Проектирование составов бетонов с активными минеральными добавками. Дворкин Л.И., докт.техн. наук, проф., Дворкин О.Л., докт.техн. наук, проф. (Национальный университет водного хозяйства и природопользования, г.Ровно).

УДК 666.97

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВОВ БЕТОНОВ
С АКТИВНЫМИ МИНЕРАЛЬНЫМИ ДОБАВКАМИ

Дворкин Л.И., докт.техн. наук, проф., Дворкин О.Л., докт.техн. наук, проф. (Национальный университет водного хозяйства и природопользования, г.Ровно)

В статье предлагается методика проектирования составов бетонов с активными минеральными добавками на основе использования "приведенного" цементно-водного отношения и мультипликативного коэффициента в формуле прочности бетона, что позволяет учесть влияние на прочность бетона дополнительных факторов и увеличить "разрешающую способность" принятых расчетных зависимостей. Приводится алгоритм проектирования составов бетона с добавкой золы и примеры его реализации.

Ключевые слова: "приведенное" Ц/В, мультипликативный коэффициент, "цементирующая эффективность", коэффициент раздвижки, доля песка в смеси заполнителей.

В технологии бетона все шире применяют активные минеральные компоненты (активные наполнители) для экономии цемента и улучшения ряда строительно-технических свойств [1,2,3]. Наряду с давно известной и широко применяемой добавкой как зола-унос в последние годы показана эффективность таких минеральных добавок как микрокремнезем, метакаолин и др. К настоящему времени разработан ряд методик проектирования оптимальных составов наполненных бетонов, основанных в основном на совместном решении комплекса полиномиальных факторных моделей [2,4].
Приемлемые результаты могут быть получены также при расчетах составов наполненных бетонов с минеральными добавками с помощью метода "приведенного Ц/В" [5].
Под "приведенным" Ц/В понимается отношение массы цемента включая условное его количество, заменяемое добавками, к массе воды, включая условное ее количество заменяемое воздухом, вовлекаемым и остающимся в бетонной смеси:
13 EMBED Equation.3 1415, (1)
где Vвх- объем воздуха, находящийся в бетонной смеси; Д - расход добавки, кг/м3; Кц.э- коэффициент "цементирующей эффективности" или "цементный эквивалент" 1 кг добавки [3,6].
Большинство известных расчетных зависимостей, связывающих прочность бетона (Rсж) и В/Ц или Ц/В разработано применительно к нормальным температурно-влажностным условиям твердения бетона в течение 28 сут и не учитывает особенности, длительность твердения бетона и влияние добавок.
В расчетной практике проектирования составов тяжелого бетона наибольшее распространение получила эмпирическая зависимость вида:
13 EMBED Equation.3 1415, (2)
где А – коэффициент пропорциональности, отражающий влияние совокупности неучтенных технологических факторов.
Представив коэффициент А как интегральный мультипликативный коэффициент pAі и использовав понятие "приведенного Ц/В", можно значительно увеличить “разрешающую способность” формулы (2), сделать ее пригодной для расчета Ц/В бетонов с различными условиями твердения, в различном возрасте, с применением добавок и т.д [5]:
13 EMBED Equation.3 1415. (3)
Выражение мультипликативного коэффициента рА можно представить в виде:
рА = А А1АiАn, (4)
где А – базовый коэффициент, определенный по известным рекомендациям [1,7], Аi – коэффициент, учитывающий дополнительное влияние на прочность i-го фактора (i=1n).
Введение мультипликативного коэффициента в формулу прочности предполагает допущение, что все множители Аi взаимонезависимы, не зависят от Rц и В/Ц. Учитывая, что расчетные значения прочности являются лишь базовыми и подлежат экспериментальному корректированию, это допущение можно принимать с определенной степенью приближения.
Обычная технологическая информация позволяет учесть в мультипликативном коэффициенте рАі , кроме коэффициента А, как правило, до 2...3 дополнительных коэффициентов Аi.
Алгоритм расчета составов бетонов методом базирующемся на понятии "приведенного Ц/В", отличается от обычного тем, что после установления оптимального количества активной минеральной добавки при известном значении его "цементирующей эффективности" определяется по зависимости (3) сначала (Ц/В)пр, а затем расход цемента:
13 EMBED Equation.3 1415. (5)
Для определения расхода добавки используются известные данные или специальные зависимости [4], связывающие расход добавки с требуемыми значениями прочности, условиями твердения и др. Например, известно [2,3], что для бетонов нормального твердения оптимальный расход золы-уноса составляет 100...150 кг/м3, пропариваемых - 150...200 кг/м3, для микрокремнезема и метакаолина он колеблется в интервале 30...50 кг/м3. В работе [4] экспериментально показано, что в области постоянства водопотребности бетонных смесей оптимальное содержание золы колеблется незначительно и изменяется при изменении условий твердения. Влияние добавок учитывается также при расчете водопотребности бетонной смеси. Оно может быть незначительным как при применении каменноугольной золы-уноса, так и существенным - при применении высокодисперсных добавок [2,4].
Для определения значения Кц.э для золы Ладыженской ТЭС проводили опыты с использованием портландцемента Каменец-Подольского цементного завода, кварцевого песка средней крупности с Мк=2,1 и гранитного щебня 5...20мм. В бетоны нормального твердения золу вводили в количестве 150 кг/м3, пропаренного по режиму 2+3+6+2 при t=80 0С- 200 кг/м3. Результаты опытов приведены в табл.1.
Таблица 1
Экспериментальные данные по определению Кц.э
Класс бетона при сжатии, МПа
Марка цемента
Содержание золы, кг/м3
Ц/В
(Ц/В)пр
Расход цемента,
кг/м3
Кц.э

