Строительные статьи

16.11.2008 16:55:29

Малоцементные бетоны с золомикрокремнезёмистым наполнителем. Свойства бетонных смесей с золомикрокремнезёмистыми наполнителями

Продолжение. Начало в №№ 6-2006 и 1-2007

Водопотребность. Существенное влияние состава и объёмной концентрациизоломикрокремнезёмистых наполнителей (ЗМКН) на реологические свойства цементно-водных пастсказывается на удобоукладываемости и водопотребности бетонных смесей. В табл. 3.9 приведены экспериментальные данные, характеризующие взаимосвязь между показателями удобоукладываемостинаполненных бетонных смесей и их водопотребностью. Данные полученыпри использовании песка средней крупности с водопотребностью 7,5 % (Мкр = 2,45) игранитного щебня крупностью5–20 мм при расходе цемента 150 кг/м3. В бетонных смесях принимали одинаковуюобъёмную концентрацию ЗМКН в наполненном вяжущем.

Объёмную концентрацию микрокремнезёма (МК) в ЗМКН (X1) изменяли от 0 до 1. При определении составов использованных в опытах бетонных смесей расходМК и золы-уноса (3) находили поформулам:

МК = X1X2Vн.в.?мк, (3.15)

З = (Vн– X1X2Vн.в.)?з, (3.16)

где ?мк и ?з — плотности МК и золы-уноса в кг/м3;

Vн — объём наполнителя (при X2 = 0,45; Ц= 150 кг/м3; Vн =0,046 м3);

Vн.в. — объём наполненного вяжущего (Vн.в.= 0,094 м3).

Рассчитавобъёмы цемента (Vц), МК (Vмк)и золы-уноса (Vз), находим объем заполнителей (Vзап) из условия:

Vзап = 1 – (Vц + Vмк + Vз + Vв) или Vзап= 1 – (0,094 + Vв), (3.17)

где Vв — расход воды в м3.

Приопределении соотношения между песком и щебнем использовали известную формулу [36], учитывающую коэффициентраздвижки зёрен в зависимости от объёма цементного теста, допуская,что она справедлива и для наполненного цементного теста. Анализ данных табл. 3.9 показывает, что водопотребность бетонныхсмесей существенно возрастает с повышением объёмной концентрации МК в ЗМКН. Особенно это ощущается вподвижных смесях. Так, при ОК = 9–12 см увеличение X1 до 0,2;0,4 и 1 ведёт кросту водопотребности на 9,3;18,6 и 30,2 %соответственно. При ОК = 1–2 см X1 составляет 8,1; 16,2 и 27 %, а при Ж = 60–80 сек — 6,4; 15,1 и 24,2 %. Введениесуперпластификатора С-3, каки следовало ожидать, вызываетнаиболее значительное снижение водопотребности в смесях с наибольшимводосодержанием. Приводосодержании более 220 л/м3 снижение водопотребности достигает 20–25 л/м3. Вто же время характерно, что разжижающее действие суперпластификатора при одинаковом или близкомводосодержании усиливается в смесях с МК.

Показатели удобоукладываемости

Водопотребность (при х2 = 0,45; Ц = 150 кг/м3), кг/м3

ОК, см

Ж*, сек

X1 = 0

X1 = 0,2

X1 = 0,4

X1 = 1

9–12

6–8

3–5

1–2

10–20

30–50

60–80

215/200** 205/190 195/183 185/175 175/165 165/155

235/215 225/205 210/195 200/185 185/170 175/160

255/235 245/225 230/210 215/200 200/185 190/175

280/255 270/245 250/230 235/215 225/205 205/190

Таблица 3.9. Взаимосвязьмежду показателями удобоукладываемости и водопотребности бетонных смесей, наполненных ЗМКН ***

* Жёсткость бетонной смесиизмерена на техническом вискозиметре

** После черты — расход воды при применениисуперпластификатора С-3 в количестве 1 % от массы цемента

*** В табл.3.9 ив последующем приведены экспериментальные данные с использованиемпортландцемента ПЦ-1, золы-уноса З-1 имикрокремнезёма МК-1

Можно предположить, что ультравысокая дисперсность МК способствует избирательной адсорбцииПАВ на его частицах и переводу структуры бетонной смеси из коагуляционной впептизационную.

