metodichka

КАФЕДРА БУДІВЕЛЬНОЇ ГЕОТЕХНОЛОГІЇ

ІГІРНИЧИХ СПОРУД

МЕ Т О Д И Ч Н І В К А З І В К И до виконання курсової роботи

здисципліни «Матеріали конструкцій шахтних споруд»

(для студентів спеціальності 6.090300 «Шахтне і підземне

будівництво» третього курсу денної та заочної форми навчання)

Рекомендовано на засіданні кафедри БГ і ГС

Протокол № 3 від 2.11.2010 р.

Затверджено на засіданні методради ДонДТУ

Протокол № 3 від 3.12.2010 р.

Алчевськ

ДонДТУ

2011

УДК 622.3.012.014.5

Методичні вказівки до виконання курсової роботи з дисципліни «Матеріали конструкцій шахтних споруд» (для студ. спец. 6.090300 «Шахтне і підземне будівництво» третього курсу денної та заочної форми навчання) / Укл.: Е.В. Фесенко, М.О. Діденко – Алчевськ: Дон-

ДТУ, 2011. – 29 с.

Наведені вимоги і методичні вказівки щодо розрахунку складу змішаного будівельного розчину і складу бетону за методом абсолютних об’ємів і коефіцієнту виходу бетонної суміші.

Укладачі:	Е.В. Фесенко, доц.,
	М.О. Діденко, ас.
Відповідальний редактор:	Є.М. Фрумкіна, доц.
Відповідальний за випуск:	Г.Г. Литвинський, проф.

2

ВСТУП

З безлічі будівельних матеріалів, що використовуються у вугільній промисловості, особливе місце займають бетон і будівельний розчин. Бетон використовують при зведенні кріплення вертикальних шахтних стовбурів, капітальних гірничих виробок, дуже широко цей матеріал застосовують для будівельних конструкцій різного призначення при спорудженні об’єктів поверхневого комплексу. За допомогою будівельних розчинів виконуються всі різновиди кам’яної кладки, штукатурні, оздоблювальні роботи і т.д. Отже, для забезпечення заданих властивостей цих матеріалів при зведенні шахтних об’єктів різного призначення важливо володіти методами підбору компонентів бетонів і будівельних розчинів і вміти розраховувати їх склад.

Мета курсової роботи – закріпити теоретичні знання, отримані студентами при вивченні дисципліни «Матеріали конструкцій шахтних споруд» і засвоїти існуючі методики підбору компонентів і розрахунку складу бетонів і будівельних розчинів.

Виконану курсову роботу необхідно представити до захисту у вигляді пояснювальної записки на аркушах формату А4. Записка містить: титульний аркуш; початкові дані до розрахунків; зміст роботи; вступ; основну частину з необхідними розрахунками, графіками, таблицями; список використаної літератури. Керівник перевіряє виконану курсову роботу і допускає студента до її захисту. Якщо робота виконана не в повному обсязі, або містить грубі помилки у розрахунках, студент протягом встановленого керівником терміну усуває всі зауваження, і тільки після цього може бути допущеним до захисту. Під час оцінювання керівник враховує систематичність роботи, якість розрахунків, рівень захисту роботи студентом і виконання строків представлення повністю готової курсової роботи на перевірку.

3

ЧАСТИНА 1. РОЗРАХУНОК СКЛАДУ ЗМІШАНОГО БУДІВЕЛЬНОГО РОЗЧИНУ

Будівельний розчин – штучний кам’яний матеріал, що утворюється в результаті ствердіння раціонально підібраної розчинної суміші, що складається зі зв’язувальної речовини (цементу, вапна і ін.), води й дрібного заповнювача (піску), а в деяких випадках і спеціальних домішок. Суміш цих матеріалів до затвердіння називають розчинною сумішшю.

