Научная статья на тему 'Универсальная методика проектирования состава тяжёлого бетона с химическими добавками'

Универсальная методика проектирования состава тяжёлого бетона с химическими добавками Текст научной статьи по специальности «Техника и технологии»

CC BY
35
4
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
бетон / экзотермия / температура / саморазогрев / удельное тепловыделение / температурные поля / concrete / exotherm / temperature / self-heating / specific heat release / temperature fields

Аннотация научной статьи по технике и технологии, автор научной работы — Бабицкий Вячеслав Вацлавов, Зеленковская Жанна Леонидовна

В статье изложена методика проектирования состава бетона, основанная на учете изменений нормальной густоты цемента при введении пластифицирующих добавок, разработанная с целью устранения недостатков, характерных большинству методик, наиболее широко используемых в настоящее время предприятиями и научными организациями для расчёта состава бетона. Предлагаемая методика в принципе сохраняет общепринятую последовательность расчетов. Однако имеются существенные отличия, позволяющие, на наш взгляд, повысить точность расчетов и расширить область применения методики. Объектом исследований является и оптимальный расход компонентов бетонной смеси, и влияние различных факторов на прочность бетона, а также точность формул, используемых для расчётов. Выполнены исследования по оценке удельного тепловыделения рекомендованного цемента в зависимости от начального водоцементного отношения. Изучено влияние химической добавки на скорость и величину удельного тепловыделения цемента. Приведены основные теоретические положения и алгоритм расчета термонапряженного состояния бетонного массива. Для расчета ожидаемых температур и их распределения в массиве конструкции использовали метод конечных разностей, а для оценки термонапряженного состояния рассчитывали температурные напряжения в сечениях бетонного массива. Выполненные расчеты температурных полей позволили оценить максимально возможные температуры и температурные перепады по сечениям бетонного массива в зависимости от начальной температуры бетонной смеси и среднесуточной температуры наружного воздуха. Анализ распределения температур позволил выявить наиболее «опасные» сечения бетонного массива. На основании результатов расчета температурных полей выполнена оценка термонапряженного состояния бетонного массива. Выполнен расчет температурных напряжений в наиболее «опасных» сечениях бетонного массива. Показано, что характеристикой термонапряженного состояния бетонного массива может служить расчетная величина температурного напряжения. Образование температурных трещин в бетонном массиве возможно при превышении расчетного значения температурного напряжения над фактической прочностью бетона на растяжение. Сравнение расчетных и фактических значений температур в сечениях фундаментной плиты, позволили сделать вывод о правильности выполненных расчетов температурных полей и как следствие, возможных температурных деформаций.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Universal technique of design of composition of heavy concrete with chemical additives

The article describes a technique for assessing the thermally stressed state of a concrete massif of a foundation slab made of a self-compacting concrete mixture. The proposed method for assessing the thermally stressed state consists in a preliminary calculation of the temperature fields in hardening concrete. The object of research was self-compacting concrete mix and structural concrete in the structure mass. The choice of materials for the preparation of concrete mixture is given and substantiated. The composition of self-compacting concrete (SCC) was used to assess the thermally stressed state. To reduce the amount of "self-heating" of concrete, it is recommended to use a binder with a reduced exotherm. Studies have been carried out to assess the specific heat release of the recommended cement depending on the initial water-cement ratio. The effect of a chemical additive on the rate and magnitude of the specific heat release of cement has been studied. The main theoretical provisions and an algorithm for calculating the thermal stress state of a concrete massif are presented. To calculate the expected temperatures and their distribution in the structure mass, the finite difference method was used, and to assess the thermally stressed state, the temperature stresses in the sections of the concrete mass were calculated. The performed calculations of the temperature fields made it possible to estimate the maximum possible temperatures and temperature differences over the sections of the concrete massif depending on the initial temperature of the concrete mixture and the average daily temperature of the outside air. Analysis of the temperature distribution made it possible to identify the most "dangerous" sections of the concrete mass. Based on the results of calculating the temperature fields, an assessment of the thermal stress state of the concrete mass is made. The calculation of temperature stresses in the most "dangerous" sections of the concrete massif has been performed. It is shown that the calculated value of the temperature stress can serve as a characteristic of the thermally stressed state of a concrete mass. The formation of temperature cracks in a concrete mass is possible when the calculated value of the temperature stress exceeds the actual tensile strength of concrete. Comparison of the calculated and actual values of temperatures in the sections of the foundation slab made it possible to conclude that the calculations of the temperature fields and, as a consequence, possible temperature deformations are correct.

