ПРИМЕРЫ И ЗАДАЧИ ПО СТРОИТЕЛЬНЫМ МАТЕРИАЛАМ

Бетон

А. Расчет состава бетона

60. Рассчитать номинальный (лабораторный) состав тяжелого бетона для массивных армированных конструк­ций. Требуется бетон М 300. Материалы: портландцемент М 400 с удельным весом уц=3,1 кг/л; песок средней круп­ности с водопотребностью 7% и удельным весом уп= = 2,63 кг/л; гранитный щебень с предельной крупностью 40 мм, удельным весом ущ=2,6 кг/л и объемным весом Уоб. щ=1,48 кг/л. Заполнители рядовые.

61. Рассчитать производственный (полевой) состав тяжелого бетона, лабораторный состав которого принять по предыдущей задаче. Влажность песка и щебня равны соответственно 2 и 1%.

62. Вычислить расход материалов на один замес бе­тономешалки с емкостью смесительного барабана V6 1200 л, если расход материалов на 1 м3 производствен­ного бетона следующий: Ц — 312 кг, В — 153л, П — 612 кг, Щ— 1296 кг. Объемные веса влажных песка и щебня соответственно принять 1,6 и 1,495 кг/л, объемный вес цемента 1,3 кг/л. По лабораторным данным наиболее плотная смесь крупного заполнителя состоит из 40% щебня крупностью 10—20 мм и 60% щебня крупностью 20—40 мм.

63. Используя результаты расчетов, полученные в задачах 98 и 99, выразить номинальный и производст­венный составы бетона весовыми и объемными соотно­шениями между цементом, песком и щебнем (1:Х:У). Объемный вес сухого песка принять у0б. п=1,63 кг/л.

64. Вычислить расход материалов на 1 м3 бетонной смеси с объемным весом уоб. б.см=2300 кг/м3 и во­доцементным отношением В/Ц = 0,42, если производ­ственный состав бетона выражен весовым соотношением I : X: У= 1:2:4 (цемент: песок : щебень).

65. Рассчитать состав высокопрочного бетона марки 500 для массивного сооружения с редко расположенной арматурой. Требуемая подвижность бетонной смеси 2— 3 см. Материалы: портландцемент М 500 с удельным ве­сом 3100 кг/м3; гранитный фракционированный щебень с наибольшей крупностью 40 мм, удельным и объемным

ев весом соответственно 2600 и 1560 кг/м3. Содержание фракций 10—20 мм — 40%, 20—40 мм — 60%. Крупный песок с удельным и объемным весом соответственно 2600 и 1620 кг/м3 и водопотребностью 7%. Дополнитель­ный помол цемента повысил его активность до 600 кГ/см2.

66. По условию задачи № 98 рассчитать состав бетона, в котором вместо обычного строительного пе­ска применен песок мелкий (модуль крупности 1,1) с водопотребностью 10% и удельным весом 2630 кг/м3.

67. Определить состав бетона для дорожного по­крытия С прочностью при изгибе #6.ИЗГ = 40 кГ/см2. Осадка конуса бетонной смеси 1—2 см. Материалы: портландцемент активностью #ц. Сж=440 кГ/см2 и удель­ным весом 3100 кг/м3; песок средней крупности с удель­ным и объемным весами соответственно 2650 и 1650 кг/м3; щебень гранитный с удельным и объемным весами 2650 и 1540 кг/м3.

68. Подобрать состав бетонной смеси для тонкостен­ной железобетонной плиты. Требуется подобрать бетон М 300, удобоукладываемостью цементно-песчаной смеси 30 сек. Материалы: портландцемент М 400, песок обыч­ный строительный с модулем крупности Мкр=1,5 и удельным весом уп=2,63. Условия твердения нормаль­ные.

