автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Бетон напорного формования на основе композитного вяжущего

РОСГОВСКАЯ-НА-ДОНУ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

На правах рукописи

КАСТОРНЫХ Любовь Ивановна

БЕТОН НАПОРНОГО ФОРМОВАНИЯ НА ОСНОВЕ КОМПОЗИТНОГО ВЯЖУЩЕГО

Специальность 05,23.05 - Строительные яатериалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени .кандидата технических наук

Ростов-на-Дону 1995

Работа выполнена, в Ростовской-на-Дону государственной академии строительства

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор

Н.И. Еодуровский

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Г,С, Бурлаков

кандидат технических наук, доцент A.M. Питерский

Ведущая организация - АО Институт Ростовский Лромстройнии-

проект

Защита состоится 1995 г. в 10 часов на заседа-

нии специализированного совета Д.063,64,01 в Ростовской-на-Дону государственной академии строительства по адресу: г. Ростов-на-Дону,

ул. Социалистическая, 162, ауд. 232. i

j

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии. . Автореферат разослан "О

" НОЯБРЯ 1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук ^

В.А. Веселев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Для того, чтобы сборный ' железобетон не терял конкурентоспособности на рьшке строительных материалов, необходимо создавать новые, мобильные, социально-привлекательные, экологически чистые технологии, позволяющие экономить энергию и ресурсы, снижать стоимость продукции.

Перспективным направлением в развитии сборного железобетона является применение бетононасосного принципа, обеспечивающего напорное формование. Оно имеет ряд преимуществ по сравнению с существующими способами изготовления изделий.

Напорное фсрксзгнкс - нагнетание специально подобранной бетонной скеск в замкнутое опалубочное пространство - позволяет совместить в одном непрерывном процессе укладку, распределение и уплотнение бетонной смеси и, тем самым, повысить производительность технологической линии, ,

Актуальным в настоящее время остается экономия дорогого и дефицитного цемента. Одним из технологических приемов, позволяющим сократить расход клинкерного цемента, является введение в состав вяжущего ультрадисперсного материала (тонкодисперсных отходов шромышлен-ных производств). Добавки целенаправленно изменяют процесры структу-рообразования, улучшают физико-механические свойства композита, повышает качество бетона, Делесообразность использования техногенного сырья в качестве добавок диктует и неблагоприятная экологическая обстановка, сложившаяся в стране в настоящий момент.

В связи с изложенным, важной задачей является поиск эффективных минеральных добавок-наполнителей и разработка технологических приемов, обеспечивающих сокращение количества вяжущего и повышение эффективности бетона напорного формования.

Цель» диссертационной работы является разработка научно-технологических 'основ получения тяжелого бетона напорного формования на композитном вяжущем и обоснование технологических способов, обеспечивающих требуемый уровень качества бетонной смеси и высокие показатели назначения бетона.

Научная новизна работы:

- теоретическое обоснование и практическое подтверждение эффективности способа напорного формования, состава композитного вяжущего для тяжелых бетонов на основе портландцемента, микрокремнезема и су-лерпластификатора;

- закономерности влияния композитного вяжущего на реологические свойства бетонной смеси, предназначенной для формования с применением бетононасосов;

- правила оптимизации гранулометрического состава заполнителя бетонов при различных способах напорного формования;

- реологические свойства и водопотребность бетонных смесей на композитном вяжущем для напорного формования;

- функциональные зависимости прочности и трещиностойкости тяжелых бетонов напорного формования от параметров их состава и эффективности композитного .вяжущего; .1

- положения оптимизации показателей конструктивности тяжелого бетона по максимальному значению критического коэффициента интенсивности напряжений К1С;

- хомльютерная технология расчета показателей конструктивности бетонов напорного формования на основе композитного вяжущего и система оперативного определения состава бетона в условиях функционирования технологического комплекса;

- показатели эколого-экономической эффективности производства изделий методом напорного формования тяжелых бетонов на композитном вяжущем,

Автор защищает:

- состав композитного вяжущего целевого назначения на основе • портландцемента, микрокремнезема и С-3, улучшающего реологические свойства бетонных смесей для напорного формования и обеспечивающего снижение расхода цемента в бетонах на 15.,,20 %;

- правила оптимизации гранулометрического состава заполнителя в бетонах для различных способов напорного формования изделий;

- расчетные формулы содержался песка в заполнителе, водопотреб-ности бетонной смеси, прочности бетона напорного формования на композитном вяжущем;

- функциональные зависимости влияния технологических факторов на трещиностойкость бетонов и правила определения критического содержания вяжущего в бетоне;

- алгоритм расчета показателей конструктивности и стоимости бетонов на композитном вяжущем для информационно-поисковой системы при использовании BMP в строительном производстве;

- систему определения состава бетона напорного формования на композитном вяжущем в производственных условиях выпуска продукции;

- показатели экономической эффективности бетона напорного формования и использования в-ник предложенного композитного вяжущего.

