Рациональный выбор исходных материалов является важным фактором обеспечения требуемых технических, технологических и экономических характеристик бетона.
Для расчета состава шлакобетона выбраны следующие характеристики материалов:
. Цемент: ПЦ М400 Д20, ρи=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]
. 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) ρ = 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 ρ= 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, ρ = 1010кг/м3.555Ускоритель 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) ρ = 1376 кг/м3.
РАСЧЕТ СОСТАВА БЕТОНА
Расчет базового состава бетона
. 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, ρ = 2950 кг/м3.
Характеристика заполнителя:золошлаковая смесь, Dнаиб = 40 мм, ρ = 1200 кг/м3.
Марка заполнителя 600, марка заполнителя по прочности П35.
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 ρ = 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 1м3бетона, кг;
ρ0 - заданная плотность сухого бетона кг/м3;
,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;
ρнп,ρнк - 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 | 0,13176 | 461,16 | 0,12783 | 447,40 | 0,1276 | 446,6 | 0,12901 | 451,53 | ||
| Золошлаковаясмесь, т | 0,7355 | 514,85 | 0,84847 | 593,92 | 0,85644 | 599,51 | 0,85325 | 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 | 0,13176 | 34,25 | 0,12783 | 33,23 | 0,1276 | 33,17 | 0,12901 | 33,54 | |
| Золошлаковая смесь, м3 | 0,7355 | 31,62 | 0,84847 | 36,48 | 0,85644 | 36,82 | 0,85325 | 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
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. ГОСТ 25820-83 (с изм. 1989) Бетоны легкие. Технические условия. -Введ. 1984-01-01.
М.: Изд-во стандартов, 1989. -15с.
. ГОСТ 24211-91 Щебень и песок из шлаков тепловых электростанций для бетона. Технические условия. -Введ. 1987-01-01. -М.: Изд-во стандартов, 1987. -4с.
3. ГОСТ 25820-83 (с изм. 1989) Бетоны легкие. Технические условия. -Введ. 1984-01-01.
- М.: Изд-во стандартов, 1989. -15с.
. 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.
. ГОСТ 19010-82 Блоки стеновые бетонные и железобетонные для зданий. Технические условия. - Введ. 1982-29-01. -М.: Изд-во стандартов, 1982. - 8с.
. Добавка С-3 «FRAME C3»ТУ ВУ 190669631.663-2009.
. 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.
. Рекомендации по подбору составов легких бетонов(к ГОСТ 27006-86)/ГОССТРОЙ СССР. -М.: Стройиздат, 1990.