Расчет состава шлакобетона для производства крупных блоков
Химическая добавка Pozzolith 555 представляет собой водный раствор синтетических полимеров, который ускоряет схватывание и повышает раннюю прочность бетона. Pozzolith 555 особенно эффективен при бетонировании в холодных погодных условиях. Тесты показали, что бетон, изготовленный с использованием Pozzolith 555, обладает практически одинаковым временем затвердевания с бетоном, изготовленным… Читать ещё >
Расчет состава шлакобетона для производства крупных блоков (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Из шлакобетона возводят монолитные и блочные наружные и внутренние стены. Шлакобетон является дешевым и хорошим конструкционным материалом для строительства малоэтажных зданий. Вяжущим для шлакобетона могут служить цемент, известь, гипс, глина и др.
В качестве заполнителей при изготовлении легких бетонов используют шлак, керамзит, кирпичный бой, опилки камыш и другие местные материалы. Наиболее распространен шлакобетон на основе топливного или металлургического шлака. Для увеличения прочности в него добавляют 10—20% песка (от объема шлака).
Шлаки должны быть чистыми и не содержать посторонних примесей: земли, глины, золы, несгоревшего угля и мусора. Чтобы уменьшить содержание необожженных глиняных частиц и вредных солей, свежий шлак выдерживают в течение года в отвалах на открытом воздухе, обеспечивая при его складировании свободный отвод дождевых и паводковых вод.
Серьезные исследования по применению легких бетонов в нашей стране начались в 20-х годах прошлого ХХ столетия. Первоначально работы велись в Закавказье, где в изобилии встречаются легкие пористые горные породы (пемза, вулканический туф, шлаки и др.). Основное назначение такого бетона — строительство стен с повышенными теплозащитными свойствами. У истоков этих работ стояли инженеры Р. М. Михайлов и Н. А. Попов. Экспериментальное строительство в Баку, Махачкале, Ереване показало перспективность легких бетонов для кладки стен жилых и общественных зданий.
Следующим этапом развития технологии легких бетонов стал поиск и разработка технологии получения искусственных пористых заполнителей, так как месторождения природных пористых заполнителей встречаются довольно редко. Основные исследовательские работы по легким бетонам проводились в Москве в ЦНИИПС под руководством профессора Н. А. Попова. В 30-е годы в основном и была создана теория легких бетонов.
Реальными видами легких пористых исполнителей в ту пору стали отходы энергетики (топливные шлаки). Топливные шлаки и шлакобетон на их основе пользовались большой популярностью как в 30-е, так и в послевоенные годы. Топливный шлак — ноздреватые куски спекшихся минеральных примесей, находившихся в каменном угле, и некоторого количества несгоревшего топлива. Самыми распространенными изделиями из шлакобетона были шлакоблоки. Шлак в них использовался в роли универсального (мелкого и крупного) заполнителя. Из шлакоблоков возводились 2−3 этажные дома, некоторые из которых служат и в наши дни.
1. НОМЕНКЛАТУРА ПРОДУКЦИИ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
1.1 НОМЕНКЛАТУРА ПРОДУКЦИИ
Шлакобетон (бетон на золошлаковых смесях тепловых электростанций — ТЭС или на топливном шлаке, гранулированном доменном или электротермофосфорном шлаке). 1]
Рисунок 1- Эскиз крупного блока.
Координационные размеры блоков из шлакобетона в соответствии с ГОСТ 19 010–82 «Блоки стеновые бетонные» приведены в таблице 1.
Таблица 1 — Координационные размеры блоков
Тип блока по виду стены | Тип блока по назначению в стене | Координационные размеры, мм | |||
Длина, L | Высота, H | Толщина, B | |||
Наружный | Простеночный | 400, 600, 900, 1000, 1200, 1300, 1500, 1800, 2100 | 300, 1000, 1600, 2200, 2500, 2700 | 200−600 | |
Подоконный | 900, 1200, 1500, 1800, 2100 | 600, 800, 900, 1500 | 200−600 | ||
Перемычечный | 2100, 2400, 2700, 3000, 3300 | 600, 800 | 200−600 | ||
Внутренний | Простеночный | 400, 600−2700 | 300−600 | 160, 200, 250, 300 | |
Перемычечный | 900−3300 | 300−600 | 160, 200, 250, 300 | ||
1.2 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Для формования стеновых камней из легкобетонных смесей служат автоматизированные станки, в которых предусмотрено применение комбинированных способов уплотнения: вибротрамбование или вибропрессование.
Легкобетонные камни формуют на высокопроизводительных станках-автоматах СМТ-083.
В комплекте со станком выпускают металлические поддоны и стенные обкладки для внутренних стенок форм. На станке можно формовать блоки из бетонной смеси с различными пористыми заполнителями: аглопоритом, керамзитом, шлаковой пемзой, гранулированным шлаком и отходами от дробления известняка.
Бетонная смесь питателем подается из бункера станка в форму, размеры которой рассчитаны на одновременное изготовление четырех блоков. После заполнения формы питатель возвращается в исходное положение. Уплотнение в форме происходит при одновременном воздействии вибрации и пригруза. По окончании уплотнения пригрузочное устройство остается с пуансонами на месте, а форма поднимается. Затем автоматически поднимаются пригрузочное устройство и механизм, подающий свободные поддоны. Этот же механизм перемещает поддоны с изделиями на пост съема или на приемную каретку подавателя автоматической линии.
Тепловая обработка блоков ведется в пропарочных камерах или в автоклавах. Транспортируют блоки на этажерках, которые перемещаются электроили автопогрузчиками.
Таблица 2 — Технологические характеристики бетона
Назначение бетона | Марка бетона | Класс бетона по прочности на сжатие | Средняя прочность бетона для данного класса, кгс/см2 | Рекомендуемые марки цемента | ||
По средней плотности | По морозостойкости | |||||
Конструкционно-теплоизоляционные | D1000 D1100 D1200 D1300 D1600 | F25-F100 F25-F100 F35-F100 F35-F100 F75; F100 | В2,5 В3,5 В5 В7,5 В10 | 32,74 45,84 65,48 98,23 130,97 | ||
Конструкционные | D1500 D1700 D1700 D1900 D1900 | F100-F300 F150-F500 F150-F500 F200-F500 F200-F500 | В12,5 В15 В20 В25 В30 | 163,71 196,45 261,94 327,42 392,90 | ||
В курсовой работе рассчитывается состав бетона В5 с подвижностью бетонной смеси 1−4 см (П1). Марка бетона: по прочности на сжатие М75, по средней плотности D1200, по морозостойкости F100.
Среднюю прочность бетона Rср каждого класса определяют при нормативном коэффициенте вариации, равном V = 13,5% для конструкционно-теплоизоляционного и конструкционного бетонов и V = 16%. [1]
Поданная к месту укладки бетонная смесь должна иметь:
· требуемуюудобоукладываемость с отклонениями подвижности не более 30% и жесткости не более 20%;
· среднюю плотность в уплотненном состоянии, не превышающую требуемой более, чем на 5% (для легких бетонов) ;
· температуру в пределах 5−30°С, если принятой технологией не предусмотрена более высокая температура смесей
· требуемый объем вовлеченного воздуха с отклонениями не более ±10% от заданного (для смесей с воздухововлекающими добавками). 4]
2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Рациональный выбор исходных материалов является важным фактором обеспечения требуемых технических, технологических и экономических характеристик бетона.
Для расчета состава шлакобетона выбраны следующие характеристики материалов:
1. Цемент: ПЦ М400 Д20, си=2950 кг/м3.Цемент отличается повышенной прочностью на изгиб, высокой деформативной способностью, плотностью и морозостойкостью, малой усадкой, большой прочностью на удар, малой истираемостью.
Нормальная густота цементного теста — консистенция раствора вяжущего, при которой получается тесто заданной подвижности. НГЦТ — 26, 05%, расплыв конуса 110 мм, активность при пропаривании 28 МПа, прочность на сжатие в возрасте 28 суток 46 МПа, прочность при изгибе в возрасте 28 суток 5,5 МПа.
