автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Основы конструкторско-технологической подготовки производства легкобетонных конструкций в условиях реконструкции предприятия

л^ л/г-. р^^лышо

¿./р /9¿У Л^ №19

ВСЕСОЮЗНЫЙ ЗАОЧНЫЙ ШЖШЕНЮ - (ЛРОЙТЕЛЫШЙ ШСТИЭТ

ОШОШ ЮНСТНУКГОРСЮ-ТЕШОЛОПНЕСГОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА ЛЕГКО БЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ В УСЛОВИЯХ РЕКШСТЕУКЦИИ ПРЕДПРИЯТИЯ

05.23,05 - Строительные материалы и изделия 05.23.01 - Строительные конструкции

Автореферат диссертации на соискание ученой степени дохтора технических

наук

На правах рукописи

ЯМЛЕЕВ УСШН АШАТУЛОШ

УДК 666.973.002.2

Москва 1989

ВСЕСОЮЗНЫЙ ЗАОЧНЫЙ ИШЕНЕШО - СТРОИГЕЛШНЙ ШСТГОТ

На правах рукописи ЯМЛЕЕВ УСЩН АШАТУЛОНЙ

УДК 665.973.002.2

ООТОШ КШСТРУКТОРСКО-ТЕЖОЛЗГИЧЕСНЭЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА ЛЕГКОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ В УСЛОВИЯХ РЕКОНСТРУКЦИИ ПРЕДПРИЯТИЯ

05.23.05 - Строительные материалы и изделия 05.23.01 - Строительные конструкции

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических

наух

Москва 1989

Работа выполнена в Ульяновском политехническом"институте. Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор технических наук,профессор Бондаренко В.М.; доктор технических наук,профессор Иванов И.А.; доктор технических каук Магдеев У.Х.

Ведущее предприятие-ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский , проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона "НИЖЕ".

Защита диссертации состоится *. "_1989 г.

в_час. на заседании специализированного совета -Д 063.08.01

при Всесоюзном заочном инженерно-строительном институте по адресу: 109052,Москва,ул.Средняя Калитниковская,дом ЗО.ВЗИСИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всесоюзного заочного инженерно-строительного института. Автореферат разослан * " '_1989 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Бунькия И.Ф-.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТШСА РАБ01Ы

Актуальность работа. ЖУП съезд КПСС определил основные пути развития строительной индустрии за счет реконструкции и технического перевооружения предприятий.

Применение легкобетонных конструкций снижает стоимость строительных объектов. Для многих регионов страны одновременно решается проблема в покрытии дефицита крупного плотного заполнителя пористым, изготавливаемым из местного сырья. Многие предприятия заинтересовали в переводе производства железобетонных конструкций с тяжелого бетона на легкий, что позволило бы резко снизить себестоимость продукции за счет исключения дорогого щебня. Однако сдерживающими факторами являются регламентирование нормативными документами повышенных для легких бетонов до сравнения с тяжелыми расходов цемента, тепло- и электроэнергии, а также противоречивые рекомендации по применению технологического оборудования и режимов технологического воздействия.

Вместе с тем имеется опыт работы предприятий по изготовлению отдельных видов легкобетонных конструкций с расходами материальных ресурсов в пределах лимитов, выделенных для выпуска конструкций из тяжелого бетона. Обобщение положительного опыта, обоснование выбора оборудования по каждому технологическому переделу, оптимизация режимов технологического воздействия, разработка теории формирования структуры легких бетонов з зависимости от используемых материалов я рецептурного состава на каждом переделе позволяют значительно расширить возможности применения легких бетонов.

Кроме того, из публикаций видно, что легкие бетоны одних и тех ж& классов (марон) имеют значительный разброс физико-механических свойств. Весьма заманчиво, воссоздавая условия технологического воздействия, получать бетоны с заданными свойствами. Зто

позволило бы проектировать конструкции с учетом оптимизации по материалу, т.е. усиливая или ослабляя те или иные свойства бетона при сохранении его класса. Это является новым направлением в проектировании железобетонных конструкций.

Цель диссертационной работы состоит;

в развитии теоретических полояенкй интенсификации производства легкобетонных конструкций на основе оптимизации технологических параметров всех переделов (приготовление, транспортирование, уплотнение бетонных смесей, тепловлажностная обработка конструкций) ;

в разработке и реализации практических решений по соЕфаще-нгаэ удельных энергетических и материальных затрат при реконструкции предприятий стройшдустрии под выпуск легкобетонных конструкций ;

' в теоретическом обосновании и практической реализации возможности изменения физико-механических свойств легких бетонов за • счет формирования их структуры технологическим воздействием.

Автор защищает:

результаты экспериментально-теоретических исследований напряженно-деформированного состояния легких бетонов До приложения внешних нагрузок при осевом эагружении ;

теорию управляемого формирования дефектов в структуре легши бетонов при различных видах технологического воздействия;

практические рекомендации по получений легкого бетона с заданными свойствами за счет оптимизации параметров производства всех технологических переделов;

методические основы проектирования и производства конструкций с учетом оптимизации свойств бетона в зависимости от вида действующих усилий и условий эксплуатации.

Научная новизна заключается в следующем: выдвинуто и реализовано на классе изгибаемых элементов новое научное направление - проектирование и производства легкобетонных конструкций с учетом оптимизации свойств бетонов;

разработана структурная модель бетона, представляющая собой композиционный квазихрупкий материал с оптимальной плотностью дефектов;

развита теория направленного формирования дефектов в структуре бетонов технологическим воздействием;

получены аналитические зависимости, адекватно описывающие процессы направленного формирования дефектов в структуре бетонов на каждом технологическом переделе ;

разработаны алгоритмы, решающие задачу производства конструкций с оптимальными свойствами из легкого бетона в условиях АСУТП ; выявлены оптимальные условия получения легких бетонов с заданными свойствами на всех технологических переделах;

проведено теоретическое обобщение и обоснование выбора оборудования, методов и способов технологического воздействия в условиях реконструкции предприятия.

Практическая ценность работы представляет интерес для работников проектных и научно-исследовательских институтов, предприятий стройиндустрии, и результаты могут быть использованы в следующих направлениях:

при разработке проектов реконструкции заводов ЖБИ и КПД для обоснования выбора проектного решения по каждому технологическому переделу с целью рчционального размещения номенклатуры изделий по пролетам, корректировки и балансирования проектных мощностей бетоносмесительного цеха я формовочных пролетов по сравнению с расчетными по "Нормам технологического проектирования предприятий сборного аелезобетона".

при самостоятельном переводе предприятий тссового производ ства конструкций с тяжелого бетона на легкий ;

при установлении оптимальных технологических параметров про изводства керамзитобетонных конструкций для сокращения объема "опытов только уточнять приведенные математические модели по коэффициенту " ;

ка основании полученных теоретических зависимостей выбирать стратегию поиска оптимальных рецептурных составов и технологичес: ких параметров на различных пористых заполнителях ;

при разработке АСУТП применительно к конкретным условиям; при разработке нового принципа типового проектирования железобетонных конструкций с оперативным использованием вычислительной техники ИВЦ главков й территориальных строительных управлений.

Реализация работы подтверждается:

включением основных еыбодов б "Рекомендации по технологии изготовления конструкций из легких бетонов классов по прочности BI5* МО плотностью 1200- 1500 кг/м3"( М. Д983)-разработаны НВВВ, ННИСК, HKI-ÎCM, Дальневосточным ПрокетроШЙИпроект, НИКСМ Минетройматериалов БССР, Ц1Ий£Пссльстроя Кдасельстрря СССР, НИ0-керамзита и УльПИ ; в ШнП 2.03.01-84 "Бетонные и железобетонные конструкции" и б "Рекомендации" по производству ряда легкобетонных конструкций ;

использование« выводов к рекомендаций при конструкторско-техиодогической подготовке производства легкобетонных конструкций на заводах ЖБЙ и КЦД Гдаэуяьяиовскстроя с доведением общего объема выпуска с 23 тыс.и3 до 170 тыс.к3 в год, а также на заводе КПД Новоульяновского CCI', при освоении производства полностью всех конструкций и изделий жилых домов серии Ш-25 из керамзито-бетона ;

разработкой с использованием основных положений диссертации лбочих чертеней ряда конструкций и освоением их производства из ¿рамзитобетона с оптимальными свойствами ("Забивные керамзкто-¿тоннне сваи сечением 35 х 35 с;л", "Железобетонные сваи из бетона л пористом заполнителе сечением 30x30 см", "Железобетонные шты для сборных покрытий автомобильных дорог (керамзитобетон мелкозернистый бетон)", "Плоские однослойные нерамзитобетснные ,;едвярителъно напряженные плиты" и другиэ конструкция, удосто-!нне медалей ВДЧХ СССР) ;

разработкой и внедрением автоматизированной системы упразднил производством легкобетонных конструкций (АСУШ) в Главулья-|Всксттзое_. . ... .... - —

Освоение ношх конструкций и оптимальных технологических лро-ссов обеспечило фактический экономический эффект более 12 млн.руб.