Разрыв в водопотребности бетонных смесей, не содержащих и содержащих МК, при введениисуперпластификатора уменьшается по мере понижения подвижности и для смесей с Ж? 30 сек при X1= 0,2 практически исчезает. Полученные данные показывают, что приприменении ЗМКН даже при использовании суперпластификатора в связи с условиемводопотребности более предпочтительны малоподвижные и жёсткие бетонные смеси.

В опытах, результаты которых приведены в табл.3.9, расход МК и золы-уноса изменялся в пределах от 0 до 125 кг/м3. Общая степень наполнения бетонов, характеризуемая параметром X2, была постоянной (X2 = 0,45). В табл. 3.10 приведеныэкспериментальные данные водопотребности бетонных смесей при различной степенинаполнения (X2 = 0,2–0,7). Расход ЗМКНизменяли от 37 до 350 кг/м3, при этом расход МКсоответствовал X1 = 0,2, то есть колебался от 7,4 до 70 кг/м3. Увеличение объёмной концентрации ЗМКН при сравнительноневысоком содержании МК в меньшей мере сказывается на водопотребности смесей.

Показатели удобоукладываемости

Водопотребность (при X1 = 0,2; Ц = 150 кг/м3), кг/м3

ОК, см

Ж, сек

X2 = 0,2

X2 = 0,4

X2 = 0,5

X2 = 0,7

9–12

6–8

3–5

1–2

10–20

30–50

60–80

220/205* 210/195 200/185 190/175 180/175 170/160

230/210 220/205 205/195 195/180 185/170 175/165

240/220 230/210 215/200 205/185 195/180 185/175

260/235 250/225 235/210 230/205 210/195 200/190

Таблица 3.10. Взаимосвязь между показателями удобоукладываемости и водопотребностибетонных смесей при различной степени наполнения ЗМКН

* После черты — значениеводопотребности для бетонных смесей с добавкой С-3 в количестве 1 % от массы цемента

Для наполненных бетонных смесей увеличение X2 с 0,2 до 0,7 требует увеличения водосодержания на 30–40 л, то есть на 17–18 %. При этом для малоподвижных и жёстких смесейрост X2 от 0,2 до 0,5, то есть содержания ЗМКН от37 до 150 кг/м3 обуславливаетповышение водопотребности на7,8–8,8 %. Дальнейшее повышениеX2 от 0,5 до 0,7, то есть содержания ЗМКН от 150 до 350 кг/м3, требует дляподдержания равной удобоукладываемости ещё около 10 % воды.

Оценивая результаты опытов, приведенные в табл.3.10, следует учитыватьпониженную водопотребность золы-уноса — основногокомпонента ЗМКН при объёмной концентрации МК, равной 0,2, а также умеренный общий расход наполненного вяжущего (от 180 кг/м3 при X2 =0,2 до 500 кг/м3 при X2 = 0,7).

Удобоукладываемость. Сохраняемость бетонных смесей определяется влиянием температурно-временного фактора на их водопотребность и удобоукладываемость. Наполнение бетонных смесей ЗМКН при ограниченном расходе цемента, как следует из табл.3.11, существенно влияет натемп падения подвижности.Увеличение объёмнойконцентрации МК заметно сильнее влияет на темп падения подвижности, особенно при объёмной концентрации МК в ЗМКН (X1) более 0,4. Без суперпластификатора, и даже приумеренном его содержании(Xс ? 0,01), подвижные бетонные смеси(ОК = 9–12 см) при X1 > 0,2 уже через 0,5 ч переходятв малоподвижные или жёсткие.Значительный эффект встабилизации подвижности наполненных бетонных смесей достигается при повышеннойконцентрации суперпластификатора.

Наполнение бетонных смесейЗМКН при ограниченном расходе цемента существенно влияет на темп падения подвижности.