Таблица 2 — Химический состав цемента
Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | щелочи в пересчете на Na2O | ||
% | 5,25 — 6,03 | 3,9 — 4,5 | 60,5 — 63,23 | 1,6 — 2,6 | 1,4 — 2,2 | 0,2 — 0,3 | |
Таблица 3- Минералогический состав клинкера
C3S | C2S | C3A | C4AF | ||
% | 62,3 | 13,6 | 7,3 | 10,0 | |
2. Заполнители: золошлаковые смеси, образующиеся на тепловых электростанциях при совместном гидроудалении золы и шлака в процессе сжигания углей в пылевидном состоянии и применяемые в качестве компонента для изготовления строительных растворов, а также тяжелых, легких и ячеистых бетонов для сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкций и изделий.
Золошлаковые смеси состоят из зольной составляющей (частицы золы и шлака размером менее 0,315 мм) и шлаковой, включающей:
шлаковый песок — зерна размером от 0,315 до 5 (3) мм;
шлаковый щебень — зерна размером свыше 5 (3) мм.
Таблица4 — Типы золошлаковых смесей
Наименование показателя | Значение показателя для различных типов смесей | |||
крупнозернистая | среднезернистая | мелкозернистая | ||
Максимальный размер зерен шлака шлаковой составляющей мм, не более | ||||
Содержание шлаковой составляющей, % по массе | 50−90 | 10−50 | 0−10 | |
Содержание шлакового щебня в шлаковой составляющей, % по массе | Более 20 | Менее 20 | ; | |
Насыпная плотность золошлаковой смеси должна быть не более 1200 кг/м3.
Содержание оксида кальция СаО в зольной составляющей золошлаковой смеси и в мелкозернистой смеси должно быть не более 10% по массе.
Содержание оксида магния MgO в зольной составляющей золошлаковой смеси и в мелкозернистой смеси должно быть не более 5% по массе.
Содержание сернистых и сернокислых соединений в пересчете на SO3 в зольной и шлаковой составляющих золошлаковой смеси должно быть не более 3% по массе, в том числе сульфидной серы — не более 1% по массе;
Содержание щелочных оксидов натрия и калия в пересчете на Na2O в зольной составляющей золошлаковой смеси и в мелкозернистой смеси должно быть не более 3% по массе.
При приготовлении легких бетонов следует применять крупнозернистую смесь с пористой шлаковой составляющей в качестве заполнителя при производстве шлакобетонов, в том число и стеновых камней. 2]
3. Добавки. В легких конструкционных бетонах можно применять добавки, рекомендуемые для тяжелых бетонов. При изготовлении изделий из конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов классов В3,5 — В7,5 обязательно применение воздухововлекающих добавок (MicroAir 114) с целью снижения на 50−150 кг/м3 средней плотности легкого бетона плотной структуры и на 5−19% его теплопроводности за счет уменьшения содержания мелкого заполнителя; улучшения удобоукладываемости, связности, однородности смеси при транспортировании и формовании; уменьшения расхода пористых водопотребных песков или зол ТЭЦ со снижением отпускной и эксплуатационной влажности бетона и повышением его долговечности. Кроме этого, можно применять пластификаторы (Суперпластификатор С-3 «FRAME C3»)для снижения на 10−20% водосодержания бетонной смеси и отпускной влажности бетона; гидрофобизирующие добавки (Гидрофобизатор Мастерсил 303 B) для уменьшения водопоглощения бетона в ограждающих конструкциях, эксплуатируемых в агрессивных средах; ускорители твердения (Pozzolith 555) для обеспечения требуемой распалубочной прочности при сокращенных режимах тепловой обработки.
Добавка MicroAir 114 — Воздухововлекающая добавка на основе синтетических смол.
· В отличие от обычной воздухововлекающей смолы представляет собой добавку в жидком виде, что исключает необходимость ее растворения перед применением.
· Обеспечивается возможность точного дозирования.
· Образует мелкие воздушные поры.
· Хорошо действует при применении жесткой воды.
· Не содержит в своем составе хлоридов.
· Плотность (при 20°C) с = 1010 кг/см3
Суперпластификатор С-3 «FRAME C3"[7]
· повышает однородность бетонной смеси;
· повышает подвижность бетонной смеси с П1 до П5;
· повышение удобоукладываемости бетонных смесей без снижения прочности и долговечностибетона;
· сокращение расхода цемента повышениеморозостойкости, водонепроницаемости.
· Плотность с= 1160 кг/м3.
Гидрофобизатор Мастерсил 303 B силановый на водной основе для бетонных поверхностей от воздействия погодных условий и хлоридов, однокомпонентный;
· наносится распылителем;
· улучшает эстетичность поверхности;
· обладает устойчивостью к кислотным осадкам и ультрафиолетовым лучам;
· не влияет на паропроницаемость;
· легко применяется;
· экологически чистый.
· Плотность, с = 1010кг/м3.
Pozzolith 555Ускоритель схватывания бетона.
Химическая добавка Pozzolith 555 представляет собой водный раствор синтетических полимеров, который ускоряет схватывание и повышает раннюю прочность бетона. Pozzolith 555 особенно эффективен при бетонировании в холодных погодных условиях. Тесты показали, что бетон, изготовленный с использованием Pozzolith 555, обладает практически одинаковым временем затвердевания с бетоном, изготовленным с использованием 2% хлорида кальция.
· Значительно увеличивается скорость работ по бетонированию;
· Увеличивается оборачиваемость опалубочных форм;
· Обеспечиваются более быстрые сроки введения конструкций в эксплуатацию;
· Не содержит в своем составе хлоридов, поэтому не вызывает коррозию железной арматуры.
· Плотность (при 20°C) с = 1376 кг/м3.
3. РАСЧЕТ СОСТАВА БЕТОНА
Расчет базового состава бетона
1. Рассчитать состав В5 с подвижностью бетонной смеси 1−4 см (П1).
Марка бетона: по прочности на сжатие М75,
по средней плотности D1200,
по морозостойкости F100.
Цемент М400, с = 2950 кг/м3.
Характеристика заполнителя: золошлаковая смесь, Dнаиб = 40 мм, с = 1200 кг/м3.
Марка заполнителя 600, марка заполнителя по прочности П35.
1.1 Цементно-водное отношение рассчитываем по формуле (1):
где V — коэффициент вариации (16%)
Rб — плотность бетона через 28 суток, МПа Назначаем ориентировочный расход цемента. Расход цемента составляет 230 кг/м3, средняя плотность бетона в сухом состоянии с = 1000 кг/м3. [8]
Назначаем ориентировочный расход воды в соответствии с заданным показателем подвижности бетонной смеси. Расход воды принимаем 190 л/м3. [9]
Рассчитываем ориентировочный расход заполнителей, исходя из заданной средней насыпной плотности бетона в сухом состоянии, по формуле (3):
где З — суммарный расход песка и крупного заполнителя на 1 м3бетона, кг;
с0 — заданная плотность сухого бетона кг/м3;
1,15Ц — масса цементного камня в бетоне с учетом химически связанной гидратной воды, кг.
.
Проверка правильности расчета состава бетона производят по формуле (4):
Расчет щебня и песка в составе золошлаковой смеси производится по формулам (5) и (6):
где П — расход песка на 1 м3 бетона, кг;
снп, снк — насыпная плотность соответственно песка и щебня, кг/м3;
r — доля песка по объему в смеси заполнителя, r = 0,4
4. РАСЧЕТ СОСТАВА БЕТОНА С ДОБАВКАМИ Расход воды определяют по формуле (7):
Где В1 — расход воды на 1 м3 бетонной смеси с добавкой, л;
к — коэффициент эффективности введения добавки;
В — расход воды на 1 м3 бетонной смеси без добавки.
