CC BY
442. Планування та проектування проекту зiбранi i змодельованi даш допоможуть уникнути перевит-рати бюджету; вщстеження та зниження ризик1в, визначення прiоритетiв.
3. Роботизуваннi механiзмiв, автоматизацп процесiв виконання рутинних, простих, але тру-домiстких операцiй на будiвництвi, замiна людсь-ко! сили; ошгашзащя робiт, де потрiбна висока про-дуктивнiсть.
Переваги застосування штучного штелекту в BIM-технологiях наступнi:
Бiльшiсть проекпв виходять за рамки бюджету, незважаючи на використання кращих проект-них команд. Тому штучнi нейронш мереж1 викори-стовуються в проектах для прогнозування перевит-рати коштiв на основi таких факторiв, як розмiр проекту, тип контракту та рiвень компетенцп керiвникiв проектiв [5].
1нформацшне моделювання будiвельних об'eктiв - це процес, заснований на створеннi три-вимiрноl моделi будiвельного об'екту, який дае ар-хiтекторам, проектувальникам та будiвельникам можливiсть ефективно планувати, проектувати, конструювати будiвельнi об'екти та шфраструктуру i керувати ними. Щоб спланувати i спроектувати будiвельний об'ект [6], 3D-моделi повиннi брати до уваги плани архiтектури, проектування, механiки, електрики, сантехнiки та послiдовнiсть дiй вщповвдних груп. Завдання полягае в тому, щоб рiзнi моделi на рiзних етапах не конфлiктували одна з одною. Iндустрiя намагаеться використо-вувати машинне навчання в формi генеративного проектування, щоб виявляти i пом'якшувати кон-флiкти м1ж рiзними моделями, створеними рiзними командами на еташ планування i проектування [7].
Кожен будiвельний проект включае певний ри-зик, який проявляеться у багатьох формах, таких як ризик якосп, безпеки, часу i витрат. Чим бiльший проект, тим б№ший ризик, так як на робочих мкцях паралельно працюють к1лька субшдряд-ник1в. На сьогодшшнш день iснують рiшення для штучного штелекту та машинного навчання, яш генеральш подрядники використовують для мониторингу та визначення прюритепв ризик1в на мiсцi роботи, тому команда проекту може зосередити свiй обмежений час та ресурси на найбшьших факторах ризику. Ш1 використовуеться для автоматичного визначення прюритету проблем. Субшдряд-ники оцiнюються на основi оцiнки ризику, тому
керiвники будiвельних po6iT можуть TicHO сшвпрацювати з групами високого ризику для його зниження.
Висновки. Виходячи з розглянутого матерь алу, можна зазначити, що застосування штучного iнтeлeкту дозволяе добитися значно! коpиcтi для будiвeльноl компанп, знизити витрати та зменшити шльшсть проблем, пов'язаних з кадровою полтги-кою, ризиками, тощо. Кepiвники будiвeльних галу-зей мають ввддавати перевагу iнвecтицiям в тi га-лузi, де використання Ш1 може надати нaйбiльший вплив на ушкальш зaдaчi, пов'язaнi з будiвництвом. Таким чином найближчим часом очiкуетьcя подальше зростання застосування iнфоpмaцiйних тех-нологiй, пов'язаних з використанням штучного ш-телекту в будiвeльнiй галузг
Список лiтератури
1. Талапов, В. В. Основы BIM: введение в информационное моделирование зданий: учебное пособие / В. В. Талапов. - Москва: ДМК Пресс, 2011. - 393 с.: ил.
2. Кшвська К. I. , Цюцюра С. В., Кулеба М. Б. Анaлiз застосування штучного штелекту в BIM-технолопях, Управлшня розвитком складних систем. - 2020. - № 43. - С. 97-103.
3. Kyivska, K. I., Tsiutsiura, S. V., Tsiutsiura, M. I., Kryvoruchko, O. V., Yerukaiev, A. V., Hots, V. V. A study of the concept of parametric modeling of construction objects. International Journal of Advanced Research in Engineering and Technology, 10 (2), 2019, PP. 636-646.
4. Джордж Ф. Люгер Искусственный интеллект: стратегии и методы решения сложных проблем, 2018. - 864 стр., с ил.
5. Терентьев О.О., Русан 1.В., Бородавка £.В., Кшвська K.I. 1нтелектуальш шформацшш системи i технологи дiaгноcтики техшчного стану будiвeль: навчальний поciбник К.: 2019. - 121 с.лл.
6. Kyivska, K., Tsiutsiura, S. Implementation of artificial intelligence in the construction industry and analysis of existing technologies. Technology Audit and Production Reserves, 2 (2 (58)), 2021, PP. 12-15.
7. Кшвська K.I., Лузша Ю.В. Перспективи впровадження ВГМ-технологш у вичизнянш будiвeльнiй гaлузi. Упpaвлiння розвитком складних систем. Ки!в, 2021. № 46. С.63-69.
РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНЫХ МОДИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК ДЛЯ ТЯЖЕЛОГО
БЕТОНА
Куликова А.А.
Аспирант кафедры строительных материалов и технологий Томский государственный архитектурно-строительный университет
Демьяненко О.В.
Ст. преподаватель кафедры строительных материалов и технологий Томский государственный архитектурно-строительный университет
Ничинский А.Н.
Инженер-исследователь учебно-научной лаборатории «Наноматериалы и нанотехнологии» Томский государственный архитектурно-строительный университет
DEVELOPMENT OF COMPLEX MODIFYING ADDITIVES FOR HEAVY CONCRETE
Kulikova А.
Post-graduate Student of the Department of Building Materials and Technologies
Tomsk State University of Architecture and Building
Dem'yanenko O.
Senior Lecturer of the Department of Building Materials and Technologies Tomsk State University of Architecture and Building
Nichinskiy A.
Research Engineer of the Educational and Scientific Laboratory "Nanomaterials and Nanotechnologies"
Tomsk State University of Architecture and Building
Аннотация
В работе представлены результаты исследований по возможности создания комплексной модифицирующей добавки и ее влияния на эксплуатационные свойства бетона. Обоснован выбор компонентов для производства комплексной модифицирующей добавки, состоящий из диатомита и суперпластификатора полифункционального действия на основе полиметиленнафталинсульфонатов натрия. Исследованы прочностные характеристики тяжелого бетона в 3,7, 28 суток твердения. Показаны результаты влияния комплексной добавки на морозостойкость тяжелого бетона.
Abstract
The paper presents the results of studies on the possibility of creating a complex modifying additive and its effect on the performance properties of concrete. The choice of components for the production of a complex modifying additive, consisting of diatomite and a polyfunctional superplasticizer based on sodium polymethylene naphthalene sulfonates, has been substantiated. Investigated the strength characteristics of heavy concrete in 3.7, 28 days of hardening. The results of the effect of the complex additive on the frost resistance of heavy concrete are shown.
Ключевые слова: тяжелый бетон, модифицирующие добавки, диатомит, эксплуатационные характеристики.
Keywords: heavy concrete, modifying additives, diatomite, performance characteristics.
Введение
В настоящее время наиболее востребованными конструктивными материалами являются тяжелые бетоны (быстротвердеющие, высокопрочные и сверхвысокопрочные тяжелые бетоны с низкой водопроницаемостью, стойкие к воздействию различного рода агрессивных сред) [4,8,11]. Существует несколько способов создания таких бетонов, заключающихся в ускорении гидратации цемента, направленном формировании фазового состава и модификации структуры цементного камня, при одновременном повышении технологичности бетона и снижении затрат на его производство, активация компонентов, введение модифицирующих добавок, современные методы проектирования бетонов.
Основным фактором, влияющим на эксплуатационные характеристики бетона, остается применение эффективных модификаторов структуры и свойств бетона, в том числе суперпластификаторов, тонкодисперсных минеральных наполнителей.
Поэтому разработка составов модифицированных тяжелых бетонов для общестроительного назначения с улучшенными технологическими параметрами путем использования эффективных модифицирующих добавок являются актуальным.
Известно, что основное назначение пластифицирующих добавок - увеличение удобоукладывае-мости, что обеспечивает уменьшение энерго- и трудозатрат при укладке. С другой стороны, применение таких добавок позволяет, за счет снижения
водоцементного отношения, при сохранении заданной подвижности смеси, повышать в значительной степени прочность и долговечность изделий. Кроме этого, введение пластификаторов позволяет влиять на сроки схватывания и кинетику твердения цемента, повышать прочность, морозостойкость и водонепроницаемость бетона за счет водоредуциро-вания, а так же снижать расход цемента и энергозатраты на производство бетонов, растворов, и т.д. [215].
Тонкодисперсные минеральные добавки представляют собой неорганические природные и искусственные материалы, обладающие пуццолано-выми или слабыми гидравлическими свойствами. В технологии бетона широко применяют комплексные добавки, включающие активные минеральные добавки, преимущественно техногенного происхождения, такие как металлургические шлаки, золы, микрокремнезем, диатомит и др. Однако, характеристики таких добавок, как побочных продуктов промышленности, существенно зависят от технологии основного производства и не отличаются стабильностью свойств.
Наименее исследовано применение в качестве активной минеральной добавки диатомита, что связано со сложившимся мнением о его низкой реакционной способности по отношению к гидролизной извести [3], а также высокой водопотребно-стью, которая обусловлена микропористой структурой этой органогенной породы, представляющей остатки микрораковин с развитой внутренней поверхностью. В отличие от микрокремнезема,
который является отходом производства на 5 металлургических предприятиях России и может поставляться в ограниченных объемах, запасы диатомита достаточно велики. Основные месторождения диатомитов в России находятся в Поволжском регионе (Инзенское, Сенгилевское, Атемарское, и др. месторождения), а также на Урале и в Сибири.
Ранее авторами в работе [1] было исследовано влияние комплексной добавки, на основе диатомита (2 и 4 % от массы цемента) и суперпластификатора на свойства цементного камня. Исследования показали, что при относительно малой дозировке активированных диатомитов возможно получение цементных композитов с высокими прочностными характеристиками. Прочность цементного камня увеличилась до 23,8 % по сравнению с контрольным образцом.
Материалы, методы и результаты исследований
В процессе исследований были использованы следующие материалы:
а) вяжущее:
- портландцемент ЦЕМ I 42,5Н Топкинского цементного завода (ГОСТ 31108-2016). Удельная поверхность 300 м2/кг;
б) заполнители
- мелкой заполнитель - песок Красноярского края карьера Шунеры (ГОСТ 8736-2014, ГОСТ 26633-2012).
- крупной заполнитель - щебень фракции 5-20 мм карьера Шунеры Красноярского края.
в) модифицирующие добавки:
- диатомит - ультрадисперсный порошок, активно-минеральная добавка осадочного происхождения; на 98 % состоит из диоксида кремния и имеет перфорированную структуру.
- «ШТАЙНБЕРГ РБМ-ВО (МА)» - суперпластификатор полифункционального действия на основе полиметиленнафталинсульфонатов натрия, стабилизирующих гидрофобизирующих и воздухо-вовлекающих компонентов, обеспечивающих повышенные долговечности бетона и для сравнения применяли второй суперпластификатор,
- ПФМ-НЛК (полипласт) - полифункциональный модификатор, состоящих из полиметилен-нафталинсульфонатов натрия, алюмометилсилико-натов натрия и воздухововлекающего компонента, позволяющего стабилизировать и упорядочить воз-духововлечение в бетонных смесях.
г) вода затворения (ГОСТ 23732-2011).
Исследования проведены на образцах-кубах размером 10*10x10 см из бетонной смеси по ГОСТ 10180-2012. Образцы твердели в камере естественного твердения (Т = 18-20°С) и испытывались на прочность через 3, 7, 28 суток. Также проводились испытания образцов на морозостойкость.
При приготовлении бетонной смеси было использовано три состава бетонной смеси, рассчитанные методом наименьшей межзерновой пустотно-сти заполнителей. Разработанные составы отличались введенной комплексной добавки на основе суперпластификатора и диатомита. Предложенные составы для бетона класса В 25 и выше представлены в таблице 1.