69. Определить состав цементно-песчаного бетона для армоцементных конструкций с отпускной прочностью 310 кГ/см2 (60% марочной). Конструкция армирована семью стальными ткаными сетками № 10. Материал: цемент М 600 (по ГОСТ 10178—62) с удельным весом 3000 кг/м3; песок классифицированный с уп=2600 кг/м3. Формование изделий вибрированием с пригрузом; твер­дение в камерах пропаривания в течение 8 ч.

70. Определить состав цементно-песчаной смеси для армоцементной кровли толщиной 2 см, армированной 5-ю слоями сеток 10x10 мм через 4 мм. Требуемая марка бетона 400. Материалы: портландцемент М 500 (по ГОСТ 10178—62) с удельным весом 3100 кг/м3; песок крупный с водопотребностью 5%, удельным весом 2650 кг/м3 и наибольшей крупностью 5 мм. Уплотнение смеси предполагается вибрированием с частотой 3000 кол/мин, твердение в нормальных условиях.

Определить допустимую по условиям армирования наибольшую крупность песка.

71. Определить состав малощебеночного бетона М300 при жесткости бетонной смеси 15—25 сек и до­пустимом перерасходе цемента 20%. Цемент М-500, удельный ъес крупного песка 2,6; щебень гранитный с удельным весом 2,6 и предельной крупностью 40 мм.

72. Определить состав малощебеночного бетона, при­меняемого вместо мелкозернистого бетона М 400 с целью снижения деформативности на 10%. Требуемая подвиж­ность бетонной смеси 1—2 см. Цемент М 600, удельный вес песка 2,65, водопотребность 8%, щебень гранитный, удельный вес 2,65, предельная крупность 40 мм.

73. В бетон, имеющий состав по весу 1 : X : У= 1:2:4 при В/Ц = 0,45 и расходе цемента 300 кг/м3, введена добавка винсола 0,04% (от веса цемента), что снизило водоцементное отношение на 10% и объемный вес бетон­ной смеси на 5%.

Вычислить расход материалов для 1 м3 бетона, объ­емный вес этого бетона, увеличение пористости, вызван­ное добавкой винсола.

74. Рассчитать состав бетона, при пропаривании ко­торого в течение 8 ч достигается прочность, составляю­щая 70% бетона М 300. Жесткость бетонной смеси 60 сек. Характеристику материалов принять из условия зада­чи 98, только вместо мелкого принять песок средней круп­ности с удельным и объемным весами соответственно 2630 и 1650 кг/м3.

75. Бетон М 300 после пропаривания должен приоб­рести 70% марочной прочности. Рассчитать состав бетона и назначить режим его тепловой обработки, если тре­буемая жесткость бетонной смеси 50 сек, вяжущим яв­ляется шлакопортландцемент М 400, пропаривание про­изводится в металлических формах. Свойства песка и щебня принять по задаче 98.

76. Подобрать состав крупнопористого бетона мар­ки 50. Материалы: портландцемент М 400 (по ГОСТ 10178—62), щебень гранитный с объемным весом 1600 кг/м3.

77. Определить расход цемента и щебня на один за­мес крупнопористого бетона в бетономешалке емкостью 500 л, если состав бетона по весу 1 :п= 1 : 10,5 при рас­ходе цемента 147 кг/м3. Объемные веса цемента и щебня равны соответственно 1250 и 1520 кг/м3.

78. Вычислить коэффициент выхода крупнопористо­го бетона состава по объему 1 :п=1 : 10 с расходом це­мента 120 кг/м3. Объемный вес цемента 1210 кг/м3.

79. Подобрать состав плотного керамзитобетона М200 с предельным объемным весом уОб. к.б=1700 кг/м3 (в сухом состоянии). Требуемая подвижность бетонной смеси 30 мм. Материалы: портландцемент М 500; песок КВарцеВЫЙ Средней КруПНОСТИ С ОбъеМНЫМ веСОМ Уоб. п = = 1500 кг/м3-, керамзитовый гравий с наибольшей круп­ностью 20 мм и уОб. к.г=400 кг/м3.

