CC BY
15УДК 691.33
Л.И. ДВОРКИН, д-р техн. наук, О.Л. ДВОРКИН, д-р техн. наук, В.В. ЖИТКОВСКИЙ, канд. техн. наук, Национальный университет водного хозяйства и природопользования (Ровно, Украина)
Расчет составов мелкозернистого гипсобетона на плотных заполнителях
Основной задачей получения эффективных строительных материалов является снижение их энергоемкости. В условиях роста цен на энергоносители повышается актуальность более широкого использования таких малоэнергоемких материалов, как гипсовые вяжущие и композиции на их основе. При этом использование добавок-модификаторов позволяет существенно улучшить свойства гипсовых материалов и расширить сферу их применения.
Расчет состава гипсобетона имеет ряд особенностей, обусловленных широким диапазоном возможной активности вяжущего (марки Г-5—Г-25), существенным различием между методикой определения прочности вяжущего и реальными условиями работы гипсобетона в конструкции, возможностью изменения в широких пределах расхода и вида заполнителя.
Основными исходными данными для проектирования состава являются прочностные характеристики гипсобетона и удобоукладываемость смеси, определяемая условиями формования.
Прочность гипсобетона, так же как и прочность цементных бетонов [1], определяется плотностью матрицы, формируемой при твердении вяжущего, которая обусловлена в первую очередь гипсоводным отношением (Г/В). Известно несколько выражений, характеризующих зависимость прочности при сжатии гипсобетона ^б) от водогипсового отношения [2, 3]. Одной из наиболее широко применяемых формул является формула Булычева:
к А (Г/В)д-0,5
(1)
где (Г/В)' — величина, обратная нормальной густоте гипсового вяжущего; А — активность вяжущего; а — коэффициент тонкости помола гипсового вяжущего, при-
нимаемый для строительного гипса равным 1,3; к — масштабный коэффициент.
Анализируя формулу (1), следует отметить, что в ней не учтено влияние на прочность гипсобетона вида и количества заполнителей. Влияние нормальной густоты на прочность, очевидно, учитывается как через величину (Г/В)'. Анализ влияния основных факторов на прочность гипсобетона по известным и собственным экспериментальным данным указывает, что при близком к линейному влиянии Г/В на прочность (рис. 1) имеет место существенный разброс экспериментальных значений, обусловленный количеством заполнителя в бетоне. Изделия из гипсобетона можно получать, используя смеси с широким диапазоном соотношений заполни-тель:гипсовое вяжущее (З/Г). При этом применение разжижающих добавок, а также различных способов уплотнения бетона позволяет формовать изделия при Г/В, значительно отличающихся от стандартной нормальной густоты вяжущего.
Так как основные факторы, влияющие на прочность гипсовых и цементных бетонов, близки, для определения прочности гипсобетона и проектирования состава предлагается использовать уравнение Боломея, вводя специфические значения коэффициентов:
Яб = рАЯт( Г/В-А),
(2)
где ^ -МПа; Rг
прочность активность гипса
гипсобетона в сухом состоянии, определенная по действу-
ющему стандарту, МПа; рА — (рА=АА1А2...Ап) мультипликативный коэффициент, учитывающий влияние различных факторов на прочность (качество заполнителя, условия твердения, использование замедлителя сроков схватывания и др.); Ь — коэффициент, определяющий влияние количества заполнителя.
Я., МПа
2,1 Г/В
Рис. 1. Зависимость прочности при сжатии гипсобетона (Яб) от гипсо-водного отношения: 1 - по данным [2]; 2 и 3 - по данным авторов; 4 - по данным [3]; З/Г - соотношение между массовыми расходами заполнителя и гипса
У, см 30
25 20
15 10
5
1,7
1,9
2,1 Г/В
2,3
2,5
Рис. 2. Зависимость удобоукладываемости (У, см) от гипсоводного отношения и количества заполнителя: 1 - З/Г=0; 2 - З/Г=0,6; 3 - З/Г=1,2
2
8
6
48
научно-технический и производственный журнал
октябрь 2012
0,6 0,3 3 2,8 2,6 2,4 2,1
- удобоукладываемость, см
- - — прочность гипсобетона, МПа
Рис. 3. Номограмма для определения параметров состава гипсобетона
В результате анализа экспериментальных данных получены уравнения для расчета эмпирических значений коэффициентов А и Ь для гипсобетонов на кварцевом песке и строительном гипсе. При использовании гипса определенной марки эти коэффициенты существенно зависят от массового соотношения между заполнителем и вяжущим:
Для некоторых значений прочности (Яб, МПа) и удобоукладывае-мости (У, см) должно существовать решение в виде параметров состава Г/В и З/Г.
