автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Повышение равномерности пространственно-геометрических полей свойств бетонов за счет введения химических добавок

ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

Р Г Б ОД

- 9 ОПТ 1935

На правах рукописи

Файзулнна Окса i Анатольевна

ПОВЫШЕНИЕ РАВНОМЕРНОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННО-ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ СВОЙСТВ БЕТОНОВ ЗА СЧЕТ ВВЕДЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ДОБАВОК

Спеииалъность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ОДЕССКАЯ

ОДЕССА 1995

Диссертация Является руколиськ).

Работа выполнена на кафедре "Процессы и аппараты » техноло-' гии строительных материалов" (ПАТС'М) Одесской государственной академии строительства и архитектуры

Научный руководитель - действительный член Академии цаук

и Академии строительства Украины, доктор технических наук, профессор ВОЗНЕСЕНСКИЙ В; А. Официальные оппоненты - действительный член Академии строительства Украины доктор технических наук. '•

профессор ВЫРОВОЙ В. Н. ' кандидат технических наук, старший научный сотрудник ШАРШУНОБ А. 6; Ведущая организация -Открытое акционерное общество по строительству морских и речных гидросооружений "Черноморгидростро.й".

. Защита диссертации состоится 1995 г. в/^^асов на.

заседании спеццалтироваинбго совета Д 05.09.02 ; Одесской государственной академии строительства и архитектуры по адресу:; 270029, г. Одесса, ул. Дидри-хсона, 4, ОГАСИА. ауд. 210.

С диссертацией можно ознакомится в Научной библиотеке Одесской государственной академии строительства и архитектуры: г. Одесса, ул. Дидрихсона, 4.

Автореферат разослан ". Св^Г^О/?^ 1995 г.

■ Ученый секретарь специализированного Совета . '..■■".'■"{ '■'''' :-"',' канд. техн наук, доиен? '^!С<мла^Л^г'-; -..Н^А:' Малахова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Снижению материалоемкости и увеличению надежности сооружений способствует повышение однородности структуры материала и однородности его свойств а изделиях. Так, повышение однородности бетона по прочности отражается и на результатах расчета конструкций (уменьшение сечении или увеличение несущей способности) и нд эффективность ич изготовления (снижение уровня ергдней партионной прочности, и как следствие, уменьшение расхода цемента). Повышение однородности бетонной смеси достигается рациональным регулированием ее сосглна, параметров приготовления, укладки и т.п. В то же время рекомендаций по управлению однородностью распределения снойсть бетона по объему изделий недостаточно, хотя это крайне важно при их формовании в вертикальном положении (что характерно для монолитных тонкостенных конструкций, столбов, кассетного производства), когда неоднородность Материала определяется не только случайными воздействиями, но и'систематическими (в частности, гравитационными).

Приоритетную роль и управлении свойствами бетона приобретают химические добавки, номенклатура которы.ч' постоянно расширяется, е том числе та счет комбинации нескольких вешеств. Однако информации о влиянии химических добавок на свойства бетона и однородность их распределения В изделиях недостаточно.

К решению актуальной зчдгчи управления однородностью бетона в вертикально формуемых изделиях с помощью комбинированных добавок целесообразно привлечение концепции направленного формирования пространственно-геометрических полей физических величин, в частности, полей свойств композиционны* материалов (по В.А.Вознесеткому).

Цель работы - снижение материалоемкости изделий н конструкций за счет'повышения равномерности полей саойсть бетона

при оптимальном управлении модификаторами (суперпластмфнкатор и стабилизатор смеси) на основе экспериментально-статистических моделей обобщающих показателей этих полей/ -

•Для достижения иели нужно было решить следующие задачи: .

1.На основе литературных данных и предварительных опытов обосновать рабочую гипотезу и комплекс методов.иссяедо-, вания полей свойств бетона в столбчатых элементах,

2. Изготовить пег оптимальным планам эксперимента, из различных бетонов при разных способах бетонирования столбчатые элементы,; фрагменты которых испытать для получения эмпирической информации о полях свойств. -

3. Проанализировать различные способы описания поля свойств бетона и комплексы его обобщающих показателей,

4. Построить экспериментально-статистические модели (ЭС-модели) влиян .я состава комплексной добавки не обобщаю-: чцие показатели поля свойртв, выделить среди них эффективные критерии, неоднородности поля и предложить рекомен-

' дацин по их использованию при создании новых технологий.

5. Определить рациональные соотношения между суперпластификатором 'и стабилизатором для минимизации случайной и систематической составляющие поля свойств. различны); бетонов.

, 6. Провести опытно-промышленную проверку, комплексной добавки (в условиях, монолитного строительства). •• Работа выполнялась в рамках »фограммьг ГКНТ' Украины "Ресурсосбережение" (подтема 5.52/100) и темы "Разработка программно-методического комплекса для использования обобщают!«* показателей полей свойств в компьютерном материаловедении" (плац МО Украины)'.

Основные методы научного исследование. При выборе компонентов модификатора применены ротационная вискозиметрия и пласто-•метрия. Для изучения нолей свойств изготовлены и пофрагментно испытаны столбчатые образцы, у которых состав бетона варьировался по оптимальным планам эксперимента. Для обобщения опытных данных использован комплекс методов построения и анализа моделей, реализованный п системе "СОМРОХ" (ОИСИ-1991).