Текст научной работы на тему «Универсальная методика проектирования состава тяжёлого бетона с химическими добавками»

УДК. 666.972

УНИВЕРСАЛЬНАЯ МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОСТАВА ТЯЖЁЛОГО БЕТОНА С ХИМИЧЕСКИМИ ДОБАВКАМИ

Бабицкий Вячеслав Вацлавович Белорусский национальный технический университет, д.т.н., профессор, tel:+375-17/293-96-73

Зеленковская Жанна Леонидовна БНТУ, магистр технических наук, ст. преп. tel:+375-17/293-96-73

Аннотация. В статье изложена методика проектирования состава бетона, основанная на учете изменений нормальной густоты цемента при введении пластифицирующих добавок, разработанная с целью устранения недостатков, характерных большинству методик, наиболее широко используемых в настоящее время предприятиями и научными организациями для расчёта состава бетона. Предлагаемая методика в принципе сохраняет общепринятую последовательность расчетов. Однако имеются существенные отличия, позволяющие, на наш взгляд, повысить точность расчетов и расширить область применения методики.

Объектом исследований является и оптимальный расход компонентов бетонной смеси, и влияние различных факторов на прочность бетона, а также точность формул, используемых для расчётов.

Выполнены исследования по оценке удельного тепловыделения рекомендованного цемента в зависимости от начального водоцементного отношения. Изучено влияние химической добавки на скорость и величину удельного тепловыделения цемента.

Приведены основные теоретические положения и алгоритм расчета термонапряженного состояния бетонного массива. Для расчета ожидаемых температур и их распределения в массиве конструкции использовали метод конечных разностей, а для оценки термонапряженного состояния рассчитывали температурные напряжения в сечениях бетонного массива.

Выполненные расчеты температурных полей позволили оценить максимально возможные температуры и температурные перепады по сечениям бетонного массива в зависимости от начальной температуры бетонной смеси и среднесуточной температуры наружного воздуха. Анализ распределения температур позволил выявить наиболее «опасные» сечения бетонного массива.

На основании результатов расчета температурных полей выполнена оценка термонапряженного состояния бетонного массива. Выполнен расчет температурных напряжений в наиболее «опасных» сечениях бетонного массива. Показано, что характеристикой термонапряженного состояния бетонного массива может служить расчетная величина температурного напряжения. Образование температурных трещин в бетонном массиве возможно при превышении расчетного значения температурного напряжения над фактической прочностью бетона на растяжение.

Сравнение расчетных и фактических значений температур в сечениях фундаментной плиты, позволили сделать вывод о правильности выполненных расчетов температурных полей и как следствие, возможных температурных деформаций.

Abstract. The article describes a technique for assessing the thermally stressed state of a concrete massif of a foundation slab made of a self-compacting concrete mixture. The proposed

method for assessing the thermally stressed state consists in a preliminary calculation of the temperature fields in hardening concrete.

The object of research was self-compacting concrete mix and structural concrete in the structure mass.

The choice of materials for the preparation of concrete mixture is given and substantiated. The composition of self-compacting concrete (SCC) was used to assess the thermally stressed state. To reduce the amount of "self-heating" of concrete, it is recommended to use a binder with a reduced exotherm.

Studies have been carried out to assess the specific heat release of the recommended cement depending on the initial water-cement ratio. The effect of a chemical additive on the rate and magnitude of the specific heat release of cement has been studied.

The main theoretical provisions and an algorithm for calculating the thermal stress state of a concrete massif are presented. To calculate the expected temperatures and their distribution in the structure mass, the finite difference method was used, and to assess the thermally stressed state, the temperature stresses in the sections of the concrete mass were calculated.

The performed calculations of the temperature fields made it possible to estimate the maximum possible temperatures and temperature differences over the sections of the concrete massif depending on the initial temperature of the concrete mixture and the average daily temperature of the outside air. Analysis of the temperature distribution made it possible to identify the most "dangerous" sections of the concrete mass.

Based on the results of calculating the temperature fields, an assessment of the thermal stress state of the concrete mass is made. The calculation of temperature stresses in the most "dangerous" sections of the concrete massif has been performed. It is shown that the calculated value of the temperature stress can serve as a characteristic of the thermally stressed state of a concrete mass. The formation of temperature cracks in a concrete mass is possible when the calculated value of the temperature stress exceeds the actual tensile strength of concrete.

Comparison of the calculated and actual values of temperatures in the sections of the foundation slab made it possible to conclude that the calculations of the temperature fields and, as a consequence, possible temperature deformations are correct.