Практическое значение работы;

- утилизация отхода производства ферросилиция в разработанном композитном вяжущем, улучшающем реологические характеристики перекачиваемой бетонной смеси, обеспечивающем снижение расхода цемента в бетоне и энергозатрат при изготовлении железобетонных конструкций методом напорного формования;

- функциональные зависимости прочности и трещиностойкости бетонов напорного формования на композитном вяжущем от вида применяемых материалов и параметров его состава;

- алгоритм расчета и оптимизации показателей конструктивности

- б -

бетонов в информационно-поисковой системе при использовании вторичных материальных ресурсов;

- система определения состава бетона напорного формования в производственных условиях;

- использование материалов исследования в разделе "Напорное формование" учебного курса "Безвибрационные методы формования" для студентов специальности 2906 - Производство строительных изделий и конструкций.

Достоверность исследований обеспечена:

- комплексным характером проведенных исследований, выполненных при математическом планировании экспериментов с использованием общепринятых приборов и методов исследований;

- количеством контрольных образцов-близнецов, обеспечивающим доверительную вероятность 0,95 при погрешности не более 10 %;

- соответствием результатов лабораторных исследований данным полупроизводственного испытания напорного формования труб, <

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационных исследований докладывались и обсуждались на;

- областной научно-технической конференции "Использование отходов производства в строительной индустрии" (Ростов-н/Д, 1989 г.);

- межрегиональной научно-технической конференции "Применение г отходов производств - основной резерв строительства" (Севастополь, 1990 г.);

- региональных научно-технических конференциях Ростовской-н/Д государственной академии строительства (1990 - 1995 гг.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 7 печатных работ и методические указания к лабораторному практикуму по технологии бетонных и железобетонных изделий и конструкций (специальность 2906),

Объем и структура работы. Диссертационная

работа изложена на 176 страницах машинописного текста и состоит из введения, б глав, основных выводов, 61 рисунков, 20 таблиц, списка литературы из 105 наименований и 3 приложений,

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Б последнее время в производстве сборных бетонных и железобетонных изделий начинает применяться бетононасосный принцип уплотнения бетонных смесей (напорное формование). Способ транспортирования бетонной смеси и бетонирования конструкций с помощью бетононасосов широко используется в монолитном строительстве. Благодаря появлении на рынке строительных машин большой номенклатуры надежных бетононасосов и лневмонагнетагелей, метод напорного формования бетонных смесей стал возможен и в заводских условиях. Этот метод предусматривает приготовление специально подобранной смеси, нагнетание ее бетононасосом в замкнутый объем металлоформы и уплотнение под давлением с удалением (или без удаления) части воды затворения через перфорацию опалубки. ;

Разработкой и освоением безвибрационной технологии уплотнения бетонных смерей с удалением избытка воды занимался коллектив ИСиА Белоруссии цод руководством H.A. Блещика. Практическим результатом исследований явилась линия по производству панелей перекрытий. Большой вклад в разработку и освоение бетононасосной технологии внесли ИНПЦ "Внедрение" Ш10 "Энергостройпром", ВНИИжелезобетон и коллектив научно-исследовательской лаборатории использования вторичных ресурсов в строительстве РГАС. В НИИЖБе в лабораторных условиях проведены работы по напорному формованию труб. Технико-экономические показатели деятельности технологических линий по выпуску железобетонных изделий с использованием бетононасосов на Московском заводе ЖБК Минэнерго России и на Стрыйском заводе МЖБХ (Украина) подтверждают вы-

- а -

сокий потенциал технологии' напорного формования, Анализ производственного опыта и результатов позволили установить, что напорное формование повышает коэффициент использования оборудования на посту формования до 0,6,»,0,7, обеспечивает высокую степень механизации и практически полную автоматизацию главного передела технологической линии.