Расход цемента на 1 м3 бетонной смеси рассчитывают по формуле (8):
РАСЧЕТ СОСТАВА БЕТОНА С ДОБАВКОЙ:
· MicroAir 114 (снижение водопотребности на 5%).
Расчет заполнителей производится по формуле (4):
· С-3 «FRAME C3» (снижение водопотребности на 10%).
· Мастерсил 303B (снижение водопотребности на 8%).
· Pozzolith 555 (снижение водопотребности на 3%).
бетонный смесь шлакобетон Таблица 5- Расходы материалов на 1 м3 бетона
№ состава | Вид добавки | Кол-во добавки, % массы цемента | Расход материалов на 1 м³ бетона | Добавка [4] | |||
Ц | В | З | |||||
; | ; | 735,5 | ; | ||||
MicroAir 114 | 0,35 | 131,76 | 180,5 | 848,47 | 0,46 | ||
С-3 «FRAME C3» | 0,6 | 127,83 | 856,44 | 0,76 | |||
Мастерсил 303B | 0,3 | 127,6 | 174,8 | 853,25 | 0,38 | ||
Pozzolith 555 | 1,1 | 129,01 | 184,3 | 851,6 | 1,41 | ||
5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТАВОВ БЕТОНА Технико-экономическая оценка составов бетона производится по формулам (9) и (10):
где Сб — изменяющаяся часть себестоимости 1 м3 бетона, руб/м3;
Сц, Сщ, Св, Сп и Сд — стоимость единицы продукции соответственно цемента, песка, щебня, воды и добавки, руб.;
Ц, П, Щ, В и Д — расходы цемента, песка, щебня, воды и добавки на 1 м3 бетона;
Суд — удельные затраты на создание линии по приготовлению добавки, руб (принимается в размере одного процента от стоимости 1 м3 бетона).
где Эв — энергозатраты на 1 м3 бетона, кгуслов. топл/м3;
Эщ, Эп, Эц, Эв — энергозатраты на производство единицы продукции соответственно цемента, песка, щебня, воды, кг услов.топл.
Результаты расчетов представлены в таблице 6 и 7.
Таблица6-Расчет изменяющейся части себестоимости 1 м³ бетонных смесей различного состава и экономического эффекта от введения добавок
Материал | Стоимость единицы, руб | Смесь без добавки | Смесь с добавками | |||||||||
MicroAir 114 | С-3 «FRAME C3» | Мастерсил 330В | Pozzolith 555 | |||||||||
Снижение водопотребностина | ||||||||||||
5% | 10% | 8% | 3% | |||||||||
расход | затраты | расход | затраты | расход | затраты | расход | затраты | расход | затраты | |||
Цемент, т | 0,230 | 0,13 176 | 461,16 | 0,12 783 | 447,40 | 0,1276 | 446,6 | 0,12 901 | 451,53 | |||
Золошлаковаясмесь, т | 0,7355 | 514,85 | 0,84 847 | 593,92 | 0,85 644 | 599,51 | 0,85 325 | 597,27 | 0,8516 | 596,12 | ||
Вода, м3 | 0,190 | 4,75 | 0,1805 | 4,51 | 0,171 | 4,27 | 0,1748 | 4,37 | 0,1843 | 4,61 | ||
ДобавкаMicroAir 114, кг | 0,85 | ; | ; | 0,46 | 0,391 | ; | ; | ; | ; | ; | ; | |
Добавка С-3 «FRAME C3», кг | ; | ; | ; | ; | 0,76 | 36,48 | ; | ; | ; | ; | ||
Добавка Мастерсил 303 B, кг | 290,23 | ; | ; | ; | ; | ; | ; | 0,38 | 110,28 | ; | ; | |
Добавка Pozzolith 555, кг | ; | ; | ; | ; | ; | ; | ; | ; | 1,41 | 355,32 | ||
Уд.затраты на создание линии по приготовлению добавки, руб. | ; | ; | ; | ; | 10,59 | ; | 10,87 | ; | 11,58 | ; | 14,07 | |
Изменяющая часть себестоимости смеси, руб/м3 | ; | ; | 1324,6 | ; | 1070,57 | ; | 1098,53 | ; | 1170,1 | ; | 1421,65 | |