Ключевые слова: бетон, экзотермия, температура, саморазогрев, удельное тепловыделение, температурные поля

Keywords: concrete, exotherm, temperature, self-heating, specific heat release, temperature fields

Введение

Критический анализ существующих методик проектирования состава тяжелого бетона (НИИЖБа, абсолютных объемов, В.П. Сизова, Ю. Сторка, В.Н. Шмигальского, И.Н. Ахвердова, Н.П. Блещика, М.А. Шалимо, DIN 1045 и др.) показал, что всем им присущи как достоинства, так и определенные недостатки, не позволяющие принять ни одну из них в качестве единого универсального метода.

При всем разнообразии недостатков, можно выделить те, которые характерны практически для всех методик:

отсутствует возможность полного учета влияния разнообразных химических добавок с различным пластифицирующим эффектом на состав бетона;

не учитывается величина отпускной прочности бетона - требование, обязательное для заводской технологии производства изделий;

проектируемый состав бетона не увязывается с режимом тепловой обработки бетонных и железобетонных изделий;

отсутствует привязка проектируемого состава монолитного бетона к температурно-влажностным условиям твердения в холодном или жарком климате.

Приведенная ниже методика проектирования состава бетона, основанная на учете изменении нормальной густоты цемента при введении пластифицирующих добавок, разработана с целью устранения отмеченных выше недостатков. Предлагается следующий порядок расчетов.

1. Рассчитываем водоцементное отношение бетонной смеси

ВЦ = + 0,1

кто ' /б

где /ц- активность цемента, МПа; /в- прочность бетона, МПа; кз- коэффициент, зависящий от качества заполнителей; кто- коэффициент, зависящий от отпускной прочности бетона.

Влияние заполнителей учитываем посредством коэффициента, почерпнутого из исследований профессора Блещика Н.П.

кз = 1 + 2 • 10 -5 • (/Кр.з -140) • (ф(/вяж) • ф([Ц/В ]Пр) - 35)

где /кр.з - активность цемента, МПа;

ф(/кр з) - функция активности вяжущего;

ф([Ц/В ] ) - функция приведенного цементно-водного отношения.

Функцию активности вяжущего ф(/кР з) рассчитываем по формуле

ф(/вяж )= 0,45 • /ц + 20

МПа.

Функцию приведенного цементно-водного отношения ф(Ц/В ]пр ) определяем по формуле

д

ф([Ц/в]и, )= 2,5 --0,7

В - Вп + К

воз

Р в

где Ц - расход цемента, кг; В - расход воды, кг

Вп - количество воды, поглощенное заполнителем, кг;

рц - плотность цемента, кг/м3;

рв - плотность воды, кг/м3.

Увоз - объем воздуха в бетонной смеси, м3;

Величину отпускной прочности бетона учитываем следующим образом

к то = 1 + 0,009* (/ош - 70)

где /отп - отпускная прочность бетона, %.

2. Рассчитываем водопотребность бетонной смеси, обеспечивающую требуемую удобоукладываемость

Рассчитываем водоцементное отношение цементного теста, соответствующее пределу связности (равное, по данным профессора Ахвердова И.Н. 1,65)

, 1 НГ

А = 1,65-

1 100 Где НГ - нормальная густота цемента, %. Рассчитываем величину коэффициента (А), определяющего влияние удобоукладываемости бетонной смеси на ее водопотребность Для подвижной бетонной смеси

А = 0,7 + 0,094 л/ОК

Где ОК - подвижность бетонной смеси, см. Для жесткой бетонной смеси

Л 1 л 0,16

Ж

А = 1,05

V Ж у

Где Ж - показатель жесткости бетонной смеси, с. Определяем расход воды без учета поправок

В 0 —110—

0 1 - А • А

1 . кг

Рассчитываем поправки к найденному расходу воды (В0)

Определяем поправку во водоцементному отношению цементного теста в бетонной смеси

Рассчитываем водоцементное отношение цементного теста

(В/Ц)т = 0,98 • ВЦ - 0,0094

^ А1 <(В/Ц)т

Если 1 4 ' /т, то поправка к расходу цемента не нужна

АВв/Ц = 0

^ А1 >(В/Ц )т

Если 1 т , то следует поправка к расходу цемента

АВВ/Ц =А -(ВЦ)т]• кж

Величина коэффициента, учитывающего нормальную густоту цемента (кнг), определяется следующим образом

V = 10 • НГ

Определяем поправки, учитывающие особенности мелкого заполнителя

АВ„8 =2 „ - 3), кг

где §п - содержание илистых, глинистых и пылевидных частиц в песке, %.