Твердение нормальное

В15
М400
-
·
1,46
-
293
-



150
1,23
1,46
246
0,31

В20
М400
-
1,79
-
357
-



150
1,58
1,79
317
0,27

В22,5
М500
-
1,66
-
331
-



150
1,49
1,66
298
0,22

Пропаривание

В15
М400
-
1,46
-
293
-



200
1,16
1,46
233
0,3

В20
М400
-
1,79
-
357
-



200
1,53
1,79
305
0,26

В22,5
М500
-
1,66
-
331
-



200
1,46
1,66
291
0,2

Примечание: Подвижность бетонной смеси ОК=5..7 см.

При введении активного минерального наполнителя увеличивается объем вяжущего в бетонной смеси и соответственно должен увеличиваться коэффициент раздвижки (Кр) и уменьшаться доля песка в смеси заполнителей (r). Проведены опыты (табл.2) по определению возможности применения известных рекомендаций [1,7] по назначению Кр и r, разработанных для цементных бетонов без добавки золы-унос. В качестве критерия оптимальности данных параметров выбрана подвижность бетонных смесей при постоянном объеме цементно-зольного теста. Исходными компонентами бетонных смесей служили портландцемент Здолбуновского ЦШК, зола-унос Бурштынской ТЭС, песок средней крупности с Мк=2,1 и гранитный щебень 5...20 мм.
Таблица 2
Влияние золы-унос на оптимальные значения Кр и r
13 EMBED Equation.3 1415
Расход цемента, кг/м3
Расход зоды-унос, кг/м3
r
Кр
ОК, см

0,45
500
-
0,32
1,57
9

0,45
350
150
0,30
1,59
7

0,45
350
150
0,32
1,57
11

0,45
350
150
0,34
1,55
8

0,58
400
-
0,35
1,52
12

0,58
250
150
0,33
1,55
10

0,58
250
150
0,35
1,52
13

0,58
250
150
0,37
1,49
11

0,75
300
-
0,38
1,50
13

0,75
150
150
0,35
1,55
11

0,75
150
150
0,38
1,50
14

0,75
150
150
0,41
1,46
10


Результаты проведенных трех серий опытов показывают, что при равных расходах цементного и цементно-зольного вяжущих и одинаковых В/Ц оптимальные значения Кр и r, при которых достигается наилучшая подвижность бетонных смесей, практически одинаковы.
Схема алгоритма проектирования составов золосодержащих бетонов и примеры его реализации приведены на рис.1 и в табл.3.


Таблица 3
Примеры реализации алгоритма проектирования составов золосодержащих бетонов
І. Запроектировать состав бетона прочностью 30 МПа (ОК=1...4 см), подвергнутого тепловлажностной обработке ((=14 ч).