Анализ технико-экономической и технологической эффективности производства сборных бетонных и железобетонных изделий с помощью бетононасосов, выполненный коллективом'НИЛ ИВРС РГАС, позволил к достоинствам бетононасосного принципа формования изделий отнести следующее:

- сокращение длительности процесса формования за счет совмещения операций транспортирования, укладки, распределения и уплотнения бетонной смеси при изготовлении изделий;

- исключение трудоемких ручных операций по разравниванию и отделке поверхностей формуемых изделий, характерных для объемного вибрирования;

- при напорном формовании однородность прочности бетона в изделиях значительно выше, т.к. не происходит расслоения;

- важное преимущество - отсутствие вибрационного воздействия на посту формования - делает бетононасосную технологию социально прив-

. лекательной для работающих и одновременно повышает эксплуатационную надежность технологического оборудования,

В настоящее время в результате научно-исследовательских, лроек-тно-конструкторских работ и опытно-промышленного освоения производства изделий методом напорного формования определены способы и разновидности этого метода. Основным классификационным признаком напорного форкования считается состояние системы "бетонная смесь - форма - окружающая среда". Напорное формование возможно в закрытой, свободно открытой и принудительно открытой системах.

Рассматриваемый способ формования имеет ряд технологических особенностей, связанных в основном с требованиями к бетонной смеси. Ее реологические свойства должны соответствовать условиям транслор-' тировання по трубопроводам и принятому состоянию системы формования. Смеси должны быть однородными и обладать повышенной связностью, чтобы при движении в бетоноводе и при заполнении опалубочного пространства постоянно сохранялся пристенный смазочный- слой и давление передавалось до жидкой фазе.

Удобоперекачиваемость, как комплекс реологических свойств бето-. иной сиеси - это способность транспортирования смеси по бетоноводу без расслоения и образования пробок под воздействием давления, создаваемого поршнем бетононасоса. Перекачиваемая бетонная смесь характеризуется показателями концентрации составляющих материалов в определенных интервалах;

относительным водосодержаннен цементного теста в сравнении с расходом воды при его1 нормальной густоте; 1,2 < Хц < 2,4;

степенью заполнения межзернового пространства песка цементным тестом; 1,1 < Хп < 1,9; г

степенью заполнения пустот щебня растворной частью: -

1,3 < X« < 1,9,

По требованиям Руководства, разработанного коллективом НИИХБ Госстроя СССР совместно с ГДР, консистенция бетонной смеси на плотных заполнителях должна быть такой, чтобы под давлением, возникающим в трубопроводе при перекачиваяии смеси, растворная часть не выдавливалась из скелета заполнителя. Рациональная подвижность бетонной смеси, с точки зрения ее удобоперекачиваемости, обычно составляет 6,, »В см. Однако в настоящее время отсутствуют методы оценки перекачиваемости, позволяющие оптимизировать параметры состава бетонных смесей.

Требования к бетонным смесям, приведенные выше, относятся к

случаю применения традиционных плотных заполнителей и цемента. Очевидно, что смеси на основе композитного вяжущего также должны удовлетворять требованиям по перекачиваемости, а после уплотнения, водо-отделения и ускоренного твердения обеспечивать необходимый уровень качества бетона.

Из вышеизложенного следует, что повышение эффективности напорного формования, в первую очередь, должно быть направлено на изыскание способов и технологических приемов, обеспечивающих оптимизацию состава бетона; сокращение клинкерной части в вяжущем, снижение во-допотребности и определение зернового состава заполнителей, требующего минимального количества теста вяжущего,

Б работе рассмотрены принципы структурной механики, используемые при конструировании материалов на основе техногенного сырья, предложенные Л,Г, Комоховым. С позиции взаимосвязи прочности, дефор-мативности и структурной механики прочность композита (К) определяется как последовательность развитие двух взаимосвязанных процессов: деформирование (6) и разрушение (Р) и достигается при условии: II = € ■* Р, т.е. возникающие в коипозите деформации приводят к его разрушению, а не наоборот,

Яа основе вышеизложенного выдвинута следующая рабочая гипотеза. Повышение эффективности бетона напорного формования достигается применением бетонной смеси на основе композитного вяжущего, включающего портландцемент, ультрадисперсный минеральный материал и супер-яластификатор и обеспечивающего уплотнение смеси яри меньших затратах энергии, экономию клинкерной составляющей и превалирование в микроструктуре коагуляционных, релаксируемых связей низкоосновных новообразований,

Для подтверждения рабочей гипотезы определены основные задачи исследования: выбор минерального наполнителя (промышленного отхода) и разработка состава композитного вяжущего; разработка правил опти-

мизации зернового состава заполнителя в зависимости от способа напорного формования; оценка влияния основных технологических факторов на прочность и трещиностойкость (вязкость разрушения) бетона напор- ' ного формования на композитном вяжущем.