Якщо до складу розчину входить один вид зв’язувальної речовини, то його називають простим, наприклад, цементний, вапняний. Кладку стін невисоких наземних будівель ведуть на розчинах, що містять найдешевші і недефіцитні місцеві зв’язувальні речовини: вапно, вапняно-зольну суміш, глину і т. ін. При кладці стін багатоповерхових будівель застосовують портландцемент і шлакові цементи (переважно шлакопортландцемент). Для кладки нижче рівня ґрунтових вод (будівництво підземних об’єктів різного призначення) і у вологих ґрунтах застосовують розчини на пуцолановому портландцементі, шлакопортландцементі, шлаковому портландцементі і портландцементі з активними мінеральними домішками. Змішані (складні) розчини містять два-три види зв’язувальних речовин (цементно-вапняний, цементноглиняний розчин). Складні розчини застосовують в тих випадках, коли використання в якості зв’язувальної речовини одного лише цементу недоцільне, а використання замість нього більш дешевої речовини не можливе, наприклад, для обштукатурювання поверхонь, що систематично зазнають зволоження, застосовують цементно-вапняний розчин.

Міцність кладки деякою мірою визначається міцністю розчину, що для неї використовується, забезпечується раціональним співвідношенням між складовими розчину (цементом, мінеральною, поверхне- во-активною добавкою; водою й піском).

Склад змішаного розчину, зазвичай, підбирають виходячи із необхідної марки розчину, активності цементу і потрібного ступеню рухливості розчинної суміші. Спочатку розраховують орієнтовний склад розчину, а потім пробними замісами уточнюють витрату води.

Розрахунок складу змішаного будівельного розчину виконати в такій послідовності:

1. Визначити витрату цементу на 1 м3 піску в крихко-насипному стані по формулі:

Qц =

Rр

×1000 , кг

(1)

K × Rц

де Rр – задана марка розчину, кгс/см2; 4

Rц – активність цементу при випробуванні цементу в зразках з пластичного розчину, кгс/см2;

K – коефіцієнт, що дорівнює для портландцементу 1, а для пуцоланового або шлакопортландцементу 0,88.

2. Розрахувати об’ємну витрату цементу на 1 м3 піску:
Vц =	Qц	, м3,	(2)
	ρнц

де ρнц – густина цементу в насипаному стані (під час виконання курсової роботи прийняти такою, що дорівнює 1100 кг/м3);

3. Вирахувати об’ємну витрату вапняного або глинястого тіста на 1 м3 піску:

Vд = 0,17 × (1 - 0,002 × Qц ) , кг,	(3)
4. Визначити витрату вапняного або глинястого тіста на 1 м3 пі-
ску:
Qд = Vд × ρд , кг,	(4)

де Vд – об’ємна витрата вапняного або глинястого тіста, м3; ρд – густина вапняного або глинястого тіста домішки, кг/м3.

Під час виконання курсової роботи густину вапняного тіста прийняти такою, що дорівнює 1400 кг/м3, а глинястого тіста з пластичної глини – 1300 кг/м3, а з глини середньої пластичності – 1450 кг/м3.

5. Визначити склад змішаного розчину в частинах по об’єму, для чого розділити витрату кожного компоненту розчинної суміші на витрату цементу по об’єму:

Vц

V

1

=1:

V

1

.

(5)

:

д

:

д

:

Vц Vц Vц

Vц

Vц

6. Розрахувати орієнтовну витрату води на 1 м3 піску для отри-

мання розчинної суміші по формулі:

ρд

+ Qд ×

(6)

В = 0,5 × Qц

1000

, л

де Qц і Qд – витрата цементу і домішки (вапна або глини) на 1 м3 піску, кг;

ρд – густина неорганічної домішки, кг/м3.