АВ = 6-(3-Мк)

пк V к /, кг

где - модуль крупности песка. Определяем поправки, учитывающие особенности крупного заполнителя

АВщ, = 2 -(в щ - 0, кг

где - содержание илистых, глинистых и пылевидных частиц в щебне, %.

ДВ = 55,2 - 18,3 • 1п НКЩ

щ , кг

где НКЩ - наибольшая крупность зерен щебня, мм. Окончательный расход воды равен

В = Во + ДВ +ДВпк +ДВщ8 +ДВщк

, кг

3. Рассчитываем расход цемента

Ц ВЦ, кГ

4. Рассчитываем оптимальную долю мелкого заполнителя в смеси заполнителей (доли

ед.)

Для подвижной бетонной смеси

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

г = 1,2+ (0,0013 • ОК2 + 0,08 • ОК - 0,143 )• (- 0,0001 • Ц + 0,082)

Для жесткой бетонной смеси

г = 1,2 1

Ц02

5. Рассчитываем объем цементного теста в бетонной смеси

1+(вцХ

Ут = Ц

Р ц Р В

м3

6. Рассчитываем расход мелкого заполнителя

П = г - Ут >РП, кг

7. Рассчитываем расход крупного заполнителя

Щ = (1 - г)-(1 - Ут)^Рщ, кг

8. Определяем расчетную плотность бетонной смеси

Рбсм = Ц + П + Щ + В, кг/м3

Установим точность расчетов по предложенной методике. Для получения экспериментальных данных был выполнен комплекс исследований содержания цемента в бетоне по СНиП 5.01.23-83 и рассчитанного по предлагаемой методике 78 различных составов, прочность бетона варьировалась в пределах 15.. .60 МПа, марка цемента от 400 до 600, марка бетонной смеси по удобоукладываемости П1, П2, Ж1, Ж2 с различной отпускной прочностью (естественное твердение, отпускная прочность 70, 80-85, 100 %).

В результате обработки полученных данных и сопоставительного статистического анализа, полученные результаты ^ и V) показывают, что S=18,5МПа, V=5,3% для цемента в бетонах естественного твердения, S=19,7МПа, V=5,8% для цемента в бетонах с отпускной прочностью 70 %, S=19,5МПа, V=5,4% для цемента в бетонах с отпускной прочностью 80-85 %, S=21,4МПа, V=5,4% для цемента в бетонах с отпускной прочностью 100 %.

Для наглядного представления действенности предлагаемой методики проектирования состава бетона рассмотрим выборочные сопоставительные примеры проектирования состава бетона (табл 2.). Сравним расход материалов, взятый из литературы [1-5] и сравним с расчётным расходом по предлагаемой методике.

Таблица-2

Составы бетона, запроектированные и экспериментальные_

Удобоу кладыв аемость Прочност ь бетона при сжатии при твердении в нормальн ых условиях, МПа Расход материалов на 1 м3, кг

Цемент Песок Щебень Вода

Фактическое Расчётное Фактическое Расчётное Фактическое Расчётное Фактическое Расчётное

23 с 24,7 220 213 745 845 1270 1230 169 155

4 см 23,9 260 242 726 804 1220 1178 200 181

17 см 24,3 325 284 678 803 1160 1069 250 210

20 с 33,0 290 274 712 782 1240 1239 168 156

5 см 34,2 340 333 670 728 1200 1172 197 184

18 см 32,9 450 371 592 724 1100 1072 260 211

24 с 45,0 365 349 660 723 1215 1239 172 155

3 см 43,8 410 392 615 678 1180 1187 193 178

17 см 44,6 485 469 582 648 1105 1072 232 210

19 с 53,2 435 437 630 651 1160 1197 174 171

5 см 54,6 520 522 576 590 1097 1112 206 200

16 см 52,7 565 562 537 573 1065 1039 226 221

20 с 62,9 496 525 620 593 1120 1154 170 182

3 см 64,0 590 599 550 540 1060 1085 206 205

10 см 63,7 645 648 515 515 1020 1024 226 222

Сумма квадратов отклонений 10384 724 1^53 18995 6100

Средне квадр. отклонение 27,23 71,94 36,83 16,43

Коэффициент вариации, % 6,39 11,47 3,22 8,19

Примечание. Во всех составах бетона использован высокоалитовый цемент с содержанием С3А, равным 8%, удельной поверхностью 3950 см2/г, активностью 51,6

МПа.

Полученные статистические выкладки показывают, что предложенная методика, основанная на существующих в бетоноведении общепризнанных закономерностях, может быть успешно, с достаточной для практических расчетов точностью, использована для проектирования составов бетона.

Получение универсальной методики проектирования состава

тяжелого бетона

В принципе, в предлагаемой методике проектирования состава бетона указанная последовательность расчетов сохраняется. Однако имеются существенные отличия, позволяющие, на наш взгляд, повысить точность расчетов и расширить область применения методики.

Во-первых, расход воды следует не назначать по таблицам и графикам (они не могут охватить все разнообразные влияющие факторы), а рассчитывать. При этом расчетные формулы должны быть увязаны как с удобоукладываемостью бетонной смеси, так и с многообразными свойствами цемента и заполнителей. И в первую очередь следует насколько возможно полно учитывать изменение нормальной густоты цемента, поскольку именно ее уменьшение является целью и итогом введения пластифицирующих добавок в бетонную смесь. В идеале результаты расчетов должны соответствовать закономерностям изменения водопотребности бетонной смеси, представленным на рис. 1.

Удобоукладываемость бетонной смеси

Рисунок 1 - Зависимость начальной водопотребности бетонной смеси (В0) от ее

удобоукладываемости

Во-вторых, вернувшись к графикам на рис. 2, можно отметить, что он не вполне корректен на стадии превышения расходом цемента величины 350 кг. И в литературе имеются данные, что точка перегиба может быть отлична от 350 кг, причем существенно больше при введении пластифицирующих добавок. Кроме того, на этом участке изменения расхода цемента угол наклона прямых линий не должен быть постоянным. В связи с этим предлагается закон постоянства водопотребности привязать не к расходу цемента, а к водоцементному отношению (рис. 2). Если водоцементное отношение превышает пределы структурной связности цементного теста (а по И.Н. Ахвердову качественное изменение свойств цементного теста наступает на границе, равной 1,65 относительного водосодержания цементного теста), то расход воды постоянен и зависит лишь от удобоукладываемости бетонной смеси, нормальной густоты цемента и водопотребности заполнителей. Но в области структурной связности цементного теста расход воды необходимо увеличивать, причем пропорционально нормальной густоте цемента, в том числе и с химическими добавками. Такой подход к расчету расхода воды представляется логичным, учитывает технологические особенности цементного теста и, что весьма важно, может учесть влияние любых химических добавок, поскольку определение нормальной густоты цемента - операция, обязательная при контроле свойств поступающего цемента и введении добавок.

В-третьих, важнейшим моментом методики проектирования состава бетона является нахождение оптимального соотношения мелкого и крупного заполнителей. В данной методике его предлагается рассчитывать в зависимости от расхода цемента (примерно как в методике НИИЖБ), а также и от удобоукладываемости бетонной смеси (рис. 3). Такой подход вполне логичен и упрощает саму методику проектирования состава бетона.

Рисунок 2 - Зависимость водопотребности бетонной смеси (В) от водоцементного

отношения (В/Ц)

И, наконец, в-четвертых, в методику проектирования состава бетона обязательно следует ввести фактор времени твердения, без чего современная методика не имеет будущего. Это можно сделать посредством расчета кинетики гидратации цемента с последующим переходом от степени гидратации к физико-механическим характеристикам бетона, в частности прочности.

На основании указанных теоретических выкладок получены соответствующие формулы и предлагается следующий порядок расчетов.

1. Рассчитывают водоцементное отношение бетонной смеси:

ВЦ = + 0,1

кто ' 1б

где кз - коэффициент, зависящий от качества заполнителей (для щебня принимают равным 1,0, а для гравия - 0,9); /ц - активность цемента, МПа;

кто - коэффициент, зависящий от отпускной прочности бетона. /б - прочность бетона, МПа;

(1)

Рисунок 3 - Зависимость доли песка в смеси заполнителей (г) от расхода цемента (Ц)

Величину отпускной прочности бетона учитывают следующим образом:

ко = 1 + 0,009 / - 70), (2)

где йтп - отпускная прочность бетона, %.

2. Рассчитывают начальную водопотребность бетонной смеси (В0), обеспечивающую ее требуемую удобоукладываемость.

Вначале рассчитывают водоцементное отношение цементного теста, соответствующее пределу связности (согласно воззрениям профессора Ахвердова И.Н.):

Р = 1,65 —

Р 100, (3)

где НГ - нормальная густота цемента, %.