На первом этапе исследований определялся рациональный вид ультрадисперсного минерального материала,

В исследованиях использованы; портландцемент Старооскольского ' завода НГ = 25 %; ЛГДФ - пыль газоочистки производства ферросилиция - Стахановского завода; молотый кварцевый песок с удельной поверхностью йуд = 1160 см2/г и 3*«= 11200 см3/г; молотый доменный гранулированный шлак с Буя= 1600 см2/г; С-3 - суперпласткфккзтор, вводимый с водой затворения. Тепловая обработка серии контрольных образцов размером 30x30x30 мм проводилась по режиму; 3 + 6 + 2 ч при Ьиз = = 85 °С.

Оценка эффективности отмеченных минеральных материалов в составе композитного вяжущего по критерию использования цемента (К»' = = (К1п/ Ц)*100) позволила установить, что в большей степени требова-: ниям технической и экономической эффективности для бетона напорного Формования отвечает ЛГПФ (микросилика, микрокремнезем и др,),

Микросилика - химически активная добавка с пуццоланическим механизмом действия - за счет вторичных реакций твердения цемента повышает активность вяжущего и позволяет сократить расход клинкерной составляющей в равнопрочных композициях, создает требуемый вид новообразований. В больших дозировках она выступает и в роли налолните-' ля, позволяя улучшать перекачиваемость смеси и создавать более плотные структуры композита.

Результаты оценки показателей структуры камня вяжущего принятого состава подтверждают выводы, сделанные авторами ряда работ. Введение в состав вяжущего высокоактивной микросилики совместно с суперпластификатором С-3 способствует изменению структуры цементного ка-

мня, уменьшая капиллярную и увеличивая гелевую пористость. Изменение состава твердой фазы камня вяжущего связано с увеличением количества высокодисперсных низкоосновных гидросиликатов кальция и повышением степени гидратации минералов цементного клинкера,

В процессе экспериментальных исследований определена зависимость нормальной густоты теста вяжущего (НГ) от величины содержания в нем микрокремнезема. Зависимость установлена на вяжущем, включающем бездобавочный портландцемент Старооскольского завода и микрокремнезем в количестве от 0 до 30 Н массы вяжущего. \

Аналогичные опыты, проведенные в РГАС на других портландцемен-тах, показали, что вид исходного цемента практически не влияет на характер изменения нормальной густоты многокомпонентного вяжущего. Экспериментальные данные, с достаточной для прогнозирования и практических расчетов точностью, аппроксимируются формулой:

(НГ)« = (НГ)« / [0,25*{0,0403-0,0539*Ш], (1)

где (НГ)», (ЯГ)ц - .нормальная густота соответственно многокомпонентно ного вяжущего и исходного цемента;

И - относительное содержание ЛГЛФ в массе вяжущего. При добавке к вяжущему суперпластификатора С-3 нормальная густота его снижается пропорционально сокращению водопотребности, обусловленной принятой дозировкой химической добавки. Так, при введении суперпластификатора в количестве 1 % массы вяжущего нормальная густота теста снижалась на 30 %,

На следующем этапе исследований определялись реологические свойства, деформационные показатели, прочность и трещиностойхость мелкозернистых сиесей и бетонов.

Реализован эксперимент по плану Вэ, Исследованы мелкозернистые бетоны на основе вяжущего, включающего бездобавочный цемент, микрок-

ремнезем и суперпластификатор С-3. В качестве переменных факторов в эксперименте варьировались: степень наполнения портландцемента микрокремнеземом XI = 10 £ 10 % от массы вяжущего; содержание многокомпонентного вяжущего в 1 т бетона Хг = 310 £ 50кг; количество суперпластификатора, вводимого в бетонную смесь с водой затворения -Хз = 0,5 4 0,5 % от массы вяжущего. В таблице приведены коэффициенты экспериментально-статистических моделей, полученных в результате реализации эксперимента, которые подтверждают положение выдвинутой рабочей гипотезы, V

Добавка дикросилики снижает предельные напряжения сдвига мелкозернистой смеси, увеличивает коэффициент внутреннего трения, прочность бетона на сжатие, трединостойкость бетона.

Максимальные значения прочности (Н), трещиностойкости (К1с), внутреннего трения (8) достигаются при различном содержании микрокремнезема в составе вяжущего. Каждому показателю назначения бетона соответствует свое содержание хикрокремнезема в вяжущем, обеспечивающее при твердении рациональное соотношение упругой и пластической составляющих в структуре камня вяжущего для данного вида воздействия.

Из полученных результатов следует, что корректирование состава бетона напорного"» формования в процессе проектирования параметров конструктивности целесообразно выполнять на основе экспериментальных зависимостей показателей назначения от параметров состава бетона на данном многокомпонентном вяжущем.

Рациональным техническим средством решения задач по определению параметров конструктивности бетона напорного формования на многокомпонентном вяжущей следует считать компьютерную технологию.

Эффективность бетона напорного формования, как и обычного бетона, зависит от зернового состава заполнителя, В работе установлено влияние гранулометрического состава заполнителя, количества вяжущего

Оценка коэффициентов ЭС-моделей

Таблица

Функция I Коэффициенты

отклика 1 1 Ь0 1 Ь1 1 ь2 1 Ьз 1 Ьц 1 Ьа2- 1 Ьзз 1 Ь>12 1 Ь13 1 Ь2з

У1 (рсм,кг/мэ) 2194 -50,2 -6,2 49,7 -10,1 17,1 -13,9 -14,3 10,6 (4,9)

Уг (В/Вал) 0,333 0,032 -0,034 -0,056 0,016 -0,0002 0,013 0,007 -0,015 0,001

Уз (то*103, МПа) 6,04 -2,04 С), 22 0,37 1,35 -0,77 -0,92 -0,34 -0,19 0,73

У4. (^ср.КГ/М3) 2212 -44,7 £3,8 35,25 -23,55 -19,55 (-3,30) "17,6 (0,5) 18,5

>5 (8) . 0,211 0,012 -0,006 -0,007 -0,029 0,002 0,024 0,003 -0,007 0,001

У6 (Е, МПа) 2305 38,15 (2,1) 76,9 (5,03) (6,77) (-5,22) -82,0 -19,87 -88,62

У? (1?сж, МПа) 42,48 (-0,68) 2,55 4,0 -2,6 -1.8 2,6 (-0,2) (-0,7) (0,6)

У8 №„, МПа) 5,45 "1,1 0,4 0,8 (0,1) (-0,02) 0,5 -0,5 0,35 -0,3.

У0 (К1с,МПа*м0,5 ) 0,481- -0,041 0,032 0,075 -0,050 -0,027 0,009 -0,046 -0,005 -0,002

Примечание. В скобках приведены незначимые коэффициенты.

и водосодержания на перехачиваемость бетонных смесей. В экспериментах использована лабораторная установка, позволяющая оценить перехачиваемость смесей по величине работы, затрачиваемой на истечение постоянного количества смеси.

Поставленная задача исследования решалась в два этапа. На первом установлен зерновой состав сухих компонентнов бетонной смеси с минимальной пустотностью (максимальной плотностью) в естественном и уплотненном состояниях. На втором этапе определено влияние зернового 1 состава на реологические свойства бетонной ¿¡меси и выработаны правила определения рациональной гранулометрии заполнителя в бетонах напорного формования при изготовлении изделий в закрытой и открытой системах.

Обработка данных, полученных в результате исследований перека-чиваемости бетонных смесей, позволила построить диаграмму зависимости массового содержания леска в смеси заполнителей от расхода вяжу-1 щего при различных цементно-водных отношениях. Диаграмма справедлива для бетонов, формуемых в закрытой системе. Полученная зависимость аппроксимирована расчетной формулой;

Г1 = 0,478 - 7,8*10"5*Ц - 0,001(НК-10) + 0,01(Мк-2), (2)

' где Ц - количество вяжущего в 1 »' смеси, кг;

НК - наибольшая крупность заполнителя, мм;

М» - модуль крупности песка.

При формовании изделий в открытой системе зерновой состав должен обеспечивать максимальное водоотделение и массовое содержание мелкого заполнителя в смеси определяется минимальным конечным водо-цементным отношением, В формулу зернового состава введена поправка, которая ориентировочно равна + 0,01.

Для прогнозирования водопотребности перекачиваемых бетонных

смесей на композитном вяжущем произведены оценки их реологических свойств: подвижности, жесткости, технической вязкости и предельных напряжений сдвига. Результаты экспериментов свидетельствуют, что добавка микросилики приводит к незначительному снижению водопотребнос-ти в равноподвижных смесях. Основным регулятором реологических свойств является суперпластификатор. Его введение в смесь приводит к резкому снижению водопотребности, а смеси одинаковой подвижности характеризуются меньшими предельными напряжениями сдвига, технической вязкостью, жесткостью, 1

На основании полученных результатов и известных зависимостей выведена формула водопотребности бетонных смесей для напорного формования. С достаточной для практики точностью она позволяет прогнозировать начальное водосодержание перекачиваемых смесей марок по удобоукладываемости Л1, Я2:

Во = 187*0К°.101 - ЦО*Н - 4300*Д, (3)

где ОК - осадка конуса (подвижность) бетонной смеси, см; ' Н - относительное содержание микросилики в вяжущем; ' Д - то же,•суперпластификатора.

На заключительном этапе"экспериментальных исследований реализован эксперимент по плану Вз для анализа показателей конструктивности состава, прочности и трединосгойкости бетона напорного формования на композитном вяжущем с оптимальной добавкой микросилики. В эксперименте использованы следующие материалы: портландцемент Старооскольско-го завода, наполненный микрокремнеземом в количестве 12,5 % от массы вяжущего, кварцевый песок Волжского месторождения, щебень из гранита Павловского карьера НК = 10 мм, модификаторы - С-3 и Дофен,

В опытах исследовали равноподвихные смеси марки П2 (ОК=6-7см), удовлетворяющие условиям перекачиваемости и формуемости. Напорное

формование образцов-кубов с ребром 10 см производили в принудительно открытой системе на специальной установке, моделирующей процесс лрессвакуумирования, Уплотнение смеси осуществлялось по схеме: прессование ври Р = 0,4 МПа - 3 мин, совместное прессование и вакуумиро-вание - 5 мин при вакууме Рост = 0,02 МПа.

Изменяли три рецелтурно-технологических фактора: количество вяжущего в 1 т бетона Вяж(Хг) = 177 £ 31 кг, характеризующее материалоемкость композита; соотношение масс заполнителей в смеси Л/Д(Х2) = = 0,65 ^ 0,15 и концентрацию суперпластификатора в воде затворения Ссп(Хз) = 2,6 £ 0,5 % - главный регулирующий фактор.

В результате реализации эксперимента получены трехфакторкыг квадратичные ЭС-модели, адекватно описывающие поведение реальных систем при с£ = 0",05 (проверка адекватности производилась.по Г-крите-рию Фишера),

Влияние факторов на прочность бетона напорного формования подтверждают уже существующие и полученные ранее зависимости. Зависимость прочности и цементноводного отношения в конечном составе бетона от исследованных факторов идентична, что позволяет предполагать корреляцию между этими функциями отклика. Сглаживание экспериментальных данных и ранее полученных зависимостей прочности позволило получить расчетные формулы; й = ¿(Л/В; Кч») для бетона напорного формования в открытой и закрытой системах.

Анализ квазиоднофахторных моделей влияния расхода композитного вяжущего на прочность и трещиностойкость бетона подтвердил вывод, полученный при анализе ЭС-моделей мелкозернистого бетона. Для каждого вида воздействия на бетон напорного формования определенного состава существует свое рациональное содержание вяжущего. По ЭС-моделям построены зависимости Л = :£(ЦК) и Ки = !Р(ЦК) при Хг = 0 и Хз = 0 (рис, 1),

320. 360 400 440 480 520 Содержание композитног.о вяжущего, кг/м3

Рис. 1,; Зависимость прочности бетона и критерия от расхода вяжущего

Существует критическое количество композитного вяжущего, превышение которого приводит к снижению трещиностойкост» бетона. При этом критический расход вяжущего меньше его количества,,приводящего к снижению интенсивности роста прочности бетона напорного формования в открытой системе. Установленное объясняется преобладанием в структуре композита с малым расходом вяжущего и низким цемеятно-водным отношением содержания мелкокристаллических новообразований с пластичными коагуляционными связями. Разрушение такого композита происходит по схеме £ Р.

В структуре с большим количеством композитного вяжущего и высоким вяжуще-водным отношением разрушение происходит при Р£, т.к. в ней содержится относительно больше хрупких кристаллизационных связей и контракционных пор. Треииносгойкость такой структуры ниже.

Одним из выводов проведенных исследований явилось положение,

что проектирование показателен конструктивности бетонов напорного формования на композитном вяхудем необходимо вести с учетом всех факторов, влияющих на оптимальное содержание вяжущего и его состав. Разработан алгоритм расчета показателей конструктивности и стоимости бетона напорного формования на композитном вяжущем (рис. 2). Определяются составы тяжелых бетонов на клинкерном цементе, на композитном вяжущем, к которым предъявляются требования по прочности (Ю, морозостойкости (Г) и трещиностойкости (К1с). Программа предусматривает поиск оптимального содержания ликросилики по критериям минимума; расхода цемента, вяжущего и стоимости бетона. В подпрограммах алгоритма использованы зависимости, установленные в настоящем исследовании, а также зависимость морозостойкости от капиллярной пористости. Разработанная блок-схема алгоритма и подпрограммы используются в информационно-поисковой системе при применении вторичных материальных ресурсов в строительном производстве.

Для практического применения разработана система оперативного назначения номинальных составов бетонов напорного формования, базирующаяся на положениях ГОСТ 27006 и работах НИЛ ИВРС. Качество номинальных составов гарантируется точным учетом влияния всех постоянных и переменных факторов удобоформуемости, прочности и эффективности бетона.

Проведен технико-экономический анализ производства железобетонных труб методом скользящего напорного формования. Себестоимость труб при применении в составе бетона композитного вяжущего, рассчитанная в ценах 1991 г,, ниже на 1,1В р/мэ. Экономия достигается за счет снижения затрат на материалы для бетонной смеси, а также вследствие экономии электроэнергии на нагнетание и в ценах 1991г. составляет соответственно 1,22 и 0,01 р/м3.

( Начать ■)

,_ i _

ввести значения исходных .шных

н» в

-И н=н-»-оЖ

■ >С~

/печать 1/

f J- —;

(закончить)

Р6 Расчет . еосглм щццего

ï2 m счет

BOjiQnOTPËffHOCTH

Р5 Расчет iy/В отношена

Р4 РлбЧЕТ

к0акчест9д цжцего

(закончить) печать! /

|Р8 РАСЧЕТ ШИЧЕОЬЛ

цщогси щаногомп. *

РЭ Расчет „ критерии Хп

Р11 6ЫЧИСЛШЕ „

шштЦнш* Ц,

P12L РАСЧЕТ 1ШК и о^ещ д|л

|Р14 Нахождение •|min I^M, и,, СБ

LÎ

Р13 Рлсчег

стоимости бетона

Р10 РАСЧЕТ КОНЕЧ-кого с0с7ам БЕГОМ

^печать37 (Закончить)

Рис. 2 Блок-схема алгоритма расчета показателей конструктивности и стоимости бетона напорного формования •

- 21 -ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1, Основным источником технико-экономической эффективности ком-' позитного вяжущего на основе портландцемента, микрокремнезема и суперпластификатора в бетонах напорного формования являются вторичные реакции активного кремнезема и оксида кальция.

Эффективность многокомпонентного вяжущего предложено оценивать коэффициентом, представляющим отношение активностей вяжущего и исходного цемента, устанавливаемых непосредственным испытанием в бетоне напорного формования, что позволяет учесть влияние всех факторов, определяющих эффект при принятых дозировках добавок, качестве применяемых материалов и способе формования и твердения.

2. Бетонные смеси на исследованном композитном вяжущем обладают пониженными предельными напряжениями сдвига, что обеспечивает лучшую их перехачиваемость и позволяет уменьшить давление в транспортном цилиндре бетононасоса на 0,05___0,1 МПа,

Удобоперекачиваемость бетонных смесей предложено оценивать по величине работы, затрачиваемой на истечение определенного количества смеси через колено бетоновода лабораторной установки.

3. Водопотребность подвижных бетонных смесей на композитном вяжущем меньше, чем у аналогичных бездобавочных смесей. При одинаковом водосодержании жесткость смесей на вяжущем с добавкой микрокремнезема выше, чем у смеси на чистом цементе. Добавка микрокремнезема сокращает водоотделение при напорном формовании в открытых системах, однако позволяет получать свежеотформоваинув бетонную массу с большей конечной жесткостью,

4, Предложена расчетная формула для прогнозирования водопотребности бетонных смесей для напорного формования марок по удобоуклады-ваемости П1...П2 в зависимости от качества применяемых материалов и количества вводимых добавок.

- гг -

5. Добавка микрокремнезема и суперпластификатора приводит к изменению критериев перекачиваемости бетонных'смесей. Критерий X« уменьшается за счет большей нормальной густоты композитного вяжущего. Критерий Хп снижается вследствии большего объема теста композитного вяжущего,

6. Прочность бетонов напорного формования есть функция активности компоритного вяжущего, конечного вяжущеводного отношения. Влияния предела постоянства водопот'ребности на прочность в бетонах напорного формования в открытых системах не наблюдается,

7. В заполнителе для бетонов напорного формования на композитном вяжущем должно содержаться повышенное количество мелких фракций, как и в обычных перекачиваемых смесях. Оптимальное соотношение масс мелкого я крупного заполнителей для бетонных смесей формуемых в закрытой системе устанавливается опытным путем по минимальной водопо-требности смеси требуемой перекачиваемости. При формовании в открытых системах оптимальное содержание фракций заполнителя устанавливается по минимальному конечному водовяжущему отношению.