7. Відповідність марки розчину запроектованій визначити за результатами випробування контрольних зразків кубічної форми розміром 70,7×70,7×70,7 мм у віці 28 діб. Під час виконання курсової роботи випробування провести у віртуальній лабораторії за допомогою

5

комп’ютерної програми «slush.exe», що моделює властивості будівельного розчину в залежності від його складу і розробленої за результатами численних лабораторних випробувань [7]. Для цього запустити програму, ввести в її вікно значення активності цементу і об’ємних частин компонентів, визначених у пункті 5. За допомогою віртуального пресу, зробити випробування на одновісний стиск шести кубічних зразків, записавши граничне зусилля навантаження в кН. Вирахувати середнє арифметичне граничних зусиль чотирьох зразків з найбільшими результатами. Розрахувати межу міцності цементного розчину діленням розрахованого середнього арифметичного граничного зусилля (кН) на площу перерізу контрольного зразка (50 см2) і множенням отриманого відношення на 102 для переводу результату в кгс/см2. Якщо результат випробування відрізняється від заданої міцності розчину більш ніж на 15%, скорегувати склад будівельного розчину, збільшуючи, або зменшуючи на 5% витрату цементу, визначену у пункті 1, і повторюючи розрахунки та випробування по пунктам 2-7 до тих пір, доки фактична міцність розчину не буде відповідати заданій.

На практиці зразки можна випробувати і в інші строки – через 7, або 14 діб. Для приведення отриманих результатів до їх марочної 28-добової міцності використовуються дані, наведені в табл. 1

Таблиця 1 – Залежність міцності будівельного розчину від віку зразків

Вік зразків, доба	3	7	14	28	60	90
Міцність розчину, %	33	58	80	100	123	135

Наведені вище дані відносяться до розчинів, виготовлених на портландцементі, пуцолановому портландцементі або шлакопортландцементі.

8. Побудувати графік змінення міцності будівельного розчину з часом, використовуючи дані табл. 1 і значення фактичної міцності, визначене по пункту 7. Графік виконати олівцем на аркуші міліметрового паперу формату А4.

6

Приклад розрахунку складу змішаного будівельного розчи-

ну:

Потрібно підібрати склад змішаного розчину марки Rp = 75 кгс/см2, якщо активність шлакопортландцементу, що використовується, Rц = 320 кгс/см2, мінеральна домішка – вапно.

1.	Витрата цементу на 1 м3 піску визначаємо по формулі (1):
	Qц	=		75			×1000 = 266 кг.
			0,88×320
2.	Об’ємну витрату цементу на 1 м3 піску визначаємо по форму-
лі (2), прийнявши насипну густину цементу ρнц = 1100 кг/м3:
		V =			266		= 0,242 м3.
			ц	1100

3. Об’ємна витрата вапняного тіста на 1 м3 піску визначаємо по формулі (3):

Vд = 0,17 × (1- 0,002 × 266) = 0,088 м3.

4. Витрата вапняного тіста на 1 м3 піску визначаємо по формулі (4), прийнявши густину домішки (вапняного тіста) такою, що дорівнює

ρд = 1400 кг/м3:

Qд = 0,088 ×1400 = 123 кг.

5.Встановлюємо склад змішаного розчину в частинах по об’єму

увідповідності з формулою (5). Для цього ділимо витрату кожного компоненту розчину на витрату цементу по об’єму:

0,242	:	0,088	:	1	= 1 : 0,36 : 4,1
0,242				0,242
	0,242

6. Визначаємо орієнтовний об’єм води на 1 м3 піску по формулі

(6):

В = 0,5 × (266 +123×1,400) = 219 л.

Витрати матеріалів на 1 м3 піску для виготовлення змішаного будівельного розчину марки 75:

Цемент 266 кг Вода 219 л

Вапняне тісто 0,088 м3 Пісок 1 м3.

7. За результатами випробування шести контрольних зразків отримані такі значення граничного навантаження: 36 кН, 30 кН, 31 кН, 40 кН, 35 кН, 33 кН. Середнє арифметичне по чотирьом найбільш міцним зразкам становить (33+35+36+40)/4 = 36 кН. Фактична міцність

7

розчину становить 102×36/50 = 73 кгс/см2, що відрізняється від заданої на 2,7% < 15%.