Апробация работы. Отдельные этапы диссертационной работы ■кладазались на:

10-22 научно-технических конференциях Ульяновского поли-.'хнииеского института в 1977-19аЗ гг. ;

республиканской конференции в Каунасе, 1869 г.; координационном совещании по йрсблеме совериенствования тех-ологии заготовки и натяжения арматурной стали э НЯШБ, 1974 г.;

обцеминистерской школе Минстроя СССР "Опыт изготовления не-ущих конструкций из керамзитобетона на предприятиях объединения "Еелезобетск" Гзавудьяноэскстроя, 1976 г. ;

областном семинаре "Реализация программа "Легкий бетон", входящей в состав целевой комплексной территориальной программа развития народного хозяйства Ульяновской области на основе ускорения научно-технического прогресса на 1986-1930 гг.Т1рогресс-Э0п;

1-111 Всесоюзных конференциях "Перспективы' развития производства и применения легких бетонов и конструкций из них", 1970, 1975, 1985 гг.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 78 работ, в тои числе 2 монографии.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и десяти приложений с выводом аналитических зависимостей, алгоритмами расчетов и титульными листами рабочих чертежей легкобетонных конструкций, разработанных с учетом оптимизации по материалу при участии автора. Объем 613 страниц, б том числе 156 рисунков, 43 таблицы. Библиография включает 290 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Большой вклад в дело развития науки о технология бетона и цемента к создания промышленности сборного железобетона внесли ведущие советские ученые: С.В.Александровский, И.Н.Ахвердов,

A.А.Афанасьев, Ю.М.Баженов, А.Т.Баранов, П.И.Божеков, Ю.Й. Вутт ПЛ. Будни ко в, Г.А.Бужешга, А.В.Волженский, Г.И.Гончаров, К.Э.Го-ряйнов, Г.А.Гениев, Б.В.Гусев, А.Е.Десов, В.Г.Довжик, Ш.М.Иванов, И.А.Иванов, С.М.Ицковпч, С.А.Миронов, Л.А.Калинина, В.В.Михайлов,

B.М. Москвин, О.П.Мчедлсз-Петроскн, Н.А.Попов, К.Д. Некрасов, П.А.Ребиндер, И.А.Йгбьев, М.З.Симонов, В.Н.Сизов, В.И.Содоматов. А.Н.Счастный, А.Е.Шейкин, С.В.Шестоперов и многие.другие.

Именно на основе работ этих исследователей были заложены современные научные основы технологии бетонов.

Весомый вклад в создание теории деформаций и прочности бетона и железобетона на основе выявленных физических основ, происходящих в структуре бетона под действием технологических и эксплуатационных нагрузок внесли В.Н.Банков, О.Я.Берг, В.М.Бондарен-ко, Г.И,Бердичевский, А.А.Гвоздев, Ю.П. Гуща, Ю.В.Зайцев, Р.Л.Ма-илян, Н.А.Маркаров, И.Г.Путляев. В последние годы Ю.В.Зайцев на основе сочетания механики разрушения и вероятностных методов

разработал теорий, позволяющую прогнозировать прочностные и де-формативные свойства бетонов.

Дальнейшей задачей является выявление закономерностей формирования дефектов в структуре бетона при различных видах технологического воздействия, что позволило бы управлять свойствами бетонов. На решение этой проблемы а области легких бетонов и были направлены экспериментально-теоретические исследования автора.

Опыты, проведенные с использованием метода МПЭ, показали, что при сохранении хсласса керамзитобетона, технологическим воздействием можно менять их свойства в значительном диапазоне. Было установлено, что при вибрационном воздействии увеличение амплитуды повышает прочность бетона на осевое скатие ; увеличение частоты в рассматриваемом диапазоне приводит к снижению марочной прочности ; увеличение времени изотермической выдержки с 3 до 9 ч также приводит к снижения г^арочной прочности, т.к. увеличение времени термообработки повыгаает прочность бетона после пропари-вания, но ухудшает структуру бетона, что сказывается на прочности бетона в 28-еуточнсм возрасте. Вместе с тем было отмечено, что рассмотренные факторы оказывают не одинаковое влияние на свойства керамзитобетона.

На прочность бетона на осевое растяжение ( Я ¡^-¡^ и модуль упругости бетона (£§) технологические факторы оказывают такое же влияние, как и на марочную прочность. На призменную прочность те же факторы оказывают противоположное влияние. Не одинаково влияние исследуемых факторов и на предельные значения свойств. Так

и Е?, для одной и той же марки могут различаться в 1,52 раза, а з 1,3- 1,7 раза.

На такое неоднозначнее изменение свойств бетона долнна оказывать влияние его структура. С позиции механики хрупкого разрушения было изучено влияние различных дефектов на концентрация напряжений и разрушение бетона.

В зависимости от рассматриваемого уровня иерархической структуры бетона существует различная классификация дефектов. При рассмотрении бетона как двухкошокентного материала - матрицы (растворная составляющая) к включений (заполнители), наибольшее признание получило разделение дефектов на два рода. Дефекты первого рода - округлые дефекты типа пор, дефекты второго рода -остроконечные дефекты типа трещин. Возможно совмещение дефектов, например - пора с трещиной.

Поры можно рассматривать как концентраторы напряжений при условии, что расстояние между порами не менее двух диаметров, т.к. в противном случае на локальном напряженной состоянии сказывается эффект взаимодействия, который может выровнять напряжение между порами. Рассматривая объем гелевых и контракциснных пор (около 30$) в единице объема цементного камня, можно показать, что расстояние между ниш менее одного среднего диаметра, а следовательно,степень влияния'этих групп пор на деформативные и прочностные свойства бетонов примерно одинакова на разные виды бетонов и зависит от расхода цемента. Таким образом технологическим воздействием объем гелевых и контракциснных пор практически изменить трудно, следовательно,и свойства бетона: за их счет.

Капиллярные поры в наибольшей степени влияют на изменение физико-механических свойств бетона. Если поры геля и контракцион-ные поры образуются при твердении цемента и по существу их образование сопутствует процессу гидратации, то макропоры являются главным образом результатом технологического воздействия (рецептурного состава, перемешивания, уплотнения, условий твердения). По мнению И.А.Рыбьева, В.й.Москвина и Ф.М.Иванова при формировании бетона как искусственного строительного, конгломерата объем макропор может составлять 35-87% от общей пористости раствора.

Дефекты второго рода в виде шкротрещин присутствуют в бето-

на до прилояения внешних нагрузок. В последние года большое развитие получила механика хрупкого разрушения, берущая начало от работ Гриффитса» Орована, Ирвина и занимающаяся изучением процесса разрушения. Еетон является неоднородным телом и полностью переносить на него механику хрупкого разрушения не представляется возможным. Но вместе с тем многие закономерности остаются справедливыми при рассмотрении бетона как двухиомпонентного материала отдельно на уровнях матрицы и заполнителя с учетом влияния контактной зоны.

Для роста трещин характерно лреимуществзннсе разивтке одной, наиболее опасной трещиныПри составлении критерия прочности на основе теории трещин з больашствэ случаев получаются обычные теории прочности, однако фигурирующие з них ионстен-тн зависят от размеров начальной трещины, ее форма и располоаения.

На дефорглативные свойства материала оказывает влияние не только наиболее опасная трещина, но и ебцеэ количество а ориентация всех трещин.

Начато локального разрушения (начало распространения трещины)' характеризуется критерием локального разрушения - для однородного, изотропного тела коэффициента!.® интенсивности напряжений К|, Кд, Кщ. Распространение трещины в хрупком или квазихрупкем теле в условиях локальной симметрии наступает тогда, когда коэффициент интенсивности напрязений у веразин трещины достигает своего критического значения.

Обзор состояния вопросов по теории напряашю-деформировзн-ного состояния материала с позиции наличия дефектов в структуре позволяет наметить проблемы, на решение которых додает быть направлены основные усилия технологов, йиесте с тем следует отметить недостаточность исследований условий формирования дефектов в структуре бетона при технологическом воздействии. Исходя ю

этого, были сформулированы вышеприведенные цели и задачи исследований. Экспериментально-теоретические исследования условий формирования структуры бетона и установления оптимальных технологических параметров производства легкобетонных конструкций проводились по всем технологическим переделам.

