Расчет состава тяжелого бетона. Проектирование состава дорожного асфальтобетона

 

Курсовая работа на тему

«Расчет состава тяжелого бетона. Проектирование состава дорожного асфальтобетона»

ВВЕДЕНИЕ

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.

I. Проектирование состава тяжелого цементобетона

1. Общие положения

Бетоном называют искусственный каменный материал, получаемый в результате твердеения рационально подобранной, тщательно перемешенной и уплотненной смеси, состоящей из заполнителей, минерального вяжущего, воды и в необходимых случаях специальных добавок.

В строительстве автомобильных дорог наибольшее применение имеет тяжелый цементный бетон плотностью 2100 - 2500 кг/м3 на заполнителях из плотных горных пород и некоторых промотходов. В качестве мелких заполнителей используют различные пески и отсев камнедробления. Качество бетона в большей степени зависит от используемых материалов, поэтому их правильный выбор имеет важное экономическое значение в технологии.

Подбор состава обычного тяжелого бетона нормального твердения производится расчетно-экспериментальным методом абсолютных объемов.

Подбор состава бетона включает в себя:

1.Назначение требований, к бетону исходя из вида и особенностей изготовления и последующей эксплуатации изделия;

2.Выбор материалов для бетона и определение их свойств;

.Расчет номинального состава бетона;

.Приготовление и испытание бетонной смеси на пробных замесах;

.Формование и испытание бетонных образцов из пробных замесов;

.Обработку результатов и уточнение номинального состава;

.Переход от номинального состава к рабочему с учетом колебаний свойств заменителей;

.Передачу в производство рабочих дозировок с учетом объема замеса.

В итоге подбора состава должны быть выполнены два основных условия: бетон должен иметь заданную прочность, а бетонная смесь - заданную удобоукладываемость.

Прочность бетона характеризуется классами, которые определяются величиной гарантированной прочности на сжатие с обеспеченностью 0,95. На производстве контролируют марку или среднюю прочность бетона.

Между классом и средней прочностью имеется рассматриваемая ниже зависимость.

Бетон подразделяется на классы: В1; В1,5; В2; В2,5; В3; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В40; В50; В55; В60. На марки бетон делится следующим образом: М50; М75; М100; М150; М200; М250; М300; М350; М400; М450; М500; М600 и выше через 100.

Прочность определяется пределом прочности при сжатии стандартных бетонных образцов-кубов размером см, испытанных через 28 сут. твердения в нормальных условиях (температура 16-20оС, относительная влажность окружающего воздуха 90…100%).

При использовании кубов с другими размерами вводят масштабный переходной коэффициент, на который умножается полученная прочность.

Таблица 1

Размер ребра куба, см710152030Пересчетный коэффициент0,850,951,001,051,1

Удобоукладываемость (формуемость) - способность бетонной смеси растекаться и принимать заданную форму, сохраняя монолитность и однородность, является главным свойством бетонной смеси. Удобоукладываемость в производственных условиях оценивают через подвижность двумя способами: по осадке конуса для пластичных и по времени растекания на техническом вискозиметре для жестких смесей.

Кроме того смеси имеют такие свойства как уплотняемость, расслаиваемость, однородность, воздухововлечение, вязкость и другие.

2. Исходные данные

.1 Задание на подбор состава бетона

Таблица 2

Назначение материалаКласс бетона, МПаКоэффициент вариации, %Удобоукладываемость ОК, смЦементПесок речнойЩебень дробленыйОбъем Б/см, лRц , МПа?ц , г/см3?цн, г/см3?п , г/см3?пн, г/см3MкрW, %?щ , г/см3?щн, г/см3НКЗ, ммW, %одно слойн. дор. покрытия37101503,11,32,41,52,52,03,21,7401,01200

2.2 Средняя (расчетная) прочность бетона

Прочность бетона характеризуется классами. Между классом бетона В и его средней кубиковой прочностью RБ принимаемой за расчетную, имеется зависимость:

(1)

где t - коэффициент, характеризующий принятую обеспеченность класса бетона.