Для количественной оценки влияния факторовсостава наполненного вяжущего на удобоукладываемость малоцементных бетонныхсмесей выполнены алгоритмизированные эксперименты в соответствии с планом Haб[monobor1]. В качестве планируемых факторов выбраны:

X1 = ?мк/(?мк + ?з),

X2 = (?мк +?з)/(?мк +?з+?ц),

X3 = (?мк +?з +?ц)/(?мк+ ?з + ?ц + ?в),

X4 = (?мк + ?з + ?ц + ?в)/(?мк+ ?з + ?ц + ?в + ?зап),

Xс = ?с/(?с + ?в), (3.18)

где ?мк, ?з, ?ц,?в, ?зап, ?с — объёмы МК, золы-уноса, цемента, воды, заполнителей, и суперпластификаторасоответственно, расходуемые на изготовление бетонной смеси.

Выбор в качестве планируемых четырёх концентрационных факторов (X1, X2, X3 и X4), представленных объёмными соотношениями, позволяет, во-первых, проследитьвлияние на изучаемое свойствопяти параметров состава расходаМК, золы-уноса, цемента, воды и заполнителей (при условии ?мк + ?з + ?ц + ?в+ ?зап = 1 , фактор Xс характеризует влияниерасхода суперпластификатора),во-вторых, применить полиструктурный методтехнологического анализа,учитывая, что каждый последующий фактор характеризует более сложный структурныйуровень элементов бетонной смеси,чем предыдущий.

Переход от объёмных соотношений к объёмным имассовым расходам отдельных компонентов на 1 м3бетонной смесипроизводили по формулам:

?мк = X1X2X3X4, МК = ?мк?мк, (3.19)

?з = (1 – X1)X2X3X4, З = ?з?з, (3.20)

?ц = (1 – X2)X3X4, Ц = ?ц?ц, (3.21)

?в = (1 – X3)X4, В = ?в?в, (3.22)

?зап = 1 – X4, Зап = ?зап?зап. (3.23)

Прирасчёте по формулам (3.17–3.21) принимали ?мк = 2100, ?з = 2200, ?ц = 3100, ?в = 1000, ?зап = 2650 кг/м3.

Установив общий расход заполнителей, с помощью известных рекомендаций [36] находили расход мелкого и крупногозаполнителей. При введении суперпластификатора расход водыкорректировали с учётом данных в табл. 3.9.

В табл. 3.12 приведеныусловия планирования экспериментов при изучении влияния указанных выше факторовна жёсткость бетонной смеси с ЗМКН.

Факторы состава бетонных смесей (Ц = 150 кг/м3, X2 = 0,45)

Подвижность, ОК через 1 мин после заполнения конуса, см

X1

В, кг/м3

С-3, %

10

30

50

70

0

0

0

0,2

0,2

0,2

0,4

0,4

0,4

1

1

1

215

205

200

235

225

215

255

245

245

280

270

255

0

0,5

1

0

0,5

1

0

0,5

1

0

0,5

1

10

11

11

10

12

12

11

12

12

10

11

12

5

6

7

4

6

8

2

4

5

1

1

3

1

0

3

1

3

4

0

1

2

0

0

0

0

0

1

0

1

2

0

0

0

0

0

0

Таблица 3.11. Изменение подвижности бетонных смесей с ЗМКН во времени

Факторы

Уровни варьирования

Интервал варьирования

–1

0

+1

X1

X2

X3

X4

0

0,25

0,40

0,25

0

0,5

0,40

0,50

0,265

0,01

1

0,55

0,60

0,28

0,02

0,5

0,15

0,10

0,015

0,01

Таблица 3.12. Условия планированияэкспериментов

Вобласти варьирования факторов расход МК колеблется от 0 до 194 кг/м3, золы— от 0 до 203, цемента — от 139 до 338, воды — от100 до 168 кг/м3.

Обработка экспериментальных данных позволилаполучить математическую модель жёсткости бетонной смеси, наполненной ЗМКН:

Y4 = 58,5 + 32,4X1 + 24,5X2 + 7,6X3 – 28,2X4 – 20,5Xс +8,5– 5,6+

+ 7,5+ 6,8+ 6,2– 14,3X1X2 –7,4X2Xс + 18,8X1X2 (3.24)

Анализ модели позволяет констатировать, что объёмная доля МК в ЗМКН является сильнейшим фактором, определяющим жёсткость наполненной бетонной смеси, при этом стремительное возрастание жёсткости имеет место при X1 > 0,5 и, особенно, в смесях с пониженным содержанием суперпластификатораили без него. Обращает на себя внимание наличие в моделисильных эффектов взаимодействия между факторами X1 и X2, X3 и Xс, указывающих на необходимость теснойвзаимосвязи при назначении составов удобоукладываемых бетонных смесей расходовМК, золы и суперпластификатора. При одной и той же объёмной концентрации цементного теста в бетоннойсмеси (X4 =0) изменение составанаполненного теста при максимальном содержании суперпластификатора в пределахобласти варьирования вызывает изменение жесткости от 30 до 116 сек.

Характерно, что в пределахX3 = 0,3–0,4 жёсткостьбетонной смеси практически не изменяется, дальнейшееповышение объёмной доли вяжущего в наполненном цементном тесте увеличиваетжёсткость. Расчёты по формулам 3.19–3.23 показывают, что при X3 = 0,3–0,4 вяжуще-водное отношение наполненной бетонной смеси не превышает 2, то есть должно быть справедливым правило постоянстваводопотребности [36].

Известна зависимостькоэффициента раздвижки зёрен и,соответственно, показателей удобоукладываемости бетонной смеси от объёма цементноготеста [36]. Из модели жёсткости также следует, что, например, прификсировании других факторов на основном уровне изменение X4 от –1 до +1 вызывает изменение жёсткости от 58 до 37 сек. Значительно большие колебания жёсткостивозможны при совместном изменении факторов X4 и X3, характеризующих влияние как количествацементного теста, так и его вязкости, обусловленной содержанием в тесте наполненного вяжущего.

В модели жёсткости не учитывается влияниеособенностей качественных показателей исходных материалов. Из совокупности этих показателей один из ведущих — водопотребность песка.Специально поставленные опытыпоказали, что введение ЗМКН и изменение его состава несказываются ощутимо на характере влияния водопотребности песка наводопотребность бетонной смеси и,соответственно, на удобоукладываемость.

Водоотделениеи расслаиваемость смесей. Водоотделение — результат седиментационного уплотнения и осаждения твёрдых частицбетонной смеси, вызванного их различной плотностью. Оно обусловлено водоудерживающей способностью вяжущего и отдельных егокомпонентов, а также зависит от водоудерживающейспособности заполнителей и их соотношения в смеси [7].

Водоотделение — это результатседиментационного уплотнения и осаждения твёрдых частиц бетонной смеси, вызванного их различнойплотностью.

Учитывая высокую дисперсность МК и ЗМКН, можно ожидать, что наполненные бетонные смеси должны иметьповышенную водоудерживающую способность. В бетонныхсмесях возможно как внутреннее,так и внешнее расслоение. Первое обусловлено действием силы тяжести и уменьшается по мереувеличения вязкости растворной части и уменьшения крупности зёрен заполнителей. Второе возникает в результате недостаточного сцепления щебня ирастворной составляющей,что может быть обусловленочрезмерно высокой вязкостью последней или повышенным содержанием щебня. Очевидно, что в бетонных смесях, наполненных МК и ЗМКН,при определённых условиях могутсоздаваться предпосылки для внешнего расслоения или раствороотделения.

Водоотделение бетонных смесей определялипосле их отстаивания в цилиндрическом сосуде и характеризовали количествомотделившейся воды. Расслаиваемость (раствороотделение)находили в% по ГОСТ 10101.4-81. При этом уплотнение смеси проводили 20-тикратным встряхиванием путём подъёма формы на 1 см и её сбрасывания, после чего смесь подвергали виброуплотнениюв течение 5 сек. Для водо- и раствороотделения изучали влияние тех же технологических факторов, что и для удобоукладываемости бетонной смеси. Условия планирования экспериментов приведены в табл. 3.12. Обработка полученных данных в результатереализации экспериментов по плану На5[monobor2] позволила получить математические модели водоотделения Y5 и раствороотделенияY6:

Y5 = 4,15 – 0,95X1 – 0,51X2 + 0,2 X3 – 0,17X4 – 0,46Xс– 0,23+

+ 0,19– 0,21– 0,15– 0,18– 0,35X1X2 (3.25)

Y6 = 5,65 – 0,61X1 – 0,82X2 + 0,18X3 – 0,21X4 – 0,7Xс– 0,85+

+ 0,31– 0,25– 0,21– 0,35+ 0,24X1X2 (3.26)

Влияние объёмной концентрации МК в ЗМКН (X1), как можно видеть из анализа моделей Y5 и Y6, неодинаково сказывается на водоотделении ирасслаиваемости бетонной смеси(рис. 3.16). Если увеличение X1 на всёминтервале значений, повышая вязкость цементного теста, приводит к снижению водоотделения, тораствороотделение, уменьшаясь при возрастании X1, затем начинаетувеличиваться. В меньшей мере, чем X1, уменьшаетводоотделение рост значений других варьируемых концентрационных факторов заисключением объёмной концентрации суперпластификатора в водном растворезатворителя. Увеличение последней способствуетсущественному увеличению водоотделения, что согласуетсяс известным механизмом разжижающего действия суперпластификатора.

Рис. 3.16. Влияние на водоотделение (В) и раствороотделение (Р) бетонных смесей сЗМКН факторов состава. 1 – Xс = 0,02;2 – Xc = 0,01; 3 – Xс = 0 (X2 = 0,40; X3 = 0,50; X4 = 0,01)

Более сложный характер имеет влияниеконцентрационных факторов,характеризующих различныеструктурные уровни наполненной бетонной смеси, нараствороотделение. Увеличение объёмной концентрации ЗМКН ввяжущем снижает раствороотделение.При неизменных значениях X1, X3 и X4 увеличение X2 означаетвозрастание расхода золы,что в условиях ограниченногорасхода цемента должно препятствовать расслоению бетонной смеси. Добавка суперпластификатора также снижает раствороотделение, по-видимому, за счёт поверхностной активности и, соответственно,дополнительного воздухововлечения.Сравнительно незначительно впринятой области варьирования влияют на раствороотделение, как следует из уравнения3.26, факторы X3 и X4, то есть объёмные концентрации вяжущего в наполненном цементном тесте и теста вбетонной смеси. В моделяхкак водо-, так и раствороотделенияотмечаются значимые эффекты взаимодействия факторов X1 и X2. В первом случае этот эффектозначает, что дополнительное снижение водоотделения можнодостичь, если знаки изменения указанных факторовсовпадают, во втором (раствороотделение) — если противоположный.

Расчёты по моделям 3.25 и 3.26 показывают, что длябетонных смесей, наполненных ЗМКН, можно достичь в определённой области составов практически ничтожныезначения водо- и раствороотделения.

3.5. Прочностьбетона с ЗМКН. Проектирование составов

Прочностьбетона. Существенное влияние ЗМКН на активностьцементного вяжущего, установленное ранее, даёт основание предполагать существенное его участие в синтезе прочностибетона. При изучении влияния ЗМКН на активностьцемента учитывали влияние факторов X1, X2 и Xc. Однако для бетона,кроме факторов, определяющих состав вяжущего, не менее важноучитывать качество наполненного цементного теста и, прежде всего, водно-вяжущее или вяжуще-водное отношение.Известный в бетоноведении законводно-цементного отношения предполагает, что, начиная с некоторого минимально необходимогодля создания плотной структуры объёма цементного теста, дальнейшее его повышение до определённого предела мало влияет напрочность бетона. Вместе с тем для малоцементных бетонов при Ц < 200 кг/м3 этот вопрос нельзя считать достаточноизученным.

По мнению А. М. Невилля [37], соотношение между заполнителем и цементомявляется второстепенным фактором для прочности бетона, особенно средних инизких марок, однако установлено, что при постоянном В/Ц более тощие смеси имеют более высокиепрочности. При этом высказывается предположение, что эта тенденция связана с поглощением воды заполнителем: большее количество заполнителя поглощает большое количество воды иэффективное водно-цементное отношение уменьшается. С этих же позиций можно предположить уменьшение прочности бетона сувеличением объёмной концентрации цементного теста, основываясь на представлениях о так называемом «истинном водно-цементном отношении» бетона [36].

Изучали влияние на прочность бетона присжатии после пропаривания и нормального твердения в возрасте 28 сут., факторов X1–X4, характеризующих основные уровни структуры исостав бетонов, наполненных ЗМКН, а также фактора Xс — объёмнойконцентрации суперпластификатора в водном затворителе.

Исходными материалами были портландцемент М 500 (ПЦ-1), песок средней крупности с Bn = 7,5 %, гранитный щебень фракции 5–20 мм. Суперпластификатором служила добавка С-3. В качествеосновных компонентов ЗМКН применяли золу-унос З-1 и МК-1. Изготавливали образцы-кубы с размером ребра10 см. Пропаривание проводили в лабораторной пропарочной камере по режиму (2) + 3 + 6 + 2 при 80 °С. Образцы испытывали через 0,5 ч после охлаждения.Опыты проводили в соответствиис факторным планом На5 . В результате обработки экспериментальных данных получены математическиемодели прочности пропаренного бетона У7 и бетона нормального твердения У8.

Модели прочности бетона У7 и У8 позволяютпроводить интерполяционные расчёты, оцениватьвозможность стабилизации и регулирования предела прочности бетона при сжатии какпосле пропаривания, так и через 28 сут.нормального твердения при изменении варьируемых технологических факторов. Такие расчёты удобно производить с помощью номограмм (рис. 3.17, 3.18).

Для оценки влияния состава и количества ЗМКНна изменение прочности бетона во времени проведены специальные опыты. Образцы-кубы размером 10?10?10 см твердели в нормальных условиях. По результатамиспытаний рассчитывали коэффициенты роста прочности бетона во времени, приведённые в табл.3.13.

Факторы состава бетонной смеси

Коэффициенты роста прочности бетона во времени

X1

X2

X3

X4

7 сут.

28 сут.

90 сут.

180 сут.

1

0,45

0,40

0,35

0,01

0,78

1,00

1,07

1,10

0

0,45

0,40

0,35

0,01

0,65

1,00

1,14

1,21

0,5

0,7

0,40

0,35

0,01

0,77

1,00

1,15

1,21

0,5

0,2

0,40

0,35

0,01

0,78

1,00

1,07

1,11

0,5

0,45

0,5

0,35

0,01

0,80

1,00

1,09

1,14

0,5

0,45

0,3

0,35

0,01

0,77

1,00

1,06

1,15

0,5

0,45

0,40

0,5

0,01

0,79

1,00

1,14

1,20

0,5

0,45

0,40

0,2

0,01

0,78

1,00

1,07

1,14

0,5

0,45

0,40

0,35

0,02

0,65

1,00

1,08

1,15

0,5

0,45

0,40

0,35

0

0,75

1,00

1,12

1,15

Таблица 3.13. Рост прочности бетонов сЗМКН во времени

Рис. 3.17. Номограмма прочностипропаренного бетона с ЗМКН

Для сравнения определили коэффициентынарастания прочности ненаполненного бетона с расходом цемента 180 кг/м3 при Ц/В = 1. Они оказались равны: 0,65; 1,00; 1,07; 1,10.

Введение МК в состав бетонных смесейускоряет твердение бетона в7-мисуточном возрасте,практически не сказываясь на росте прочности в 90- и 180-суточном возрасте.При этом увеличение объёмнойконцентрации МК в ЗМКН болеечем на 0,5 практически несказывается на темпе роста прочности. Более высокийтемп роста прочности бетона в отдалённые сроки твердения отмечается приповышенном содержании зольного наполнения.

Рис. 3.18.Номограмма жёсткости бетонной смеси с ЗМНК

Введение МК в составбетонных смесей ускоряет твердение бетона в 7-мисуточном возрасте, практически не сказываясь на ростепрочности в 90- и 180-суточном возрасте.

Проектированиесоставов бетонов. Наиболеераспространённый расчётно-экспериментальний метод проектированиясоставов, основанный на обобщённой зависимостипрочности бетона от Ц/В [36], неучитывает особенности твердения бетонов с микронаполнителями. Это способствует разработке ряда новых методов проектирования составовнаполненных бетонных смесей,общей особенностью которыхявляется использование полиноминальных математических моделей [2]. Вид и число моделей,совокупность учитываемыхфакторов определяются конкретной постановкой задачи.