Научная нощгыа. Подтверждена гипотеза о том, что в неоднородном прострасгвенно-геометрическом поле свойств бетона целесообразно выделять случайную и систематическую состанляющие, причем их минимизация может требовать различных рецептурно-техно-логических воздействии.. Проанализировано три способа описания (статистическими оценками, или эпюрой, или случайной и сисгемати-• ческой составляющими) и более 20 критериев неоднородности линейного ноля. Построены комплексы ЭС-моделей, описывающих влияние на эти критерии модификатора, способа бетонирования, количества .легкого заполнителя и др. Анализ моделей показал эффективность критериев, связанных с выделением систематической и случайной составляющих поля свойств.'

На основе ЭС-моделей определено, что рациональное соотношение между суперпластификатором и стабилизатором зависит от состава бетона {в т.ч. 6т содержания керамзитового гравия), от способа бетонирования н, что весьма существенно, от того случайную нли/и систематическую составляющую поля свойств необходимо минимизировать в данном изделии или блоке монолитного сооружения.

- Практическая ценность работы. В диссертации получены рекомендации по выбору состава обычного бетона и керамзитобетона с модификаторами для монолитных сооружений. Они использованы чрн воэоеденнн объектов "Монолитстроя" в г. Одессе, что обесце--■«Лч, н частное гн. стабильное повышение однородности бетонл.

улучшение качества поверхности стек, экономию до 7% цемента.

Не защиту выносятся: * ,

• рабочая гипотез.1 о целесообразности характеристики.поля свойств бетона случайной и систематической составляющими и блок-схема исследований, направленных . на увеличение однородности этого поля за счет уменьшения каждой из них;

• три способа описания пикейного поля свойств бетона в вер- . тцкально формуемых элементах и номенклатура обобщающих показателен - критериев неоднородности поля свойств;

« комплексы ЭС-моделей. описывавших влияние пластифицй-. рующе-стабилнэнрукмцих добавок на критерии неравномерности поля свойств обычного бетона при воздушном и подводном бетонировании, а также керамзитобетона при обычном бетонировании;

• учитывающая систематическую и случайную составляющие методика выбора рациональных составов бетона и соотношений между ингредиентами модификатора,' предназначенная для использования при разработке нопык технологий, изготовления ответственных изделий и возведения сооружений;

« соотношения- между суперпластифи.каторЪм и стабилизатором, полученные с использование предложенной методики, и результаты их опытно-промышленной проверки при возведении монолитных жилых зданий в г.~Одзссе. / 7 :

Апробация работы: Основные положения диссертации доклады? , вались на международных и республиканских конференциях.и семинарах по моделированию и оптимизации материалов (Одесса 1992, 199.3, 1994) по их технологии и ресуреосберсжеиню (С.-Петербург-19.92", Белгород - 1993). _ . '... . ' ' ..." " •.'' . . ' ■.. '

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы-

Структуре работы. Дйссертация состоит из введения, 5 глав и выводов: ее объем : IЮ м.п.страниц текста, 10 таблиц 27 рисунков, сиксок литературы (172 источников) и/приложёния.

Автор выражаег благодарность за помощь в проведении экспериментальных исследований и технологической интерпретации их результатов доц. кафедры ПАТСМ к.т.и. С.В.Ковалю.

СО ДЕР ук А 15 И Е РАБОТЫ ОдИа из тенденций технологии производства конструкний-ннтен-сивпое использование высокоподанжных и литых смесей, что Позволяет уменьшить ресурсоем кость, К особенностям таких смелей относится их склонность к сегрегации (расслоению), что ведет к снижению одно родноетн бетона и, следовательно, к ухудшению эксплуатационных параметров сооружений. . Проблема учета и повышения однородности бетона известна более полувека; последние годы разработан ряд эффехтивпых методов ее решения, в том числе Управление 'с использованием мате$Цтико-статистнческих. методов (В. А. Вознесенский,'. М- Б. Краковский, Ю.Г. Хаютин, М- И. Брус'еер, В. А. Дорф, В. А, Пирогов и др.). информационной базой которых служат результаты контроля качества бетона при его производстве и а готовых 'сооружениях, в том числе неразрушаю-Щ!ши ' методами., " Несмотря на .накопленный опыт, проблема актуальна, н не яоеитлокальный характер (на конференциях она . обсуждается в докладах из США, Японии^ Бельгии, ЧехшГ.и др.) ' .Технологичным способом .регулирования свойств смесей и бетонов -'введение химических'добавок. Разжижение смеси за счет суперпластификаторов и достигаемое при этом уменьшение их водоотде-ления являлось предметом специальных исследований (В. Г. Батраков, А. И..Возк, Л. И. .Дворкин, С. Л. Коваль, М. Ш. Файнгр, Ь. Р. Фалнкман и др.). Р ряде случаев положительный эффект усиливался при комплексном модифицировании смеси, т.е. при совмещении

) »'■" . ' • . ., •• • ■)' . суперпластификатора с добавками-стабилизаторами, наполнителем и

др. При обеспечении однородности структуры и свойств бетонап .изделии задача в самом общем виде может быть сведена к поиску условий получения нулевой скорости движения жидкости с вязкостью-/»'в зернистом слое. Исход*, из гидродинамических уравнений следу' мт направления работ по уменьшению неоднородности изделий -снижение вязкости модифицированного цементного , теста и '' регулирование структуры каркас^', образуемого заполнителями.