При обеспеченности 0,95, t=1,645;

с - коэффициент вариации прочности бетона, %.

По формуле (1) определяем класс бетона:

МПа

По графику В.П.Сизова (рис.1), определяют расчетную прочность бетона (марку). Принимам марку бетона - М200.

2.3 Качество бетонной смеси

Таблица 3

Маркировка бетонной смеси в зависимости от удобоукладываемости

Наименование бетонной смесиМаркаПоказатель удобоукладываемостиЖ, секОК, смОсобо жесткая Повышенная жесткость Жесткая Умеренно жесткаяЖ 4 Ж 3 Ж 2 Ж 1> 31 21-30 11-20 5-10- - - -Малоподвижная Подвижная Пластичная Литая Очень литаяП 1 П 2 П 3 П 4 П 51-4 - - - -< 4 5-9 10-15 16-20 21-25

Для данной бетонной смеси с ОК 2-3 см, марка П1 - Малоподвижная смесь.

Рис. 1. Переход от класса к средней (расчетной) прочности бетона (номограмма В.П. Сизова)

2.4 Характеристика цемента

Таблица 4

Рациональные марки цементов для бетонов различных марок

Марка бетонаМарка цементаМарка бетонаМарка цементаМ150М300М400М500…М600М200М300…М400М450М500…М600М250М300…М400М500М500…М600М300М400…М500М600 и вышеМ600…М700М350М400…М500

Марке бетона М200 соответствует марка цемента М300-400. Для экономного расходования цемента необходимо, чтобы его марка превышала заданную прочность бетона. Портландцемент активностью 500 кг/см2, плотностью 3,1 г/см3 и насыпной плотностью 1,4 г/см3.

Рекомендуется применять добавки поверхностно-активных веществ (ПАВ), позволяющих улучшить структуру и свойства затвердевшего бетона, его коррозионную стойкость и морозостойкость, а также экономить цемент.

2.5 Характеристика заполнителей и воды

В качестве крупного заполнителя в тяжелом бетоне обычно используют щебеночные и гравийные материалы естественного происхождения из плотных горных пород. Для бетона до класса В25 рекомендуется рядовой заполнитель - гравий, щебень. Щебень с наибольшей крупностью зерен 40 мм, влажностью 3%, плотностью 2,7 г/см3 и насыпной плотностью 1,8 г/см3.

Основным мелким заполнителем для бетона является природный речной песок с модулем крупности Мкр 2, влажностью 4 %, плотностью 2,6 г/см3 и насыпной плотностью 1,5 г/см3.

Для приготовления бетонной смеси и поливки бетона в процессе твердения допускается применять воду из хозяйственного водопровода, имеющую водородный показатель рН не менее 4 и содержащую минеральные соли не более 5%.

Твердение происходит в естественных условиях.

3. Расчетно-экспериментальный метод определения номинального состава тяжелого бетона

В основу метода положены три функциональные закономерности и два способа определения расчетных характеристик, основанные на экспериментальных данных:

- принцип абсолютных объемов; 2 - принцип фаз; 3 - закон прочности бетона; 4 - способ определения водопотребности бетонной смеси; 5 - способ определения коэффициента раздвижки зерен.

. Принцип абсолютных объемов - сумма абсолютных объемов всех компонентов рационально подобранной, хорошо перемешанной, свежеуложенной и тщательно уплотненной бетонной смеси примерно равна единице, т.е. в момент завершения уплотнения бетонная смесь считается не содержащей воздушных пор:

(2)

где ц, п, в, щ - истинные плотности цемента, песка, воды, щебня, кг/л.

Некоторое вовлечение воздуха в смесь все же происходит, чем обусловлены колебания фактической плотности бетонной смеси и точность метода ±2 %. За единицу принят 1 м3=1000 л.

. Принцип фаз - каркасом бетона является крупный заполнитель, пространство между зернами которого заполняет цементно-песчаный раствор, несколько раздвигающий зерна

(3)

где нщ - насыпная плотность щебня, кг/л;

Пмз - межзерновая пустотность щебня, доли ед;

. Закон прочности бетона - прочность бетона зависит от трех основных факторов: агрессивности цемента Rц, цементно-водного (водоцементного) отношения и качества заполнителей А и А1, связанных линейной зависимостью:

, при ?0,4(4)

, при <0,4(5)

. Способ определения водопотребности бетонной смеси. На основании результатов многочисленных испытаний установлена экспериментальная зависимость водопотребности бетонной смеси от заданной подвижности (жесткости), от вида наибольшей крупности заполнителя (рис.2 и табл.5).

Таблица 5. Определение водопотребности бетонной смеси

ОК, смЖ, секРасход воды, л/м3, при крупности гравия и щебня, ммГравийЩебень1020408010204080-40…50150135125120160150135130-25…35160145130125170160145140-15…20165150135130175165150145-10…151751601451401851751601552…4-1901751601552001901751705…7-2001851701652102001851808…10-20519017517021520519018510…12-21520519018022521520019012…16-22021019718523022020719516…20-227218203192237228213202

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

Таблица 6/ Определение коэффициента раздвижки зерен

Расход цемента, кг/м3? при В/Ц0,30,40,50,60,70,8250---1,261,321,38300--1,31,361,42-350-1,321,381,44--4001,311,41,46---5001,441,521,56---6001,521,56----

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

Осадку конуса определяют, укладывая линейку ребром наверх металлического конуса и измеряя расстояние от нижней грани линейки до верха бетонной смеси с погрешностью до 0.5 см. Осадку конуса бетонной смеси определяют дважды и вычисляют с округлением до 1 см. как среднеарифметическое двух округлений ОК из одной пробы. Если после снятия конуса бетонная смесь разваливается, то испытание повторяют на новой пробе.

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, %.

Лабораторный составПроизводственный состав=1538,4кг=1553,8кг=586,2кг=597,9кг=167кг=139,8кг=334кг=334кгВ/Ц=0,5В/Ц=0,5?=2625,6кг?=2625,5кг7. 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.

Состав асфальтобетона проектируют в четыре этапа:

1)Определение свойств и качества исходных минеральных компонентов и битума, оценка их пригодности для асфальтобетона заданного вида, типа и марки;

2)Определение состава минеральной части асфальтобетона заданного вида, типа и марки из имеющихся минеральных компонентов;

)Определение оптимального содержания битума;

)Уточнение состава асфальтобетона по данным детального изучения его физико-механических свойств.

Исходными компонентами асфальтобетона являются: щебень или гравий, песок, минеральный порошок и битум.

Щебень и гравий

Для асфальтобетонных смесей применяют щебень, полученный дроблением массивных горных пород, валунного камня, крупного гравия и нераспадающихся металлургических шлаков. Содержание зерен лещадной формы в щебне и гравии для смесей типа Б должно быть не более 25% по массе.

Для определения марок щебня (гравия) по дробимости и износу производят их испытание на дробимость в стальном цилиндре и на износ в полочном барабане.

Для проектирования состава асфальтобетона необходимо знать следующие характеристики щебня (гравия):

-Зерновой состав, определяемый ситовым методом;

-Среднюю плотность зерен, определяемую методом гидростатического взвешивания.

Песок

Для асфальтобетонных смесей используют природные пески и отсевы дробления. Для проектирования состава асфальтобетона необходимо знать следующие характеристики песка:

-Зерновой состав, определяемый ситовым методом;

-Среднюю плотность зерен, определяемую объемометром или пикнометрическим методом.

Минеральный порошок

Минеральный порошок для асфальтобетонных смесей получают тонким измельчением карбонатных пород (известняков, мраморов, доломитов и др.), основных пород (серпентинитов, сиенитов и др.), а также основных металлургических шлаков.

Для повышения качества минерального порошка и асфальтобетона производят активацию порошков путем их размола совместно с активирующей добавкой.

В роли активирующей добавки используют смеси битума с поверхностно-активными веществами (ПАВ), а также каменноугольные смолы и дегти.