Затем рассчитывают величину коэффициента (у), определяющего влияние удобоукладываемости бетонной смеси на ее водопотребность:

для подвижной бетонной смеси у = °'7 + 0,094 л/ОК , (4)

где ОК - подвижность бетонной смеси, см.

Г 1 \0,16

у = 1,05 — "Ж

для жесткой бетонной смеси ^ ^ , (5)

где Ж - показатель жесткости бетонной смеси, с.

Начальную водопотребность бетонной смеси определяют по формуле:

В0 =

1 -Ру , кг. (6)

3. Рассчитывают окончательную, с учетом поправок, водопотребность бетонной смеси (В).

Определяют поправку к начальной водопотребности бетонной смеси, учитывая водоцементное отношение цементного теста.

Рассчитываем водоцементное отношение цементного теста:

(В/Ц)т = 0,98 • ВЦ - 0,0094

^ (ВЦ )т > Р

Если 4 ' /т ^ , то поправка к расходу цемента не нужна:

^ (вц )т < Р

Если же т , то поправка к расходу воды равна:

АВв/ц = 10 ф-(в/ц )т ]. НГ

(7)

АВШТ = 0

В/Ц , кг. (8)

кг. (8)

Далее определяют поправки, учитывающие особенности мелкого заполнителя:

ав„8 = 2 ^„ - 3) кг, (9)

где §п - содержание илистых, глинистых и пылевидных частиц в песке, %.

АВпк = 6 .(3- Мк ), кг, (,0)

где Мк - модуль крупности песка.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Затем определяют поправки, учитывающие особенности крупного заполнителя:

^ = 2 •(*щ -1), кг> („)

где - содержание илистых, глинистых и пылевидных частиц в щебне, %.

ДВЩК = 55,2 - 18,3 • 1пНКЩ, кг, (12)

где НКЩ - наибольшая крупность зерен щебня, мм. Окончательный расход воды равен:

В = Во + ^ + АВПк + АВщ8 + АВщк, кг. (13) 4. Рассчитывают расход цемента:

ц = В

ВЦ, кг. (14)

5. Рассчитывают оптимальную долю мелкого заполнителя в смеси заполнителей (в долях ед.):

для подвижной бетонной смеси:

г = + (0,0013 • ОК2 + 0,08 • ОК -0,143)•(- 0,0001 • Ц + 0,082)

а для ля жесткой бетонной смеси

г = 1,2 1

Ц02

6. Рассчитывают объем цементного теста в бетонной смеси:

1+(ВЦ )т

(15)

(16)

Ут = Ц •

Рц Ре

м3 , (17)

где рц и рв - плотность цемента и воды соответственно, кг/м3.

7. Рассчитывают расход мелкого заполнителя:

П = г ^ - Ут )-Рп, кг, (18)

где рп - плотность зерен мелкого заполнителя, кг/м3.

8. Рассчитывают расход крупного заполнителя:

Щ = (1-гИ-Ут^Рщ, кг, (19)

где рщ - плотность зерен крупного заполнителя, кг/м3.

9. Определяют расчетную плотность бетонной смеси

Рбсм = Ц + П + Щ + В, кг/м3 . (20)

Точность расчетов по предлагаемой методике проверялась по двум параметрам: расходам цемента и воды. Для составов, характеризуемых марками бетонных смесей по удобоукладываемости П1, П2, Ж1, Ж2, прочностью бетона от 15 до 60 МПа и различной отпускной прочности после тепловой обработки сопоставлялся расход цемента, взятый из [6-12] и рассчитанный по предлагаемой методике. В результате обработки полученных данных и сопоставительного статистического анализа получены результаты: коэффициент вариации отклонений расхода цемента по литературным данным от рассчитанного составил 5,3 % для бетона естественного твердения, 5,8 % для бетона с отпускной прочностью 70 %, 5,4 % для бетона с отпускной прочностью 80-85 % и 100 %.

На рис. 4 приведены кривые, построенные в результате расчета расхода воды по предлагаемой методике для широкого диапазона нормальной густоты цемента, получаемого при введении в цементное тесто практически всех существующих в настоящее время пластифицирующих добавок. Экспериментальная проверка (в данной

работе не приводится) соответствия рассчитанных и фактических расходов воды для добавок С-3 и Стахемент-2000 в целом подтвердила работоспособность предложенной методики. На этот же график нанесены (в виде заштрихованной области) данные различных исследователей для цемента с нормальной густотой 27.. .30 %.