Под полем свойств композита понимается (В. А. Вознесенский. Т.В. Ляшенко) совокупность значений показателя этого свойства Я^• (предела прочности, плотности и т.п.) во всех точках "А-мерного цро^ • странства, образованного как геометрическими факторами'), так и рецептурно-техиологичсскими, эксплуатационными и-другими. факторами 8 данном исследовании рассматриваются; глЧьным

образом, пространственно-геометрические поля свойств бетонов" ¡(¡(¡). изменяемые с помощью факторов XI,. Выполненные ранее, исследования полей свойств ячеистого бетона.(В.Я.Керш) и наб-рызгбетоиа (Л.Г. Парамонова) показали перспективность ^нового подхода как д..я общего'материаловедения," так и для технологий конкретных конструкций. ' -. . •

При изготовлении конструкций (особенно тонкостенных • и работающих без резервирования) задачи обеспечения однородности ^ полей свойств

К(1)=сопь\ непосредственна связаны с ресурсосбережением. Если в И-том элементе уровень свойства меньше норматива 8шер*. то может отказать вся конструкция, несмотря на выполнение требований остальными элементами на формирование которых затрачена часть ресурса. Возможны два подхода к неравномерному полю свойств КО)* Во-первых, числовые оценки неравномерности можно учесть при расчете (СНИП 2.03.0[.гМ*),-изготовлении л эксплуатации конструкции.. Во-вторых, мозкно улучшать.;ойнород- ■

ность за счет изменения состава смеси, технологии приготовления' и бетонирования конструкт.ü и т.п. При этом нормами предусмотрена .возможность при хорошей однородности бетона снижать расход цемента.

- Принята Чледующая рабочая гипотеза. Поле свойств в нерти-: кально .изготавливаемых конструкциях (колонны,, стенки м т.п.)-должно иметь две составляющие: систематическую (обусловленную в ; частности, гравитационным» силами) и случайную. Уменьшение каж-дон из них может потребовать 'различных реиептурно-тсхнолщи-.Ческих воздействии. Поскольку для управления полями свойств - бетонов, (особенно для монолитного домостроения) целесообразно применять многокомпонентные добавки, содержащие пластификаторы и стабилизаторы, т.о.соотношение между ингредиентами может меняться в зависимости от соотношения между составляющими ноля.

В соответствии с целью и рабочей гипотезой была построена .блок-схема исследования, показанная на рис.1.

Стобчатые элементы (диаметр Г50 мм) изготавливались на . специальной установке, позволяющей вести, как обычное, так и гюд-, водное -бетонирование (по методу ''вертикального перемещения трубы") в специальных формах высотой 900 мм с задвижками-ножами для разделения на 6 слоев толщиной 150 мм по высоте столба; образиы-иилиндры испытывали после 3 суиж нормального твердения, ^ерамзнтобето!)' укладывался на тон же установке в формы, н Подвергался как тяж?-ш.й бетон (в течении 40 с) вибрационному уплотнению. После 3 суток твердения из столба выпиливались 5 образ! ~>в сотой 150 мм. Использовался Ольшанский цемент М400, песок Мкр =1.8, шебень-5-20 мм, я также керамзитовый -равий 5-20 мм Одесскоп )авода с обгешюй массой 600 кг/м3

Ко. бинпровннная добавка состояла из стабилизатора н суперпластнфнкатора С-3, который вводился дли снижения поло-

потребности смеси а компенсации возможного уменьшения прочности бетона з-> счет введения стабилизатора. Для выбора первого ингредиента выполнены сравнительные' испытанна трех предложенных НИИЖБ стабилизаторов: эфира целлюлозы <ЭЦ), оксиэтилметил-целлюлозы и метилокенпропилцеллюлозы. Эффективная вязкость -водных растворов комбинированных, добавок и. цементных'пасг (с ; водосодержанием, обеспечивающим расилыв конуса «а.-встряхива-ющем столике 160 мм) оценивалась на рочаинониом биско.вметреГа пластическая прочность паст на пластометре Ребиндера.

ОБЪЕКТ - пространстаеино-геометрическое поле свойств бетона

и способы изменения его ___конфигурации__

2Е.

ПРОБПЕМА • ресурсосбережение при возведении и эксплуатации бетонных конструкций

Ц£ЛЬ - у&алмчение равномерности пол« »а счет доедания г. !смась миогокрмпэиантых добавок

ГИПОТЕЗА • попе характеризуется случайной и систаматичасяой . составляющими. у*/лнь1ианйе которых . может требовать неодинаковых * тахнологмчьских воздействий "

МЕТОДИКА»аксперимаитально* ойраааланке свойств и тачках псля;-полииомиаОк*нс>е . описание пол*: «одепироаакна обещающих : показателей полвспойсто; помех оптимальных рецептурчо^тахнологичаскик ращений ' - -'

СТРУКТУРА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО* СТАТИСТИЧЕСКОГО ИССПВДОВАНИЯ

A) Формооани* столбча/ых образцов ил батонов раапнчиого состазп по отгмиапьиым планам миогофакторног кепариианга

Б> Испытание батеиных фрзгмеитоо на (¡ааиой высоте отосиодшккя столба

B) Описание поли свойств • эпюрами;

-статистическими оценками; - рагрессисиной прямой и остаточной дисгерскей

Г) Вычисление обощак» их покаааталей -аритариап мравномерности попа

Д) Моделирован«« влиямма рецептурных факторов и л критерии ««равномерности поля

КОМБИНИРОВАННАЯ ДОБАВКА супарппаст^фикатор •*■ стабилизатор^

е вагонах на аапоокителех

обычном

при бетонйроаатж

обычном | подводной} обычном^

, 3CHOBHOU КРИТЕРИИ КАЧЕСТВА ■

* ;ред<п прочности на сжатуе '