80. Насколько сократится расход известково-шлако­вого цемента на 1 м3 бетона, если его пропаривание за­менить автоклавной обработкой. Прочность бетона в обо­их случаях должна быть 220 кГ/см2 при расходе воды 185 л/м3.

Б. Формование и уплотнение бетонной смеси

81. Бетонная смесь с объемным весом у0б. б.см= = 2420 кг/м3 и водоцементным отношением 0,5 имеет ве­совой состав 1 : X : У= 1 : 2 : 4. Объемные и удельные ве­са цемента, песка и гравия соответственно равны (кг/л)-. у0б. ц= 1.3; уц=ЗД; Уоб. п=1>56; уп=2,65; уоб. г~1і5;

Уг=2,6.

Вычислить коэффициент а раздвижки зерен гравия цементно-песчаным раствором (коэффициент избытка раствора).

82. На 1 м3 бетонной смеси израсходовано цемента 300 кг, песка 685 кг, щебня 1200 кг и воды 165 л. Удель­ные веса цемента, песка и щебня равны соответственно (кг/л): 3,1; 2,65; 2,61.

Вычислить коэффициент уплотнения смеси.

83. Определить оптимальную продолжительность вибрирования бетонной смеси с жесткостью 70 сек виб­ратором при частоте колебаний 2800 кол/мин и амплиту­де 0,35 мм.

84. Для 1 м3 бетона на рядовых заполнителях и портландцементе М 400 требуется: цемента 300, песка 600, щебня 1200 кг, воды 178 л. Опытом установлено, что введением 0,2% от веса цемента добавок сульфитно-спир­товой барды (ССБ) удается снизить расход воды на 16 л с сохранением требуемой подвижности бетонной смеси. Прн твердении бетона в химические реакции с цементом вступает лишь 10% вводимой в бетонную смесь воды.

Вычислить степень повышения плотности бетона при снижении расхода воды. Насколько повысится марочная прочность бетона в результате повышения водоцемент­ного отношения?

85. Железобетонная панель толщиной А = 0,25 м формуется на виброплощадке с амплитудой колебаний А=0,5 мм и частотой л = 3000 кол! мин. Определить вели­чину максимального уплотняющего давления Рмакс. воз­никающего в толще формуемой панели, если формование осуществляется с пригрузом q= 100 Г/см2. Объемный вес бетонной смеси принять уоб. б.см=2300 кг/м3.

86. Железобетонные ненапорные трубы с внутрен­ним диаметром dBH=1000 мм и толщиной стенки 65 мм изготовляются из тяжелого бетона объемным весом 2400 кг/м3. Формование труб осуществляется центрифу­гированием.

Вычислить необходимое наименьшее число оборо­тов формы, обеспечивающее распределение и уплотнение бетонной смеси.

В. Твердение бетона в нормальных условиях и ускорение твердения

87. Состав бетона № 1: цемента 320 кг, песка 650 кг, щебня 1300 кг и воды 200 л на 1 м3. Бетон № 2 имеет та­кой же состав, но воды на 40 л меньше, т. е. 160 л/м3.

Какое влияние окажет это снижение воды на порис­тость бетона в тот момент затвердения, когда 20% воды (от веса цемента) вступят в химическую реакцию с це­ментом, а остальная вода испарится?

88. Определить конечную относительную прочность бетона (в % от Rii), если твердение его проходило при переменной температуре: 1 сутки при 15°; 3 суток при 25° и 1 сутки при 40°. Рассмотреть три вида бетона одинако­вого состава, но на разных цементах: бетон № 1 — на портландцементе М 500, бетон № 2 — на шлакопорт­ландцементе М 300; бетон № 3 — на пуццолановом порт­ландцементе М 400.

89. Какова расчетная марка бетона на портландце­менте М 500, если после пропаривания на поддоне с ме­таллическим жестким окаймлением и с укрытием сверху металлическим листом бетон получил прочность 150 кГ/см2} Жесткость бетонной смеси 30 сек, водоце­ментное отношение в/ц=0,61.

