CC BY
13УДК 693.542.4
И.М. БАРАНОВ, канд. техн. наук, ООО «НТЦ ЭМИТ» (Москва)
Проблемы подбора составов многокомпонентных специальных бетонов
Проектирование составов бетонов, к великому сожалению, вот уже многие годы продолжает оставаться проблемным вопросом. Не существует простой и доступной для заводских лабораторий стандартизированной методики по оперативному подбору рациональных составов тяжелого бетона. Об остроте этой проблемы говорит даже то, что уже в 60-е г. прошлого столетия было известно более 30 различных методик подбора составов бетона, которые подразделялись на следующие группы: расчетно-экспериментальные, номограммные, программно-математические и экспериментально-графические.
Расчетно-экспериментальные методики проектирования и подбора составов бетонов с заданными показателями по прочности и удобоукладываемости [1—4] предусматривают проведение сначала аналитических расчетов по соответствующим формулам с учетом поправочных коэффициентов, а затем приготовление последовательных уточняющих замесов с изготовлением и испытанием образцов.
Номограммная методика [5] в своей основе опирается на те же расчетно-экспериментальные методы, но для облегчения и ускорения подбора составов бетонов использует таблицы, графики, номограммы. С их помощью назначаются требуемые параметры (водоце-ментное отношение, соотношение между песком и щебнем, расход воды, осадка конуса и др.), что позволяет устанавливать требуемые составы бетонной смеси и бетона при минимальном расходе цемента.
Несколько позднее в целях упрощения методики проектирования и оптимизации свойств бетона и бетонной смеси появились первые предложения по применению методов математической теории планирования экспериментов [6], а в настоящее время для проектирования составов бетона и обучения студентов предлагаются автоматизированные математические программы, которые используют все те же формулы и поправочные коэффициенты расчетно-экспериментальных методов.
Основным недостатком всех этих методик является трудность оценки качества применяемых материалов и выявление его влияния на свойства бетонов, а также невозможность определить зависимости между качеством исходных материалов, их расходом на 1 м3 бетона и получаемыми свойствами бетона. Особые трудности возникают на тех предприятиях, где готовят большое количество составов бетона с различной прочностью и показателями удобоукладываемости. В этом случае такому количеству составов бетонов должно соответствовать и такое же количество лабораторных подборов. А в каждом из подборов обычно требуется проводить еще и несколько опытов. Из этого складывается большой объем работы. Использование поправочных коэффициентов и формул не облегчает работу, так как необходимые в широком диапазоне составы по прочности и удобоукладываемости не могут быть найдены посредством каких бы то ни было поправочных коэффициентов, если говорить о действительно оптимальных составах. Отсюда следует, что при проектировании и подборе составов бетонов по расчетно-экспериментальным методикам значение используемых формул и справочных табличных данных по выбору водоцементного отношения, величин расхода цемента и воды, а также
других основных параметров бетонов имеет сугубо ориентировочный характер. Кроме того, не существует формул, выражающих зависимость между характером поверхности заполнителей и прочностью бетона, а также формул по установлению рационального соотношения между крупным и мелким заполнителями. Таким образом, практика обобщения эмпирических зависимостей приводит к значительным погрешностям, так как невозможно путем подстановки усредненных коэффициентов охватить все многообразие материалов и технологических процессов.
Однако следует сказать, что при всех перечисленных недостатках упомянутые методики, хотя и не оперативно, но достаточно точно решали задачи подбора составов бетонов только потому, что составы были четырех-компонентными. Поэтому несколько позднее, уже в 1980-е гг. наконец-то в этом вопросе вся неопределенность была закрыта и появился ГОСТ 27006—86 по правилам подбора составов бетонов с соответствующими рекомендациями.
Далее в упомянутых методиках ничего принципиально не изменялось в части их совершенствования, и даже когда появились суперпластифицирующие, возду-хововлекающие и другие органоминеральные добавки, только прочностные свойства бетонов повысились. Максимальная их прочность при сжатии увеличилась до 60 МПа, а в отдельных случаях до 90 МПа после совместного помола цемента и суперпластификатора с повышенной дозировкой.
Все изменилось с появлением гиперпластификаторов и множества различных добавок, в том числе высокоактивных пуццолановых и тонкомолотых инертных минеральных добавок. С применением этих добавок бетон стал многокомпонентным и высокопрочным (с прочностью при сжатии до 200 МПа и более). Появились нерасслаивающиеся бетонные смеси с литой консистенцией и высокой внутренней связностью для ведения подводных работ в текущей воде. Расширилась область применения бетонов. Высокопрочные бетоны начали более активно применять в высотном строительстве.
Сложно поверить, но составы всех этих бетонов в настоящее время подбираются без использования не только стандартизированных или каких-либо других методик, но даже и без разрабатывающихся в последующее время методик системно-автоматизированного проектирования составов бетона. Все это потому, что сегодня при разработке таких сложных составов бетона не только трудно, а уже и нельзя с помощью формул и множества различных поправочных коэффициентов отслеживать все разнообразие взаимовлияющих и изменяющихся во времени физико-химических и других факторов. Составам сегодняшних специальных бетонов уже недостаточно быть рациональными, они должны быть еще и оптимальными. При этом они должны быть оптимальными не только по рецептуре и свойствам, но и по стоимости.