8. Побудуємо графік змінення міцності будівельного розчину з

часом:

Таблиця 2 –			Змінення міцності будівельного розчину в залежно-
сті від часу, що минув від початку тужавіння
Вік зразків, доба					3		7	14	28	60	90
Міцність		%			33		58	80	100	123	135
розчину		кгс/см2		73×33/100		73×58/100		58	73	90	99
					= 24		= 42
По результатам розрахунків відкладаємо на аркуші міліметрово-
го паперу формату А4 точки і з’єднуємо їх за допомогою олівця плав-
ною кривою, отримуючи графік (рис. 1).
Rр,
кгс/см2
120
100
80
60
40
20
0	10	20		30	40	50	60	70	80	90 сут 100
Рисунок 1 –			Графік залежності міцності змішаного будівельного
			розчину від часу, що минув від початку тужавіння
			по розрахунковим даним
						8

Таблиця 3 – Варіанти завдань для I-ої частини курсової роботи

	№	Задана марка	Активність	В’яжучі речовини
	варіанта	розчину	цементу
		Rр, кгс/см2	Rц, кгс/см2
	1	25	200	Шлакопортландцемент
	2	25	300	Портландцемент
	3	50	200	Шлакопортландцемент
	4	50	300	Портландцемент
	5	50	400	Шлакопортландцемент	вапно
	6	75	200	Портландцемент
	7	75	300	Шлакопортландцемент
	8	75	400	Портландцемент
	9	75	500	Шлакопортландцемент
	10	100	300	Портландцемент
	11	100	400	Шлакопортландцемент
	12	100	500	Портландцемент
	13	25	200	Шлакопортландцемент
	14	25	300	Портландцемент
	15	50	200	Шлакопортландцемент	глина
	17	50	400	Шлакопортландцемент
	16	50	300	Портландцемент
	18	75	200	Портландцемент	пластична
	19	75	300	Шлакопортландцемент
	20	75	400	Портландцемент
	21	75	500	Шлакопортландцемент
	22	100	300	Портландцемент
	23	100	400	Шлакопортландцемент
	24	100	500	Портландцемент
	25	25	200	Шлакопортландцемент	пластичності
	26	25	300	Портландцемент
	27	50	200	Шлакопортландцемент
	28	50	300	Портландцемент
	29	50	400	Шлакопортландцемент
	30	75	200	Портландцемент	середньої
	31	75	300	Шлакопортландцемент
	32	75	400	Портландцемент
	33	75	500	Шлакопортландцемент
	34	100	300	Портландцемент	глина
	36	100	500	Портландцемент
	35	100	400	Шлакопортландцемент
			9

Продовження таблиці 3

	№	Задана марка	Активність	В’яжучі речовини
	варіанта	розчину	цементу
		Rр, кгс/см2	Rц, кгс/см2
	37	25	200	Портландцемент
	38	25	300	Шлакопортландцемент
	39	50	200	Портландцемент
	40	50	300	Шлакопортландцемент
	41	50	400	Портландцемент	вапно
	42	75	200	Шлакопортландцемент
	43	75	300	Портландцемент
	44	75	400	Шлакопортландцемент
	45	75	500	Портландцемент
	46	100	300	Шлакопортландцемент
	47	100	400	Портландцемент
	48	100	500	Шлакопортландцемент
	49	25	200	Портландцемент
	50	25	300	Шлакопортландцемент
	51	50	200	Портландцемент	глина
	53	50	400	Портландцемент
	52	50	300	Шлакопортландцемент
	54	75	200	Шлакопортландцемент	пластична
	55	75	300	Портландцемент
	56	75	400	Шлакопортландцемент
	57	75	500	Портландцемент
	58	100	300	Шлакопортландцемент
	59	100	400	Портландцемент
	60	100	500	Шлакопортландцемент
	61	25	200	Портландцемент	пластичності
	62	25	300	Шлакопортландцемент
	63	50	200	Портландцемент
	64	50	300	Шлакопортландцемент
	65	50	400	Портландцемент
	66	75	200	Шлакопортландцемент	середньої
	67	75	300	Портландцемент
	68	75	400	Шлакопортландцемент
	69	75	500	Портландцемент
	70	100	300	Шлакопортландцемент	глина
	72	100	500	Шлакопортландцемент
	71	100	400	Портландцемент
			10