Температура в цехе 206, температура в камере при укладке изделия 40°.

90. На каких цементах бетон после 8 ч пропарива­ния при 60° наберет большую прочность, если расчетная прочность бетона 200 кГ/см2, а бетонная смесь имеет во­доцементное отношение 0,5? Рассмотреть бетон на порт­ландцементе, шлакопортландцементе и пуццолановом портландцементе.

91. В бетонную смесь, изготовленную на рядовых заполнителях с расходом портландцемента М 400 350 кг/м3 и водоцементным отношением 0,5, введено 2% от веса цемента хлористого кальция. При этом прочность бетона через 3 суток твердения в нормальных услови­ях с добавкой оказалась выше прочности бетона без до­бавки в 2 раза, через 7 суток на 50%, через 28 суток на 11%.

Определить Арочность бетонов. Построить графики роста прочности бетонов во времени. Вычислить расход раствора хлористого кальция на 1 м3 бетона, если плот­ность раствора 1,25 г/см3, т. е. расход СаСЬ на 1 л рас­твора 3,488 г.

92. Определить водоцементное отношение бетона сборного элемента, при котором бетон из жесткой бетон­ной смеси на высококачественных заполнителях и на портландцементе М 600 через 3 суток твердения в нор­мальных условиях наберет прочность при сжатии R3 = = 150 кГ/см2.

Г. Твердение бетоне в зимних условиях

93. Бетон с расчетной маркой R28~300 кГ/см2 был уложен подогретым до t = 30°, а затем твердел в течение 10 суток, остывая до нуля.

Какую прочность наберет бетон за это время, если для его изготовления применен портландцемент М 400?

94. Бетонная смесь имеет следующий состав: цемен­та— 320, песка — 640, щебня — 1280 кг/м3 и воды— 160 л/м3. Для приготовления смеси применены цемент с температурой <ц=5°, оттаянный щебень с <щ=1° и по­догретые песок и вода до температур соответственно ta— = 40 и <в=80°. Определить температуру бетонной смеси, сниженной на 2,5° в результате потери тепла при пере­мешивании. Теплоемкости цемента, песка и щебня соот-

ВЄТсівєнно приняіь сц=сп=сщ=0,2, теплиемкость бетон­ной смеси сб = 0,253.

95. При выходе из бетономешалки бетонная смесь имеет температуру Гб. см=45°. Температура наружного воздуха ^н. в= —10°. От бетонного завода до места уклад­ки смесь перевозится на автосамосвале ЗИЛ-585. Дли­тельность перевозки 50 мин.

Вычислить температуру бетонной смеси после ее ук­ладки и уплотнения.

96. Требуемая по расчету теоретическая температу­ра бетонной смеси (температура по выходе из бетоно­мешалки) ^б. см = 45°. До каких температур должны быть нагреты материалы, составляющие бетон, чтобы обес­печить эту теоретическую температуру?

Состав бетонной смеси: цемента — 312, песка — 600, щебня-— 1283 кг/м3 и воды—178 л/м3. Теплоемкости заполнителей и цемента принять равными 0,2 ккал/кгХ Хград, бетонной смеси 0,253.

97. Вычислить тепловыделение 1 кг портландцемен­та М500 за 1-й, 15-й и 30-й часы его твердения при tn= = 15°.

Построить график зависимости экзотермии цемента от времени его твердения.

98. Определить тепловыделение 1 кг портландце­мента М500 за период с 10-й по 20-й часы его твердения и отдельно за первые 72 ч (3 суток) его твердения при /ц=15°.

99. Определить длительность остывания до tfK=18° бетонной стойки железобетонного каркаса, извлеченной из камеры термической обработки с температурой /б = = 70°. Поперечное сечение стойки 30X40 см, длина 2,4 м. Объемный вес бетона 2300 кг/м3. Расход портландцемен­та М 400 Ц = 320 кг/м3. Температура наружного воздуха /„= —5°.

