Спосіб визначення складу важкого бетону з мінеральним наповнювачем

1. Спосіб визначення складу важкого бетону з мінеральним наповнювачем заданого класу по міцності В, який включає визначення щебеню Щ, піску П, цементу Ц та води В по відомих характеристиках вихідних матеріалів: активності цементу 3 ЦНВ Vm Щ П щ 1000 п 71122 , (6) Ц з урахуванням яких розраховують початковий вміст цементу Ц0 і води В0 у ненаповненому цементному тісті: 1000 Ц0 П щ ц В Ц опт Ц0 ; (7) П W п Щ W В0 Ц щ , (8) Rб 1 1 Rцк к н 2 19 A , 2 Ц 0 В0 В0 Ц 1 1 ц ц н , (9) В0 B0 Ц з урахуванням Н Ц 0 нту Н Ц 0 S Sц н , (11) Н визначають відношення плоЦ 0 н 1 s ц sц н ц і при S /S 1 частину цементу замінюють наповнювачем, для чого за формулою (9) з урахуванням кн за формулою (12) визначають водоцементне відношення В0 , що забезпечує задану міцність беЦ н тону з наповнювачем, визначають остаточне відношення кількості наповнювача до кількості цементу Н Ц Ц0 В0 Н за виразом Ц В0 1 Ц н П Wп Щ W щ , (16) піску в насипному стані; , п нас - насипна щільність щебеню і піску, т/м ; щ , п , ц - істинна щільність щебеню і піску, т/м ; dщ, dп - середні розміри фракцій щебеню і піску, що мають максимальну густину розподілу, мм; - масова частка частинок цементу, крупніша за dц ; мін для n=2, а при Sн/Sц>0,5 - для n=1, при яких визначають коефіцієнт впливу наповнювача на міцність бетону кн Н Wп Пщ , Пп , Пц - пустотність щебеню, цементу і пус пус пус ц ц нас ц опт ц В Ц опт 3 щі поверхні наповнювача до площі поверхні цемен Н ; (15) Ц 3 1 Пц пус н Wн Rб, Rц - еквівалентні (28 діб або після пропарювання) міцність бетону і активність цементу, МПа; А - коефіцієнт якості матеріалів; Щ, П, Ц і В - кількісний вміст у бетонній суміші щебеню, піску, цементу (кг/м3) і води (л/м3); щ нас , (10) коефіцієнт розсунення часток цементу за виразом: В0 В0 Ц (14) 1 ц 0,5 Rб 1 1 Rцк к н 2 19 A , Ц Н Ц dц у прошарку між частинками розміром d ; мін початкове відношення кількісного вмісту наповнювача до кількісного вмісту цементу: ц Н Ц В Ц опт де кпр – коефіцієнт пропарювання; n - кількість рядків цементних частинок розміром 1 Rб 1 1 Rцк к н 2 19 A , В0 ц В водоцементне відношення для бетону заданої міцності без наповнювача, приймаючи кн=1: Н Ц 0 1 п В Ц опт 1 В0 Щ 4 цнв Vц н ц , (13) а потім кількісний вміст цементу, наповнювача і води за виразами: В - оптимальне водоцементне відношення; Ц опт цнв Vц 1000 Щ П щ п - об'єм тіста із цементу, на повнювача і води, л/м3. 2. Спосіб визначення складу бетону з наповнювачем за п. 1, який відрізняється тим, що визначають величини і будують криві розрахункової см р і екс см е периментальної щільностей сумішей води В з піском і цементом або наповнювачем Н в залежності від коефіцієнта розсунення зерен піску або відношення В/Н, за екстремальними точками наближення експериментальної кривої до теоретичної визначають відповідні оптимальні коефіцієнти розсунення опт і опт , пустотність наповнювача н Пн , його водопотребу W і, знаючи розмір часток пус піску, визначають розмір часток цементу dц або наповнювача dн за формулою: dц,н опт 2,1 11 , 0,333 1 dп / n , (17) де n - кількість рядків цементних часток чи часток наповнювача між зернами піску. 5 Винахід відноситься до способів визначення складу бетонів і може знайти застосування в будівництві і промисловості будівельних матеріалів. Відомий розрахунково-експериментальний спосіб визначення складу важкого бетону заданої міцності і зручноукладальності, який включає визначення водоцементного відношення В/Ц, витрати води В, щебеню Щ та піску П по відомим характеристикам вихідних матеріалів: активність цементу, щільність (істинна) цементу, піску і щебеню, об'ємна насипна маса (насипна щільність) і пустотність щебеню, при чому В/Ц визначається в залежності від міцності бетону Rб та активності цементу Rц, Щ - в залежності від коефіцієнта розсування . [Руководство по подбору составов тяжелого бетона / НИИЖБ.