Метод,тш выси: р« аффактиеных критериев 'негааномериости поля еиойспз при «сещвоаанин новых композитов и технологий "

^^^•■аыоор уровнан рецептурный ^актеров . ""^^ МИНИММЗМРУЮЩ!'* НЕРАВНОМЕРНОСТЬ пола

' |Э«се

р<еперимектзпьно'Громзва0етв«кная п?омрк» составов локквдмио* «•pagHowapnoctbw поля свойств сетоиов

«1 ■»-в»«

Phi.l. Елок-схем, исследований

Кроме реологических свойств смесей оценивалась прочность равнй-подвнжиых растворов (П:Ц=1:2.5) в возрасте от 3 до9 суток и марочная прочнсу-ть бетонов". Установлено, что содержание. СТ (от массы цемента) для обычных бетонов до 0.15-0.20%, а. для керамзйтобетона - до 0.25-0.30%. С учетом технико-экономических условий производства в Украине для управления полями свойств, бетона в столбчатых элементах выбрана добавка, и состав которой могл» входить С-3 и ЭЦ, ;

Эксперименты проводились с равноподвижными (ОК=17±2 см) смесями. Планы эксперимента предусматривали исследование бездэбаво'чных (эталонных) составов. Эксперименты с обычным бетоном (как при воздушном, так н при подводном бетонировании) Проводились ' по плану. Вг при варьировании количества С-3 Xi=0.4±0.4u<l и ЭЦ Хг =О.ОХ±О.ОИ'\, а с керамштобетоном - по плану Bj при С-3 \> =().4+0.4"о и ЭЦ Х2 ^0.15±0.15%, при изменении содержания керамзитового гравия Хз =370+70 кг/м3 . Основной критерий оценки и оптимизации линейнбго поля - предел прочности .на' сжатие в возрасте 3.суток (марочная прочность" оценивалась при исгтытЗн«» стандартных кубов). Все расчеты выполнены на IBM в системе "СОМРЕХ" (ОИСП-91),.для которой соискатель составил ряд дополнительных программ..

Результаты эксперимента позволили описать поля свойств бетона

.и оцепить три группы обобщаюших показателей, основанных, во", ■ ■ ** первых, на анализе поля как случайного множества, во-вторых, на

анализе эпюры свойств по высоте столба в-третьих, на разделении систеь-этнаеской н случайной составляющих- поля. На рис.2, показано в виде диаграммы из 6 поямоугольников эмпирическое линейное поле «редела прочности Rt обычного бетона по высоте столба //. полученное для бездобавочной эталонной смеси. Из-за сели-мситационних процессов в литой смеси прочность.у иолошпм столби

•■.. синие поля свойст® нелинейной «I линейной эпюрами и его.обоб-'. щаизщие показатели (объяснение в тексте)

в 3.2 раза меньше, чем в верхнем элементе; - такое изделие непадеж-но и имеет значительные возможности для ресурсосбережения. Обще-" , принятый коэффициент расслоения смеси может быть оценен ка-*: 'отношение средних «ровностей трех ■ е; рхннх ' элементов и.трех нижних, т.«1. Кг =1.55,' что существенно выше дог)|устимого. Есл« рассматривать Ни вне зависимости от положения вдоль Нкак еду- . чайное множество, то из эго^о предположения (обычно используемого в пр ктике) следуют такие обобщающие показатели к4ак средняя

. _ ' ' ' 'з

прочность -.Я-6.6МПа), среднеквадратичное отклонение (А'* =2.3мпи)

и коэффициент вариации <К*=34,«"'»). Предложено включить в анализ четвертый обобщающий показатель, используемый при анализе географических карт. - энтропийный критерий Н, вычисляемый по соотношению заштрихованных прямоугольников на рис.2.

Эмпирическая диаграмма вдоль нормированной высоты Л~(И-Н>)/АН достаточно точно описывается эпюрой в виде полинома 11-5.9}+5.8Мг+3.4411*-5.13к44 Из эпюпы следует группа обобщающих показателей, которые условно (с точностью до «ошибки аппроксимации) можно . назвать детерминированными: это экстремальные показатели . Дт«,=9'.9МПа и ЛМ(,=3.06Мпа (и их ' координаты Лы.=-1), медианное среднее Ля=6.50 МПа,

абсолютный ^=й.88МПа и относительный <9=3.27 перепады, а также верхняя . у*,х- = 1*51 и ннж'кяя 1-51 границы пол_ч и

относительный диапазон 1.05 изменения свойства.

Критерии А, Гш.,(т1.) Ц х характеризуют чувствительность свойства к .тем. главным образом, ^ассообменным и гидромеха ннчсскнм процессам, которые вызывают: неравномерность поля свойств в вертикально бетонируемом столбчатом изделии»

'Критериями интенсивности' изменения свойства К служат Градиенты (которые могут анализировать как знакопеременные величины и .по модулю этих величин); это усредненый абсолютный =3.-44МГГа и ЬтиосиТельнь;Г( >)= РУД -52% градиенты, а также максимальные (локальные): градиенты поля по эпюре-абсолютный 19.2 МПа и относительный Р,ы»|=291(! .