Влияние рецептурного состава и свойств исходных материалов на напряжеино-дефоршфованное состояние легких бетонов

Несмотря на большое разнообразие пористых заполнителей им присущи некоторые общие свойства, оказывающие наибольшее влияние на формирование структуры бетона и механизм его разрушения. К этим свойствам можно отнести; высокую реакционную способность, наиболее •сильно проявляющуюся б формировании контактной зоны ; большую пористость, оказывающую существенное влияние не только на реологические свойства бетонной смеси, но и на весь процесс формирования структуры растворной составляющей бетона; наличие дефектов в виде микро- и макротрещин и ячеистой структуры в растворной составляющей к заполнителе.

Обширные исследования под руководством автора были проведены на керамзите, занимающем около 1% в общем объеме'производства легкобетонных конструкций.

Анализ напряженного состояния бетона до приложения Енешней нагрузки, проведенный ИЛ.Ахвердовым, Г.И.Горчаковым и другими учеными, приводит к следующим Еыводам:

заполнитель препятствует развитию свободных деформаций усадки цементного камня и уменьшает их значение,'одновременно увеличивая напряженное состояние бетона;

увеличение концентрации крупного заполнителя может вызвать

повышение собственных растягивающих микроструктурных напряжений в бетоне;

увеличение модуля упругости заполнителя влечет за собой одновременно уменьшение усадочных деформаций бетона и повышение тангенциальных растягивающих напряжений в растворной составляющей на границе с заполнителем.

Эти вывода,справедливые для тяжелых бетонов, не могут быть перенесены в полной мере на бетоны с пористыми заполнителями. Наши исследования, проведенные физико-химическими методами, методом математического планирования эксперимента (МПЭ) и теоретические по контактным напряжениям на моделях, имитирующих ячейку бетона, показали, что радиальные напряжения увеличиваются с уменьшением расхода керамзита (V^ и повышением модуля упругости

керамзита. Нарастание напряжений Сг с уменьшением \1К становит-

3 3

ся интенсивнее при повышении £ к . Так , Си при V« = 0,9 м /и с изменением Ек от 5510 Щ1а до 17360 Ша увеличивается в 2,32 раза, а при « 0,5 м3/м3-в 2,72 раза.

Отмеченная закономерность наблюдается и для тангенциальных напряжений . При о пи сопках условиях увеличивается при = 0,9 „V в 2,17 раза, а при Ук = 0,5 м3/м3-в 2,66 раза. Следует отметить, что, хотя на контакте заполнителя с растворе?! в отдельной ячейке натяжения <о., являются сткимшсцши, а 'о- рас-тягизащими, в реальном бетоне <ог будет вызывать рзстяксние раствора на участках медду зернами. В микроскопических исследованиях обнаружены микротрещины на этих участках.

Наззк исследования позволили сделать вывод, что предложение некоторых авторов о возможности повышения прочности легких бетонов за счет увеличения содержания более прочного компонента легкого бетона - растворной составляющей - ошибочны. Отрицательное действие начальных собственных напряжений и микротрещин не комлен-

сируется увеличением содержания растворной составляющей, т.к. усадочные напряжения при этом также повышаются. Наши сообщения на .координационном совещании в НИШБе, а также предложения Н.А.Йва-нова, Г.П.Курасовой и других исследователей позволили изменить в . новой редакции "Типовых норм расхода цемента для сборных бетонных и железобетонных изделий массового производства" рекомендации об , увеличении расхода цемента с повышением объешого содержания

* крупного пористого заполнителя.

С учетом развития приведенных дефектов в структуре пористого заполнителя и цементного кашя под нагрузкой была разработана теория напряженно-деформированного состояния легких бе тонов при одноосном нагружении. В основу теории была заложена фундаментальная разработка в напрякенно-деформнрованном состоянии бетона О.Я.Берга, введшего параметрические уровни при осевом нагружении.

Графики деформаций скатия к растяжения легких бетонов имеют четыре характерных участка. При неоднократном приложении небольшой нагрузки при центрировании призм по физической оси имеющиеся

• начальные микротреаины з заполнителе и цементном каше, а'также собственные начальные напряжения, приводят, к проявлению начальных нелинейных деформаций - участок I. После полного проявления этих деформаций бетон работает до условной границы упругой 1 работы бетона (УГУРБ) упруго (рис; I). Молено отметить, что у тяжелого бетона этот участок несколько искривлен. Очевидно, здесь проявляется влияние контактных шкротрещин, а у легкого бетона контактная зона лучше. Участок П диаграмма соответствует упругой работе цементного кашя, песка, матрицыЬтеклофазы и кристаллических веществ) пористых заполнителей, а также упругим перемещениям стенок пор и микротрещин. После снятия нагрузки деформации восстанавливаются. Верхней границей участка П будет параметрическая точка = К2С , после достижения которой начинается распространение трещин вплоть до входа их в поры и образования сложных

Рис. i. Схема к расчету деформаций

И П И .1 И .1 И И

5

а

нииипмишшги

5

X

М I ( { Н И «5

У

Рис.2 к расчету перемещений берега трещины дефекта смешанного типа а)модемь дефекта $ 5) расчетная, схема

дефектов типа компенсаторов (рис. 2а)- участок Ш.

На участке ТУ напряжение вызывает слияние отдельных микротрещин и появление дополнительных трещин в порах дефектов типа компенсаторов. На Ш и 1У участках возможно увеличение деформаций , . также и за счет проявления ползучести геля, но это проявление за короткое время испытания призм» не может быть велико. При такой схеме деформаций модно получить аналитические зависимости, характеризующие напряженно-деформированное состояние легких бетонов при осевом нагружении. Модуль упругости бетона имеет примерно одинаковое значение при сжатии и растяжении. Для большей наглядности получим' его аналитическую зависимость при растяжении.

Значение £ может быть исключено при центрировании призм и а деформации при определении включаться не будет. Тогда деформации на П участке будут состоять из упругих деформаций заполнителя С&е") и растворной составляющей (6. е.") с учетом упругих перемещений берегов микротрещин.

На единицу длины упругие.деформации

•г ' СР сг

£е = + , (I)

-(£„ +е„ор*£тр>.(<-1?Х (2)

где Н5 - объемная концентрация заполнителя э бетоне;

6П « -Д- П (3)

сп

упругие деформации песка; .

£„0Р -.^г-о -2./7Г , (4>

где П. - число' пор на плоскости шлифа (шт/мм^).

Деформация за счет упругих перемещений стенок пор

^ , (5)

Вывод формулы (5) был сделан на основании формул теории упругости.

Расходы цемента и песка определяются из следующих уравнений ■ д = *.15Ц + П + К; . Сб)

а + д. к + в и 1000 5 (?)

-К Г5п ^я»'.

здесь р - плотность бетона в сухом состоянии, кг/м3; ^ -

плотность-цемента, кг/л; ^ , - плотность зерен мелкого и

крупного заполнителей в цементном тесте, кг/я ; Ц , П , К и Ь -

3

расходе цемента, песка, крухкого заполнителя и воды на х м йето-. на» При использовании пористого песка мелкий и крупный заполнители можно рассматривать вместе.

Относительные деформации за счет упругих перемещений берегов начальных трещин можно определить по формуле

рР _ 0,75 _Ц (а.

^ Ецк '

где 5 - среднее напряженке от внешней нагрузки; Ей,к- модуль упругости цементного камня, полученного при нормальной густоте цементного теста; К = ■ЗН' И - часть площади в I см^ сечения образца, занятая трещинами; 0,7- коэффициент, учитывающий угол ориентации трещин от 0 даЛТ/2 (при среднестатистическом распределении принят равным С/й45°>. Средняя полудлина трещин (радиус X ), их количество И определяются микроскопическими исследованиями Шлифов б соответствии с ГОСТ 22023-76.

В количество иккро- к макротрещин П. , определенных на нена-гружен: ых образцах под микроскопом, необходзшо включать трещины

, образующиеся на участке 1, т.е. зависящие от величины Количество трещин можно определить, используя формулу (9) с учетом объемного содержания цементного камня Ч. /Рц и площади трещин:

^ __ 16 Ъьед 6-___

(эе -И)-5-Л Iе (9)

здесь г Ей к

- О у - сю)

Упругие деформации за счет переглещений стенок пор ( ) и начальных трещин ( ) кох'ут определяться по форцуягм (4,8} с использованием табличных значений модулей упругостей соответствующих стекол { Ее ) вместо модуля упругости цементного камня Деформации на III участке будут суммироваться с упругими деформациями Ш участка (I) при соответствующем уровне напряжения в бетоне и пластическими деформациями £ р^, физическая природа их появления дана выше.

£ре в ^-шь. + ^гр.н * £*/».« (II)

Относительные деформации ползучести составят

&яелз. в (12.)

где С - мера ползучести легкого бетона.

На основании обработки многочисленных экспериментальных данных для ее определения А.А.Кудрявцевым предложена следующая фор-

здесь р - параметр, зависящий от времени выдержки элементов под нагрузкой,

К - коэффициент!, зависящий от услоеий твердения бетона, принимаемый: К ~ \ а случае пропаривания и К=»-/,5 при естественном твердении ; К - кубиковая прочность керачэитобетона э 28-,диезного возрасте в МПа; Ш - коэффициент, учитывающий вид мелкого заполнителя: 171 = 4 при использовании кварцевого песка я тИ,25при пористом песке. .

те

Относительные псевдопластические деформации от раскрытия Трещин в цементном какие (£-~Тр.р.) или заполнителе гр 3 определяются по формуле

с & _я й

стр.р. С-тр.к + С-тр. ~с тр. (14)

Здесь учитывает деформации за счет перемещения берегов

трещины по (8) при радиусе трещины, равном половине средней толщины перегородки между порами и средчем налрякении в бетоне, соот-

м

ветствувщем третьему участку; - деформация трещин, подсчи-

танная. не предыдущем этапе.

Л , (15)

/ 4 2.

где + - площадь компенсационной трещина (рис.2) ;

"О" - перемещение берега трещины, определяется по формуле (16):

£>г

сю)

здесь я - х ™р ;

л р п р» ь V

& т ( "а" ' '

(17)

. Швод формулы (16) был сделан на основании расчетной схемы (рис. 2&)по следующему алгоритму: по уравнению совместности з полярных координатах (18) находится функция напряжений Ч5 (1,0), напряжения , , определяются из уравнений равновесия (19) через функцию Ф ; выражая деформации через напряжения (18) из дифференциальных уравнений компонент деформаций, получаем уравнение перемещений и и II . Функция напряжений М5 - со! в .

(X + х! + + + ±.

ЧЭг' г 8г г4 Зе'ДУоТ ч 9г + аг 9ег/ ' (18).

г I . 8? ^ 1 8*Ч>.

- " \ ' аг - \г э е *

г £1 ■ ~ 5

т - J_.il-^_ в а^ч аз) гв~г* 38 г д^Ш ЖГ

Константы интегрирования (Г7) найдены из гранитах условий. В случае большой пористости заполнителя5 скажется эффект взаимодействия и пользоваться формулой (16) становится невозможно. В этом случае

где - пористость заполнителя.

С достижением напряжения, соответствующего параметрической точке , начинается 1У участок, характеризующийся формирова-

нием магистральной трещины. С позиции механики хрупкого разрушения трещины за счет слияния 'лт развития должны достигнуть критического размера, начиная с которого возможен непрерывный рост трещины, , т.е. достигается значение критического коэффициента интенсивности напряжений.

3 конце Ш участка напряжение достигает параметрического уровня Ксгс . Компенсационную трещину можно рассматривать как услов-

_ «Л

кую пору с радиусом 1^с. = сст При в- 1\!1гс в стенке ол^ой

из пор дефекта смешанного вида образуется трещина, которая распространяется до соседней пора. Таким образом появляется более сланный дефект из трех пор, соединенных двумя трещинами. Расчет деформаций за счет перемещения берегоз такого дефекта мохно произвести по (13) на соответствующем уровне напряжений 1У участка при X - 1уе , Кроме того, в деформации, соответствующие этому на-йряжениэ, необходимо включить упругие деформации по (I) и деформа цик ползучести (12). Экспериментальная проверка показала хорошее совпадение с результатами теоретических расчетов (табл.).

Таблица

Сравнение опытных и расчетных деформативных свойств керамзитобетона

Показатели Составы

; If I i if 2 : I? 3 if 4

Д, кг/ц3 20? 200 60S 60 0

^ к-гаа 0,50 . 0,28 0,51 0,33

R , МПа F -S 25,00 7,90 . 15,00 6,77 48,539,24 45,00 6,75

7,92 6,66 8,69 6,63

-S С.Щ впит 4 v 14,04 13,50 11,73 II,Ш 14,63 14,30 ' 13,98 12,80

. * i РИМ/И ■ ~fO 20,44 16,23 23,40 19,17

18,50 14,90 23,00 19,40

Оптимизация параметров приготовления п транспортирования бетонных су.эсей

Назначение этих переделов - обеспечение и сохранение необходимой однородности бетонных смесей. При обеспечении этих требований влияние приготовления и транспортирования на структурообразо-вание легких бетонов незначительно. Одаано з различных нормативных документах и рекомендациях нет едзгного «нения о порядке загрузки компонентов в бетоносмеситель, зремйш перемешивания, способов транспортирования и скорости подачи яегкобетокннх смесей в зависимости от их реологических свойств. В аспекте поставленных вопросов нами не ставилась задача теоретических исследований. По этим технологическим переделам нами были проведены опыты с использованием метода МПЭ и включение всех существующих факторов в планы. Результаты опытов нашли отражение во всесоюзных "Рекомендациях" [34], разработанных при назем участии.

По основным результата« можно сказать следующее: для исключения попадания сухого цемента в открытые поры заполнителя целесообразно предварительно готовить растворную состав-лшдув,.а затем вводить крупный заполнитель;

коэффициент вариации прочности бетона у всех смесей на пористом песке ниже, чем на кварцевом;

с увеличением содержания цемента, т.е. для высок:« марок бетона на кварцевом песке коэффициент вариации снижается, при использовании пористого леска эта возмошость почти во всех составах (кроме яеетких смесей с малым V^ ) носит обратный характер;

при реконструкции предприятия мояно рекомендовать способы транспортирования - конвейерный или бетоновозными тележкаш при подаче смесей в пирокой.номенклатуре до 100 м к совмещении этих способов при болъаем расстоянии.

Подача некоторых смесей с осадкой конуса 3-4 см в бетоно-бозных тележках становится невозможной на расстояния более 100 ы из-за невозможности выгрузки смеси, уплотнившейся при транспортировании. Это явление потребовало проведения специальных экспериментально-теоретических исследований.

При движении бетоковозной тележки по рельсам эстакады за счет люфтов и эксцентричности осей колес смесь испытывает вибрационное воздействие. Кроме того, при наезде колес телекки на стыки рельс проявляется ударное воздействие. Для экспериментов была разработана установка, воссоздающая эти условия. Расчетная схема модели мо&ет быть представлена в следующей форме (рис.3). Дифференциальное уравнение колебаний элемента с1 Л будет

тй " • (21)

Решение этой задачи разобьем на два этапа. На первом рассмотрим без учета ударного воздействия С^") (рис.За), т.е. от действия вынужденных колебаний с учетом сил сопротивления. На втором этапе исследуем действие ударной нагрузки (рис.36).

.Шну^цениые колебания с ^етом_сил_соп£отивлетия_

Уравнение (21) запишется: ,

ЩЦ. -- ^ + - Я (22)

здесь Я = 6СI — ^г-- & - коэффициент пропорциональности.

Уравнение (22) в развернутом виде:

Эи , 1 Зц сг8гЦ Л (23)

где Мя - -ц— =■ рр - масса единица высоты столба бетонной смеси;

Г ® . - г- г- ВЦ.

г - площадь поперечного столба бетонной смеси ; о = -с д— -нормальное напряжение сжатия.

а

ч-

< Ь йх X

-— Н1 43

—

11 I- л

6 3

<ъ X

о з; > й........

тттТ&ттттгттШЯ, 'У///

Рас. 3. Схема к расчету перемещений, бетонной смеси, а) при биорационном воздействии.; о) при ударном воздействии, й-уеристснитая паужина теАвжки; Лет — статический '-прогиб пружины, а-скачок бысоты

Общее решение уравнения (23) было найдено в форме

асхд) = и,(л,-ь) -иг(хД) + а56(хД) + ц)Лпг(х( (24)

и и-г(кД) являются компонентами свободных колебаний бетонной смеси.

1 £г0 л 4 П1'.Я(2п1 + *) 2Н (25)

т-о I б!п

+ (§т - С к Х ' (2б)

где

1 _ Я(2т + 1) . р, _ .

т ~ 2 н ?. Р ~ £ ^ '

г * м , у

0 +

т

Г -Л - 2Г . ? ,г

т 0 |тиЗг + 4£г ' Ггп ' т 7

о л 03-^(2-Тт) . а

Остальные обозначения приняты в соответствии с теорией колебаний.

Уравнение движения бегущей волны

Уравнение движения отраженной волны ан-х

(X,Iх) = Аое • СО — ■ (2В)

Ударное воздействие

Рассмотрим случай "наезда" на подъем рельса на величину В моу«нт удара прукикы сожмутся на величину & . Сила сжатия равна Сэ й , где С - эквивалентная жесткость пружин. С такой ке силой прукмньг будут действовать на кюбель с бетонкой смесью в момент удара. Считаем, что удар мгновенный. В момент удара дифференциальное уравнение (21) имеет вид:

02и р. За г с 3"и. л , рс

тПГ + 31 "н" > (29)

где /н ~ сила, приходящаяся на единицу высота столба бетонной смеси.

В решенном веде реакция ка мгновенную ударную нагрузку будет 15-(х,г) = Д\М-~ -е —к— ¿ог-гп- >

«•Лот ¿Го 6К 2 И (30)

где £> - величина перепада рельс; «Ас-т.- статический прогиб пружины кобелк с бетонной смесью; * ! ^ - время,

отсчитываемое от момента наезда на рельсовый стык.

Решение (21) будет представлять сумму (30) и (24). Теоретический расчет перемещений бетонной смеси по высоте кюбеля показал увеличение интенсивности уплотнения в нижней четверти квбе-ля, что приводит к зависаний смеси. Экспериментальная проверка гаммаплотномерсм подтвердила теоретические результата. Результаты экспериментов, проведенных в производственных условиях, подтвердили выводе, полученные з лабораторных опытах, что позволило произвести более рациональное размещение номенклатуры конструкций по формовочным пролетам при реконструкции Головного эавода объе-

26 . . динения "Железобетон" Главульяновскс-троя за счет введения дополнительно к бетоновозной эстакаде двух конвейерных линий подачя бетонных смесей.

Условия возникновения дефектов в структуре бетонов при вибрационном воздействии

Наибольшее признание получили выделенные О Д.Савиновым и Е.Л.Лавриновичем три стадии уплотнения: переукладка составляющих, их сближение я компрессионное уплотнение. При достаточном разжижения смеси, что может наблюдаться на разных стадиях уплотнения, происходит формообразование. Каждая стадия характеризуется своими особенностями физико-механических явлений и реологическими свойствами смеси. А.А.Афанасьевым получена схема реологического состояния смесей от времени динамического воздействия. На каждой стадии уплотнения возникают определенные дефекты в структуре бетона.

В теоретических исследованиях виброуплотнения бетонных смесей сформировались два направления. Сторонники одаого направления рассматривают бетонную смесь как материал, состоящий из отдельных дискретных частиц. Сторонники другого направления- рассматривают смесь как сплошную непрерывную среду. Очевидно, оба направления должны дополнять друг друга. В первой и второй стадиях уплотнения дискретной моделью среды можно объяснить процессы переукладки и сближения частиц, удаление защемленного воздуха. В стадии компрессионного уплотнения трудно представить, что какие-то частицы могут колебаться изолированно, так как находятся в окружении и в контакте с другими частицами, отличающимися по массе и размерам. В разжиженной смеси более тяжелые частицы погружаются шиз, а легкие стремятся переместиться к поверхности.

Однако ввиду того, что взвешивающее действие окружающей среды отчасти компенсируется силами трения меяду частицами, то воплывание пористых заполнителей происходит со скоростью 1-6 мм/мин.

Иначе обстоит дело с защемленным воздухом. В этом случае взвешивающее действие окружагацей среды значительно превосходит силы трения воздушных пузырьков со средой. Всплыванке пузырьков мокко определить из уравнения движения сферической частицы в вязкой сжимаемой жидкости, полученного Л.А. Файтельсоном и Й.Б.Бресловым, приняв плотность частицы равной нулю.

&бирая решетке уравнения в форме (31, 32)

Получаем уравнение, из которого определяется амплитуда смещения и фаза пузырька относительно среда:

" Тоа' й< + ЬЛ -(^(Ме+М^ •

Г

(31)

Абсолютное значение амплитуды смещения

(34)

Обозначим С*, + ~ С . Учитыва;

28 . -и выразив леву© часть равенства (33) через тригонометрические функции по формуле Зйлера и приравняв действительные и мнимые части равенства, получаем значение сдвига фазы воздушного пузырька и среда /РсО , £

1р _ -аасГс|

)|£-си+озам ,(35)

здесь М - масса среды в объеме, равном объему пузырька воздуха;

Я - радиус пузырька; - коэффициент динамической вязкости среда ; ^ - плотность среды; бО - угловая частота колебаний.

Входящие в расчетные формулы (34-,35) параметры зависят от рецептурного состава бетонной смеси и вибрационного воздействия. Для выявления реального диапазона изменения величин зтих параметров нами были проведены эксперименты методом ШЭ с микроскопическими исследованиями структуры бетона. Можно отметить прямо противоположное влияние .частоты и амплитуды колебаний на среднеарифметический радиус пор и их количественное содержание. 3 рассматриваемом диапазоне частот и амплитуд вибрации среднеарифметический радиус пор растет со снижением расхода цемента и удобоукла-' дкваемости бетонной смеси. Амплитуда смешения по высоте изделия при вибрационном воздействии не является постоянной. На тёх участках изделия, где уменьшается амплитуда смешения, происходят сни-аение скорости вешгывания пузырьков и как следствие - их скопление. Это явление назло подтверждение в экспериментальных измерениях скорости ультразвука по высоте бетонных стеновых блоков подвалов.

' В стадии компрессионного уплотнения происходит -отжатие свободной кицкости (фильтрация), сопровождающееся порообразованием, что, по мнению Й.Н.Ахвердова, является критерием этой стадии уплотнения. Время, необходимое для вовлечения всей толщи изделия

в фильтрационный процесс с учетом изменения давления по высоте от' Р до + , определяется по формуле (36)

И1Й* *

где КЛ - коэффициент фильтрации Дарси, см/с ; - объем пор,

г1

из которых отжимается жидкость ; Р« - собственная масса бетонной сьеси ; . р?и( - динамическое вибрационное давление.

Могно заметить, что у жестких бетонных смесей без дополнительного пригруза стадия компрессионного уплотнения может и не наступить.

Для установления оптимальных параметров уплотнения легко-бетснчых смесей были проведены опыты методом УЛЭ по трем семи-факторным планам по вибрационной и виброударной технологии, ао которым были сделаны выводы:

с повышением частоты колебаний прочность легкого бетона по-вышг.-зтся при виброударной технология к снижается при вибрационной ;

амплитуда колебаний положительно сказывается на росте прочности бетона.

Результаты испытаний были использованы при разработке "Рекомендаций" [.За].

Формирование структуры бетона при тепловлажностно.4 обработке

В объеме одной работы не представляется возможным рассмотреть особенности процессов, происходящих в легких бетонах яри различных способах теплового воздействия, поэтому была поставлена задача рассмотреть отдельные вопросы тепловлаяностаой обработка легких бетонов, не пмезощне однозначного роаения во мнениях различных исследователей, и некоторые пути управления процес-

сом, структурообраэования бетона при его термообработке по результатам собственных исследований.

■ При тепловлшкносткой обработке СТЮ) формируется структура бетона не только за счет физико-химических процессов, но и изменения капиллярно-пористого строения. Происходит.это из-за слияния отдельных сферических полостей и капилляров от разрушения разделительных перегородок под действием давления жидкости и паровоздушной смеси, находящихся в,капиллярах. При возникновений у противоположных поверхностей капиллярно-пористого тела перепада температур, электрических потенциалов, концентраций веществ наблюдается перенос веществ по градиенту. При этом в капиллярах может со-, вдаваться давление до 6 • 10 МПа. В процессе ТЮ бетон может представлять собой среду от вязкой до упругой.

Передвижение влаги и паровоздушной смеси в бетоне при ТЮ возможно только при наличии сообщающихся пор и капилляров. Ранее изолированные поры перегородками различной толщины из. цементного теста могут стать сообщающимися при их разрушении. Рассмотрим условия разрушения перегородок между порами в стадии, когда цементное тесто можно еще моделировать вязким веществом, т.е. до схватывания цемента.

Анализ.зависимостей напряжений от скорости деформации для вязкого тела показал, что они имеют форму, подобную соответствующим уравнениям для несжимаемого упругого тепа, если коэффициент вязкости ^ заменить модулем сдвига 6- . Перегородка ыезду двумя капиллярами или сферическими полостями будет представлять собой круглую плаг^'пу переменной толщины (рис.4). Вероятность разрушения такой пластины у стен пор (условно принято цилиндрическое сечение) мала. Очевидно, произойдет разрушение пластину при каком-то радиусе " Ь где можно принять толщину пластины постоянной Ь». Тогда изменение давления Рс по радиусу можно не учитывать и при-

Рис. 4 К расчетной, схеме разрушении перегородки между дбумя порами

резиновая прокладка

жидкость

оолты

РР5

ап

Рис. 5.

Схема испытаний модели тпимара.

нять к рассмотрению круглую пластину постоянной толщины под действием равномерно распределенной нагрузки.

РМ /-£*

где Р (•£*) - нагрузка, зависящая от времени! °

цилиндрическая вязкость пластины (1) о е.^ " - вязкость пластины; у* - начальная вязкость пластины при - 0 ; - коэффициент.

Решение уравнения (37) дало

(38)

г*е • за (ь'-^

" 64^о Н'

Анализ функции показал, что функция (33) асимптотически приближается во времени к асимптоте

• / * д. $ \

- ^о Ы ) , (39)

т.е. разрушение пластины от равномерно распределенной нагрузки при достаточно долго сохраняющейся вязкости материала не произойдет. Однако при наличии пор разных радиусов (более характерно для реальных условий) нагрузка от поры малого радиуса (скакем, заполненной жидкстью, а другая пора паровоздушной смесью, или расположенные на разном расстоянии от поверхности изделия) может передаваться в виде сосредоточенной силы. Тогда для упругого материала

+ (40)

а М

/Ч и ~ имеет разрыв-в точке г = 0. Для вязкого материала о _

где

Р =Р0

'О

е

г

t

= J ъЗ-сИ ;

(42)

^ " " ---------------- ——'.деленная нагрузка и вязкость

Таким образом,з рассматриваемом случае перегородка разрушается, тем самым получило теоретическое обоснование логическое утверждение о том, что крупные поры в цементом каше связаны системой тонких капилляров. Эти выводы наши подтверждение в наших экспериментах по получении зависимостей диффузионной и водонепроницаемости от порового строения бетона.

После окончания схватывания цемента (эта стадия приходится на период выдержки или прогрева бетона) цементный камень приобретает упруго-пластические свойства с преобладанием гшастических свойств до изотермического прогрева. Исследование напряженно-деформированного состояния в капилляре, как в толстостенной трубе, показато, что избыточное давление паровоздушной смеси и жидкости практически не может привести к разрушению стенки цилиндра (капил-

(43)

(44)

и 0. т терпят разрыв при 1 —0.

ляра). Однако увеличение объема паровоздушной смеси и жидкости при нагреве приводит к необратимым пластическим деформациям стенок капилляров, тем самым происходит увеличение радиуса пор по сравнении с нормальным твердением. Учитывая, что капилляры ориентированы не строго параллельно друг другу, на некоторых участках происходит их сближение и толщина стенок на этих участках получается значительно тоньше,чем на других. Поэтому значительная доля деформаций приходится на локальные утонения стенок. В этом случае при заполнении двух смеяных капилляров различными средами может произойти разрушение стенки,или не сечение капилляра принимает сложную форму.

При остывании изделия происходит интенсивное снижение влажности. При этом должны образовываться сообщающиеся капилляры за счет разрушения перегородок,не разрушившихся в период до окончания схватывания цемента, т.е. капилляры с близкими радиусами. Кроме того, массолеренос изменяет направление и перегородка, испытывавшая давление паровоздушной смеси, монет оказаться под действие:-.', давления аидкости.

Определение рапружаащего давления для перегородки, образо- • ванной двумя сферами (рис.45 как тонкой пластина из упругого материала по формулам (40,41) возможно только в очень ограниченных случаях Ь и Поэтому возникла необходимость получения

аналитической формулы для расчета круглой плита переменного сечения под действием распределенной нагрузки, изменяющейся в завися-мости от радиуса. Ревение нелинейного дифференциального уравнения с переменными коэффициентами позволило получить формулу (4-5) для расчета напряжений в перегородке между капиллярами после схватывания цемента

6 _ ЗА. ,455

где к Ьв + 2 О - 2 \[а ~ - высота сечения на расстоянии X от центра перегородки ; Ь» - высота сечения (толщина) на расстоянии г = & ; I _ аЧ^ + ^УОи+Яа.)2--!Ваг - оадиус линии излома (5 + У ) (к + 2а)

(пластического шарнира).

Экспериментальная проверка на моделях (рис.5,6) показала хо-рошуи сходимость теоретической несущей способности перегородки с опытной..

Полученные математические модели были использованы при разработке автоматизированной системы управления технологическим процессом производства (АСУТП) керамзитобетонных конструкций для объединения "Железобетон" Главульянозскстроя. Проектирование конструкций с оптимизацией по материалу является сложной задачей нелинейного программирования. В математическом отношении задача сводится к отысканию условного экстремума функции при наличии ограничивающих нелинейных равенств и неравенств.

Нами при решении задачи был использован метод последовательного приоритета (установленного опытным проектированием) расчетных характеристик. Установление экстремального значения расчетного параметра производится по математическим моделям, учитывающим воздействие всех.технологических факторов, путем движения по градиенту функции отклика. Градиент непрерывной однозначной функции " У " есть вектор

где V У - обозначение градиента; 8 У / О X - частная производная функции по I -му фактору; I , ^ , К - единичные векторы в направлении координатных осей. Следовательно, составляющие градиента суть частные производные функции отклика, оценками которых является коэффициенты регрессии. Изменяя независимые переменные пропорционально величинам коэффициентов регрессии, можно двигаться

Рас-& Графики деформаций, нижней поверхности.

модем //.?- -/-при Р~35МПа ; 2- при. Р-ЗОШа; 3- при Р-20 МП а ; 4 - при 0-35 МП а.

в направлении градиента функции отклика, что значительно сокращает машинное время счета.

Рассмотренный алгоритм не претендует на строгость решения и практически обеспечивает только выход на субоптимальную область. Однако учет всех реальных требований и полная автоматизация расчета позволяет получать более экономное армирование, чем при интуитивном расчете.

Программа была использована при перепроектировании некоторых конструкций с учетом оптимизации по материалу. Алгоритм построен на методе последовательного опытного проектирования по двум группам предельных состояний, начиная с ввода исходаых характеристик легкого бетона по СНиП 2.03.01-84 и минимизируя расход рабочей арматуры, изменяя характеристики легкого бетона за счет оптимизации рецептурного состава и технологических параметров производства на имеющихся в данный момент на предприятии материалах.

Технико-экономическая оценка целесообразности реконструкции предприятий при освоении массокга производства легкобетонных конструкций была проведена на примере завода ЖБИ-3 ГлавульяноЕСкстроя, реконструированного при участии автора под выпуск кер&мзитобетон-ных конструкций. Улучшение технико-экономических показателей завода произошло в основном за счет повышения производительности труда при производстве керамзитобетонных конструкций, технического переоснащения и совершенствования технологических линии, повышения ритмичности работы завода на одном виде крупного заполнителя и снижения себестоимости бетона за счет замены более дорогого привозного щебня местным керамзитом.

Перевод заводов КПД на выпуск легкобетонных конструкций за счет обновления и модернизации оборудования без остановки производства не оправдал себя. Объясняется это комплектностью поставок изделий домостроения. Очень сложно даже в условиях гибкой техно-

логии обеспечить комплектное изготовление изделий при поочередном освоении производства всей номенклатуры. Трудности здесь возникнет технические,когда некоторые технологические переделы затрагивают несколько технологических линий, существенно различающихся по характеру и объему работ. Есть трудности и организационные -своевременно вносить изменения и коррективы в проекты строящихся объектов, организация многочисленных экспериментов.

Заводы ЖБИ, выпускающие изделия общего назначения для промьга-ленных и общественных зданий, имеют возможность осваивать производство легкобетонных конструкций по группам изделий. Несмотря на широкую номенклатуру конструкций, процесс этот происходит менее болезненно.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основной целью проведенных исследований являлась разработка методических и теоретических основ групповой конструкторско-тех-нологической подготовки производства легкобетонных конструкций в. широкой номенклатуре. Решение отой проблемы особенно важно для регионов, исчерпавших природные ресурсы плотных заполнителей и испытывающих острую необходимость в реконструкции предприятий строй-индустрии под выпуск железобетонных конструкций на пористых заполнителях.

Обобщение трудов многих ученых и собственные экспериментально-теоретические исследования физико-механических и химических процессов, проходящих на каждом технологическом переделе в аспекте формирования дефектов в структуре легких бетонов, позволили углубить и разработать новые научно обоснованные условия получения бетонов с заданными свойствами и методические основы проектирования конструкций с учетом оптимизации свойств бетонов.

Основные выводы по работе сводятся к еледуппу:!«.

1. Для обеспечения оптимальных рецептурных составов и технологических параметров производства легкобетонных конструкций в широкой номенклатуре целесообразно применение групповой подготовки производства ка основе математических негодов плзахрозачкя эксперимента, обеспечивавшей минимальные затраты времени и сродств.

2. Подбором рецептурного состава и технологические зсздс-й-ствкеп моано изменять физияо-мехаякчесхие свойства легких бетонов в значительном диапазоне. При сохранении класса бетона верхнее значение от нити его могут отличаться в 1,3-2 раза, а в 1,3-1,7 раза. Технологические параметра провззодстга неоднозначно действует на разные свойства легкого бетона. Так на Яу, вибрационное воздействие и тешговяегяоетк&я обработка оказывав? противоположное действие, чей на Е^ и К ¿-Ьп. •

3. Выдвинутая гипотеза напрязе;!Н0-деф0р:,.лр0зак!10Г0 состояния легких бетонов при одноосной кагруденин с позиций дофорр.-лций ингредиентов и дефектов в структура батона получила эзспсргжл-тальнос подтверэдейкз. Аналктичзсюге завис;п.!зсти (11-20) углубляя? пеншгнне работы бетона как искусственного конгломерата л помогут технологам сосредоточить внкн-ание на получении лоп:;:х бетонов с заданными свойствами, управляя формированием дефектов, обеспечивающих необходимый рфТзект.

4. Получений максимальной прочности бетона возис:.ао не созданием бездефектной структуры, а созданием однородного наторкала с оптимальной плотностью дефектов. Зто услозяз обеспечивается при приготовления бетонной сизея порядком загрузки, вскяячао^й! попадание сухого цемента а открытые поры заполнителя, путем взо-да крупного заполнителя з яриготовленнуэ растворную

Общее время приготовления зависит от рецептурного состава к вида заполнителей и колеблется от 2 до 9 мин и долкно устанавливаться по математической модели.

5. В качестве основных способов транспортирования легкобетонных смесей з заводских условиях могут служить конвейерный и бетоновозными тележками.

При конвейерной подаче:

расслоение смесей с низким расходом цемента происходит уже при поцаче на ВО м независимо от скорости движения ленты в диапазоне от 0,5 до 1,5 м/с ;

о

смеси со средним расходом цемента (около 400 кг/м ) расслаиваются пои подаче на 200-220 м, причем при скорости 0,5 м/с расслоение происходит раньше, чем при быстром перемещении;

смеси с большим расходом цемента можно подавать на расстояния до 240 м с любой из исследованных скоростей.

При подаче бетоновозными тележками:

при малых расходах цемента больше подвержены расслоению смеси с большим содержанием керамзита, и изделия, изготавливаемые на таких смесях, следует размещать о формовочных пролетах не далее 60 м от бетоносмесительного цеха ;

у жестких смесей (Е = 60 с) с калым содержанием керамзита ( Уц = 0,5 расслоение смеси увеличивается с повышением

расхода цемента за счет зеплызания керамзита в верхний слой и как следствие - повышения прочности бетона этого слоя (койф^ициент вариации превышает допустимые 9%) ;

предельно допустимые расстояния для транспортирования легко-бетоннкх смесей без нарушения однородности опкеввавтея линейными математическими моделями ;

при транспортировании легкобетонных смесей бетоновозными тележками происходит уплотнение смесей в юобеле, что затрудняет их выгрузку. Интенсивность уплотнения по высоте кабеля в зависимости от времени вибрационного воздействия описывается аналитическими зависимостями (22 - 30).

6. Подбором амплитудно-частотных характеристик вибрации и реологических параметров яегкобетокных смесей мо:«но регулировать макропористость, а следовательно,и свойства бетона.

7. Получены аналитические зависимости (34, 35, 36), характеризующие закономерности формирования дефектов в структуре бетона на разных стадиях уплотнения.

8. При вибрационном воздействии на легкобетоняые смеси прочность бетона повышается на 20-22$ с увеличением амплитуды колебаний с 0,3 до 0,9 км и понижается на 24-30$ с увеличение!', частота колебаний с 3000 до 6000 мин""^.

9. Изменение средней плотности в исследованном диапазоне параметров вибрационного воздействия происходит незначительно - * в пределах 2$, что подтверждается и изменением межзерновой лус-тотности ( Уп.) в уплотненной бетонной смеси. С увеличением частоты колебаний V,. увеличивается от 2,0 до 5,1%; увеличение амплитуды колебаний с 0,3 до 0,6 км увеличивает V „ на .15-33$. Дальнейшее увеличение с 0,6 да 0,3 мм сникает V,, почти в два раза, что говорит об изменений дифференциальной пористости.

10. Повышение частоты колебаний сникает вязкость бетонной смеси, а увеличение амплитуду колебаний повышает интенсивность вибрации, и тем самым оба параметра сокращают время уплотнения. Для жестких смесей время уплотнения составляет I* 1,5 К, для более пластичных смесей диапазон увеличивается. Так, для д = 10 с изменяется от 10 до 40 с. Золее точно зремя уплотнения описывается математической моделью.

11. Ввве сделанные выводи по вибрационной технологии приемлем для изделий небольшой высоты. При высоте изделия более половины длины волны в столбе бетонной смеси образуется почти стоячая волна, в узле которой скапливается всплывающие пузырьки воздуха, что сникает однородность прочности бетона. По этому уело-

вию высота легкобстонной конструкции, уплотняемой с частотой 50 Гц, не должна превышать 40-5-50 см.

12. Эффективность уплотнения легкобетонных смесей повышается при использовании ударно-вибрационной технологии. Оптимальной является частота 10-15 Гц с амплитудой верхнего ускорения

и амплитудой нижнего ускорения = для изделий высотой до

0,5 м. С увеличением высоты изделия отношение ^ ■ может по-

А д Ь

вышаться до максимальных значений из условия эксплуатационной надегности вибромалшн.

13. Бетон при теплоалажностной обработке проходит стадии вязкого, упруго-пластического и упругого состояния материала, в зависимости от которых под действием избыточного давления или развиващегося вакуума формируются разного вида дефекты. Получено теоретическое обоснование, подкрепленное экспериментально, о созданий сети сообщающихся капилляров в стадиях вязкого (43,44) и упругого состояния (45) и увеличения радиуса пор в стадии упруго-пластического состояния (47). Физико-химические исследования процессов, проходящих при гидратации цемента, показали возможность использования для практических целей контроля за нарастанием прочности бетона для пропаривания ультразвуком. Момент прекращения роста скорости ультразвука может служить критерием оценки прочности бетона после ТЮ.

0 качественном влиянии режимов ТЮ можно отметить следующее: увеличение времени выдержки, подъема температуры и остывания повышает прочность бетона после пропаривания и на 28 день испытания ; удлинение цикла изотермии повышает прочность бетона после пропаривания и уменьшает прочность бетона на 23 день испытания (при прочих равных условиях). Те же параметры ТЮ на среднюю плотность бетона действуют в протизополояном направлении. Количественное влияние режимов ТЮ на свойства легких бетонов в за-

зиекмости от рецептурного состава монет быть определено по математически« моделям.

14. Возможность изменять технологическим воздействием рас-гетные характеристики легких бетонов в значительном диапазоне изволила автору разработать методические основы производства и ¡ро вотирования конструкций с учетом оптимизации свойств бетона

) зависимости от вида действующих усилий и условий эксплуатации, ¡то является новым научным направлением, эффективность которого роверена автором в проектировании и массовом производстве нёс-ольких групп конструкций. Усилием многих ученых и инженеров ото вправление может поднять на качественно новые рубежи систему илового и индивидуального проектирования железобетонных конст-укцнй на основе сочетания с автоматизированной системой улрав-вния технологическим процессом (АСУШ).

15. Технико-экономическая оценка эффективности производства применения легкобетонных конструкций доказывает целесообразность

эконструкции предприятий под массовое производство- продукции на :нове пористого заполнителя. При зтом техническое перевооружение эедприятий, выпускающих конструкции промышленного и гражданского значения, может происходить без остановки производства. Особеи-) это эффективно при совмещении реконструкции со специализацией заводской концентрацией. Реконструкция ДСК возможна только с :тановкой производства хотя своевременное проведение ксследо-¡.тельских и подготовительных работ резко сокращает сроки освое-:я мощностей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

Кудрявцев А.А.,Ямлеев У.А. Анкеровка высокопрочной арматуры в керамзитобетоне//Вопросы применения арматуры в железобетонных кон струкциях/Матер. респ. конф. -Каунас, 1969. -С. 34-3-5.

2. Ямлеев У.А. Деформации изгибаемых керамзитобетонных элементов с арматурой класса А-У/УМатер. У кауч:.. -техн.конф.молодых специалистов ЩШСК.-М. ,1970.-0.145-150.

3.'Ямлеев У.А. О модуле упругости легких бетонов/Дез.докя. Всесоюз.,конференции по легким бетонам.-Минск,сентябрь 1970.-II.: Стройиздат,IS70.-C.87-91.