- М.: Стройиздат, 1979.102с., C.16-20]. Ці ознаки збігаються з істотними ознаками винаходу, що заявляється. Крім того, у відомому способі В/Ц визначають по двох формулах В/Ц (так званий закон водоцементного відношення), які відображають умовну лінійну залежність Rб від Ц/В та Rц, витрати води В - по графічних залежностях від зручноукладальності бетонної суміші (осадка конуса ОК чи жорсткість Ж), Ц - по величинах В та Ц/В, коефіцієнт по Ц та В/Ц (або по об'єму цементного тіста Vцт). Останнім визначають П в кількості, що доповнює загальний об'єм суміші до 1м3, тобто по залишковому принципу. Недоліком цього способу є те, що він не забезпечує однорідні високі недеформовуваність, тріщиностійкість і водонепроникність бетону. Для бетонів невисокої міцності він вимагає невиправдано високих витрат цементу. Найбільш близьким за технічною сутністю є спосіб визначення складу наповнених бетонів (поліструктурний метод) заданої міцності R і рухомості ОК, який включає визначення водоцементного відношення В/Ц, витрати води В, щебеню Щ та піску П по відомим характеристикам вихідних матеріалів: активності цементу Rц, питомої щільності цементу ц, наповнювача н, піску п і щебеню щ, значеннях середньої щільності цих компонентів о.ц , о.н, о.п і о.щ і діаметрів зерен dн, dп dщ наповнювача, піску і щебеню [Цементные бетоны с минеральными наполнителями Л.И.Дворкин, В.И.Соломатов, В.Н.Выровой, С.М.Чудновский.- К.: Будивэльнык, 1991. - 137с. (C.113-119)], при чому визначення Ц/В здійснюють в залежності від міцності бетону Rб та активності цементу Rц, у якому залежність Ц/В від Rб та Rц відображають лінійним рівнянням, враховують вплив наповнювача на міцність бетону за допомогою коефіцієнта активності k, величину якого визначають за допомогою таблиць і вводять у це рівняння, визначають середні товщини обмазок цементним тістом на частках наповнювача н, наповненого цементного тіста на зернах піску n і розчину на зернах щебеню щ і враховують товщини прошарків між зернами наповнювача, піску і щебеню, розраховують по значенням питомої поверхні чи по даним гранулометричного складу середні діаметри частинок фаз dщ, dп і dн, величини н, n, щ визначають за допомогою таблиць, а товщини прошарків приймають рівними 71122 6 подвоєним величинам товщин обмазок 2 н, 2 n, 2 щ , при визначенні складових бетону витрати наповнювача і піску розраховують раніше, ніж витрати цементу і води, і з урахуванням всього цього ведуть розрахунок складу бетону по рівнянням: - об'ємна концентрація наповнювача і цементного тіста у наповненому цементному тісті 3 Н 2 (1 ПН ) 1 УС С1 Н (1.п) dН (2. п) СЦТ 1 С1 Н - об'ємна концентрація піску і наповненого цементного тіста у розчині 2 С ЦНТ 3 П 2 (1 ПП ) 1 УС 2 СП (3.п) dП 2 1 СП (4.п) - об'ємна концентрацію щебеню і наповненого цементного розчину у бетоні (1 ПЩ ) 1 УС 3 СЩ 2 Щ 3 (5.п) dЩ 3 СР 3 1 СЩ СН 2 3 С1 СЦТН СР Н (7.п) СП 2 3 СП СР (8.п) (6.п) - об'ємна концентрація наповнювача і піску у суміші об'ємні VH , VП , VЩ та масові Н , П , Щ витрати наповнювача, піску і щебеню на 1м3 бетонної суміші 3 VH СН 1000 л/м (9.п) 3 Н СН Н кг/м 3 VП СП 1000 л/м (10.п) 3 П СП П кг/м 3 VЩ СЩ 1000 л/м (11.п) 3 Щ СЩ Щ кг/м - об'єм цементного тіста в бетонній суміші: VЦТ 1000 ( VЩ VП VН VВВ ) (12) - цементно-водне відношення Ц В Rб А Rц 0,5 Сн (13) 3 - витрати води В і цементу Ц на 1м бетонної суміші: В VЦТ Ц Ц ( Vцm Ц Ц В , л/м3 В) ц , кг/м3 (14) (15.п) де: Пус щ , Пус n , Пус н - пустотність щебеню, піску і наповнювача в насипному стані; щ , n , ц - істинна щільність щебеню, піску і наповновача; Vвв - об'єм втягненого повітря; Vщ , Vn , Vн - об'єми щебеню, піску і наповнювача у 1м3 бетону. 7 71122 8 Недоліком цього способу є трудомісткість виц ц dмин чи подвоєному 2dмин середньому діаметру значення для кожної партії наповнювачів коефіцієминімальної фракції цементу, визначають віднонтів активності к та середніх товщин обмазки н , шення питомих поверхонь наповнювача і цементу n і щ . Табличні значення н , n і щ (табл.1), а за вираженням sн / sц dц ц /(dн н ) , з урахувантакож витрати води, які визначаються з їх урахуням цих величин визначають оптимальні коефіцієванням по (14.п), як показали розрахунки та екснти розсуву зерен шебню опт , піску опт і часток перименти, не забезпечують необхідну зручноукцементу ц за формулами: ладальність бетонної суміші для більшості складів опт і тому не дозволяють забезпечити для них еконоR28 B /(1 1.64 v ) мію цементу. (1) Крім того, ці способи не враховують сучасні Rпп К пр В /(0,098 (1 1 64 v ) , вимоги забезпечення класу бетону з міцності В як 3 основної нормативної величини міцності бетону. dП В основу винаходу поставлена задача удоско11 , опт 2,1 1 налення способу визначення складу бетону з наdЩ повнювачем із заданим класом по міцності В , в (2) 3 якому вирішується задача зменшення витрат цеЦ d менту, забезпечення максимальної не11 , ОПТ 2,1 1 dЩ деформовуваності, тріщиностійкості, водонепроникності бетону і високої зручноукладальності бе3 тонної суміші. n dЦ МИН (3) 1,1 Поставлена задача вирішується шляхом