' Новая группа обобщающих показателей образована для разделений ¡систематической )( случайной составляющих поля Я(к). Первая выделяется,, если, принятьэпюру линейной (эл) на рис.2 ао=6.62 МП 1, . «1=2.82 МПа; где; а» тоже,У что И Я, а а| - усредненный градиент. Проходящий под углом О к оси столба! Случайная составляющая определяется, ори расчете сре£неквадратичноге> отклонения Х,.,--)/!^,,

характеризующего неадекватность описания эПюры прямой иКш случайные колебания Яи вдоль линии Ям (на рис.2. 5м=0,9МПа)к 'Еще два критерия .неоднородности поля Я(к) получаются как относительные величины <?(«)=Л|/в»=42.6% и П«}=5МЛ»#==13.6% (с.р с Ия=34.8%). Для всех показателей построены по плану В2 (информация по рис.2, соответствует точке Х|=ДГ2=-1) более 50 адекватных неполных биквадратных ЭСМ со всеми значимыми коэффициентами. Так, для .средней прочности Я[Мпа] при обычном бетонировании -получена модель

Я = 5,58 -0.59 Х^о.гглг.1-©.»? ДС,.Гг ■" -0&9 ХгХ}1' * +0.40 Х1+1.17 Хг1 . -1.06 ДГ,ДГ2г (Г)

Для каждой такой ЭСМ построены-диаграммы (рис.3,а), найдены экстремальные значения (Л».х=9.16МПа при ДГ(=-1, . к '

Кт1.=4.11 МПа при X1 =Х;=-1) и соединяющие их вектор», вдоль которых критерии неоднородности бетона изменяются наиболее интенсивно. Значения Ятч(т1*) использованы не только при'материд-ловедческом анализе ЭСМ, но при дискриминации обобщающих показателей по критерию "полноты*' / Тш—(Уя"-У °"Л)/5( У)? который для (|) равен 79; чем мера полноты выше, тем эффективнее критерий неоднородности поля (если его значение менее "6, то обобщающий показатель классифицировался как не пригодный для анализа).

При использовании литых смесей для обычного бетоцированияс наименее прочным оказывается элемент, ■расположенный у дна формы. Диагракгма изменения Яты отображена на рис.3.а пунктиром; она . показывает существенное положительное влияние комплексной до- • базки на гтот важнейший критерий. При совместном пропорциональном увеличении ДГ| и Хг снижается Л от 6.6 до 4.) МПа, поскольху введение суперпластификатора не полностью компенсирует, влияние эфира целлюлозы и на повышение вязкости жидкой фазы '(водо-нотребность возрастает на 10 л/м3 ) и на блокирование процессов .

гидратации цемента. В этих же условиях Няы изменяется экстремально, поэтому в подобласти несколько превышающей средние концентрации (0.08% < ЭЦ ' 0.16% и 0.4 < С-3 < 0.8%) н должны приниматься решения, обусловленные увеличением прочности элементов у оснований столба. За счет стабилизирующего действия ЭЦ в этих элементах формируется структура бетона, непересыщенная за-полннтелем,' хотя процессы гидратации здесь задерживаются, такж.; как и во всем объеме бетона. Положительная рол-, комбинированной добагкн подтверждается при изопараметрическом аналнзе (рнс.З.б) при движении от точки М (нет стабилизатора) к N вдоль линии-/?=6МПа (рнс.З.а); Я„<„ возрастает в 2.5 раза, в то время как Нт.х снижается лишь на 20% что-в-целом уменьшает перепад прочности по высоте столба почти в 3 раза. Иззлинни обычно используемого критерия-коэффициента расслоения А"» (рис.3.в), а также направление вектора, указывают на целесообразность - введения стабилизатора, а подобласть /^<1.3 подтверждает те предположения о рациональном составе добавки, которые следуют нз анализа изолиний Л и .Яяы на рис.З.а. ; .

С/ч'/ V

я

"б- оси ооз а,\г о,к>

стгас нам затор :

1еш

л

Рнс13. Изменение под влиянием комплексной добавки параметров поля прочности бетона в стол.бчатом элементе: а - изолинии средней (сплошная) и минимальной (пунктир) прочности, б - изопа-ргметрическнй анализ пр». Й=6МПв, в-г - изолинии коэффициентов расслоений К^ и париацни У я

Хотя этот критерий имеет низкий уровень полноты описания (•»"=6), но он остается полезным для лабораторий, неоснащенных приборами иеразрушающего контроля. ' У

Др.угой традиционно. используемый .статистический критерий • это коэффициент вариации К* (рис.3.г). При удовлетворительной полноте описания 9) он достаточно чувствителен к. изменению

состава комплексной добавки. При постоянной дозировкиОЗ 0.2$% с ростом концентраций СТ Ув уменьшается от 40 до 11%.

Все критерии неоднородности пол» указывают на опасность -применения бетона без добавки стабилизатора, если содержайие С-3 в нем' 0.1....0.4%. Это связано с тем, что- в . этом диапазоне (по . данным С.В.Коваля и С.В.Савченко) . наблюдается усиленное.воз-духововлечение и цементное тесто постоянного состава наиболее не стационарно, так как имеет наибольший размах колебаний вязкости' и пластической прочности в коагуляцнонно-крйстализационный период. Перспективные составы* (судя по' рис.3.): находятся вдоль коридора, проходящего от максимального уровня Й««=6.2 <много С-■3 при небольшом содержании ЭЦ) к минимальному уровню*^ и К", (много ЭЦ и мало С-3). • '. . ^ ■ .