Рисунок 4 - Зависимость расхода воды (В) от осадки конуса бетонной смеси

Из представленных материалов видно, что точность расчетов основных компонентов бетонных смесей достаточно высока. Следовательно, рассмотренная методика может успешно применяться для расчета составов тяжелого бетона проектного возраста с требования по прочности, а при наличии формул, увязывающих водоцементное отношение с особенностями структуры бетона, - также по морозостойкости и водонепроницаемости и иным параметрам. Существенное удобство методики в том, что достаточно просто учитывается влияние пластифицирующих добавок - посредством учета нормальной густоты цемента.

Рассмотрим еще один важный вопрос, пока не решенный современным бетоноведением - проектирование состава бетона для бетона, твердеющего в различных температурно-влажностных условиях. В этом случае технологу необходима информация о кинетике твердения бетона, для чего предложенную методику следует дополнить формулами, позволяющими учитывать ряд факторов: время и особенности твердения изделия, минералогический состав цемента, вид и дозировку химических добавок и т.д.

В главе 2.1 нами была получена (посредством модификации формулы И.В. Вольфа) следующая зависимость:

/б = К В/Ц ' fц

- 1

100' В

0,23 'а' Ц , мпа,

где Кв/ц - коэффициент, зависящий от водоцементного отношения и равный

0,75

, В/ < 0 4

Ц /Ц < °'4

при

(21)

К В/Ц = В/

и

К

В/Ц

1,6 - 0,5 -1 - 0,4

при

> 0,4

кз - коэффициент, учитывающий качество заполнителей;

а - степень гидратации цемента, %.

Степень гидратации (а) входит в формулу (21) в качестве одного из основных влияющих факторов и для проектного возраста может быть рассчитана [6-8,13-14] при

НГ

100 -(ВЦ X

< 1,65

следующим образом:

НГ

а = 60 -

--3

100 -(ВЦ )т 1

1,65 -

НГ

100 -(ВЦ)

1,65-

НГ

100-(ВЦ )т

т У

а при

НГ

100 -(ВЦ )т

> 1,65 а = 70 + 5 -

НГ

100 -(ВЦ )т

1,65

У, %.

, %, (23)

(24)

Степень же гидратации цемента в любом промежуточном возрасте (меньше или больше проектного) в долях от степени гидратации в проектном возрасте, рассчитываемой по (23) или (24). определяется рядом влияющих факторов [1-3, 14-15]:

1

Сз^ 100

-М-Кф

1

аг

V

Сз^ 100

-р2-х-Кф

1 - Сз8 100

-Рг 28 - Кф

' -

100

V

-Р2-28-Кф

У

доли ед.,

К

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ф

к - к -к -к -к -кс™ - к> -к,

г ф м> м я Ю3 аи ар

(25)

(26)

где СзБ х

Р1 Р2 kt

- содержания алита в цементе, %;

- время твердения, сутки;

- уравнивающий коэффициент, зависящий от вида цемента;

- коэффициент, зависящий от содержания минерала С3А в цементе;

- коэффициент, зависящий от температуры твердения цементного камня (бетона);

- коэффициент, зависящий от влажностных условий твердения цементного камня (бетона);

- коэффициент, зависящий от начального водосодержания цементного теста;

- коэффициент, зависящий от активности применяемого цемента;

- коэффициент, зависящий от тонкости помола цемента;

- коэффициент, зависящий от содержания гипса в цементе;

- коэффициент, зависящий от вида и количества добавки-ускорителя;

- коэффициент, зависящий от вида и количества пластифицирующей добавки.

Технолог, запроектировав состав по описанной методике, может далее в соответствии с (21) рассчитать прочность в любом требуемом возрасте бетона и, в случае несоответствия прочности заданному значению, откорректировать состав бетона. Таким образом, предложенная методика может быть адаптирована как к расчету кинетики роста

кф

км к8

ksоз каи кар

2

е

е

е

е

е

прочности бетона в процессе тепловой обработки бетонных и железобетонных, так и, например, при зимнем бетонировании конструкций.

Заключение

Модифицированная формула И.В. Вольфа обеспечивает достаточную точность расчета прочности бетона в проектном возрасте в широком диапазоне водоцементных отношений и положена в основу универсальной методики проектирования составов бетона, твердеющего как при нормальных температурах, так и повышенных и отрицательных.Предложенная методика, основанная на существующих в бетоноведении общепризнанных закономерностях, может быть успешно, с достаточной для практических расчетов точностью, использована при проектировании составов бетона бетонных и железобетонных конструкций с различными химическими добавками, твердеющих в естественных условиях и при тепловой обработке.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ahmad,S. Controlling temperatures in mass concrete/ S. Ahmad// 34th Conference on our world in concrete & structures 16-18 August 2009/ Ahmad S., Singapore, 2009. - 9 p.