виОПТ 2,1 1 dЦ значення складу важкого бетону з наповнювачем МАКС заданого класу по міцності В , який включає вияк для n 1 , так і для n 2 , визначають витразначення щебеню Щ , піску П , цементу Ц та води ти щебеню, піску і об'єм наповненого цементного В по відомим характеристикам вихідних матеріатіста лів: активності цементу Кц , питомої поверхні це1000 Щ менту sц , питомої щільності цементу ц , наповПЩ 1 (4) УС ОПТ Щ Щ нювача н , піску п і щебеню щ , пустотностей НАС Пп , Пщ і діаметрів зерен dп , dщ піску і щебепус пус ню, товщин прошарків між зернами наповнювача, піску і щебеню, водоцементного відношення В / Ц в залежності від середньої міцності бетону Rб та активності цементу Rц , враховують вплив наповнювача на міцність бетону, у якому наповнювач має розмір частинок найбільш представницької фракції, що наближається до розміру відповідних цементних, але не перевищує його, встановлюють середню міцність бетону даного класу Rб в залежності від коефіцієнту варіації міцності бетону v , характерного для підприємства-виготовителя бетону даного класу, залежність Ц / В від Rб та Rц відображають одним нелінійним теоретичним рівнянням, яке містить коефіцієнт впливу наповнювача на міцність бетону kн , в додаток до відомих характеристик експериментальне знаходять величини пустотності і середніх діаметрів мінімальної за розмірами dц мин та найбільш представницької dц фракцій цементу, оптимальне водоцементне відношення (В / Ц)опт , величини водопоглинання щебеню W щ , піску W n і наповнювача W н , товщину прошарку між зернами щебеню приймають рівною середньому діаметру найбільш представницької фракції піску dn , між зернами піску - середньому діаметру найбільш представницької фракц ції цементу d , а між частками найбільш представницької фракції цементу - одиничному Щ 1000 П ОПТ ЦНВ Vm Щ ПП УС П НАС 1000 (5) 1 П Щ П Щ П (6) з урахуванням яких розраховують початковий вміст цементу Ц і води В 0 у ненаповненому це0 ментному тісті: Щ 1000 П Щ Ц0 1 Ц В0 В Ц П (7) ОПТ В Ц0 П WП Щ WЩ (8) Ц ОПТ водоцементне відношення для бетону заданої міцності без наповнювача В0 Ц В0 , приймаючи кH Ц 1, 1 RБ 1 1 RЦК кН 2 19 А , RБ 1 1 RЦК кН 2 19 А , 2 Ц RБ 1 RЦК кН 19 А , 0,5 (9) початкове відношення кількісного вмісту наповнювача до кількісного вмісту цементу Н Ц 0 Ц 0 В0 В0 Ц 1 1 ц ц н (10) 9 71122 10 щ п коефіцієнт розсунення часток цементу за виd , d - середні розміри фракцій щебеню і піразом ску, що мають максимальну густину розподілу, мм; В0 В0 Ц В0 Ц Н Ц 0 1 ц Ц (11) Ц В0 ППУС Ц Ц В Ц ОПТ НАС Н визначають відношення Ц 0 з урахуванням площі поверхні наповнювача до площі поверхні Н Н Ц 0 Ц цементу S / S Ц ОПТ приймають 1 sН Ц sЦ Н Ц і при S / S 0 .5 для n 2 , а при SН / SЦ 0 .5 к 0,333 Ц (12) Ц ОПТ - оптимальне водоцементне відно шення; ЦНВ VЦ 1000 Щ П Щ П При кн 1 частину цементу замінюють напов - об'єм тіста із цементу, наповнювача і води, л/м3. Крім того, визначають величини і будують крисм p ві розрахункової для n 1 , при яких визначають коефіцієнт впливу наповнювача на міцність бетону Н за - масова доля частинок цементу, крупніша dц мин і експериментальної см е щільності сумішей води В з піском і цементом або наповнювачем Н в залежності від коефіцієнта розсунення зерен піску або відношення В / Н , за екстремальними крапками наближення експериментальної кривої до теоретичної визначають відповідні оптимальні коефіцієнти розсунення опт і опт , пустотність наповнювача ПН , його водоПУС нювачем, для чого по (9) з урахуванням кн за (12) потрібність W н і, знаючи розмір часток піску, ви В0 , що Ц Н значають розмір часток цементу dц або наповню визначають водоцементне відношення забезпечує задану міцність бетону з наповнювачем, визначають остаточне відношення кількості Н наповнювача до кількості цементу за виразом Ц Ц0 В0 Н Ц Н В0 1 Ц Н (13) Ц а потім кількісний вміст цементу, наповнювача і води за виразами: ЦНВ VЦ Ц В Ц ОПТ 1 ц Н Ц Н Ц Н Ц 1 Н WН (14) (15) В Н WП П WП Щ WЩ (16) Ц ОПТ де n - кількість рядків цементних частинок ро В Ц зміром dц мин У прошарку між частинками розміром ц d ; RБ -, RЦК - еквівалентні (28 діб або після про парювання) міцність бетону і активність цементу, МПа; А - коефіціент якості матеріалів; Щ , П , Ц і В - кількісний вміст у бетонній суміші щебеню, піску, цементу (кг/м3) і води (л/м3); Щ ППУС , ПП ПУС - пустотність щебеню і піску в на сипному стані; щ нас П нас - насипна щільність щебеню і піску, 3 т/м ; Щ 3 т/м ; , n ц - істинна щільність щебеню і піску, вача dн за