100. Определить продолжительность охлаждения бе­тона до tK=5° в прогоне пролетом 1=8 м и поперечного сечения ах6 — 0,8X0,6 м. Бетон на портландцементе М 500. Объемный вес бетона уОб. б=2400 кг/м3. Расход цемента 300 кг/м3. Температура укладки бетона в опа­лубку ^6 = 35°. Опалубка сделана из досок толщиной 50 мм. Теплоизоляция опалубки состоит из слоя сухих опилок толщиной 12 см. Температура наружного возду-

Решить эту задачу для условия, когда начальная температура tH=5°.

143. В бетонную смесь с расчетной маркой бетона 300 кГ/см2 введена добавка хлористого кальция в ко­личестве 2% от веса цемента. Бетонная смесь была уло­жена в подогретом состоянии и твердела в течение 7 су­ток, остывая от 30° до 0. Для изготовления бетона при­менен портландцемент М 400.

Определить, какую прочность наберет бетон за 7 су­ток. Достаточна ли эта прочность для получения бето­на расчетной марки после оттаивания?

144. При температуре наружного воздуха ts=>—15° бетонируется конструктивный элемент высотой 3 м и по­перечным сечением 30X40 см в неутепленной опалубке из досок толщиной hon — Ъ см. Бетон на портландцементе М 400. Расчетная марка бетона 200, объемный вес у0б. б = =(2400 кг/м3, удельная теплоемкость 0,25 ккал/кг • град.

Назначить режим электропрогрева данного конструк­тивного элемента до получения прочности равной 50% от 28-дневной при условии, если электропрогрев бетон­ной смеси начинать с температуры? в=10°. Вычислить мощности, необходимые для нагрева бетона до требуе­мой температуры и для поддержания этой температуры на постоянном уровне до получения требуемой прочно­сти. Определить расход электроэнергии.

Д. Свойства бетона

145. При механическом испытании кубиков тяжелого бетона размером 15X 15Х'15 см после 20 суток их твер­дения в нормальных условиях средняя разрушающая нагрузка оказалась равной Р = 90 000 кГ. Бетон приго­товлен на портландцементе, заполнители удовлетворяют требованиям ГОСТов.

Установить марку бетона. Начертить график роста прочности бетона во времени, вычислив прочности бето­на после 3, б, 9 и 12 мес твердения в нормальных усло­виях. Выразить эти прочности бетона в % от марки.

146. Какие марки тяжелых бетонов возможно полу­чить на портландцементах разных марок (300, 400, 500, 600) при расходе цемента 300 кг/м3 и требуемой подвиж­ности бетонной смеси 4 см? Заполнители для бетона ря­довые, максимальная крупность гравия 80 мм.

Построить график зависимости марки бетона от мар­ки цемента.

147. Для тяжелого бетона на высококачественных заполнителях применен портландцемент М 500.

Какие марки бетона возможно получить при водоце­ментных отношениях 0,35; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7. Построить графики зависимости прочности бетона от водоцемент­ных и цементноводных отношений.

148. Для тяжелого бетона применен портландцемент М 400 при водоцементном отношении 0,5.

Установить влияние заполнителей на марку бетона и построить график, рассмотрев бетоны на заполнителях высококачественных, рядовых и пониженного качества. Решить эту задачу также для водоцементного отношения 0,35.

149. Подобрать марку портландцемента для тяжело­го бетона М 400, изготовленного на рядовых заполните­лях при жесткости бетонной смеси 40 сек (по Скрамтае - ву). Максимальная крупность гравия 20 мм, расход це­мента 300 кг/м3.

150. При испытании ультразвуком бетонного элемен­та толщиной 15 см было определено время прохождения звука. Оно оказалось равным 40 мксек. Бетон приготов­лен на гранитном щебне и твердел 7 суток.

Какова возможная марочная прочность данного бе­тона?

