а также при определении требуемой толщины тепловой изоляции горячих поверхностей и холодильников. Она связана с термическим сопротивлением слоя материала R (м2°С/Вт), которое определяется по формуле:
(22) | |||
где | δ — толщина слоя, м; | ||
λ— теплопроводность слоя материала, Вт/(м*°С). | |||
Т а б л и ц а 3 Теплопроводность некоторых строительных материалов
Наименование материала | Теплопроводность λ, Вт/(м°С) |
Сталь | 58 |
Гранит | 2,9...3,3 |
Бетон тяжелый | 1,28...1,55 |
Кирпич керамический сплошной | 0,81...0,87 |
Вода (для сравнения) | 0,59 |
Известняк | 0,52...0,98 |
Бетон легкий | 0,35...0,8 |
Пенобетон | 0,12...0,15 |
Фибролит | 0,09...0,17 |
Минеральная вата | 0,06...0,09 |
Древесноволокнистые плиты | 0,08 |
Мипора | 0,04...0,05 |
Теплоемкость - свойство материала поглощать при нагревании определенное, количество тепла.
Для нагревания материала весом m кгот температуры t2 до t1 необходимо затратить количество тепла Q, ккал, прямо пропорциональное весу и разности температур:
| (23) | ||
где | с — коэффициент теплоемкости (или удельная теплоемкость), ккал/кг град. | ||
Коэффициент теплоемкости с представляет собой количество тепла в килокалориях, необходимое для нагревания 1 кгданного материала на 1°С.
(24) |
Газо-, паро-, воздухопроницаемость — способность материала пропускать через свою толщу газ, пар или воздух при наличии разности давлений. Проницаемость характеризуют коэффициентом проницаемости (кг/(м*с/Па). Коэффициент газо-, паро- и воздухопроницаемости ε — это количество Vа газа, водяного пара или воздуха, проникающего в течение 1 ч t через образец площадью А в 1 м2, при толщине δ его 1 м, при разности давлений Δ p с одной и другой стороны образца в 133,3 Па,
| (25) | ||
где | δа — плотность газа, пара, воздуха, кг/м3. | ||
Истираемость И, г/см2 – способность материала уменьшаться в весе и объеме под действем истирающих усилий.
(26) | |||||
где | m5 –вес образца до истирания, г | ||||
m6 – вес образца после истирания, г | |||||
F- площадь истирания, см2
Мы поможем в написании ваших работ! |