Экономический эффект, руб/м3 | ; | ; | ; | ; | 254,03 | ; | 226,07 | ; | 154,5 | ; | — 97,05 | |
Таблица 7- Расчет энергозатрат на производство материалов для 1 м³ бетонных смесей различного состава
Материал | Энергозатраты на произ-водство единицы материала, кг усл. топл | Смесь без добавки | Смесь с добавками | |||||||||
MicroAir 114 | С-3 «FRAME C3» | Мастерсил 330В | Pozzolith 555 | |||||||||
Снижение водопотребностина | ||||||||||||
5% | 10% | 8% | 3% | |||||||||
расход | затраты | расход | затраты | расход | затраты | расход | затраты | расход | затраты | |||
Цемент, т | 0,230 | 59,8 | 0,13 176 | 34,25 | 0,12 783 | 33,23 | 0,1276 | 33,17 | 0,12 901 | 33,54 | ||
Золошлаковая смесь, м3 | 0,7355 | 31,62 | 0,84 847 | 36,48 | 0,85 644 | 36,82 | 0,85 325 | 36,68 | 0,8516 | 36,61 | ||
Вода, м3 | 9,6 | 0,190 | 1,824 | 0,1805 | 1,73 | 0,171 | 1,64 | 0,1748 | 1,67 | 0,1843 | 1,76 | |
Итого энергозатрат на материалы | ; | 93,24 | ; | 72,46 | ; | 71,69 | ; | 71,52 | ; | 71,91 | ||
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате сравнения рассчитанных составов бетона наиболее оптимальным составом смеси по изменяющейся части себестоимости бетонных смесей и расходу условного топлива на производство материалов на 1 м³ бетона выбран состав бетона с добавкой MicroAir 114.
Технико-экономические расчеты проиллюстрированы на рисунке 2 и 3.
Экономический эффект составляет 254,03 руб/м3.
Рисунок 2 — Диаграмма изменяющейся части себестоимости смеси, руб/м3
Рисунок 3 — Диаграмма энергозатрат на материалы, кгусл топлива/м3
1. ГОСТ 25 820–83 (с изм. 1989) Бетоны легкие. Технические условия. -Введ. 1984;01−01.
— М.: Изд-во стандартов, 1989. -15с.
2. ГОСТ 24 211–91 Щебень и песок из шлаков тепловых электростанций для бетона. Технические условия. -Введ. 1987;01−01. -М.: Изд-во стандартов, 1987. -4с.
3. ГОСТ 25 820–83 (с изм. 1989) Бетоны легкие. Технические условия. -Введ. 1984;01−01.
— М.: Изд-во стандартов, 1989. -15с.
4. Пособие по применению химических добавок при производстве сборных железобетонных конструкций и изделий (к СНиП 3.09.01−85)/НИИЖБ М.: Стройиздат, 1989. -39 с.
5. Оглоблина Е. А. Расчет состава бетона различных видов. Методические указания к выполнению расчетно-графической работы по дисциплине «Технология бетона, строительных изделий и конструкций». Магнитогорск: МГТУ, 2002. — 30 с.
6. ГОСТ 19 010–82 Блоки стеновые бетонные и железобетонные для зданий. Технические условия. — Введ. 1982;29−01. -М.: Изд-во стандартов, 1982. — 8с.
7. Добавка С-3 «FRAME C3"ТУ ВУ 190 669 631.663−2009.
8. СНиП 5.01.23−83. Типовые нормы расхода цемента для приготовления бетонов сборных и монолитных бетонных, железобетонных изделий и конструкций / Госстрой СССР. — М.: Стройиздат, 1985.
9. Рекомендации по подбору составов легких бетонов (к ГОСТ 27 006–86)/ГОССТРОЙ СССР. -М.: Стройиздат, 1990.