Среди критериев А, Д. увмЦя) и" %, характеризующих чувствительности системы, следует отметить как полезный критерий у»!«, который меняется от 0.85 ( много стабилизатора Х\~+1 и средняя дозировка С«3 • ЛС»»0)' до 0.36 "(координаты близкие к минимуму Ятш на рис.З.а), Его физический емусл: чем дальше ув« •отстоит от единицы, тем изделие менее'зИадежно.вне зависимости 01 того нормален ли закон распределения случайных значений прочности бетсиа или нет; •.'»'• .''{атомего'/ врейму'щветво ;•'вере) коэффициентом вариации Уя. Все критерии интенсивности измеиеки.' ■Я а поле (градиенты и др.), имея высокую меру описания (более 15) указывают на целесообразность ; введения в состав комолексно

добавки ЭЦ в концентрациях близких к граничным совместно со средними концентрациями С-3. При этом по знакопеременным, критериям не исключается .возможность получения равномерного поля свойств по высоте столба. Полученные при аналюс первых двух групп показателей результаты косвенно подтвердили гипотезу о целесообразности выделения случайной и систематической составляющих поля. На рис.4.а-б показаны изолинии относительного наклона эпюры поля своисть .¿"¡я} и коэффициента вариант* прочности вдоль линии эпюры Пя|. Они отличаются ог диаграмм других критериев и . прямо подтверждают основную рабочую гипотезу .- для минимизации .систематической составляющей ноля требуется вводить повышенное количество стабилизатора совместно с С-3 в широком диапазоне, а \для минимизации случайной составляющей - меньшую концентрацию ЭЦ совместно с суперпластификатором в узко*м диапазоне повышенных концентрации. Следует отметить, что миннму'м /?«,/» (рис.3.а) совпадает с максимумом й(а}=+54%, а максимум'Л«,» близко к минимальному И{«|< 5'!».

Рис.4, Изолинии оценокснс матичсской (а - уклон лииеиной эпюры ч случайней (б - остаточная вариация, %) составляющих поля прочности и йх использование для поиска областей допусщ-мых решений при различных приоритетах (в - у меньше и не (.луч «"¡«составляющей, г - уменьшение наклона эпюры)

Критерии оненивающт систематическую и случайную составляющие погя прочности целесообразно совместно с величиной К=20МПа использовать для выбора состава комплексной добавки. На рис. 4.в-г показаны области, в которых сумма ÎJffl+FJaJ не более 20°.. В первом варианте приоритет минимизации отдан 3{а\ (она-равна 1/4 суммы) и допустимые решения ограничены малой областью вокруг X i=0.10± 0.02"» и A"2 = 0.55ï0. 1С!"о; во втором обе составляющие. равны между собой и. допустимые решения ограничены большей областью вокруг СТ 0.1 2+0.2 и С-3 0.4±0.2"... . .

Для бетонирования" литыми смескми под водой комплексная добавка в. диапазоне изменения С-3 до О.fc,"и а офира целлюлозы' до . 0.1б°1. оказалась неэффективной. С.мегь ингредиентов по s всем критериям дает результата худшие, чем действие Индивидуальной добавки, введенной в оптн.малиной концентрации (рис.5.). Наименьшая минимальная по столбу; прочность батона Kmi» находится (рис.З..!, пунктир) в центрчльной области, где уровни концентрации ингредиентов средние. По-видимому, в водной среде суперпластификаюр способствует, ускоренному массообмену

ц

'О Ofts Qti,2

CTA6MAWSATOP ,, .•

# Î , ч . 8 Î • f rf

1 ■ «Я» «а >«*t,Q

РИс.5. Диаграммы критериев поли прочное.и бетона при появодиом' бетонировании: а - средней (сплошная) и минимальной (пункти-, р^ия) прочности , б-- систематической, в - случайной'составляющей поля '

«ежду межзерновым пространством и водной средой, в результа*е чего часть цементных час , нц выносится из каркаса', а гидратация Остальных блокируется стабилизатором, доля которого по отношению к ним возрастает. В пользу такого объяснения говорит и.направление вектора на рис.3.а - наибольшая Rmit-3.7 МПа (что в 1.5 раза лучше эталона) наблюдается при отсутствии С-3 и введении . 0.1% ЭЦ, Повышение вязкости жидкой фазы, содержащей ЭЦ, препятствует проник а и ню води в межзерновое пространство каркаса, а, , следовательно, нарушению его связности. Это косвенно подтверждается тем, что именно в этой подобласти факторного пространства отношение минимальных прочностей бетона при подводном (рис.5.а) и обычном (рис.3.а) бетонировании превышает 0.8., : тогда как в большей, части' факторного пространства оно менее 0,4, Диаграмма ¿{а} (рис.5.6) свидетельствует о том, чтЬ именно при таком содержании ЭЦ эпюра становится практически равномерной.

^ Методика* проверена сначала в лабйраторных, а потом в производственных условиях "Монолитстроя" г. .Одессы" для вертикально формуемых элементов из керамзитобетона. Введен третий фактор -расход керамзита ДГз=350±70кг/м' ; диапазон изменения ЭЦ был расширен до 0.3% от массы цемента (Ц=350кг/м' ). При равной подвижности (ОК=17±1 см) водопотребность составляла 225-325 п!и3; . наибольшую водоп"' требность имела бездобавочная смесь при расходе керам?ита 300 кг/м* , наименьшую - смесь, отличающаяся от первой добавкой 0.8% С-3.

Диализ средней по столбчатому элементу'прочности (рис.6.а) показывает, что1при расходе керамзита 370-400 кг/м,(вер^ний предал для смеси без стабилизатора) формируется наилучшая структура бетона и достигается наибольший уровень Я вне зависимости от концентрации С-3: п то же время абсолютный . максимум средней

прочности /*=6.3МПа достигается при введении 0.8%* супер-пла'стгфикатора без стабилизатора. Поскольку минимум Л.(тЬчка М на рис.6.а) формируется при 0.28% С-3 н 0. М% ЭЦ, то можно говорить о и эффективности овмещения• ингредиентов комплексной тоОавки, подобном наблюдаемому при подводном бетонировании.

Существенно отличное заключение о роли добавки формируется прц^нализе минимальной прочности керамэнтобетона в столбчатом изделии (она'наблюдается у самого верхнего элемента т.е. у бетона, пере сыщеАого керамзитовым гравием).- Если минимум Л„,»=1.6МПа остается .в точке М' (рис.6.а). ,;т.е. при малых концентрациях неэффективность совмещения • сохраняется, :.то максимум к и,« (а это важнейшая для повышения качества изделия характеристика) перемещается.в точку N. Она соответствует, с одной "стороны, оптимальному расходу керамзита, а с другой - комплексной добавке, в которой и суперпластнфикатор и стабилизатор.находятся на верхних уровнях. В точке N минимальная (5.6МПа) п средняя (5.7МПа) прочности по столбу совпадают: градиенты "прочности стремятся к кулю: поле свойств бетона становится равномерным.

■Н) т> о>5 ~оз аа"

*0 * Г ' " ' СТАвиЛМЛЙГСР / КСРЛЛЛЬЧТ

Рис.б. Тпехфакторная диаграмма средней прочности.керамзнтобетона и два ее сечения (б - при основном уровне расхода керамзита,'в - при нижнем "ровне концентрации стабилизатора) и координаты пяти рациональных состаиов.

!ак следует из диаграмм на рис.б,6-В| достаточно однородное поле ÍS¡á}l <10% л У|л)<15%) может быть сформировано только при ра-игнальном'насыщении бетонной смесл керамзитом (330-390 кг/м3). 1ри этом снстемати 1еская составляющая уменьшается, с ростом онцентрацин ЭЦ., а случайная уменьшается при оптимальном одержан».i С-3.

В свободной от ограничений подобласти на рис.б выбраны 5 со-тапов, приложенных для производственной проверки в "Монолит-трог" г. Одессы. В таблице приведены для этих составов данные о войствах керамзитобе'тона. Составы I -IV имеют преимущество по ем• |.ли иным критериям, причем все они находятся в пределах

опусти'мых нормативов (для V -^<Г500 кг/м3 ).

Таблица.пяти рациональных состааов керамзитобетона с новы . ■ шенной равномерностью поля свойств__

Варьируемые факторы tinOTH"C7t прочность

остава ЭЦ, С-3, Керамзит Ri* Rj 5{a) V{-i> У Vir)

% % кг/м» Mita МПа ■ % % Ki Im1 %

t 0.30 0.80 370 17.7 5.7 0 5 1362 4.0

II нет <1.68 370 18.5 5.6 '?' 15 (469 4.6

IM v.er 0.28 370 17.3 4.7 - 9 II i '-78 4.6

IV нет 0.54 390 18.2 5.0 9 14 1460 .4.7

V чет 0.54 320 >5.6 4.2 7 15 1533 5.4

Для производственной проверкч и внедрения лаборатория Моноли-стр'оя приняла .состав III, в котором для уменьшения у часть варцевого Песка была заменена на керамзитовый, что (как ыяснилось.прн испытании столбчатого образца) несколько снизило : коэффициенты вариации свойств керамзитобетс на.

Рациональные/состаэы керамзнтобетона, выбранные п" рекомендациям, основанным на результатах диссертационных исследоваккн, [споль-зованы при. бетонирований возводимых Моколнтстроем жи-:ых зданий в г, Одёссо. Они используются в качестве базовых на >бъектах "Монолитстроя", что при экономии до 7% цемента обесп> швает улучшение ' формуемости бетона, получение однородных месей с коэффициентом расслтення менее 6%, повышение тсп..о-аЩитн^х характернстик.н улучшение качеств:! поверхности стен.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

I. При оптимальном управлении составом комплексного моднфи катора, .включающего суперпластификатор (С-3) и ст.абпптаты (эфир целчюлозы/, достигается повышение . равномерное?! 'пространственно-геометрических поле« свойств'бетонов, что ведет снижению материалоемкости строительных изделии и конструкций, также к улучшению их эксплуатационных (.оказателен. . :

2. В»поде свойств целесообразно выделять случайную и система тическую составляющие; минимизация каждой из них'для-повышено однородности поля свойств может требовать различных рецег.турно технологических воздействий.. '■..'. ■''•.-'■

3. Анализ трех способов описания.линейного поля свойств более 20 критериев его неоднородности, показал, что нанболе эффективны при разработке новых технологий критерии, связанные выделением систематической и случайной составляющих.

' 4. Построены комплексы ЭС*моделеи. описывавших- изм'бпени обобщающих показателен линейных полей свойств бетонов , зависимости от состава "модификатора, способа бетс^нирорани) количества заполнителя И .т.д. На- их основе оценена рол'ь эти технологических факторов и.отобраны критерий, эффективные ка со статистических, так и материаловедческих позиций..