Определяют следующие показатели свойств минеральных порошков:

-Зерновой состав - рассевом на ситах с отверстиями 1,25; 0,63; 0,315; 0,16; 0,071 мм ;

-Истинную плотность зерен порошка - пикнометрическим методом в воде или керосине (для отходов цементной промышленности);

Насыпную плотность порошка в уплотненном состоянии - путем уплотнения порошка давлением 40 МПа в специальной пресс-форме;

Пустотность порошка в уплотненном состоянии Пмп (% объема) вычисляют по результатам определения его истинной плотности и насыпной плотности в уплотненном состоянии по формуле:

(16)

Битум

Для приготовления асфальтобетонных смесей применяют нефтяные дорожные вязкие и жидкие битумы.

Марку вязкого битума, а также класс и марку жидкого битума выбирают в зависимости от вида асфальтобетона, климатических условий района строительства и категории дороги.

Для приготовления смесей, используемых на федеральных дорогах, применяют полимерно-битумные вяжущие и модифицированные битумы по технической документации, согласованной в установленном порядке.

2. Исходные данные

Таблица 8

МатериалЧастные остатки в % на ситах20151052,51,250,630,3150,160,071<0,071Щебень2,310,035,043,09,7------Песок----13,537,719,211,615,82,2-Минеральный порошок--------3,221,075,8Пределы полных проходов по ГОСТ 9128-97Рекомендуемая смесь. Тип-Б90- 10080 10070 10050 6038 4828 3720 2814 2210 166 12

3. Перевод исходных данных из частных остатков в полные проходы

Щебень. Таблица 9

ОстаткиРазмер отверстий20151052,5Частные остатки2,310,035,043,09,7Полные остатки2,312,347,390,3100Полные проходы97,787,752,79,70

Песок Таблица 10

ОстаткиРазмер отверстий2,51,250,630,3150,160,071Частные остатки13,537,719,211,615,82,2Полные остатки13,551,270,48297,8100Полные проходы86,548,829,6182,20

Минеральный порошок Таблица 11

ОстаткиРазмер отверстий0,160,071Менее 0,071Частные остатки3,221,075,8Полные остатки3,224,2100Полные проходы96,875,80

4. Определение состава минеральной части асфальтобетона

Зерновой состав минеральной части асфальтобетонной смеси должен соответствовать требованиям ГОСТ 9128-97.

Подбор состава минеральной части начинают с установления нормативных пределов содержания фракций:

-Крупнее 5 мм (зерен щебня) для смеси типа Б :

40 ? Щ1 ? 50

-Мельче 0,071 мм (тонкоизмельченных зерен минерального порошка):

6 ? МП1 ? 12

Таблица 12. Варианты состава минеральной части

№ составаКомпоненты минеральной частиЩебеньПесокМинеральный порошок144,247,97,9244,243,911,9344,24015,8449,842,37,9549,838,311,9649,834,415,8755,436,77,9855,432,711,9955,428,815,8

Выбор оптимального варианта состава минеральной части осуществляется в следующем порядке:

1.Производится расчет каждого варианта минеральной части ( табл. 11 ). Для этого:)выражают зерновые составы компонентов в виде полных остатков на ситах;

b)умножают полные остатки каждого компонента на его содержание в смеси;)складывают полученные полные остатки всех компонентов на каждом сите;)вычисляют полные проходы через сита вычитанием из 100 % каждого суммарного полного остатка на данном сите ( табл. 9 );

2.Сопоставляют полученные зерновые остатки каждого варианта с требуемыми пределами содержания фракций и наносят графическое изображение кривых зернового состава на графики соответствующих предельных кривых ( рис. 4 );

3.Отбрасывают те варианты состава, которые не укладываются в область, ограниченную данными предельными кривыми;

.Для каждого из оставшихся вариантов состава минеральной части экспериментально определяют межзерновую пустотность смеси в насыпном состоянии;

.В качестве оптимального выбирается тот вариант состава минеральной части, который имеет наименьшую пустотность и, следовательно, удовлетворяет двум условиям: прохождение кривой зернового состава в заданной области и наибольшая плотность (наименьшая пустотность).