формулою dЦ,Н ОПТ 11 , 0,333 2,1 1 dП / n (17) де n - кількість рядків цементних часток чи часток наповнювача між зернами піску. Використання наповнювача, розмір частинок найбільш представницької фракції якого наближається до розміру відповідних цементних, але не перевищує його, забезпечує більш стабільну залежність міцності бетону від Н / Ц . Визначення оптимального відношення (В / Ц)опт і величин W щ , W n і W н разом із дією суперпластифікатора дозволяє виключити вільну воду зі складу бетонної суміші при збереженні її високої зручноукладальності. Прийняття оптимальних товщин прошарків між зернами щебеню щ dn і піску п dц , а також експериментальне визначення розмірів dц і dn забезпечують високі показники недеформовуваності і водонепроникності бетону. Визначення опт , опт і опт і з урахуванням цих величин Щ , П і кн забезпечує підвищення недеформовуваності і водонепроникністю бетону. Рівняння (9) є рішенням рівняння для бетону з наповнювачем RБ 1,9 АRЦ k Н Ц В 2 Ц Ц В , яке витікає з рівняння в [Плугин А.Н. Электрогетерогенные взаимодействия при твердении цементных вяжущих: Дисс. докт. хим. наук. 02.00.11.- Харьков: ХИИТ, 1989.- 270с.] і найбільш точно відображає закон водоцементного (цементо 11 71122 12 водного) відношення для бетону з портландцеме- звичайного бетону (для рівня навантаження 0,6). нту. Тому визначення В 0 / Ц за (9) та R ц в залежФіг.11. Залежність безнапірної водопроникносності від за (1) обумовлює більш високу надійті W від водоцементного відношення В / Ц для ність забезпечення класу бетону В з міцності. бетону за винаходом (порожні кружки) і порівняної Визначення В 0 і Ц 0 а також B за (16) виклюводопроникності звичайного бетону за традиційчає вільну воду з бетонної суміші, знижує до мініним способом (темні ромбики). муму водопроникність і деформативність бетону. Фіг.12. Залежність щільності суміші піску дріВизначення Н/Ц за (13) і з урахуванням цього бного, наповнювача (кварцовий пил) і води Ц та Н за (14) та (15) забезпечує зниження витрати зерен піску П Н В від коефіцієнта розсунення цементу і збільшення міцності бетону. сумішшю з наповнювача і води Н В . Визначення величин і побудова кривих розраФіг.13. Залежність щільності суміші наповсм нювача (кварцовий пил) з водою Н В від відсотхункової p і експериментальної см щільності е кового відношення В / Н . водних сумішей піску з цементом або наповнюваФіг.14. Залежність щільності нв суміші напочем у залежності від їх співвідношення дозволяє з високою точністю і швидкістю визначити величини внювача (кварцовий пил) з водою Н В від відсотц н кового відношення В / Н у інтервалі В / Н від 0 до опт або опт , Пус н і W н , а також d або d за 35%. (17). За графіками на Фіг.1, 2 видно, що при Сутність винаходу пояснюється схемами і (В / Ц) 0,23 спостерігається найбільша міцність і графіками, на яких зображено: щільність цементного каменю. Отже, Фіг.1 і 2. Залежність міцності при стиску R (В / Ц)опт 0,23 . (Фіг.1) і щільності (Фіг.2) цементного каменю від водоцементного відношення В/Ц на 28 добу твердіння [Плугин А.А. Совершенствование состава и структуры бетона с учетом электроповерхностных свойств его составляющих для повышения прочности и стойкости изделий кольцевого сечения: Дисс. канд. техн. наук. 05.23.05 / ХИСИ.- Харьков, 1994. - 245с.]. Фіг.3-6. Схема прошарків менших за роміром частинок між структуроутворюючими елементами З схем на Фіг.3 6 видно, що при формуванні прошарку між СЕ з одного чи двох повних рядів менших частинок, виникають максимальна щільність, недеформовуваність і непроникність проша СЭ: для бетону Щ-П-Щ, для розчину П ЦЧ50 П , для цементного тіста ЦЧ50-ЦЧ5-ЦЧ50, де Щ, П, ЦЧ50 - зерна щебеню, піску та частинки цементу ся на ЦЧ50 , так що між останніми формується прошарок, товщина якого залежить від В / Ц . При (В / Ц)опт 0,23 він складається з двох повних рядів найбільш представницької фракції d ц ЦЧ5 ( ЦЧ 5 50 мкм, - частинки цементу найменшої за розміром ( dц мин 5 мкм). фракції Фіг.7. Залежність міцності бетону Rб, МПа від Ц/В : розрахункова залежність за винаходом; розрахункова залежність за способомпрототипом; експериментальна залежність. Фіг.8. Залежність міцності бетону при стиску R від витрат цементу Ц: експериментальна залежність за винаходом; експериментальна залежність за традиційним способом. Фіг.9. Залежність витрат цементу Ц від міцності при стиску R у бетонах: експериментальна залежність за винаходом; експериментальна залежність за традиційним способом. Фіг.10. Зміна