Для удобства практического применения данной модели построена номограмма (рис. 3). Номограмма справедлива при использовании строительного гипса с водопотребностью (нормальной густотой) 51—52%. Для вяжущего с большей или меньшей водопотреб-ностью следует увеличивать (или уменьшать соответственно) заданную удобоукладываемость смеси из расчета 1 см на каждый процент. Данная номограмма (рис. 3) по-|/В строена без учета возможного влияния дополнительных факторов (формула (2) коэффициенты А!, А2,...Аи). При использовании дополнительных коэффициентов и номограммы следует изменить заданное значение прочности гипсобетона (Лб) из расчета:
Я6=рАЯ1(Т/В-Ь)=АА1А2...АнЯ1(Т/В-Ь)=>
А А* А =^г(Г/В-Ъ). (7)
12' п
А = 1,45 - 0,18 • З/Г;
Ъ =
7,8+0,21-З/Г 7,2 -0,88-З/Г'
(3)
(4)
Уточненные значения коэффициентов можно получить с учетом экспериментальных данных испытаний гипсобетонов на конкретных исходных материалах.
Удобоукладывемость гипсобетонной смеси зависит от гипсоводного отношения (Г/В), вида заполнителя и его количества, а также от свойств вяжущего (его водо-потребности). Наиболее распространенным способом уплотнения гипсовых изделий является литье, поэтому во многих методиках расчета состава гипсобетона определение расхода воды привязывается к литой консистенции смеси. Широкое применение интенсивных способов формования гипсовых изделий требует более точного учета удобоукладывемости и связанной с ней водопотребности смеси.
Для определения необходимого водосодержания гипсобетонных смесей можно использовать полученную математическую модель удобоукладываемости (У, см):
У=-111,93 + 105,79 Г/В + 2,24 З/Г - 20,3 Г/В2-
-1,28 З/Г2-1,92 Г/В З/Г. (5)
Область справедливости данной модели: Г/В=2,1±0,4; З/Г=0,6±0,6. При построении уравнения удобоуклады-ваемость определялась как диаметр расплыва стандартного конуса на встряхивающем столике после десяти встряхиваний. Этот способ позволяет с достаточной точностью оценить удобоукладываемость как литых, так и жестких мелкозернистых гипсобетонных смесей (рис. 2).
Решение задачи проектирования состава гипсобетона при заданной прочности и удобоукладываемости возможно при решении системы уравнений (2) и (5):
Я6 = рАКт( Г/В -Ь)
У = -111,93+ 105,79Г/В+ 2,24З/Г-20,3 Г/В2- (6) - 1,28 З/Г2 - 1,92 (Г/ВКЗ/Г).
При использовании номограммы предлагается выполнять расчет состава мелкозернистого гипсобетона на плотных заполнителях по следующему алгоритму. 1. По заданным параметрам прочности при сжатии гипсобетона и удобоукладываемости смеси с учетом активности, водопотребности вяжущего и с учетом дополнительных факторов по номограмме (рис. 3) определяем значения Г/В, З/Г. Находим расход гипса:
2.
1000 1 , В , (З/Г) Рг г + Рз
(8)
3. Определяем расходы воды (В) и заполнителя (З):
в=-
Г/В' 3=Г З/Г.
(9) (10)
При проектировании составов гипсовых бетонов, так же как для бетонов других видов, установление окончательных номинальных и рабочих составов должно производиться при экспериментальной проверке расчетных данных.
Ключевые слова: гипсобетон, прочность, удобоукладываемость, расчет состава.
Список литературы
1. Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Основы бетоноведения. СПб: Стройбетон, 2006. 691 с.
2. Ферронская А.В. Справочник. Гипсовые материалы и изделия (производство и применение). М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2004. 485 с.
3. БрюкнерХ., Дейлер Е. и др. Гипс. Изготовление и применение гипсовых материалов. М.: Стройиздат, 1981. 210 с.
rj научно-технический и производственный журнал
М ® октябрь 2012 49"