151. Железобетонная колонна была испытана на прочность молотком Кашкарова. Были измерены диамет­ры лунок в бетоне и на эталоне и вычислены средние. Они оказались равными: в бетоне — 9 мм, на эталоне —

4,5 мм.

Какова прочность этого бетона на сжатие?

152. По кубиковой прочности рассчитать для тяжело­го бетона М 200 и 600 призменную прочность, прочность на сжатие при изгибе, предел прочности при осевом рас­тяжении, прочность на растяжение при изгибе, предел прочности при срезе, модуль деформации при сжатии, прочность сцепления бетона с арматурой. Выразить каж­дую из этих характеристик для бетона М 600 в % от ве­личины соответствующей характеристики для бетона

М 200.

153. Для исследования прочности бетона при растя­жении существующего дорожного покрытия из послед­него выломаны куски образцов шириной 20 см и высо­той 30 см. Испытание на растяжение проводилось мето­дом, основанным на принципе раскалывания образца двумя силами через круглые стальные стержни диамет­ром по 3 мм (сжатие). Образцы были расколоты при средней нагрузке 20 300 кГ.

Определить прочность бетона дорожного покрытия на растяжение.

Е. Экономия цемента

154. Бетон № 1 на рядовых заполнителях и портланд­цементе с активностью 550 кГ/см2 за 3 суток твердения в нормальных условиях набрал прочность RI = = 100 кГ/см2. Бетон № 2 такого же состава, но с добав­кой хлористого кальция, за тот же срок набрал проч­ность в 2 раза большую.

Вычислить, при каком перерасходе цемента на 1 м3 бетона № 1 можно получить прочность 200 кГ/см2 через 3 суток без добавок СаСЬ, но при снижении водоцемент­ного отношения, т. е. при сохранении расхода воды.

155. Опытным путем установлена оптимальная доза добавки ССБ в бетон М300 — 0,2% от веса цемента. Эта добавка при сохранении марки бетона и подвижности бетонной смеси обеспечивает снижение расхода воды на 1 м3 бетона с 178 до 162 л.

Вычислить экономию цемента на 1 м3 бетона. Запол­нители бетона высококачественные, водоцементное отно­шение более 0,4.

156. Вычислить перерасход портландцемента М 500 и денежных средств на 1 м3 тяжелого бетона М 400, если в производственных условиях уплотнение бетонной сме­си довести лишь до 92% вместо 98%. Требуемая под­вижность бетонной смеси 2,5 см. Заполнители бетона рядовые. Наибольший размер крупного заполнителя 40 мм.

157. Бетон М 400 имеет состав по весу: 1 : 2,1 : 4,3 при В/Ц = 0,5. Объемный вес бетона 2500 кг/м3. Какую эко­номию цемента можно получить на каждом кубометре бетона, если по условиям сдачи сооружения в эксплуата­цию прочность 400 кГ/см2 потребуется не через 28, а че­рез 70 суток?

158. Вычислить экономию портландцемента актив­ностью 430 кГ/см2 на каждом кубометре тяжелого бето­на М 300, если производственные условия позволяют, не изменяя водоцементного отношения, перейти от малопод­вижной (жесткость 25 сек) к жесткой бетонной смеси (жесткость 100 сек по техническому вискозиметру). Для бетона применен щебень с наибольшей крупностью 20 мм. '

159. Как будет меняться расход цемента в бетоне М 200, если для его изготовления применять портланд­цемента различных марок (300, 400, 500), сохраняя при этом жесткость бетонной смеси 50 сек? Заполнители бе­тона пониженного качества. Максимальная крупность щебня 10 мм.

Построить график зависимости расхода цемента от его активности.

160. Как изменится расход шлакопортландцемеита М 400 на 1 м3 бетонов М 300 с жесткостью бетонной сме­си 30 сек, если бетоны изготовлены на разных по каче­ству заполнителях. Рассмотреть бетоны на высококаче­ственных, рядовых заполнителях и заполнителях пони­женного качества. Максимальный размер щебня принять 10 мм.