Таблица 1
Разработанные составы бетонной смеси
№ Состав Состав бетона, м3 Подвижность (ОК), см Плотность, кг/м3
Щ П Ц В КД
СП Д
1 Контрольный В25 1197 560 330 135 - П1 (5-6) 2477
2 В25 с КД Штайберг PFM- ISO MA+диатомит 1197 560 330 130 3,3 13,2 П4 (18) 2490
3 В25 с КД ПФМ-НЛК (полипласт)+диатомит 1197 560 330 130 3,3 13,2 П5 (21) 2398
При разработке составов, необходимых для получения более высокого класса бетона, нами был уменьшен расход воды, за счет введения комплексной добавки, при сохранении количества цемента. Эффект был достигнут за счет понижения водоце-ментного отношения. Марка по подвижности менялась за счет введения суперпластификатора с П1 до П4 в первом случае, и с П1 до П5 во втором. При этом плотность второго состава выше, что может обеспечивать высокую прочность бетона.
Кинетика набора прочности бетона с применением разработанных комплексных добавок совпадает с результатами, полученными на цементном
камне. Так, применение комплексной добавки «Штайберг PFM-ISO МА (1 %) + диатомит (4%)» позволяют получить прочность бетона не менее 50% от марочной на третьи сутки, соответственно разработанные добавки являются эффективными ускорителями гидратации и твердения, согласно ГОСТ 25192-2012. Комплексная добавка, включающая «1 % ПФМ-НЛК (полипласт)+диатомит (4 %)» способствуют некоторому замедлению набора прочности бетона (рис. 1).
Рис. 1 - Кинетика набора прочности образцов тяжелого бетона с исследуемыми добавками.
Введение комплексной добавки «Штайберг PFM-ISO MA (1 %) + диатомит (4%)» в состав тяжелого бетона позволяет повысить прочность в 28 суток твердения на 32% по сравнению с контрольным составом. Комплексная добавка «1 % ПФМ-НЛК (полипласт) + диатомит (4 %)», снижает прочность тяжелого бетона в 28 суток твердения, по сравнению с контрольным составом. Это может быть связано с содержанием в пластифицирующей добавке алюмометилсиликоната натрия и воздухо-вовлекающего компонента, при взаимодействии с
диатомитом образуются органосиликатные соединения, препятствующие повышению прочности.
Для оценки влияния разработанных комплексных добавок на морозостойкость проводили испытание вторым ускоренным методом при многократном замораживании и оттаивании, согласно ГОСТ 10060-2012 «Бетоны. Методы определения морозостойкости». Результаты проведенных испытаний представлены на рисунке 2.
1- Контрольный состав, 2- с комплексной добавкой «Штайберг Р¥М-!$0 МА (1 %) + диатомит (4%)», 3- комплексной добавкой «1 % ПФМ-НЛК(полипласт)+диатомит (4 %)». Рис. 2 - Испытание образцов на морозостойкость по второму ускоренному методу с воздействием
солей
Введение комплексных добавок позволяет повысить морозостойкость бетона. Так, введение комплексной добавки «Штайберг PFM-ISO MA (1 %) + диатомит (4%)» увеличивает морозостойкость бетона до марки F300 (75 циклов испытаний без потери прочности). С применением комплексной добавки «1 % ПФМ-НЛК (полипласт)+диатомит (4 %)» бетон так же имеет марку по морозостойкости F 300 (75 циклов испытаний, с потерей прочности 2,1 %). Бездобавочный состав имеет марку по морозостойкости F200 (45 циклов испытаний, с потерей прочности 13 %).
Заключение
Проведенные исследования по активации минеральной добавки диатомита суперпластифициру-ющими добавками и введению их в бетонные смеси
показывают свою эффективность. Так, введение комплексной добавки «Штайберг PFM-ISO MA (1 %) + диатомит (4%)» в состав тяжелого бетона позволяет повысить прочность в 28 суток твердения на 32% по сравнению с контрольным составом, но введение добавки «1 % ПФМ-НЛК (полипласт) + диатомит (4 %)», снижает прочность тяжелого бетона в 28 суток твердения, по сравнению с контрольным составом. Это может быть связано с содержанием в пластифицирующей добавке алюмометилсилико-ната натрия и воздухововлекающего компонента, при взаимодействии с диатомитом образуютщих органосиликатные соединения, препятствующие повышению прочности. Так же, повышается морозостойкость тяжелого бетона при введении комплексной добавки «Штайберг PFM-ISO MA (1 %) +
диатомит (4%)» до марки F300 (75 циклов испытаний без потери прочности). Проведенные испытания разработанных составов тяжелого бетона с комплексной добавкой «Штайберг РБМ-ШО МА (1 %) + диатомит (4%)» являются эффективными, актуальными и перспективными.
Список литературы
1. Куликова, А. А. Влияние комплексных модифицирующих добавок на свойства цементного вяжущего в композиционных материалах / А. А. Куликова, О.В. Демьяненко // Современные ресурсосберегающие материалы и технологии: перспективы и применение: материалы Международного симпозиума. - Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2020. - С. 49-54.
2. Калашников, В.И. Через рациональную реологию - в будущее бетонов. Ч. 2. Тонкодисперсные реологические матрицы и порошковые бетоны нового поколения / В.И. Калашников // Технологии бетонов. 2007. № 6. С. 8-11.
3. Базаров Б.Г., Норжинбадам С., Санжаа-сурен Р., Доржиева С.Г., Урханова Л.А. Пластифицирующие добавки в бетон на основе промышленных отходов / Вестник ВСГУТУ. 2012. № 1 (36). С. 27.
4. Копаница Н.О., Сорокина Е.А. Демьяненко О.В. Влияние добавки термомодифицированного торфа на технологические свойства строительных смесей для 3 ^печати / Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2018 (4). - С. 122-134.
5. Кинд, В.В. Коррозия цементов и бетона в гидротехнических сооружениях / В.В. Кинд. - М.: Госэнергоиздат, 1955. - 320 с.
6. Пустовгар, А.П. Эффективность применения современных суперпластификаторов в сухих строительных смесях / А.П. Пустовгар // 4-я Меж-дунар. науно-техн. конф. «Современные технологии сухих смесей в строительстве «MixBUILD»». -Санкт-Петербург, 2002. - С. 45-52.
7. Иванов И.М., Крамар Л.Я., Кирсанова А.А., Тьери В. Влияние комплекса "микрокремнезем-суперпластификатор" на формирование структуры и свойств цементного камня / Вестник ЮжноУральского государственного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2018. Т. 18. № 1. С. 32-40.
8. Калашников, В.И. Особенности реологических изменений цементных композиций под действием ионностабилизирующих пластификаторов / В.И. Калашников, И.А. Иванов // Сборник трудов «Технологическая механика бетона». - Рига: РПИ, 1984. - С. 103-118.
9. Баженов, Ю.М. Модифицированные высококачественные бетоны / Ю.М. Баженов, B.C. Демьянова, В.И. Калашников. - М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006. - 368 с.
10. Калашников, В. И. Учет реологических изменений бетонных смесей с суперпластификаторами / В. И. Калашников // Материалы IX Всесоюзной 53 конференции по бетону и железобетону (Ташкент, 1983). - Пенза, 1983. - С. 7-10.
11. Танг Ван Лам. Возможность применений высококачественного мелкозернистого торкрет-бетона для строительства метро / Танг Ван Лам, Дам Хыу Хынг, Фан Тхань Шон // сборник материалов XIX Международной межвузовской научно-практической конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых учёных. ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет». Издательство: Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (Москва). 2016. - С. 909-912.
12. Батраков, В. Г. Адсорбция и пластифицирующий эффект суперпластификатора С-3 в зависимости от состава цемента / В. Г. Батраков, Т. Е. Тюрина, В. Р. Фаликман // Бетоны с эффективными добавками. - М.: НИИЖБ, 1985. - С. 8-14.
13. J. J. Gaitero, I. Campillo and A. Guerrero, Reduction of the calcium leaching rate of cement paste by addition of silica nanoparticles, Cem. Concr. Res, vol.38, pp. 1112-1118, 2008.
14. N. Kopanitsa, Y. Sarkisov, A. Gorshkova, O. Demyanenko. Additives for Cement Compositions Based on Modified Peat/ AIP Conference Proceedings 1698, 070015 (2016),-с. 070015-0-070015-5.
15. F. Sanchez, L. Zhang, C. Ince. Multi-scale performance and durability of carbon nanofiber/cement composites [Многоуровневая работа и долговечность углеродного нановолокна/цементных композитов]. In: Bittnar Z, Bartos PJM, Nemecek J, Smilauer V, Zeman J, editors. Nanotechnology in construction: proceedings of the NICOM3 (3rd international symposiumon nanotechnology in construction). Prague, Czech Republic; 2009, p. 345.