у часі Т міри повзучості С в стиснутій зоні бетонних зразків-балок при вигині і гранична міра повзучості при стиску звичайного бетону: нижні криві – за винаходом (усіх складів); верхня крива рків, що пояснює сутність опт опт і ц опт (Фіг.4, 6). У ненаповненому цементному тісті частинки ЦЧ5 , яких у цементі значна кількість, адагулюють 2dц ), структура цементного каменю стає мин оптимальною. У цементному тісті з наповнювачем частинки ЦЧ5 адагулюють також на частинках наповнювача НЧ , що призводить до зменшення товщини прошарку до dц , і коли він буде мин складатися з повного ряду частинок ЦЧ5 , структура наповненого цементного тіста теж стає оптимальною (Фіг.4). При цьому частинки НЧ, обмережені частинками ЦЧ5 , заповнюють пустоти між ЦЧ50 , збільшуючи міцність бетону. Таким чином, для ненаповненого цементного тіста Ц Ц ОПТ , при n 2 , а для наповненого - при n 1 . Графіки на Фіг.7 наочно підтверджують більш високу точність рівняння (9) для визначення В / Ц за винаходом, у порівнянні з традиційним способом. Розрахункова крива по (9) дає високий ступінь збігу з експериментальною кривою. Традиційне рівняння Ц / В не тільки сильно відхиляється від експериментальної кривої для бетону з наповнювачем, але й дає аномальні результати розрахунку міцності (негативні значення) при високих значеннях В / Ц . Приклад 1 Оцінку ефективності винаходу здійснювали шляхом порівняння складів бетону і даних випро 13 71122 14 бувань зразків, одержаних за винаходом, за спощ насипна щільність нас 1,4 т/м3, істинна щільність собом-прототипом і традиційним способом. 3 щ 2,6 т/м , пустотність Пус щ 0,47 , середній 1.1. Визначають за способом-прототипом склад бетону класу 525 із бетонної суміші з суперрозмір найбільш представницької фракції пластифікатором "Дофен" і рухливістю dщ 15 мм; пісок кварцовий дрібний, модуль крупОК= 1 4 см. 3 , Середня міцність на 28 добу і після пропарюності Мкр 1,0 , насипна щільність n нас 1 43 т/м , вання за ГОСТ 25192-82 3 n істинна щільність пустотність 2,65 т/м , R 28 B /(1 1,64 ) ; n Пус 0,46 , середній розмір найбільш представниRпп к пр B /(0,098 (1 1 64 ) , , цької фракції dn=0,23мм; наповнювач - кварцовий де: 5 - клас бетону, МПа; 1,64 - статистичний пил, середній розмір часток менше, ніж у цементу, коефіцієнт; - коефіцієнт варіації міцності бетону; істинна щільність n 2,65 т/м3, Пус н 0,48 ; суперк пр - коефіцієнт пропарювання. пластифікатор Дофен (концентрація за ТУ-1%). Згідно з досвідом, коефіцієнт варіації міцності Визначають за табл.1, узятою із [Цементные бетону такого класу може бути прийнятим =0,145, бетоны с минеральными наполнителями / Дворкин а к пр 0,7 , з урахуванням чого Л.И., Соломатов В.И., Выровой В.И., Чудновский С.М.- К.: Будівельник, 1991.- 136с., стор.114], для Rпп 0,7 25 /( (1 164 0,145)) 23 МПа. , бетонної суміші з OK= 1 4 см товщину обмазки Використовувані матеріали: портландцемент цементного тіста на частках наповнювача ПЦ500 (активність після пропарювання н 10 мкм, або 0,001мм (як для золи меленої з , Rц 0,7 500 / 10 35 МПа), питома поверхня питомою поверхнею s 5000 см2/г), товщину обмазки наповненого цементного тіста на зернах піску sц 3000 см2/г; істинна щільність ц 3,1 т/м3, насипна щільність в ущільненому стані ц 3 ц , нас 18 т/м , пустотність Пус =0,42, середній розмір найбільш представницької фракції dц n 15 мкм (0,015мм) і товщину обмазки розчину на зернах щебеню щ 160 мкм (0,16мм). 0,05 мм; щебінь гранітний крупністю 20мм, Таблица 1 Значення середньої товщини обмазки Рухливість ОК, см 0-1 1-4 4-15 понад 15 Зола мелена Відходи виробн. Феросиліцію ОПФ, мм 0,0001 0,0005 0,0008 0,001 Зола s 5000 7000 2 0,001 0,002 0,002 0,004 см /г 0,0005 0,0010 0,0015 0,0030 З урахуванням цих данних визначають за (1.п), (3.п), (4.п), (5.п), (6.п): - об'ємну концентрацію наповнювача в цементному тісті С1 Н (1 0,48) 1 2 1 37 3 0,44 ; - об'ємну концентрацію піску в розчині 2 СП (1 0,46) 1 2 0,015 0,23 3 0,37 ; - об'ємну концентрацію наповненого цементного тіста 2 СЦНТ 0,63 ; 1 0,37 - об'ємну концентрацію щебеню в бетоні 3 СЩ (1 0,47) 1 2 0,16 20 3 0,505 ; - об'ємну концентрацію розчину в бетоні 3 СР 1 0,505 0,495 Потім за (7.п) і (8.п) визначають концентрації наповнювача і піску на 1м3 бетонної суміші: СН 0,44 0,63 0,495 0,138 , Мартенівський шлак мелений s 1000 3000 см2/г 0,0020 0,0025 0,0030 0,0040 Пісок дрібний Пісок крупний Щебінь 20мм 0,008 0,015 0,020 0,025 0,010 0,025 0,030 0,040 0,12 0,16 0,15 0,18 СП 0,37 0,495 0,185 , а по (9.