При заданных значениях удобоукладываемостибетонной смеси с ЗМКН и прочности наполненного бетона для проектированиясоставов могут быть использованы модели У4, У7 и У8.

Анализ моделей показывает, что изменение в определённой области основных технологических факторов (за исключением Xс) , увеличивая прочность, вместе с тем ведёт и к повышению жёсткости бетонной смеси. Очевидно, что оптимальный состав наполненной бетоннойсмеси должен находиться в некоторой компромиссной области. Примем в качестве критерия оптимизации составов минимально возможныйрасход цемента при обеспечении требуемой прочности бетона с ЗМКН иудобоукладываемости бетонной смеси. При отсутствииограничений на ресурсы (МК, золу-унос, суперпластификатор) можно предложить следующую схему подбора состава бетонных смесей с ЗМКН.

1.Из модели прочности находим частные производные dY/dXi (X1, X2 и Xс)и решением системы трёх линейных уравнений рассчитываем , и . Оптимальные значения факторов для предотвращенияриска экстраполяции не должны выходить за граничные значения областиварьирования.

2.При расчётных значениях X1, X2 и Xси заданной прочности находим — объёмнуюконцентрацию вяжущего, включающегоцемент, микрокремнезём (МК) и золу-унос, в тесте, содержащем дополнительноводу затворения. Еслинормируются одновременно прочность пропаренного бетона и бетона нормальноготвердения, долженобеспечить оба прочностных параметра.При этом выбираются X1, X2 и Xс,обеспечивающие меньшее значение .

3.При заданных удобоукладываемости бетонной смеси, X1, X2 и Xс находим — объёмнуюконцентрацию наполненного цементного теста в бетонной смеси.

4.С помощью расчётных значений , ,, и по формулам 3.19–3.23 находим расходы цемента, золы-уноса, МК, воды и заполнителя — смеси песка и щебня. По известным формулам или таблицам [7] находим с учётом объёманаполненного цементного теста и вяжуще-водногоотношения расходы мелкого и крупного заполнителей.

5.Расчётный состав наполненного бетона уточняем экспериментально по обычнойметодике корректирования расчётного состава бетонной смеси. В табл. 3.14 приведены примерыопределения расчётных составов бетонных смесей с ЗМКН.

При ограничении имеющихся ресурсов МК, золы-уноса, суперпластификаторакорректируются X1, X2 и Xс. При этом возможно использование линейныхуравнений, полученных дифференцированием dY7/dX1 или dY8/dX1.

Например, приравняв кнулю частную производную dY7/dX1, получимуравнение:

4,5– 4,8X1 + 2,4Xc– 0,6X2 = 0, (3.29)

(3.30)

Проектные требования к бетону

Расчётные параметры

Состав бетонной смеси, перед чертой — в л/м3, после черты — в кг/м3

RН (У7), МПа

Rпр (У8), МПа

Ж (У4), сек

20

30

10

20

40

40

40

40

0,457

0,6

0,4

0,56

0,25

0,27

0,26

0,26

13/27

18/38

12/25

17/36

48/106

68/150

45/100

63/139

54/167

76/236

47/146

66/205

136/136

108/108

156/156

114/114

750/1950 730/1900 740/1920 740/1920

Таблица 3.14. Примеры расчётных составовбетона с ЗМКН (= 0,21; = 0,53; = 0,02)

Переведя кодированные значения Xси X2 в натуральные, получим формулу, позволяющую производить расчёт X1 при заданных X2 и Xс:

. (3.31)

Аналогично можно получить формулы:

, (3.32)

. (3.33)

С учётом заданных ограничений X1, X2, Xс, по номограммам (рис 3.17, 3.18) можнолегко найти и , а затемрассчитать расходы отдельных компонентов для изготовления бетона с заданнымиудобоукладываемостью и прочностью.

Для проектирования составов бетонов с ЗМКН сучётом изменчивости качественных показателей исходных компонентов можноиспользовать методологию оперативного корректирования моделей с помощьюадаптивных алгоритмов[38].

    Была ли полезна информация?
  • 1970
Автор: @Сергей Эстрин
Яндекс.Директ