Для расчета гранулометрии заполнителей в начальных составах бетона и технико-экономических прогнозов предложены.аналитические зависимости,

8. Равнопрочные бетоны напорного формования на клинкерном цементе и многокомпонентном вяжущем обладают практически одинаковыми модулем упругости, коэффициентами Пуассона и границами микротрещинооб-разования,

9. Трещиностойкость (вязкость разрушения) бетонов напорного формования на композитном вяжущем, оцениваемая по величине критического коэффициента интенсивности напряжений К1с выше, чем у бетонов на обычном портландцементе, У высокопрочных бетонов напорного формования существует критическое количество многокомпонентного вяжущего, превышение которого приводит к снижению трещиностойкости.

-2 3 -

10, Расчет показателей конструктивности бетона напорного формования я его стоимости, выбор целесообразной дозировки микрокремнезема, назначение начальных составов в экспериментальных исследованиях рекомендуется выполнять в соответствии с предложенным алгоритмом на ЭВМ,

11, Назначение рабочих составов бетонных смесей на композитном вяжущем в заводских и построечных условиях должно осуществляться по правилам ГОСТ 27006 и в соответствии с разработанной системой оперативного назначения показателей конструктивности бетонов напорного формования.

12, Технихо-эхсксххчсская эффективность напорного формования подтверждена результатами производственных испытаний и данными специального технико-экономического анализа. Метод напорного формования на примере производства безнапорных труб при использовании композитного вяжущего позволяет сократить затраты на материалы для бетонных смесей на 9,8 %, себестоимость переработки на 26 %, сэкономить в бетонах класса В45 79 кг клинкерного цемента на 1 м3 продукции и уменьшить удельные энергозатраты на 11,13 кБт*ч/м3.

Основные положения диссертации отражены в семи публикациях:

1. Желтухина Л,И., Касторных Л,И, Легкие бетоны напорного формования с использованием золошлаковых смесей//Яспользование отходов производства в строительной индустрии, IX обл. науч.-техн. конф. Тез, дохл, - Ростов-на-Дону, 1989. - С. 62 - 64.

2. Лодуровский H.H., йндин А.Н,, Касторных Л.И, Использование золошлаковых материалов в легком бетоне напорного формования//Приме-нение отходов производств - основной резерв строительства. Севастополь, апр. 1990 г. Тез, докл. Ч,П. - Симферополь, 1990. - С. 161 -162,

3. Касторных Л.И., Трищенко И,В. Эффективность применения на-

-г4 -

полнителей и химических добавок в бетонах напорного формования// Безвибрационные методы формования железобетонных конструкций. -Ростов-на-Дону, 1992, - С. 43 - 51,

4, Подуровский H.H., Касторных Л,И. Оптимизация состава бетона на основе комплексного вяжущего//Теория и практика применения суперпластификаторов в композиционных строительных материалах. Пенза, июнь 1993 г, Тез, докл. - Пенза, 1993, - С, 49 - 50,

5, Подуровский Н.И., Касторных Л.И. Система определения состава бетона напорного формования с применением бетононасосов//Известия вузов. Строительство,-1994.-И 5 - 6, - С. 49 - 53.

6, Подуровский Н.И., Касторных Л.И, Оптимизация зернового состава заполнителя бетона напорного формования//Лрочность и долговечность строительных материалов, - Ростов-на-Дону; Рост.-н/Д гос. академия строительства, 1994. - С. 10 - 17,

7, Подуровский Н.И., Касторных Л.И, Трещиностойкосгь (вязкость разрушения) бетонов напорного формования на многокомпонентном вяжущем/ /Прочность и долговечность строительных материалов, - Ростов-на-Дону; Рост,-н/Д гос, академия строительства, 1994, - С. 4 - 10.

ЛР N 020818, Подписано в печать " 16 " ОктЯБРя 1995 г. Формат 6QzM4is,

Бумага писчая. Ксерокс, Уч,-изд, л, 1,0, Тираж 80 экз. С

Редахциояно-издагельскнй центр Ростовской-ва-Доиу государственной академии строительства

344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162