Таблица 13

№ варианта составаНаименование материала% содержаниеКол-во частиц, % мас, мельче, мм20151052,51,250,630,3150,160,071Требования ГОСТа 9128-9790 10080 10070 10050 6038 8028 3720 2814 2210 166 12Исходные материалыЩебень10097,787,752,79,7------Песок10010010010010086,548,829,6182,2-Мин. порошок10010010010010010010010010096,875,81Щебень44,243,1838,7623,294,28------Песок47,947,947,947,947,941,4323,3714,178,621,05-Мин. Порошок7,97,97,97,97,97,97,97,97,97,645,9810010091,2280,6460,051,4234,3823,8314,948,865,992Щебень44,243,1838,7623,294,28------Песок43,943,943,943,943,937,9721,4212,997,90,96-Мин. порошок11,911,911,911,911,911,911,911,911,911,519,0210010091,2280,6460,051,836,1626,4518,312,559,0073Щебень44,243,1838,7623,294,28------Песок404040404034,619,5211,847,20,88-Мин. порошок15,815,815,815,815,815,815,815,815,815,2911,9710010091,2280,6460,052,1837,9829,0721,6316,2211,994Щебень49,848,6543,6726,244,83------Песок42,342,342,342,342,336,5820,6412,527,610,93-Мин. порошок7,97,97,97,97,97,97,97,97,97,645,9810010090,1278,2154,9946,4531,362214,138,715,995Щебень49,848,6543,6726,244,83------Песок38,338,338,338,338,333,1218,6911,336,890,84-Мин. порошок11,911,911,911,911,911,911,911,911,911,519,0210010090,1278,2154,9946,8333,1324,6317,4912,49,0076Щебень49,848,6543,6726,244,83------Песок34,434,434,434,434,429,7516,7810,186,190,75-Мин. порошок15,815,815,815,815,815,815,815,815,815,2911,9710010090,1278,2154,9947,2134,8927,2520,8316,0711,997Щебень55,454,1248,5829,195,37------Песок36,736,736,736,736,731,7417,9010,866,60,8-Мин. порошок7,97,97,97,97,97,97,97,97,97,645,9810010089,175,7949,9944,4928,3420,1813,328,5665,998Щебень55,454,1248,5829,195,37------Песок32,732,732,732,732,728,2815,959,675,880,7-Мин. порошок11,911,911,911,911,911,911,911,911,911,519,0210010089,175,7949,9941,8730,1122,8116,6812,259,0079Щебень55,454,1248,5829,195,37------Песок28,828,828,828,828,824,9114,058,525,180,62-Мин. порошок15,815,815,815,815,815,815,815,815,815,2911,9710010089,175,7949,9942,2531,8725,4320,0215,9211,99

Из всех 9 составов выбираем состав №5 так как кривые на графике вписываются в требования ГОСТа.

5. Определение оптимального содержания битума в асфальтобетоне

Содержание битума в асфальтобетоне выражается в % от массы минеральной части, т.е. сверх 100 % минеральной части. Для определения оптимального содержания битума готовят пробную асфальтобетоне смесь выбранного зернового состава с заведомо пониженным содержанием битума в расчете на изготовление 3-х образцов;

Таблица 12. Расход минеральной части и битума для пробной смеси

Диаметр, высота образцов, ммРасход на три образцаМинеральной части, гБитума% массымасса, г50,57505,541,271,420004,590,0100,958003,5203,0

Из приготовленной смеси формуют 3 образца в соответствии с требованиями стандарта и гидростатическим взвешиванием определяют их фактическую среднюю плотность ?абmф, кг/м3;

Вычисляют насыпную плотность минеральной части в образцах ?мчн, кг/м3 по формуле:

(17)

где Б - содержание битума, % массы минеральной части.

Среднюю плотность минеральной части ?мчm, кг/м3 вычисляют по формуле:

(18)

где Щ, П, МП - содержание соответственно щебня, песка и минерального порошка, % массы минеральной части;

- средняя плотность зерен соответственно щебня и песка, кг/м3;

?мп - истинная плотность минерального порошка, кг/м3.