Тем не менее представляется, что проблему проектирования оптимальных составов высокопрочного и специальных бетонов все-таки можно разрешить, если проектирование вести не путем расчета, назначения и корректировки, а путем установления оптимальных составов. Такая методика известна [7]. Она имеет совершенно другие принципы проведения подборов. По этой
научно-технический и производственный журнал
методике выявление состава бетона с требуемыми свойствами заменяется на исследование влияния основных параметров исходных материалов на свойства бетона. Эта методика не столько обеспечивает получение составов бетона с заданными показателями прочности и удо-боукладываемости, сколько гарантирует возможность нахождения основных зависимостей между прочностью, водоцементным отношением, удобоукладываемо-стью и расходом исходных компонентов (цемента, щебня, песка и добавок).
Оценивая изложенные выше возможности данной методики в целях использования ее как основы для так необходимой оперативной и доступной для заводских лабораторий методики подбора составов бетона, автор настоящей статьи в инициативном порядке в 1996 г. доработал эту методику для работы с суперпластифициру-ющими добавками [8], а в 2012 г. — и для работы с многокомпонентными специальными бетонами [9].
Поставленная задача в соответствии с этой доработанной методикой решается экспериментально-графическим методом. Он основан на том, что составы бетона не подбираются, а исследуются и назначаются. При этом основные свойства бетонов выражаются в виде следующих зависимостей, отражающих свойства бетона в функции ряда основных факторов: R = f (Ц/В); Ц = f (Ц/В); П = f (Ц); Щ = f (Ц); Д = f (Ц) при U = const, где R — предел прочности бетона, МПа; Ц, П, Щ, Д — расход соответственно цемента, песка, щебня и добавок на 1 м3 бетона, кг; U — показатель удобоукладываемости бетонной смеси, см.
В заключение необходимо добавить, что для облегчения и еще большего упрощения работы с предлагаемой методикой она требует программно-математиче-
ского сопровождения и разработки соответствующих рекомендаций по применению.
Ключевые слова: многокомпонентные бетоны, методика подбора состава бетона, добавки в бетоны.
Список литературы
1. Скрамтаев Б.Г., Баженов Ю.М. О едином расчетно-экспериментальном методе определения составов обычного (тяжелого) бетона // Известия Академии строительства и архитектуры СССР. 1959. № 4. С. 34-37.
2. Гершберг О.А. Технология производства сборных железобетонных конструкций и деталей. М.: Госстройиздат, 1957. 235 с.
3. Либман А.Я. Подбор состава бетона. М.: Изд. БТИ. НИИОМТП СА и А СССР. 1961. 76 с.
4. Баженов Ю.М. Способы определения составов бетона различных видов. М.: Стройиздат, 1975. 272 с.
5. Сизов В.П. Проектирование состава бетонов. М.: Стройиздат, 1986. 109 с.
6. Соркин Э.Г. Руководство по методике и опыту оптимизации свойств бетона и бетонной смеси. М.: Стройиздат, 1973. 56 с.
7. Шадрин А.А. Экспериментально-графический метод назначения составов бетона. М. Госстройиздат, 1962. 54 с.
8. Баранов И.М. Методика определения рациональных составов тяжелого бетона // Строительные материалы. 1996. № 12. С. 11-14.
9. Баранов И.М. Практическая методика определения рациональных составов специальных бетонов // Строительные материалы. 2012. № 7. С. 87-93.
VI Международная конференция
О
В СТРОИТЕЛЬСТВ!
22-24 марта 2014 г.
Каир, Египет
Организаторы конференции:
Египетско-российский университет Национальный исследовательский центр жилья и строительства (HBRC), Ижевский государственный технический университет им. М.Т. Калашникова
CJVIB
Тематика конференции:
Использование нанокомпозитов в качестве конструкционных материалов
Строительство с применением нанотехнологий Огнезащитные материалы с применением нанотехнологий Системы кондиционирования с применением нанотехнологий Архитектура и нанотехнологии
Производство красок с использованием нанотехнологий
Нанотехнологии при производстве стекла Нанотехнологии для энергоэффективного строительства Моделирование нанокомпозитов Модификация минеральных вяжущих наносистемами Токсичность наноматериалов Наноматериалы для сенсорных устройств Нанотехнологии и долговечность материалов
Информационная поддержка - журнал «Строительные материалы»®
Строительные Материалы*
Сайт конференции: http://www.istu.ru/merop/2749-nts -2014
Контактная информация в Египте:
Профессор Шериф Солиман Хелми Египетско-российский университет Cairo High Road, Bard City-Suez E-mail: president@eruegypt.com Тел.: +202 28643349, 28643341
Контактная информация в России:
Профессор Григорий Иванович Яковлев
ИжГТУ им. М.Т. Калашникова 426069 Ижевск, ул. Студенческая, д. 7 E-mail: gyakov@istu.ru Тел.: +7(3412) 59 33 07
научно-технический и производственный журнал