2. Barbara, K. Analysis of cracking risk in early age mass concrete with different aggregate types // К. Barbara [and other] - Procedia Engineering. 2017. Vol. 193. Pp. 234-241.

3. Анискин, Н.А. Прогноз трещинообразования бетонных массивных плотин при возведении в суровых климатических условиях/ Н.А. Анискин, Хоанг Нгуен// Вестник МГСУ. 2014. № 8. С. 165-178. DOI: 10.22227/1997-0935.2014.8.165-178.

4. Анискин Н.А., Нгуен Хоанг. Определение температурного поля и термонапряженного состояния укладываемого бетонного массива методом конечных элементов/ Н.А. Анискин, Хоанг Нгуен// Вестник МГСУ. 2018. № 11. С. 1407-1418.

5. Tu, A.D. Importance of insulation at the bottom of mass concrete placed on soil with high groundwater/ A.D. Tu [and other] // Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board. 2013. Vol. 2342. Issue 1. Pp. 113-120. DOI: 10.3141/2342-14.

6. Отчет о НИР на тему: «Разработать составы бетона, провести расчет термонапряженного состояния в процессе его твердения и осуществить контроль качества при возведении конструкции фундаментной плиты высотного здания на объекте «Строительство многофункционального комплекса в г.Минске в границах ул.Филимонова - просп.Независимости - ул.Макаенка» по х/д № 2917/20кбр. Научный руководитель -Батяновский Э.И. Этап 1.

7. Мчедлов-Петросян, О.П. Тепловыделение при твердении вяжущих веществ и бетонов/ О.П. Мчедлов-Петросян, А.В. Ушеров-Маршак, А.М. Урженко - М.: Стройиздат, 1984. -225 с.

8. Бибик, М.С. Общие принципы проектирования энергосберегающих режимов тепловой обработки железобетонных изделий в ямных пропарочных камерах/ М.С. Бибик, В.В. Бабицкий // Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров: сб. науч. ст. - Гродно, 2010. - С. 292-296.

9. Бибик, М.С. Оценка кинетики твердения цементного камня с использованием термодатчиков системы «Термохрон»/ М.С. Бибик, В.В. Бабицкий // Строительная наука и техника. - 2010. - №4(31). - с. 23-26.

10. Бибик, М.С. Об энергосберегающих режимах тепловой обработки бетонных и железобетонных изделий/ М.С. Бибик, В.В. Бабицкий // Строительная наука и техника. -2010. - №4(31). - с. 55-59.

11. Запорожец, И.Д. Тепловыделение бетона/ И.Д. Запорожец, С.Д. Окороков, А.А. Парийский - Ленинград: Издательство литературы по строительству, 1966. - 313 с.

12. Zakirjanovich, K. J., Karimjonovich, K. S., & Gulomjanovich, A. I. (2021). Periodic volatile modes in the working organ of a cotton purifier. NVEO-NATURAL VOLATILES & ESSENTIAL OILS Journal| NVEO, 10763-10769.

13. Холмирзаев, Ж. З., Кучкоров, С. К., & Эксанова, С. Ш. (2020). УДАРНО-ВРАЩАТЕЛЬНАЯ ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАБОЧЕГО ОРГАНА ОЧИСТИТЕЛЯ ХЛОПКА. КОНЦЕПЦИИ И МОДЕЛИ УСТОЙЧИВОГО ИННОВАЦИОННОГО РАЗВИТИЯ, 137.

14.Бойбобоев, Н. Г., Кучкаров, С. К., & Касимов, А. А. (2015). Результаты исследований по обоснованию параметров планчатого катка комбинированного агрегата. Science Time, (6 (18)), 79-83.

15. Имомкулов, К. Б., & Кучкоров, С. К. (2019). РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОБОСНОВАНИЮ ВЫСОТЫ ВЫРАВНИВАТЕЛЯ ЧИЗЕЛЬНОГО РЫХЛИТЕЛЯ.

In ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НАУКИ И ОБЩЕСТВА В ЦЕЛЯХ ИННОВАЦИОННОГО РАЗВИТИЯ (pp. 82-85).

16. Imomqulov, U. B., Imomov, M. H., Akbaraliyev, X. X., Nabijonov, U. A., & Mirzaabdullayev, M. M. Substantiation Angle of Incidence of the Device with a Changing Curvilinear Surface to the Drum. International Journal on Integrated Education, 3(12), 481-483.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.