п), (10.п) і (11.п) - об'ємні та масові витрати наповнювача, піску і щебеню на 1м3 бетонної суміші 3 VH 0,138 1000 138 л/м 3 Н 0,138 2,65 1000 364 кг/м 3 VП 0,185 1000 185 л/м 3 П 0,185 2,65 1000 490 кг/м 3 VЩ 0,505 1000 505 л/м Щ 0,505 2,65 1000 3 1339 кг/м Підставляючи у (12.п) відповідні об'ємні витрати, а також значення V ВВ 5 л, що рекомендовано у [Строительные материалы и конструкции пониженной материалоемкости / В.И.Соломатов, В.Н.Выровой, В.С.Дорофеев, А.В.Сиренко.- К.: Будівельник, 1991.- 144с.] для неактивного наповнювача, одержують об'єм цементного тіста в 1м3 бетонної суміші 3 Vwn 1000 138 185 505 5 167 л/м . Потім при середньому коефіцієнті якості матеріалів А=0,55, середній після пропарювання міцно 15 71122 16 піску і об'єм наповненого цементного тіста: 23 МПа, активності цементу після сті бетону Rnn пропарювання Rц 50 0.7 35 МПа і при коефіціnn єнті активності к=0 (для неактивного наповнювача) визначають за (13.п) цементо-водяне відношення: Ц / В 23 /(0,55 35) 0,5 0 169 . , Значення Vцт і Ц / В підставляють у (14.п) і (15.п), визначаючи водоутримання бетонної суміші і витрату цементу В=167·3,1/(3,1+1,69)=108л/м3, Ц=(167-108)·3,1=59·3,1=183кг/м3. Остаточний склад: Ц=183кг/м3; Н=364кг/м3; П=490кг/м3; Щ=1339кг/м3; В=108л/м3. Перевірка: середня щільність бетону 3 ср=183+364+490+1339+108=кг/м . об'єм бетону Vб=183/3,1+364/2,65+490/2,65+1339/2,65+108=59+ 137,3+184,9+505,3+108=994,5л. Подібним образом розраховують склади для бетонів класів В12,5; В35, В40, В50 та В55 із бетонних сумішей з ОК=1 4см. Відповідні значення середньої міцності бетону після пропарювання 9,7МПа, 33,2МПа, 35,7МПа, 41,9МПа та 45,3МПа при коефіцієнтах варіації 0,15; 0,16; 0,132, 0,10 та 0,092, відповідно. Розраховані склади цих бетонів наведені у табл.2, серія 1. 1.2. Визначають за винаходом склад такого ж бетону, як у способіпрототипі - клас В25 із бетонної суміші з суперпластифікатором "Дофен" рухливістю ОК=1 4см, середня відпускна міцність 23МПа. Матеріали - ті ж самі. Експериментально визначають за стандартною методикою, наприклад [Лифанов И.С, Шерстюков Н.Г. Метрология, средства и методы контроля качества в строительстве. М: Стройиздат,1979.- 224с.], водопоглинання щебеню Wщ W n і піску W n , які склали Wщ 0.00575 и 0.12 . Виконують на стандартних ситах розсів за фракціями щебеню і піску, за результатами розсіву визначають середній розмір фракцій щебеню і піску, що мають максимальну густину розподілу ( dщ 15 мм и dn 0.23 мм, відповідно). Установлюють шляхом седиментації середні розміри мінімальної за розміром і найбільш представницької за масою фракцій цементу dц 50 мкм 0,05 мм) і ( dц мин 5 мкм 0,0005 мм, середній розмір найбільш представницької фракції наповнювача ( dн 37 мкм= 0,037 мм). З урахуванням зазначених середніх розмірів фракцій визначають за (1), (2) і (3) коефіцієнти розсунення зерен щебеню, піску і цементу: ОПТ 0,23 2,1 1 15 ОПТ 0,05 2,1 1 0,23 ОПТ 2,1 1 3 11 11 , , , 1 Щ Щ ОПТ ПУС Щ НАС П ОПТ ПУС П НАС ЦНВ Vт Щ Щ Щ 1 П 1 1000 1000 11 0,47 , 1 14 , 2,65 1343 2,65 2,7 0,46 1 1 43 , 2,65 3 1343 кг/м , 1000 1 П 1343 2,65 397 2,65 343 л/м 3 397 кг/м , 3 а за виразами (7) і (8) - початковий вміст цементу Ц0 і води В0 1000 Ц0 В0 1343 397 2,65 2,65 1 0,23 3,1 3 517 кг/м 3 517 0,23 397 0,12 1343 0,0075 177 л/м . Потім за (9) визначають В0 / Ц , приймаючи кн 1 , А 0,55 , а за (10) - початкове відношення наповнювача до цементу (Н / Ц)0 В0 Ц 1 23 1 1 35 1 2 19 0,55 , 2 23 1 1 35 1 2 19 0,55 , 0,5 23 1 3,1 35 1 19 0,55 , 0,57 Н Ц 517 0,57 1 177 0 2,65 3,1 0,58 , з урахуванням яких визначають за (11) і (12) коефіцієнт розсунення часток цементу ц сумішшю наповнювача і води (без урахування води на змочування заповнювачів) і коефіцієнт впливу наповнювача на міцність бетону кн Ц 177 177 0,28 / 0,57 / 2,65 3,39 177 0,42 / 0,57 / 18 , кн 2,697 2,53 0,333 1 26 , Так як кн 1 , частину цементу замінюють наповнювачем, для чого, підставляючи у (98) величину кн , визначають водоцементне відношення В0 / Ц , що забезпечує задану міцність бетону з наповнювачем, В0 Ц 1 23 1 1 35 1,26 2 1,9 0,55 23 1 1 35 1,26 2 1,9 0,55 2 0,5 23 1 3,1 35 1,26 2 1,9 0,55 0,656 3 2 0,005 0,05 11 2,7 , , 3 11 2,53, , Підставляючи ці величини в (4), (5) і (6) визначають кількісний вміст у бетонній суміші щебеню, за (11) визначають остаточне кількісне співвідношення наповнювача і цементу Н / Ц : Н Ц 517 0,656 1 177 2,65 3,1 1062 , , потім за (14), (15) і (16) - кількісний вміст цементу, наповнювача і води: 17 Ц Н 71122 