Исходные материалы: портландцемент с минеральными добавками М400 ((ц = 3,1 г/см3), кварцевый песок (Вп = 7 %, (п = 2,6 г/см3), гранитный щебень фракции 5...20 мм ((н = 1450 кг/м3, (щ = 2,6 г/см3). Применяется зола Бурштынской ТЭС ((з = 2,3 г/см3).

Используем алгоритм, приведенный на рис.1.

Расчетный состав бетона:
Ц = 303 кг/м3; В =190 кг/м3; З = 170 кг/м3; Щ = 1100 кг/м3; П = 552 кг/м3.
Экспериментально уточненный состав бетона :
Ц = 320 кг/м3; В =195 кг/м3; З = 165 кг/м3; Щ = 1115 кг/м3; П = 540 кг/м3.

ІІ. Рассчитать состав бетона нормального твердения прочностью 20 МПа. Подвижность бетонной смеси составляет ОК=1...4 см.

Исходные материалы: портландцемент с минеральными добавками М400 ((ц = 3,1 г/см3), кварцевый песок (Вп = 7 %, (п = 2,6 г/см3), гранитный щебень фракции 5...20 мм ((н = 1450 кг/м3, (щ = 2,6 г/см3). Применяется зола Бурштынской ТЭС ((з = 2,3 г/см3).

Используем алгоритм, приведенный на рис.1.

Расчетный состав бетона:
Ц = 238 кг/м3; В =190 кг/м3; З = 150 кг/м3; Щ = 1157 кг/м3; П = 580 кг/м3.
Экспериментально уточненный состав бетона :
Ц = 227 кг/м3; В =185 кг/м3; З = 156 кг/м3; Щ = 1165 кг/м3; П = 590 кг/м3.


Решение задач проектирования составов бетона с активными минеральными добавками целесообразно выполнять с помощью набора компьютерных программ или компьютерных систем, позволяющих рассчитывать базовые составы, корректировать их с учетом производственной информации, проводить статистический контроль прочности и других нормируемых свойств бетона с построением технологических карт и решать ряд смежных задач, связанных с материально-техническим обеспечением производства, учета расходуемых материалов и др.
Список литературы
1. Баженов Ю.М. Технология бетона. – М.: Высшая школа, 1987. – 449 с.
2. Дворкин Л.И., Соломатов В.И., Выровой В.Н., Чудновский С.М. Цементные бетоны с минеральными наполнителями. -Киев: Будівельник, 1991. – 137 с.
3. Сергеев А.М. Использование в строительстве отходов энергетической промышленности. – К.: Будівельник, 1984. – 120 с.
4. Дворкин Л.И., Дворкин О.Л., Корнейчук Ю.А. Эффективные цементно-зольные бетоны. –Ровно: Изд-во "Эден", 1999. – 195 с.
5. Дворкин О.Л. Проектирование составов бетона. (Основы теории и методологии). –Ровно: Изд-во УГУВХП, 2003. – 265 с.
6. Смит А.Э. Современный подход к применению золы-унос в бетоне. // Технология товарной бетонной смеси. -М.: Стройиздат, 1981. – С.18-24.
7. Сизов В.П. Проектирование составов тяжелого бетона. -М.: Стройиздат, 1980. – 144 с.
13PAGE 15

































Расходы заполнителей по [1,7]:
13 EMBED Equation.3 1415, где Пщ – пустотность щебня
13 EMBED Equation.3 1415




































































Коэффициент раздвижки Кр по табл. (2)


Расход цемента Ц:
13 EMBED Equation.3 1415


Коэффициент "цементирующей эффективности" золы Кц.э табл (1)

Расход воды В [1,7]

Расход золы З [4]

Приведенное (Ц/В)пр по (3):
13 EMBED Equation.3 1415

Исходные данные: класс бетона на сжатие В, показатель удобоукладываемости (ОК или Ж), характеристики материалов.



13 EMBED Equation.3 1415


Рис.1. Алгоритм проектирования составов золосодержащих бетонов
Примечание: КCv – коэффициент, определяемый коэффициентами вариации прочности (ГОСТ 18105-86. "Бетоны. Правила контроля прочности")












Приложенные файлы

  • doc 2469458
    Размер файла: 202 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий