Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин
Проектирование составов бетона с заданными свойствами
Издательство РГТУ
Ровно
1999
Оглавление
Предисловие
Глава 1. Исходные предпосылки и задачи проектирования составов бетона
Исходные предпосылки
Основные задачи проектирования составов
Глава 2. Расчетные зависимости основных свойств бетона
Прочность
Морозостойкость
Водонепроницаемость
Тепловыделение
Деформативные свойства
Глава 3. Водопотребность и соотношение заполнителей в бетонной смеси
Водопотребность
Зерновой состав и соотношение заполнителей
Глава 4. Примеры задач многопараметрического проектирования составов бетона
Общая схема решения
Бетон для сборных железобетонных конструкций
Дорожный и гидротехнический бетон.
Бетон, применяемый зимой и в условиях сухого жаркого климата
Глава 5. Адаптация расчетных составов бетона в производственных условиях
Литература
ПРЕДИСЛОВИЕ
Проектирование составов бетона с комплексом нормируемых строительно-технических свойств является одной из основных задач технологии этого материала и конструкций на его основе. Развитие теоретических представлений и эмпирической базы бетоноведения позволяют значительно расширить традиционный подход к проектированию составов, использовать технологические расчеты для задач, ранее решавшихся только экспериментально.
Такие расчеты позволяют находить не только сами составы бетонных смесей, но и оценивать пути снижения их стоимости, экономии цемента и энергозатрат, находить оптимальные решения в конкретных производственных ситуациях.
Важность развития методологии технологических расчетов возрастает по мере компьютеризации инженерного труда, создания современных программных комплексов.
В монографии приводится анализ основных типов задач проектирования составов бетона, дается обзор расчетных зависимостей, полученных как авторами, так и другими исследователями. Основное внимание уделяется разработке алгоритмов многопараметрического проектирования составов тяжелого цементного бетона. Приведены необходимые количественные зависимости для решения задач проектирования составов бетона с нормируемыми прочностными и деформативными свойствами, морозостойкостью, водонепроницаемостью, тепловыделением. Даются примеры решения соответствующих задач.
Авторы отдают себе отчет в том, что посвятили свою работу проблеме еще далекой от достаточно полного решения, и последующий опыт будет существенно корректировать и дополнять рекомендованные и расчетные методики.
В подготовке главы 4 принимал участие кандидат техн.наук Ю.В.Гарницкий.
Авторы выражают признательность инж. Гордийчук Л.Ф. за техническую помощь в подготовке монографии к печати.
ГЛАВА 1. ИСХОДНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ И ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОСТАВОВ БЕТОНА
1.1. Исходные предпосылки
Для решения одной из центральных проблем технологии бетонных и железобетонных конструкций - получения изделий и конструкций с заданными свойствами - необходимо совершенствование методологии проектирования составов бетона. В литературе часто отождествляют задачи проектирования, подбора и расчета составов бетона, хотя они не всегда идентичны. Проектирование составов является более общей технологической задачей. Оно включает технические и технико-экономические обоснования, связанные с выбором исходных материалов, добавок, показателя удобоукладываемости бетонной смеси, расчетную часть, целью которой является определение рецептуры бетонной смеси при заданном критерии оптимальности, и экспериментальное уточнение расчетных составов.
В настоящее время в технологической практике проектирование составов бетона осуществляется на базе достаточно большого количества методов, основанных на различных теоретических и технологических предпосылках [1]. Все эти методы могут успешно применяться на практике, если они решают поставленные задачи. Как показало время, стремление универсализировать методологию проектирования составов и дискуссия о предпочтительности одних подходов/над другими, оказались не конструктивными.
Актуальными направлениями развития методологии проектирования составов бетона являются:
- увеличение "разрешающей способности" расчетных методик, т.е. возможности более полного учета технологических факторов и проектных требований к бетону;
- повышение эффективности алгоритмов расчетных методик, их точности и быстродействия.
Развитие этих направлений возможно за счет реализации современных представлений бетоноведения о формировании строительно-технических свойств бетона в сочетании с системным анализом.
Наиболее общий подход к проектированию составов бетона основан на количественном учете взаимосвязей типа свойство - структура - состав бетона путем анализа и совместного решения уравнений, связывающих показатели свойств бетона с параметрами его структуры.
Основными предпосылками такого подхода можно считать следующие положения бетоноведения:
Большинство свойств бетона являются функциями его структуры. В зависимости от характера тех или иных свойств их могут формировать преимущественно макро- или микроструктурные особенности бетона. Влияние на свойства бетона его структуры предопределяет взаимозависимость различных свойств.
Каждое из свойств бетона однозначно связано с соответствующими параметрами или критериями структуры, которые учитывают качественные и количественные особенности его твердой фазы и порового пространства. Как для типичного композиционного материала структурные параметры бетона учитывают особенности его матрицы (цементного камня) и заполнителя, их взаимодействие.
Направления изменения различных свойств бетона при изменении параметров структуры и факторов состава могут как совпадать, так и быть различными. Проектирование состава бетона с заданными свойствами требует учета их направленности и, во многих случаях, является задачей компромиссной.
Оптимальная структура бетона - это структура, которая обеспечивает комплекс требуемых свойств при выполнении заданных условий оптимальности (минимальный расход цемента, минимальная стоимость бетонной смеси и др.). В соответствии с этим условием составы бетона могут существенно отличаться при различных условиях оптимальности.
В строительно-технологической практике наибольшее распространение получили методы проектирования составов бетона с требуемой прочностью при сжатии. Это обусловлено, во-первых, тем, что при конструктивных расчетах прочность бетона является основным его параметром, и, во-вторых, предположением, что с прочностью однозначно связаны и другие необходимые свойства бетона. Последнее предположение, однако, не является достаточно общим. Действительно, с прочностью бетона при сжатии однозначно связаны многие его свойства: прочность при изгибе, растяжении, износостойкость, кавитационная стойкость и др. Однако, не является однозначной зависимость прочности и морозостойкости, прочности и ползучести и т.д.
В тех случаях, когда, кроме прочности при сжатии, возникает необходимость нормирования ряда других его строительно-технических свойств, задача проектирования состава существенно усложняется. В этих случаях при существующей практике она обычно огрубляется и расчет сводится к учету ряда ограничений (чаще всего по цементно-водному отношению) без всесторонней оценки других влияющих факторов.
В последние годы при решении задач проектирования составов бетона с комплексом строительно-технических свойств получила распространение методология, предполагающая использование комплекса математико-статистических уравнений, связывающих нормируемые показатели свойств бетона с совокупностью тех или иных технологических факторов [2]. Применение этой методологии, однако, требует значительной предварительной экспериментальной работы применительно к конкретной технологической ситуации и "привязано" к исходным условиям моделирования. Вместе с тем, в ряде случаев, например при введении добавок, применении многокомпонентных смесей, такой подход может оказаться предпочтительным. В этом случае реализуется кибернетическая концепция "черного" или "серого" ящика, а полученные уравнения регрессии рассматриваются как поведенческие модели исследуемого объекта и позволяют запроектировать его состав, обеспечивающий условия оптимальности. Рациональным может быть объединение элементов как структурного так и кибернетического подходов для решения ряда задач, учитывая недостаточную теоретическую информацию, не позволяющую предложить достаточно адекватные структурные модели для всех свойств бетонной смеси и бетона, рассматриваемых при проектировании состава.