343 397 0,12 1343 0,0075 1 1 0,23 1062 , 0,23 3,1 2,65 238 1062 , 3 238 кг/м , 3 253 кг/м , 238 0,23 253 0,23 397 0,12 1343 0,0075 171 л/м 3 , і нарешті кількісний вміст суперпластифікатора (1% від маси цемента) 3 СП 238 0,01 2,38 кг/м Кінцевий склад: Ц 238 кг/м3; Н 253 кг/м3; 3 3 3 П 397 кг/м ; Щ 1343 кг/м ; В 171 л/м ; 3 СП 2,38 кг/м . Перевірка на безпомилковість визначення складу: середня щільність бетону 3 238 253 397 1343 171 2403 кг/м . ср В Vб об'єм бетону 238 / 3,1 253 / 2,65 397 / 2,65 1343 / 2,65 171 76,8 95,5 149,8 506,8 171 1000 л. Подібним образом розраховують склади для бетонів класів В12,5 ; В35 , В 40 , В50 , та В55 із бетонних сумішей з ОК= 1 4 см. Відповідні значення середньої міцності бетону після пропарювання 9,7МПа, 33,2МПа, 35,7МПа, 41,9МПа та 45,3МПа при коефіцієнтах варіації 0,15; 0,16; 0,132, 0,10 та 0,092, відповідно. Розраховані склади цих бетонів наведені у табл.2, серія 2. 1.3. Визначають за традиційним способом [Руководство по подбору составов тяжелого бетона / НИИЖБ.- М.: Стройиздат, 1979.-103с.], 6 складів такого ж бетону, як у способі-прототипі та у пропонуємому способі - класи В12,5; В25; В35, В40, В50 та В55 із бетонної суміші без суперпластифікатору рухливістю ОК= 1 4 см. Відповідні розрахунки не наводимо з-за їх загальновідомості. Розраховані склади цих бетонів наведені у табл.2, серія 3. За складами 2-ї та 3-ї серій, виготовлюють бетонні суміші, визначають їх зручноукладальність: осадку конуса ОК и вібророзтічність ВР (жорсткість за спрощеним способом Скрамтаєва) Ж. З цих бетонних сумішей формують по 6 бетонних зразків-кубів 10 10 10см, а в серії 2, крім того, - по 4 бетонних зразка-балки перетином 5 10 50см. 3 зразки-куби і 4 зразки-балки пропарюють за стандартним режимом, інші 3 зразки-куби витримують у стандартних умовах 28 діб, після чого 3 пропарених і 3 витриманих у природних умовах зразка-куба випробують на стиск, а 3 зразка-балки - на згин. По одній половинці із зразків-балок, що залишились після випробування на згин, випробують на безнапірну водопроникність [А.с. №1561661. Способ определения водопроницаемости бетона / А.Н. Плугин, Т.Г. Сацук, А.И. Бирюков, Н.В. Вдовенко и др.- 1990] протягом тривалого часу, а по одному зразку-балці, що залишились, випрообують на деформації при згині також протягом тривалого часу. Результати випробувань на стиск Rст , МПа, згин Rзг , МПа, безнапірну проникність (коефіцієнт безнапірної фільтрації К ф , см/с і водопоглинання за масою Wт , % ) приведені на Фіг. 4 7 . Порівняння способів за складами і результатами випробувань показує: 18 - склади бетонів, визначені за способомпрототипом (1 серія), мають занадто низькі витрати води, які до того ж залежать від міцності бетону. Так, для бетонних сумішей з ОК= 1 4 см витрати води зменшуються (зі 136 до 87л/м3) при збільшенні класу бетону з 12,5 до 55МПа, що, як відзначалося, суперечить існуючим залежностям і не забезпечує необхідну рухливість бетонної суміші. У той же час спосіб, що пропонується, а також традиційний спосіб не мають цих недоліків. - на відзнаку від способу-прототипу в розрахунках за винаходом (2 серія) і традиційним способом (3 серія) склади бетонів позбавлені цих недоліків, вони мають для тих же складів по заданим міцності і зручноукладальності приблизно однакові витрати води: від 177 до 169л (склад із суперпластифікатором за винаходом) і від 199 до 188л (склад без суперпластифікатора за традиційним способом); - бетони, виготовлені за винаходом (серія 2), мають у порівнянні з традиційним способом (серія 3), значно більш високі питомі міцності при однакових витратах цементу (Фіг.4), і набагато менші витрати цементу при однаковій міцності бетону (Фіг.5). При цьому забезпечується задана міцність бетону і зручноукладальність бетонної суміші. - бетони, виготовлені за винаходом, мають у порівнянні зі звичайними бетонами набагато менші (на 1 2 порядки) величини водопроникності W і граничної міри повзучості С (Фіг.6), (Фіг.7). Результати порівняння свідчить про високу ефективність способу визначення складів бетону за винаходом, що полягає в істотному зниженні витрати цементу (до 1,9 рази) для бетонів середньої і низької міцності при значному поліпшенні показників довговічності залізобетонних конструкцій - відносних деформацій, зокрема довгострокової повзучості бетону, і безнапірної водопроникності. Таблиця 2 Результати розрахунку складів бетону за способом-прототипом, за винаходом і традиційним способом для одержання заданих рухливості ОК і К та міцності на стиск після 28 діб природного твердіння Rб28 і після пропарювання Rбnn , Мпа Показник Серія ОК, см (Ж, с) В, МПа v ,% Rбnn, МПа Ц Н П Щ В В/Ціст Серія ОК, см (Ж, с) В, МПа v,% Склади бетону (витрата компонентів), кг/м3, різних серій для одержання ОК, см. Ж, с, класу В, МПа та середньої міцності після пропарки Rбnn , МПа 1 - за способом-прототипом, з наповнювачем і суперпластифікатором 1 4 , ( 7 16 ) 12,5 25 35 40 50 55 15 14,5 16 13,2 10 9,2 11,6 23 33,2 35,7 41,9 45,3 136 183 217 224 240 249 364 364 364 364 364 364 490 490 490 490 490 490 1339 1339 1339 1339 1339 1339 136 108 97 95 90 87 0,34 0,17 0,09 0,08 0,05 0,04 2 - за винаходом, з наповнювачем і суперпластифікатором 1 4 , ( 7 16 ) 12,5 15 25 14,5 35 16 40 13,2 50 10 55 9,2 19 Rбnn, МПа Ц Н П Щ в В/Ціст Renn Серія ОК, см (Ж, с) ДМПа v ,% Rбnn, МПа ОК, см Ж,с Ц Н П Щ в В/Ціст 71122 11,6 23 33,2 35,7 41,9 45,3 138 238 333 396 469 515 344 253 167 110 44 3 397 397 397 397 397 397 1343 1343 1343 1343 1343 1343 169 171 173 174 176 177 0,8 0,47 0,34 0,29 0,25 0,23 11,00 24,40 33,90 33,90 41,50 43,40 3 - за традиційним способом, без наповнювача і суперпла-стифікатора, 35 16 33,2 0,35 12 430 0 668 1207 193 0,24 40 13,2 35,7 0,15 10 450 0 644 1149 191 0,32 Ц 14,4 24,3 31,9 В 40,7 V0 ОПТ ПП УС П НАС Ц В Ц ИСТ В Ц ИСТ ПW П П НАС В Ц ИСТ 1 Ц , П WП . Розчинами кожного складу по черзі заповнюють доверху колбу з вузьким горлом, ущільнюючи суміш шляхом постукування 20 разів об стіл з висоти близько 2см, визначають експериментальні см е і розрахункові см р значення щільності розчи нів для кожного складу (таблиця 1) і будують криві залежності щільності см е см р і від коефіцієнта розсунення зерен піску у них (Фіг.8. 9). За екстремальною крапкою максимального наближення експериментальної кривої до розрахункової визначають величину оптимального коефіцієнта розсунення зерен піску Приклад 2 При заповненні колби суміш ущільнювали шляхом постукування об стіл з висоти близько 2см 20 разів. Суміш доводили до верху і зрізали плоскою металевою лінійкою. Після цього колбу із сумішшю важили з точністю до 1г. Готують 8 складів цементно-піщаного розчину з різними коефіцієнтами розсунення зерен піску від 0,75 до 4, при цьому вміст піску, цементу і води визначають за формулами: П 1 П ПП УС ПW П П Ц 50 10 41,9 0,25 15 514 0 630 1149 188 0,2 9,6 Rбnn 25 14,5 23 2,3 7 332 0 676 1285 196 0,32 П V0 1 4 , ( 7 16 ) 12,5 15 11,6 4,0 6 219 0 689 1287 199 0,53 20 ЕКСП ОПТ 2,7 (Фіг.8, табл.3). За екстремальною крапкою першого максимуму ( 1,35) визначають розмір мінімальної фракції цементу за формулою (15): dЦ 127 11 , , 2,1 0,333 1 0,23 / 2 0,0049 0,05 мм , 1 П Таблиця 3 Склади і щільність см е и см р цементно-піщаних розчинів з різними коефіцієнтами розсунення зерен піску (Мкр П 0,75 1,00 1,40 1,80 2,20 2,70 3,40 3,80 Ц В (В / Ц)іст 0,14 0,21 0,29 0,35 0,40 0,45 0,49 0,51 0,16 0,17 0,19 0,20 0,21 0,21 0,22 0,23 0,36 0,36 0,36 0,36 0,36 0,36 0,36 0,36 0.23мм) см 3 е , г/см 2,015 2,062 2,109 2,088 2,082 2,103 2,088 2,097 В/Ц 0,83 0,73 0,62 0,54 0,47 0,41 0,35 0,32 1 dn , 1,15 0,82 0,64 0,56 0,51 0,48 0,45 0,44 Приклад 3 Подібно прикладу 2 визначають величини і будують криві залежності експериментальних і розрахункових см р см е значень щільності суміші води В з піском П і наповнювачем Н від (Фіг.9). За екстремальною крапкою максимального наближення експериментальної кривої до розрахункової визначають величину ОПТ 2,2 за величиною якого визначають діаметр найбільш представницької фракції наповнювача: dЦ 2,2 11 , 2,1 см 3 р , г/см 2,188 2,166 2,140 2,121 2,107 2,093 2,079 2,073 0,333 1 0,23 0,037 мм. Приклад 4 За аналогією з прикладом 2 визначають величини і будують криві залежності експериментальних см е і розрахункових см р значень щільності суміші води В з наповнювачем Н и від В / Н у границях 15-50% (Фіг.10). При зміні В / Н від 0 до 35% (0,35) щільність суміші збільшується за рахунок входження води в 21 71122 22 За переламом на початковій ділянці кривої пустоти наповнювача. По величині В / Н 0,35 в (Фіг.10), відповідній переходу води від фізикоточці максимального наближення експериментахімічно зв'язаного поверхнею наповнювача стану льної кривої до розрахункової визначають пустотдо вільного, визначають оптимальне відношення ність наповнювача за виразом: В В 1 1 W н 0,23 . ПН 0,35 0,48 . УС Н Н В Н 1 Н В Н 1 2,65 0,35 23 Комп’ютерна верстка Н. Лисенко 71122 Підписне 24 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601