Совершенствование методики расчета состава ячеистого бетона

Данная статья,призывая на помощь довольно простой математический аппарат, предлагает улучшить методическую базу расчетасостава ячеистого бетона.

Существующаяметодика расчета состава ячеистого бетона [2] основана на методе абсолютныхобъемов, при котором считается, что объем готового ячеистого бетона VЯБ состоит издвух составляющих: объема твердой фазы VТФ и объема пор VП.

Пористостьячеистого бетона, в свою очередь, рассматривается как состоящая из двух частей,отличающихся механизмом ее формирования. Первая часть формируется за счетреакции газообразования, например, алюминиевой пудры Al с гидрооксидомкальция Ca(OH)2 вяжущего свыделением водорода H2при получении газобетона или за счет объема введенной пены при производствеизделий из пенобетона. Вторая часть формируется за счетиспарения той части воды затворения, которая осталась свободной, не связавшисьв гидросиликаты кальция при твердении ячеистого бетона.

Следовательно,объем ячеистого бетона можно выразить формулой:

. (1)

Далеепоступают следующим образом. Объем готового ячеистого бетона принимается заединицу. Доля химически связанной воды учитывается через коэффициент КС,который показывает степень увеличения массы сухих материалов формовочной смесиза счет гидратационного связывания воды при образовании гидросиликатов кальция.

Тогдарасход сухих материалов для получения ячеистого бетона средней плотности Бвыражается через Б/КС. Умножив его на величину принятогов производстве водотвердого отношения В/Т, рассчитываем долю пористостиячеистого бетона, которая формируется за счет испарения воды:

.

Пористость,создаваемая газообразователем, рассчитывается по величине удельногогазообразования в каждом конкретном случае из уравнения химической реакциигазообразования. В случае использования алюминиевой пудры идет реакция:

2Al+3Ca(OH)2+6H2O = 3CaO•Al2O3•6H2O+3H2­.

Величинаобозначается в [2] какПГ.

Доляобъема, приходящаяся в ячеистом бетоне на твердую фазу рассчитывается как VТФ=Б/КС•W, где W — удельный объем сухих материалов,затраченных на получение ячеистого бетона, л/кг. Удельный объем представляетсобой величину, обратную истинной плотности вещества, и характеризует объем,занимаемый единицей его массы. Таким образом, принцип абсолютных объемов в [2]выражен зависимостью 1=Б/КС(W+В/Т)+ПГ, в которой объемячеистого бетона принят за единицу.

Привыполнении расчета состава ячеистого бетона наиболее проблематичным оказываетсяопределение величины W,поскольку эта характеристика зависит от соотношения твердых материалов вформовочной смеси: доли цемента в смешанном вяжущем; отношения массыкремнеземистого компонента к массе вяжущего; величины истинной плотностикремнеземистого компонента, которая существенно отличается в случаях заменыпеска, например, золой или шлаком.

Посколькув состав сырьевой смеси для ячеистобетонных изделий входят материалы (известь,портландцемент), вступающие в химическое взаимодействие с водой, использованиепоследней в качестве рабочей жидкости в пикнометрах и объемомерах Ле Шательепри прямом определении истинной плотности исключается, и требуется замена воды инертнымипо отношению к испытуемым материалам жидкостями: керосином, уайт-спиритом и т. п.,что значительно усложняет проведение эксперимента.

Поэтомув [2] предусматривается определение W по результатам опытного замеса, но по более простой методике.Смесь сухих материалов затворяется водой в соответствии с принятым значением В/Ти определяется фактическое значение плотности растворной смеси , кг/л, обратная величина которой дает абсолютный объем,занимаемый единицей массы жидкого раствора. Вычитая из полученного результатавеличину В/Т, получаем искомое значение абсолютного объема, занимаемогоединицей массы сухих материалов:

, л/кг.

Крометого, чтобы обеспечить размерность получаемого результата в л/кг, надовычитаемое В/Т разделить на плотность воды В=1 кг/л, о чемумалчивается в [2].

Необходимостьэкспериментального определения фактической плотности раствора затрудняетпроектные технологические расчеты расхода сырьевых материалов при производствеячеистых бетонов. В то же время, зная физические характеристики исходныхсырьевых материалов, величину их удельного объема, можно рассчитатьаналитически для всех случаев их соотношения в формовочной массе.

Выразимабсолютный объем составляющих ячеистобетонной смеси как

, (2)

где— затраченные на ееполучение массы извести, портландцемента, кремнеземистого компонента и гипса, а— значения их истиннойплотности соответственно.

Соотношениекомпонентов в сырьевой смеси выразим в соответствии с [2]. Так, доля nпортландцемента в смешанном вяжущем, которая принимается в зависимости отусловий эксплуатации ячеистобетонного изделия в диапазоне от 0 до 0,7, рассчитываетсякак

, откуда . (3)

Каждомувиду вяжущего соответствует своя оптимальная доля кремнеземистого компонента,зависящая от содержания в вяжущем гидроокиси кальция, способной вступать всоединение с кремнеземистым компонентом при автоклавной обработке. Еслисодержание кремнеземистого компонента выше оптимального, его избыток становитсяинертным наполнителем, снижающим прочность изделия. При заниженном содержаниикремнеземистого компонента недоиспользуются возможности вяжущего; изделияудорожаются; из-за повышенной усадки снижается их трещиностойкость. Количествокремнеземистого компонента, приходящегося на единицу массы вяжущего,обозначается в [2] через С, а исходные значения этого коэффициента рекомендуютсяв зависимости от вида вяжущего и требуемой средней плотности ячеистого бетона [1].

Дляизвестково-цементного вяжущего при различных соотношениях между цементом иизвестью исходное значение ССВ рассчитывается по формуле:

ССВ=СЦn+СИ(1–n),

гдеСЦ и СИ — оптимальное отношения массы кремнеземистогокомпонента к массе цемента и извести соответственно. Тогда суммарная массакремнеземистого компонента может быть рассчитана по формуле:

. (4)

МассаmГ гипсовогокамня, используемого для регулирования экзотермичности процесса гашенияизвести, определяется как

. (5)

Подставляяформулы(3–5) в (2), получим расчетную формулу для аналитического определенияабсолютного объема, занимаемого массой сухих материалов ячеистобетонной смеси.

. (6)

Отсюдаполучим значение удельного объема сухих материалов W, разделив величину V на общую массу сухих материалов.

Выполнениерасчетов на ЭВМ позволяет исследовать различные соотношения компонентов иосуществить подбор состава с требуемыми свойствами, не прибегая к выполнениюлабораторных экспериментов.

Введяобозначения

,

получимвыражение для удельного объема сухих материалов

. (7)

Еслипренебречь долей гипса в смеси сырьевых материалов ввиду его сравнительномалого расхода, а иногда и полного отсутствия в рецептуре, расчетная формулапримет вид:

. (8)

Каквидно, величина удельного объема сухих материалов, рассчитанная по формулам(7) или (8), определяется только их соотношением в сырьевой смеси — n,СИ, СЦ и константами поставляемых материалов — величинамиих истинной плотности, что соответствует физическому смыслу рассчитываемойвеличины.

Нарис.1 представлена рассчитанная на ЭВМ зависимость удельного объема сухихматериалов для Б= 650 кг/м3 при изменении значения n от0 до 0,5 при исходных величинах И = 2,95 кг/л; Ц = 3,1кг/л; К = 2,65 кг/л; СИ = 4, Сц = 1.

Рис. 1. Зависимость удельного объемасухих материалов от доли цемента в смешанном известково-цементном вяжущем

Нарис.2 изображен график изменения W для тех же материалов при n=0,5; СЦ = 1, когда СИизменяется в пределах от 3 до 6.

Рис. 2. Изменение удельного объемасухих материалов ячеистобетонной смеси в зависимости от соотношения массы кремнеземистогокомпонента и извести

Рис.3 показывает изменение величины W для названных материалов при n = 0,5; СИ = 4, СЦ= 1, при изменении К от 2,3 до 2,65 кг/л.

Рис. 3. Зависимость удельного объемасухих материалов ячеистобетонной смеси от истинной плотности кремнеземистогокомпонента

Каквидно, наибольшее влияние на величину W оказывает вид кремнеземистого компонента (значение его истиннойплотности).

Такимобразом, разработанная методика аналитического расчета величины удельногообъема сухих составляющих ячеистого бетона весьма чувствительна к изменениямтехнологических параметров ячеистобетонной смеси.

Посколькудля нахождения оптимальных составов надо провести опытные замесы сизменяющимися в широком диапазоне значениями соотношения кремнеземистогокомпонента и вяжущего (другими словами, перерасчеты состава требуется выполнятьнеоднократно), определение величины удельного объема составляющих смесианалитическим расчетом существенно сокращает трудоемкость технологическогопроектирования. Кроме того, это открывает широкие возможности повышенияточности результатов путем использования ЭВМ в процессе технологическогопроектирования.

Литература:

1.Инструкция по изготовлению изделий из ячеистого автоклавного бетона покомплексной вибрационной технологии. — М.: Стройиздат, 1975.

2.Инструкция по изготовлению изделий из ячеистого бетона. СН277-80. — М.:Стройиздат, 1981.

3.Общесоюзные нормы технологического проектирования предприятий по производствуизделий из ячеистого и плотного бетонов автоклавного твердения. ОНТП-9-81. — Таллинн:Минстройматериалов СССР, 1985.