4. Ямлеев У.А.Потери напряжения во внецентренно обжатых ке-рамзитобетонных олементах//Еетон и железобетон.-IS7I.-lf3.-С.33-35.

5. Коркев H.A.,Ямлеев У.А. Предельная несущая способность изгибаемых керамзитобетонных элементов//Реф.сб./ЩШС. Общие вопросы строительства.-Вып.4.-I97I.-С.11-12.

6. Кудрявцев А.А.Дьяконов O.K.,Ямлеев У.А. Панели перекрытий из керамзитобетона/Дилищное строительство.-1972.-S6.-С.26-29

7. Ямлеев У.А.Трещиностойкость изгибаемых кершлзитобетонных элементов//Реф.сб./Ц1ИИС. Общие вопросы строительства.-Вып.1.-

1973.-C.40-43*

8. Ямлеев У.А. Унифицированные стеновые панели без наружного фактурного слоя//Реф.,сб./ЙОМТПС. Серия Ш "Технология производства строительных конструкций, изделий и материалов".-Еып.5.-Ярославль

1974.-С.4-5.

9. Ямлеев У.А.,Вагин A.B.,Кудряшова P.A. Производство керамзитобетонных панелей перекрытий методом немедленной распалубки// Реф.сб./ЮМ'ШС. Сер.Ш "Технология производства строительных конст рукций, изделий и материалов".-Вып.6.-Ярославль,1974.-С.5-7.

10. Золотухин В.И.,Ямлеев У.А. Снижение монтажной прочности бетона безраскосных ферм//Реф.сб./ЩИИС. Общие вопросы строительства . -Вып. 3 .-1974. -С*. 18-21.

11. Ямлеев У.А. Сборные железобетонные плиты "ППЛ" для покрк тий промышленных зданий//Реф.сб./Ц!йИС. Общие вопросы строительства. -Вып.Ю.-1974.-С.29-32.

12. Ямлеев У.А. Трещиностойкость изгибаемых керамзитобетонных конструкций//Бетон и железобетон.-1974.-№2.-С.35.

13. Ямлеев У.А..Кудрявцев А.А.Плоские керамзитобетонные плиты покрытия длиной б «¿//Промышленное строительство.-1975.-í?5.-С.37-38.

14. Ямлеев У.А. Плоские керамзитобетонные плиты для покрытия производственных зданий//Реф.сб./И0МХПС,сер.1Д "Технология производства строительных конструкций, изделий и материалов".-Вйп.8,-йрославль,1975.-С.16-17.

15. Ахвердов И.Н.,Еиткевич Р.К..Пивень Л.С.,Ямлеев У.А.Получение высокопрочных легких бетонов с улучшенной структурой и но-бкми физико-химическими свойствами//Тез.докл. П Всесоюз.конф. "Перспективы развития производства и применения легких бетонов

и конструкций из них".-М.,1975.-С.92-94.

16. Ямлеев У.А. Опыт производства высокопрочного керамзита// Реф.сб. ДЮМТПС.-Сер.Ш.-Вып.6.-Ярославль,1975.-С.1-3.

17. Ямлеев У.А.,Багик A.B. Производство керамзитобетонных безраскосных ферм//Реф.сб./ИОМТОС.-Сер.Ш.-Вяп.б.-Ярославль,IS75.-C.I-3.

18. Ямлеев У.А. Централизованная система контроля прочности изделий из керамзитобетона//Реф.сб./ЮМТЛС,-Сер.Ш.-Зып.1.-Ярославль, 1976.-С.13-14.

19. Ямлеев У.А..Кудряшоэа P.A. Влияние условий твердения образцов из керамзитобетона на установление нормативной его прочно-сти//Реф.сб./ЮМТПС.-Сер.Ш.-Вып.4.-Ярославль,1976.-С.13-14.

20. Ямлеев У.А.,Кудряшова P.A. Комплексные плиты покрытий

с эффективным плитным утеплителем//Реф,сб./ЦШИС.-Сер.УШ "Строительные конструкции".-Вып.4.-1976.-С.39-43.

21. Ямлеев У.А.,Кудряшова P.A. Опыт изготовления комплексных плит покрытий в Главульшовскстрое//Реф.сб./ГОМТПС.-Сер.Ш.~Енп.5. -Ярославль,1976.-С.4-6.

- 22. Ямлеев У.А»,Кудряшова P.A. Безраскосные керамзитобетонные фер?^ы/Д1рога-пленное строительство.-I976.S5.-C.I2-I3.

23. Кудрявцев A.A., Ямлеев У.А. Малоуклонные плиты покрытий размерами Зх 18 м из легкого бетона для пр.омыашекных зданий// Реф.сб./ЙЖШС.-СерЛ "Организация и технология строительного производства'.1 -Еып .12. -Ярославль, 1976. -С, 22-23.

24. Корнев H.A..Ямлеев У.А. Эффективные керамзитобетонные конструкции//!а стройках России.-1977.-^9.-0.11-14.

25. Вагин A.B..Кудряшова P.A.,Ямлеев У.А. Влияние погрешностей расчета на возможность образования технологических трещин //Технология заготовки и натяжения арматуры/Матер, координац. совет. Москва,1974.-М.:Стройиздат,1977.-C.I0I-I05. -

26. Емлеев У.А..Черепанов Л.И.,Кудряшова Р.А.Опыт производства несущих керамзитобетонных конструкций на предприятиях Глав- . ульяновскстроя:Экспресс-информ. Jf9/СНТИ ГОМШС.-Ярославль, 1977.-63с.

27. Кравцов H.И. ,Ямлеев У.А.,Кудряшов& Р.А.,Кубашов Е.В. Опыт производства керамзитобстонных свай//Реф.сб./ШТИ ИОМТПС, с ер. 13.-Вы. 2.-Ярославль, 1978.-С.9-II.

28. Ямлеев У.А.,Вагин Ю.В. Опыт производства керамзитобетонных конструкций на Новоульяновском заводе КВИ//Экспресс-информ./ ЩИлЗПсельстрой.-Сер."Организация,технология и механизация сельского строительства".-Вып.13.-1978.-С.15-16.

29. Шмигальский В.Н.,Сычев В.Н.,Ямлеев У.А..Баджатова Е.В. Плиты перекрытий и их производство из керамзитобетона пониженной объемной массы//Изв.вузов.Строительство и архитектура.-1680.-№10. -С.79-83.

30. Строительные фермы пролетом 24 м для малоуклонных покрытий/Матвеев K.M.,Колпаков В.М.,Ямлеев У.А. и др.//Реф.сб./ШИМИС. -Сер.П.-Вып.5.-I98I.-С.12-16.

31. Ямлеев У.А..Кудряиоаа P.A..Якушин В.А. Применение высокопрочного керамзитобетона с пониженной объемной массой//Бетон и желез обетон »-1931.-$9.-С.39-40.

32. Керамзитобетснные сваи для 'промышленного и гражданского строительства/Якушин В.А.,Кубасов Е.В. .Ямлеев У.А. и др.//Бетон и железобетон.-1981.-JÎ5.-С.8-10.

33. Ямлеев У.А. Технологическая подготовка производства керамзитобетонных конструкций в условиях реконструкции предприятия. -Изд-во Саратовского ун-та,1983.-135 с.

34. Рекомендации по технологии изготовления конструкций из легких бетонов классов по прочности 8I5-B40 плотность» 12001500 кг/м3.-М.:НЯЩЕД933.~23 с.

35. Ямлеев У.А.,Кубааюв £.В.,Якупшн В.А.Опыт применения плит из мелкозернистого бетона//Эяспресс-информ./ЦШТ'И Минионтажспец-строя СССР.Сер."Специальные строительные работы".-Вып.3,1983.-C.Ii

36. Ультразвуковой контроль прочности керамзитобетона в процессе тепловлажностной обработки/Максимов C.B.,Безруков Л.И.,Ямлеев У.А. и др.//Строительство и архитектура Белоруссии.-Минск,1984 -f54.-C.I3-14.

37. Ямлеев У.А.,Кудряшова P.A..Дорофеев И.А. Влияние гидравлической активности керамзита на формирование контактной зоны бе-тона//Изв.вузов.Строительство и архитектура.-1985.-К!.-С.66-?2.

38. Ямлеев У.А. Проектирование и производство конструкций, из керамзитобетона с оптимальными сзойстваш/Дез.докл.Н Всесоюз. конф.(Ереван,5-7 авг.1985г.).-М.:Стройиэдат,1985.-С.91.

39. Ямлеев У.А.,Анциферов Г.В. Технология производства легко бетонных конструкций.-М.:Стойиздг """