5. Установлено, что рациональное .соотношение межх суперпласгифнкатором и стабнлйзйгоро,у смеси зависит не только с состава батона и способа бетонирования,' но и. от приоритета уменьшении случайной или систематической составляющих - по; свойств в конкретном изделии, или блоке монолитного сооружеин При этом тот или иной ингредиент может быть полностью исключ« |.з*состава модификатора. -" ."'/'"•

Неравномерность поля, . свойств керамзйтобетона нерационально сформированным' каркасом плохо исправляется

помощью модификаторов; для рациональной гранулометрии заполнителя оптимизация состава добавки позволяет уменьшить систематическую составляющую с 13 до 1%, а случайную - с 10-23% до 1%; и получить равномерное линейное поле свойств.

*7. Проверка в производственных условиях, предложенных составов ксрам зитобетона, показала как целесообразность управления .полями свойств на основе ЭС-модепей, так и технико-Экономическую эффективность этих составов, улучшающих качество монолитного бетона возводимых жилых зданий..

Основное содержание работы изложено в публикациях:

1. Сравнительны» анализ критериев неоднородности пространст-зенно-геометричсских полей Свойств композитов в тонко-стенных (обструкциях /В'.А. Вознесенский, С.В.Коваг.ь, Т.В.Ляшенко, Э.А.Файзулина//Ресурсосберёгающне решения в технологии строительных материалов и конструкций: Сб.ст. -Одесса, 1992.-С.З-12.

2. Компьютерный анализ полей однородности армированного 1абрмзг5стона для повышения его долговечности /В.А.Вознесенский, Г.В.Ляшеико, Л.Г.Парамонова, О.А.Фанзулина //Повышение [олгоречности и эффективности работы конструкций сельско-озяйственных зданий и сооружений; Мат-лы международ.конф. -1елябннск,1992. -С.39-41.

В.А.Вознесенскчй, Т.В.Ляшенко, О.А.Файзулина. Компь.ютер-ый анализ эффективности управления пространст-венными полями войств ¡ композиционного ; материала //Ресурсо-сберегающие ехнологйи строительных материалов, изделий и конструкций: сз.междунар.конф. -4.5-Белгород, 1993, - СИ 1-12. •

4. О.А.Файзулинп. Целенаправленное формирование простран гвенно-геомегрйческого поля свойств- . комлозита/ААнализ и птнмчзация' грубогетерогенных .композиционных. материалов: ез.мойдународ.сс:.-.. -Одесса, 1993. -С.34.

ФА'ПЗУЛИИЛ O.A. Ыдвншения piBHOMipHOCTi просторово-геомет-ричннх пот >и власгнвостсй бетошв за рахунок введение х'иичних .

доба ьок '...,.

ДкссргаЫя у внгляд! рукописи на здобуття вченого ступеня кандидата те.чжчних наук пс cneuiaiibHOCTi 05.23.05 - Буд1вельн1 материал» i вироон, Одеська державна. академм иуд1вшцтва та , архпектури, Одеса. 199.5. : . , Г-.-1

Днсортац1Я MiciüTb результата георетн'чних та експериментальннх досл!джекь по пшвнщенчю однор|дност| властивостей звнчайннх 6efoüiB i KepaM3iTo6eionie в npocropi вертикально формованих внрошв i слемс('Т1В спо.руд. Проанал!зова1М три способа опнсування . одноxtipnого поля .власгивостей бетона i ртютнповг крптерП неоднориносп такого поля.И^тверждена гипотеза о доцгльностГ характеристики поля внподковою t системати-чною складовою; Побудоват комплекси експериментально-статистичних моделей. як| описують вплив пласт иф1куючи-С1аб1-л1зу|рчих добавок на критерп иеолнор1диост1 полей MimiocTi, звичайкого бетону (npif. поштрянрму га п i д вод но м у бетснувунн!) i керамзггобетому (при звичайному формувашп). Знайден! раш'оналын склада бетона та сгпвп1днощення М1ж суперпластиф1катором i стабнизатбром, яici. шреЫреш . при ЗВСДеН! ЧОНОЛПНИХ житлових будннк1в. . , '

Ключов! слова: бетон, маипсгь, бетоьунання вертикалымх элементе, просторове поле властивостей, критерП неоднор^дност! пдля. xiMinni добавки-регулятори; супе.рпластиф!катор. сгабЬппатор.,

FAYZULINA O.A. Improving lhe uniformity of geometrical space fields of concrete properties by introducing chemical additives. ...

The thesis for candiJate of technical science degree, speciality, 05.23.05 - building materials and pioducts. Odessa State Academy of Civil Engineering and1 Architecture, Odessa. 1995.

The author defends the results of theoretical and experimental studies to improve the uniformity , of ordinary and cluydile ; concrete properties in the space of vertically formed products and elements of constru;tion. Three ways to describe one dimensional fields of concrete properties and various criteria of these fieldr-non-uniformity have bien analysed. Confirmed has been the hypothesis for expedience of characterizing the fields by its rando*n and systematic components.. Tlyi ' complexes of experimental-statistical models describing the influence of plasticizing-stabilizin^ additives on non-uniformity criteria of strength fields for ordinary concrete (with air arid underwater concreting) and-for claydite concrete (with customary forming) have been built. Found have been rational compositions of the concrete arid, supcrplasticizer-stabilizer ratios ihat have been tried whe.n building monolithic dwelling houses..