Межзерновую пустотность минеральной части в образцах Рмч, % объема, вычисляют по формуле:

(19)

Рассчитывают содержание битума Б, % массы, по формуле:

(20)

где ?б - истинная плотность битума, кг/м3.

Снова готовят асфальтобетонную смесь в расчете на формование 3-х образцов. Расход минеральной части принимают по табл. 12, битума - в соответствии с расчетом по формуле (20). Остальные действия повторяют. Кроме того, определяют:

-Расчетную среднюю плотность асфальтобетона по формуле:

(21)

-Фактическую остаточную пористость асфальтобетона, % объема, по формуле:

(22)

Если значение Рмч при первом расчетном содержании битума не изменилось, а значение Рмч и Пфо соответствуют требованиям технического задания и ГОСТ 91.28-97, то готовят такую же асфальтобетонную смесь в количестве, достаточном для 15 образцов, формуют образцы и проводят все контрольные испытания по полному перечню показателей свойств.

Если значение Рмч стало меньше, то делают расчет по формуле (20) при новом значении Рмч и повторяют вышеописанные действия.

Цель проектирования состава асфальтобетона считается достигнутой, если пустотность минеральной части и остаточная пористость находятся в требуемых пределах, а остальные показатели свойств асфальтобетона соответствуют требованиям ГОСТ 9128-97 Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия.

6. Физико-механические свойства асфальтобетона

К физическим свойствам асфальтобетона относятся:

-средняя плотность асфальтобетона, ?срАБ=2,35 г/см3;

-истинная плотность смеси, ?истАБ=2,39 г/см3;

набухание асфальтобетона, Н=0,5÷1,5%;

водонасыщение асфальтобетона, Wн=1,5÷4%;

пористость остова (минеральной части) асфальтобетона,

остаточная пористость асфальтобетона,

К механическим свойствам асфальтобетона относятся:

-предел прочности асфальтобетона при сжатии;

-коэффициент водостойкости асфальтобетона;

коэффициент водостойкости асфальтобетона при длительном водонасыщении.

Принимаем марку асфальтобетона I для типа Б. Дорожно-климатическая зона II.

7. Определение коэффициента уплотнения асфальтобетона

Коэффициент уплотнения асфальтобетона в покрытии Ку вычисляют как отношение средней плотности образцов из покрытия (кернов или вырубки) к средней плотности образцов, переформованных из тех же кернов или вырубок по формуле:

(23)

где - средняя плотность образцов из покрытия, г/см3;

- средняя плотность переформованных образцов, г/см3.

За коэффициент уплотнения принимают среднее арифметическое результатов определения коэффициента для тех образцов, расхождение между результатами параллельных определений которых не превышает 0,02.

Заключение

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.

замес бетон тяжелый битум

Список литературы

1.Гриневич Н.А. «Проектирование состава дорожного асфальтобетона», 2009

2.Гриневич Н.А. «Расчет состава тяжелого бетона», 2008

.Грушко, Королев и др. «Дорожно-строительные материалы», 2011

.Королев И.В., Финашин В.Н. «Дорожно-строительные материалы», 2010

.ГОСТ 91.28-97 «Смеси асфальтобетонные, дорожные, аэродромные и асфальтобетон»

Приложение

Физико-механические показатели плотного асфальтобетона I марки типа Б для II дорожно-климатической зоны

ПоказателиЗначенияМарка битумаБНД 90/130Рекомендуемое содержание битума в смеси, в % по массе5,0 - 6,5Предел прочности при сжатии при температуре 50о С, МПа, не менее1,2Предел прочности при сжатии при температуре 20о С, МПа, не менее2,5Предел прочности при сжатии при температуре 0о С, МПа, не более11,0Водостойкость, не менее0,9Водостойкость при длительном водонасыщении, не менее0,85

Курсовая работа на тему «Расчет состава тяжелого бетона. Проектирование состава дорожного асфальтобе

Больше работ по теме: