автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Технологические принципы получения конструкционного керамзитобетона пониженной плотности

2 9 ДПР 1996

на правах рукописи

КУДРЯШОВЛ РОЗАЛИЯ АЛЕКСЕЕВНА

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ПОЛУЧЕНИЯ КОНСТРУКЦИОННОГО КЕРАМЗИТОБЕГОНА ПОНИЖЕННОЙ ПЛОТНОСТИ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученей степени кандидата технических наук

САМАРА, 1996

Работа выполнена в Ульяновском государственном техническом университете и Самарской государственной архитектурно-строительной академии

Научный руководитель - чл.-корр. РААСН, профессор,

доктор технических наук Т.Б.Арбузова

Официальные оппоненты - чл.-корр.РААСН, профессор,

доктор технических наук Р.3.Рахимов

Ведущая организация - Средневолжский филиал НИИОМТП

Защита состоится 29 мая 1996 года в часов на заседания диссертационного совета К.064..'55. 01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Самарской государственной архитектурно-строительной академии по адресу.

443001. г.Самара, ул.Молодогвардейская,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан "/05 апреля 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного

- доцент, кандидат технических наук С.А.Мизюряев

совета, кандидат технических наук

Бутенко С. А.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. На современном уровне индустриализации строительства одной из главных задач является снижение массы зданий и сооружений за счет внедрения облегченных конструкций, т.к. нередко в конструкциях около половины несущей способности идет на восприятие собственной массы. Кроме того, удорожание топлива диктует целесообразность улучшения теплотехнических свойств бетона за счет уменьшения его плотности, что учитывается в готовящейся новой редакции СНиЛ II-3-79 "Строительная теплотехника".

Наибольшее развитие в нашей стране получили легкие бетоны на керамзитовом гравии. Массовое применение в настоящее время находят керамзитобетоны классов ВЗ.5-В15. В то же время з практике строительства наметилась тенденция на использование керамзитового гравия в бетонах повышенных классов от В20 до В4С и дане выше. Объясняется это тем, что в Европейской части территории России иссякают запасы природных месторождений высокопрочного камня.

В навей стране уже имеется опыт изготовления строительных конструкций из керамзитобетона классов до В40. Однако такой бетон чаще всего имеет сравнительно большую среднюю плотность -1800 кг/м3 и более, СНиП 2.03.01-84 "Бетонные и железобетонные конструкции" предусматривает применение легких бетонов классов до В40 при марках по средней плотности до Ц2000. Это связано с тем, что для приготовления конструкционного керамзитобетона применяют тяжелый керамзитовый гравий с насыпной плотностью равной или более 800 кг/м3 и плотный кварцевый песок.

С целью снижения массы керамзитобетона в настоящей работе использовали керамзитовый гравий с прочностью керамзита в цилиндре RK" = 4...8 МПа, имеющий насыпную плотность 450-7Q0 кг/м3, а также пористые дробленый и окатанный пески с насыпной плотностью соответственно 90С к 700 кг/м3. Использование таких материалов, а также новых принципов подбора рецептурных составов легкого бетона, обеспечивающих формирование структуры с минимальным количеством дефектов, а также оптимизация технологических параметров производства керамзитобетонных изделий позволили получить керамзитобетон классов В20-В50 с плотностью до 1600 кг/м3 и внедрить его в производство несущих конструкций.

Работа выполнена в соответствии с Межвузовской научно-технической программой "Строительство" (приказ Комитета по высшей школе N 252 от 27.03.1991) е рамках темы НИР Ульяновского политехнического института "Совершенствование технологии производства железобетонных конструкций с пониженной материалоемкостью", а также комплексной программой ускорения научно-технического прогресса в народном хозяйстве Ульяновской области на 1991-1995 гг. по теме 04.06.01.00.01 "Разработка технологии и внедрение керамзитобетона пониженной плотности в монолитном и сборном строительстве".

Целью работы явилось разработка оптимальной технологии получения конструкционного керамзитобетона классов до В50 пониженной плотности и комплексное исследование его структуры и физико-.-механических свойств.

Для осуществления цели необходимо было решить следующие задачи:

- оптимизировать рецептурные составы и технологические параметры производства цементных композиций на основе керамзита улучшенного качества, плотного и пористого песков;

- исследовать напряженно-деформированное состояние композитов до приложения нагрузки и при осевом нагрузкении;

- изучить условия формирования структуры композитов на микро-и макроуровнях;

- установить прочностные и деформативные характеристики разработанного материала;

- осуществить апробацию результатов исследований в производстве несущих конструкции.

Научная новизна заключается в следующем-.

- разработана теория подбора рецептурных составов композиций с минимальным количеством дефектов в структуре;

- установлены основные принципы снижения средней плотности конструкционного керамзитобетона на 400-500 кг/м3 по сравнению с нормируемой;

- расширен диапазон высокопрочных керамзитобетонов до класса B5Q;

- теоретически обосновано и практически доказано физико-химическими исследованиями влияние гидравлической активности заполнителя на адгезионные свойства граничного слоя фаз цементного композита;

- О -

- установлены оптимальные технологические рсзкимы получения конструкционного керамзитобетона пониженной плотности;

- получены математические модели прочностных и деформативных свойств керамзитобетона пониженной плотности классов В20-В50 необходимые при проектировании конструкций.

Практическое значение работы состоит:

- во внедрении результатов исследований на заводах ЖБИ г.Ульяновска и Ульяновской области при производстве несущих керам-зитобетонных конструкций;

- в связанном с этим снижением материалоемкости и экономией в денежном выражении;

- в возможности использования полученных характеристик бетона проектными организациями при проектировании новых конструкций из зысокопрочного керамзитобетона;

- в использовании материалов исследований при разработке и издании "Рекомендаций по технологии изготовления конструкций из легких бетонов классов по прочности В15-40 плотностью 1200-1500 кг/м3".

Апробация работы. Результаты проведенных исследований докладывались на научно-технической конференции "Пути повышения эффективности внедрения научных разработок в строительное производство" (Ульяновск,19Э0г), на ежегодных НТК УлПИ (1989-1995гг).

По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Результаты исследований прошли производственную апробацию в АООТ "Завод ЖБИ-3" г. Ульяновска, где налажено массовое изготовление безраскосных ферм пролетом 18 и 24 м и плит покрытий размером 3x12 м из керамзитобетона пониженной плотности.

За участие в разработке и внедрении в производство плит покрытий одноэтажных промышленных зданий из керамзитобетона пониженной плотности автор была награждена бронзовой медалью ВДНХ СССР.

Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, приложений и списка использованной литературы, включающего 118 наименований. Основная часть работы изложена на 208 страницах машинописного текста, содержит 51 рисунков и 48 таблиц.

На защиту выносятся:

- результаты структурных исследований, являющихся теоретическим

обоснованием технологии получения конструкционного керамзитобетона пониженной плотности;

- практические рекомендации по получению керамзитобетона пониженной плотности за счет оптимизации технологических режимов;

- математические модели основных прочностных и дэформативных свойств разработанного материала;

- результаты производственной апробации технологии изготовления конструкций из керамзитобетона пониженной плотности; технико-экономическая оценка эффективности этой технологии.

Краткое содержание работы

Первая глава посвящена обзору литературы и исследованию состояния проблемы получения конструкционного керамзитобетона пониженной плотности. Необходимость создания эффективных материалов с заданными свойствами заставила ученых обратить внимание на развитие общих представлений о композиционных материалах, формирование и изменение их структуры и свойств при проектировании, изготовлении и эксплуатации. С позиции оценки структуры, свойств, технологии производства композиционных строительных материалов (НСМ) стало возможным оценивать известные материалы как композиционные, которые раньше к ним не откосились.

В исследование структуры, свойств и составов КСМ на различных заполнителях, конструкций на их основе большой вклад внесли И.М.Ахвердов, Т.Б.Арбузова. Ю.К.Баженов, П.И.Бокенов, Г.А.Буже-вич, Г.И.Горчаков, Е.М.Гладьшев, Б.В.Гусез, В.Г.Довжик, И.А.Ява-нов, П. Г. Комохов, А.А.Новопашин, Л.П.Орентлихер, И.Е.Путляев, Р.З.Рахимов, П.А.Ребиндер, И.А.Рыбьев, В.И.Соломатов, Ю.В. Чинен-ков, У. А. Ямлеев.

На основе изучения состояния вонроса оказалось возможным сформулировать рабочую гипотезу, основанную на связи механических свойств и структурных характеристик композиционного материала.

Многими исследователями установлено, что напряженно-деформированное состояние бетона при осевом нагружении в значительной мере предопределяется собственными напряжениями, возникающими от усадки цементного камня и вызывающими образование микротрещин. В количественном отношении в легком бетоне за счет большей де-формативности пористого заполнителя собственные напряжения при-

нимают значительно меньшие значения, чем в тяжелом бетоне при том же расходе цемента.

Логично предположить, что снижение этих напряжений в легком бетоне можно достичь максимально увеличивая объемную концентрацию крупного заполнителя, хотя это противоречит установившемуся мнению о том, что прочность легкого бетона можно повысить, увеличивая содержание более прочного компонента - растворной составляющей .

Анализ теоретических исследований напряжений, возникающих в составляющих композитов, показывает эффективность насыщения легкого бетона крупным заполнителем как для снижения средней плотности, так и повышения его прочности.

Известно такне, что получение максимальной прочности композита возможно за счет создания малодефектной структуры на всех этапах технологического воздействия, направленных на снижение объема пор, капилляров и микротрещин в матрице и улучшение ка-

ио^Фоа ттщэог>уцллг"С>т> погмчртто »Т^оо

.^uiuL-i "unujJJViiuu 1 vil ^-/(-Ю/дС'.и'И,

Во второй главе приведены сведения о методиках экспериментальных исследований и характеристиках используемых материалов.

Структура исследуемых бетонов изучалась ' с использованием комплекса современных физико-химических методов: рентгенофазово-■ го, дифференциально-термического и термо-гравиметрического. Использовались также световая и сканирующая электронная микроскопия, измерение микротвердости.

Напряженно-деформированное состояние керамзитобетона до приложения нагрузки и при осевом напряжении изучалось с привлечением методов электротензометрии и ультразвука.

Основные характеристики использованных материалов определялись по методикам соответствующих стандартов.

Изучение условий получения ККПП и определение его прочностных и деформативных свойств проводилось с привлечением метода математического планирования эксперимента. Обработка результатов проводилась на ЭВМ.

В качестве крупного заполнителя использован керамзитовый гравий, выпускаемый Ульяновским заводом керамзитового гравия и характеризующийся насыпной плотностью 5G0, 600 и 800 с маркой по прочности соответственно П150, П250 и П350, т.е. использованный керамзит имеет прочность в 1.5 - 2 раза выше нижней границы, установленной стандартом. Такая высокая прочность заполнителя при

- з -

низкой плотности получена благодаря повышенному содержанию А1£03 (1?...19%). окислов железа (7,16...7.27%), сравнительно высокому содержанию СаО и MgO (по 1.2...1.76%) и незначительному содержанию щелочей в монтмориллонитовых глинах Сельдинского месторождения, а также использован® некоторых технологических приемов, позволяющих получать керамзитовый гравий со значительно лучшей структурой и высокой гидравлической активность®.

Коэффициент конструктивного качества ККК керамзитов Октябрьского, Никольского, Керченского, Ульяновского заводов достигает 17...29'1С"3, что в 1.5 - 2 раза выше коэффициента, определенного по нормируемым ГОСТом 9757-90 показателям прочности и плотности заполнителя; такой керамзит можно определить как керамзит улучшенного качества.

В качестве мелкого заполнителя использованы три вида лесков: природный кварцевый и два искусственных пористых песка. Керамзитовый песок получен дроблением высокопрочного керамзита (с Е !i - 8 0 МПа!.

В качестве окатанного легкого песка использован кизельгур фракции 0.16...5 мм с модулем крупности 2.86, являющийся отходом при ■производстве Фильтровальных порошков на Инзенском заводе Ульяновской области. Исходны.: сырьем является диатомит Инзенско-го месторождения.

Третья глава посвящена установлению основных технологических принципов формирования структуры ККПП.

На напряженно-деформированное состояние композита оказывает большое влияние относительное содержание его фаз. Для бетона растворная составляющая является матрицей (первая фаза), а заполнитель можно рассматривать как вторую фазу с контактной зоной (границей раздела фаз).

Это влияние проявляется в возникновении собственных напряжений в матрице, которые зависят от ее деформативных свойств, объемного содержания к деформативных свойств заполнителя, и могут быть оценены на границе раздела фаз композита. Напряжения, возникающие на контакте заполнителя с матрицей, можно рассчитать по известным формулам Ляме. Такие расчеты были выполнены с определением расчетных характеристик раствора и керамзита четырех видов с содержанием керамзита Vk = 0.5 и 0.9 м3/м3.

' Расчеты показали, что радиальное напряжение бг на границе раздела фаз увеличивается с уменьшением расхода керамзита и по-

вышения модуля упругости керамзита. Нарастание напряжений бг с уменьшением 7К становится интексивнее при повышении Ек. Так бг при Ук =0.9 м3/м3 с изменением Ек от 5510 МПа до 17360 МПа увеличивается в 2.32 раза, а при VK = 0.5 м3/м3 - в 2.72 раза.

Отмеченная закономерность наблюдается и для тангентального напряжения бг. При описанных условиях бх увеличивается при VK = 0.S м3/м3 - в 2.17 раза, а при VK =0.5 м3/м3 - в 2.66 раза.

Максимальные значения напряжений составили: бГ =2.4 МПа, бт = 2.7 МПа. Такие напряжения сопоставимы с прочностью раствора на растяжение и могут вызвать появление микротрещин на границе раздела фаз.

О величине непроявившихся собственных напряжений в бетоне в виде микротрещин и количестве микротрещин можно судить по значениям начальных неупругих деформаций бетона (tBeg), замеренным электротекзометрией, значение которых можно определить по величине проявившихся деформаций при центрировании призм во время определения модуля упругости бетона. S зависимости от рецептурного состава, свойств исходных материалов в наших опытах tHeg были равны 2...6-10"1. Такие значения деформаций превышают значение предельной растяжимости раствора. ■ — ■■

Параллельное испытание этих образцов ультразвуком показало, что при нагрузках 0.1...0.15 Rh, соответствующих моменту определения iBcg, скорость ультразвука падает по причине образования микротрещин. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит'к процессу уплотнения, разуплотнения и разрушения бетона, причем с увеличением содержания керамзита в бетоне нижняя и верхняя границы мик-' роразрушений (Rcrc° и 3(Г\) повышаются, что оказывается более благоприятным для характеристик бетона.

Физико-механические свойства бетона зависят не только от качества и относительного содержания фаз композита, но и от состояния контактной зоны.

Проведенные нами физико-механические исследования контактной зоны керакзитобетона показали, что в отличие от тяжелого бетона пористый заполнитель формирует плотную бездефектную структуру поверхности раздела фаз с плотным примыканием цементного камня к зерну керамзита.

Исследования минерально-фазового состава новообразований, проведенные с помощью рентгеновского дифрактометра ДРОН - 1.5 на тонких порошках, взятых из контактной зоны бетона класса В25 на

четырех видах керамзита, и продублированные дифференциально-термическим и термо-гравиметрическим анализами показали наличие во всех образцах портландита Са(0Н)2, кальцита СаС03, эттрикгита, гидросиликатов кальция СЗН, в том числе низкоосновных гидросиликатов кальция - С8Н(В). Однако в образцах с наиболее прочным керамзитом кальцита оказалось больше, чем на образцах с Ркц = 4 к 6 МПа. Кроме того было отмечено, что использование кэрамзкта повышенной прочности для получения бетона класса В25 приводит к образованию крупных пор. Отсюда можно сделать вывод, что для бе-тока каждой марки . использование керамзита с оптимальными физико-механическими свойствами позволяет формировать наиболее плотную контактную зону между заполнителем и раствором.

Степень гидратации цемента на границе с заполнителем, подсчитанная в прозрачных клифах под микроскопом по количеству не-гидратирозанных клинкерных зерен, составила 60...65% независимо от прочности керамзита, что выше, чем в массе цементного камня.

Изучение микропрочностных свойств цементного камня, проведенное на полированных шлифах, изготовленных из модельных образцов 3x3x3 см, состоящих из цементного камня с одним зерном керамзита, с помощь© микротвердомера ПМТ-3 показало, что прочность цементного камня на контакте с зерном заполнителя превосходит прочность в массе цементного камня, а также показало повы-пение микрствердости контактной зоны с увеличением прочности заполнителя. Обьяснить это можно одновременным повышением гидравлической активности керамзита.

Технология производства керамзитового гравия к действующий стандарт не исключают возможности использования заполнителя с нарушенной обжиговой оболочкой. Поэтому на свойства бетона оказывает влияние не только минералогический состав поверхностной зоны заполнителя (корки), непосредственно участвующей в формировании контактной зоны, но и толщина и пористость корки заполнителя и гидравлическая активность внутренней части заполнителя в случае применения дробленого заполнителя.

Вопрос о степени влияния гидравлической активности заполнителя с коркой и без корки на прочность бетона нами изучался на бетонах, изготовленных с одинаковым расходом цемента на керамзи-тах, совершенно не имеющих расколотых зерен, и с зернами без обжиговой оболочки (корки снимались наждачным кругом). Результаты

испытаний показали, что прочность бетонов была практически одинаковой на керамзите прочностью 6 и 8 МПа с коркой и без нее.

Объясняется это тем, что гидравлическая активность ядра заполнителя оказывается более высокой, чем у корки. Это замечание справедливо только для прочного керамзита с Ккц = 6 и 8 МПа. Б керамзите с Екц =4.0 МПа гидравлическая активность ядра и корки почти одинаковы (19.1 и 19.3 мг/г пробы соответственно). Гидравлическая активность ядра и корки равна 58.2 и 37.8 мг/г пробы керамзита с Ек,! = 6 МПа, и 87.8 и 73.8 мг/г пробы керамзита с Ккц - 8 МПа.

Высокая гидравлическая активность ядра обеспечивает формирование более прочной контактной зоны, компенсирующей отсутствие обжиговой оболочки керамзита. Это подтверждается испытанием микротвердости контактной зоны и микроскопическими исследованиями.

Разные исследователи легких бетонов, используя в своих опытах пористые заполнители даже одного вида, но с различными физико-механическими свойствами, приходили к разным выводам, что нашло отражение в инструктивных и нормативных материалах. С целью получения максимальной прочности керамзитобетона для исследуемых марок по средней плотности автором диссертации проведены опыты по выявлению оптимальных параметров некоторых технологических процессов, существенно влияющих на конечные результаты.

Формирование структуры бетона начинается уне на этапе приготовления смесей и здесь наиболее важным оказывается порядок загружения компонентов.

Яри перемешивании компонентов силы тяжести стремятся переместить наиболее тяжелые частицы в большей степени, чем более легкие. Поэтому, если при изготовлении тяжелых бетонов наиболее крупные фракции заполнителя наиболее целесообразно загружать в бетоносмеситель в последнюю очередь, то при приготовлении легких бетонов эти Фракции, как наиболее легкие, лучше загружать в первую очередь. Этот принцип загрузки материалов в бетоносмеситель и выдерживается в различных рекомендациях. Однако все эти рекомендации эффективны только при применении пористых заполнителей, не имеющих открытых пор на поверхности, что, естественно, встречается редко. При наличии же открытых пор в них попадает сухой цемент, который практически уже не участвует в структурообразо-вании бетона, что приводит к повышению расхода цемента на 10 ... 15%.

Нами были опробованы порядок загрузсения, предложенный в рекомендациях, и по раздельным технологиям в двух вариантах: с предварительным приготовлением цементного молока до загрузки заполнителей и о предварительным приготовлением растворной составляющей.

Испытания показали, что предварительное приготовление цементного молока до засыпки заполнителей обеспечивает для одинаковых составов прочность бетона на 11 ... 14% выпе, чем при других порядках загрузсения. Однако существующие конструкции бетоносмесителей не позволяют применять эту технологию в произволе-тзешгах условиях. По сравнению с рекомендуемым порядком загруже-ния оказался более эффективным и второй вариант раздельной технологии. Некоторая потеря цемента з порах песка компенсируется повышением его активности.

Процесс приготовления бетонной смеси очень тесно связан со структурообразованием системы раствор - кристалл - коллоид.

Были сделаны попытки найти объяснение ряду физико-химических процессов, проходящих на границе раздела фаз в твердеющих бодовявдих системах. Нами этот вопрос изучался в аспекте изменения удобоукладываемости бетонной смеси во времени и влияния ее конечной (определенной в момент формования образцов) жесткости на прочность КИПИ.

Были изготовлены контрольные образцы кубов, приготовленные по второму варианту раздельной технологии с различной начальной жесткостью. Образцы формовались из одной бетонной смеси с интервалом по времени в 5 жнут, при этом контролировалась несткость в момент формования. Результаты испытаний показали, что на прочность ККПП оказывает влияние не количество воды затворения (начальная несткость), а конечная несткость на момент формования. Прочность бетона увеличилась на 72% при изменении жесткости за 60 мин с 20 с до 50 с и на 15% для бетона с более жесткой исходной смесью.

По результатам опытов было отмечено, что если основное количество воды поглощается из бетонной смеси до ее уплотнения', то "прошедший за этот период отсос воды играет положительную роль в формировании структуры бетона в целом и особенно в приконтактнок слое. Смачивающая жидкость перемещается от низшего потенциала к высшему и при высыхании бетона макрокапилляры обезвоживаются, а узкие микрокапилляры заполняются жидкостью всасыванием ее из бо-

лее крупных капилляров. Это способствует в дальнейшем заполнению пор гидратными новообразованиями и интегральная пористость бетона уменьшается. При этом кикротвердость контактной зоны з наших опытах увеличилась на 20...30%.

Таким образом, при подборе рабочих составов бетонных смесей необходимо учитывать кинетику изменения удобоукладызаемости и прочности зо времени для обеспечения проектного класса бетона и качественного формования изделий.

С позиции окончательного формирования структуры бетона наиболее важным технологическим переделом является процесс трллоз-лажностной обработки (ТЗО). При 130 проявляются объемные деформации бетона под влиянием различных физико-химических процессов: объем геля при гидратации цемента увеличивается; при гювытенни температуры составляющие бетона расширяются; за счет создания избыточного давления, а затек вакуума происходит разрыхление структуры; вместе с тем химическая, капиллярная контракта: и усадка цементного камня уменьшают объем. Выделить отдельно составляющие обьемных деформаций е реальном бетоне методически трудно. Поэтому обычно судят о влиянии режимов ТВО на бетоны различных составов по средним объемным деформациям при нагреве ¡1 их относительным значениям как критерию для опенки степени нарушения структуры.

Нами эти вопросы изучались физико-химическими и механическими методами на моделях в виде стандартных кубов с размерами 15 х 15 х 15 см. в центре которых закладывались по 2 глубинных датчика в двух перпендикулярных направлениях. В качестве измерителя деформаций использовался автоматический деформометр Д-ЗМ повышенной чувствительности, ТВО проводилась в автоматическом режиме в климатической камере производства ГДР.

Ставилась задача: выявить влияние времени начальной выдержки, влажности заполнителей, вида и количества заполнителей на объемные деформации ( усадочные, максимальные расширения и остаточные) бетонов, а через них - на свойства.

По результатам экспериментов можно отметить следующее.

В начальный момент до конца схватывания цемента происходит сжатие системы за счет начальной влажностной усадки. Если подача тепла осуществлялась после схватывания цемента, деформации усадки невелики. При подаче тепла в камеру за 3 часа до окончания схватывания цемента о влажностью среды до 75% происходит обезво-

жнвание бетона к деформации начальной усадки достигают значений с = 50...150-Ю-5 для бетонов, изготовленных на сухих заполнителях, £ = 30. ..80-10"5 для бетонов на влажных заполнителях.

Деформации температурного расширения достигают максимума через 1-2 часа изотермии, после чего в образцах внутриобьемный вакуум начинает снижать деформации.

Тепловая обработка ухудшает прочностные и деформативные свойства бетонов, однако не в одинаковой степени. Образцы, изготовленные на сухих заполнителях, имеют большее снижение прочности (28 ... 35%) по сравнению с бетонами на влажных заполнителях (6 .. . 25%).

Увеличение предварительной выдержки эффективно до конца периода схватывания цемента. За ото время происходит формирование структуры цементного камня с прочностью, достаточной для восприятия напряжений, возникающих при ТВО. Общее время ТВО при этом сохраняется за счет сокращения изотермической выдержки.

На установление класса бетона большое влияние оказывают условия хранения образцов до испытания в 28 - дневном возрасте. Условия хранения, нормируемых ГОСТом 10180 - 90, являются оптимальными для тяжелого бетона.

Пористый заполнитель легкого бетона во влажном состоянии имеет меньыую прочность, чем в сухом, поэтому к моменту испытания необходимо восстановить его прочность. Наши специальные опыты показали, что происходит это за 10 - 12 суток воздушно - сухого хранения.

Четвертая глава посвящена исследованию прочностных и дефор-мативных свойств ККПП.

СНиП 2.03.01-84 "Бетонные и железобетонные конструкции" предусматривает применение легких бетонов классов до В40 при марках по средней плотности до Д2000.

При этом нормативные и расчетные характеристики для легких бетонов с пористыми заполнителями назначаются равными, как у тяжелого бетона для оценки призменной прочности (Rb), а прочность на осевое растяжение (Rbt), начиная с класса В15, уменьшается на 5... 15%.

В наших опытах, проведенных по 3-м композиционным планам, также отмечается при прочих равных условиях указанная закономерность.

В табл. 1 приведены данные, характеризующие свойства бего-

Таблица I

Составы и свойства ККШ1, определенные по окспориыентально-статистическш модели,']

Составы Классы бетона

и свойства Ъ25 B3ü Í335 1340 Б45 Б50

координаты в факторном простр-во

Ki;x2'x3 ~Ü,78;-I;+I -0,53 ; -I ; +1 0 Д ;-I ;-rI 0,I45;0;+I U.I7:+I;+I G,84 ; +I;+I

Х1;Х2;Х3 262; 4;60 309;4;60 423;4;ôO 436;ô;60 442;8;60 570;8;60

R , ¡Ша 32,7 33,2 45,7 52,4 sü.a 65,4

со "tj 1133 1400 1172 I4UÜ 1254 1600 1393 1800 1507 1597

J R¿ , Ivflla 29,7 35,6 41,5 51,7 52,5 59,4

Iö,5 22,0 25,5 2Ü,U - -

Rßi Ша I.UÜ I.Ib biï 2,13 2,31 2,8b

1,35 1,5 1,65 1,3 - -

£6 -М^Ша 1,37 1,42 1,51 1,67 1,91 у

1,45 1,55 I, fcäU 2,10 -

Окончание таблицы I

Составы и свойства Классы бетона

В20 В25 ВЗО В35 В40 В45

Координаты в факторном пространстве

х1»х2'х3 -0,83{-1{+1 -С.36;-1;+1 -0,26;0;+1 -0,2;+1;+1 0.32:+1:+1 +1:+1:+1

Х1;Х2;Х3 252;4;60 342;4;60 360;6;60 372;8;60 471;8;60 600;8;60

, МИа 26,2 32,7 39,2 45,7 52,4 57,5

р0, кг/м3 974 1400 1054 1400 1184 Х400 1284 1600 1377 1800 1505

2 Яь, МПа 22,3 15,0 27.4 18.5 34,9 22,0 36.6 25,5 41,7 29,0 45.8

Кы МШ1 0,94 1,02 1,20 1,15 1.64 1,2В 2,25 1,40 2,40 1,53 2.42

Еб «КГ4, Ша 1,03 1,35 1,17 1,45 1,37 1,55 1.59 1,80 1р66 2,10 1.65

Примечание: в числителе приведены экспериментальные данные, в знаменателе - по СНиД 2.03.01-84. I - бетон на дробленом керамзитовом песке; 2 - бетон на кизельгуре

нов минимальней плотности. Максимальное снижение плотности по сравнению с нормируемыми знамениями достигает 500 кг/к3. Вместе с тем, значения Кь и для одних и тех же классов бетона в диапазоне исследуемого многомерного пространства могут 'отличаться от нормируемых значений на 15.. .50% как в меньшую, так и з большую сторону.

Конкретные значения выходных параметров для бетонов с мелким заполнителем могут быть определены по приведенным ниже математическим моделям со всеми значимыми оценками коэффициентов -для прочности на сжатие (Е), плотности бетона в сухом состоянии (р0), коэффициента призменной прочности (Кпр = Нь/К), прочности на осевое сжатие и начального модуля упругости (¿ь-10~4):

для бетона на дробленом керамзитовом песке Р. = 48. 11. 9Х! +5. 6х2. 6х3-5. 7х1г+0. 7хгг+0. 7х3г+3. 6х, 2 р0 = 1356+137х1+120х2+15х3-18х12-11х22-8хз2+15х12 Кпр = 0.Э6+0.025х3+0. 0008х1г-0.079хгг+0. 0003х3г

О - О О^чг |Г1 Г. ос.. ? п Л.И,. ? ■ 2--

^ ^ к.. ^ "и. сол^ "^и.Ю;^?

ЕЬ-10~4=1.6+0. 13Х!+0. 18х2+0.08х3-0.08х,г+0.04хгг-0.03х,г+0. 06х12

для бетона на кизельгуре й « 40.3+11:^+6.1х2+2.1X3-4.5х,2+1Х22-0.Зх3г+2. 5х1г р0 = 1239+177. 3x^101. 4х2+7.4х12-11.6х22-9. 1х32 1{яр = 0. 86-0. ОПХ^О. 018х2 + 0. 026х3+0. ООЭЭх^-О. 065Хгг-0. 005х32

= 1.64^0.31х1+0.49х2+0.14х3-0.21х12^0.1х22-0.05хз2 ЕЬ'10"4 = 1.43-0.15х,+0.1Эх2-0.12Х,2+0.01х2г-0. 01х3г

В качестве изучаемых факторов были приняты: хх = (410+190)кг - расход цемента на 1 м3 бетона; хг=(6±2)МПа -прочность керамзита в цилиндре; х3=(35±25)с - жесткость бетонной смеси.

Приведенные математические модели могут быть использованы и при факторах, несколько отличающихся от использованных в эксперименте. Для этого необходимо провести три опыта на нулевом уровне для корректировки свободного члена уравнения.

СНкП 2.03.01-84 допускает при проектировании конструкций применять экспериментальные значения расчетных характеристик бетона. Это позволяет значительно повысить их технико-экономическую эффективность.

Пятая глава посвящена анализу технико-экономической эффективности использования КК'ПП и оптимизации технологических процессов в производстве несущих конструкций.

Результаты исследований были использованы в виде номограмм

по подбору оптимальных рецептурных составов ККПП и рекомендации по оптимизации технологических параметров производства при освоении выпуска ряда конструкций из керамзитобетона взамен аналогичных конструкций из тяжелого бетона. В АО СПК "Димитровградс-трой" налажено массовое производство плит перекрытий, перемычек, фундаментных балок, в АО "Новоульяновскжелезобетон" - керамзи-тобетонных свай, ребристых плит покрытий, многопустотных плит перекрытий.

Материалы диссертации были использованы при разработке Ульяновским политехническим институтом совместно со Средневолжским филиалом ЦНИИОМТП автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП).

При участии автора в АООТ "Завод ЖБИ-З" г.Ульяновска было освоено производство крупноразмерных плит покрытий и безраскосных ферм. От внедрения разработок автора получен общий годовой экономический эффект 247.838 млн.руб.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Теоретически обоснована и практически подтверждена возможность получения керамзитобетона пониженной на 400-500 кг/м3 средней плотности классов на осевое сжатие В20...В50. Исследование структурообразования композиционного материала на основе искусственных пористых крупных и мелких заполнителей с использованием методов электротензометрии, ультразвука, дифференциально-термического и рентгенофазового анализов выявили возможность снижения внутренних напряжений до приложения внешней нагрузки и формирование качественной границы раздела фаз композита при максимальном насыщении его крупным заполнителем.

2. Для бетона каждого класса необходимым условием является применение керамзита определенной прочности, использование керамзита как слабого, так и с чрезмерной прочностью для данного класса бетона не обеспечивает формирование однородного материала с минимальным количеством дефектов.

3. Доказана возможность использования керамзитового гравия с нарушенной обжиговой коркой без увеличения расхода цемента при гидравлической активности ядра керамзита выше или равной активности его оболочки.

4. Определены оптимальные технологические параметры производства изделий и конструкций из керамзитобетона пониженной плотности:

- предлагаемый инструктивными документами порядок загруже-иия компонентов при приготовлении бетонных смесей с заполнителями, имеющими открытые поры на поверхности, приводит к перерасходу цемента за счет попадания его в поры и исключения из формирования цементного камня в растворной составляющей бетона. Рекомендуется при приготовлении смеси вначале готовить растворную составляющую, а крупный заполнитель вводить в конце перемешивания;

- бетон, приготовленный на увлажненном керамзите, при ТВО находится в более благоприятных условиях процесса теплокассопе-ренооа, чем при использовании сухого керамзита. Это обеспечивает более высокую прочность бетона после пропаривания (на 10...15%), но при этом модуль упругости бетона оказывается на 2...1% ниже;

- для обеспечения максимальной прочности бетона после пропаривания необходимо обеспечить бездефектное формирование структуры цементного камня за счет предварительной выдержки отформованных образцов при ТВО до конца схватывания цемента. Общее время ТВО при зтом может не изменяться;

- рекомендуемые ГОСТом 10180-90 условия хранения контрольных кубов в камерах нормально -влажностного твердения являются оптимальными для получения максимальной прочности тяжелого бетона, но для бетонов на пористых заполнителях, имеющих значительное снижение прочности во влажностном состоянии, необходимо перед испытанием обеспечить восстановление прочности заполнителя за счет высыхания образцов в воздушно-сухих условиях в течение 10-12 суток.

5. Получены экспериментально-статистические математические модели прочностных и деформативннх свойств ККПП. Показана возможность получения керамзитобетона с расчетными характеристиками. отличающимися от нормируемых СНиП 2.03.01-84, как в меньшую, так и в большую сторону от 15 до 50% за счет оптимизации рецептурного состава и технологических параметров.

6. Показана технико-экономическая целесообразность производства несущих конструкций из ККПП:

- применение керамзита улучшенного качества и максимальное

насыщение им бетона позволяет снизить расход цемента на 20...30% на 1 мЗ по еравнению со СНиП 5.01.23.-83;

- обеспечивается снижение себестоимости продукции на 31-37 тыс.руб. на 1 м3 бетона (в ценах сентября 1995 года); - внедрение безраскосных ферм и ребристых плит покрытий в АООТ "Завод ШБй-З" г. Ульяновска при участии автора обеспечило годовой экономический эффект 154.838 млн.руб.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Арбузова Т.Б., ЯмлеевУ.А., Кудряшова р.А. Исследование напряженно-деформированного состояния конструкционного керамзи-тобетона в процессе тепловланностной обработки // Строительные материалы, 1995. -N8. -С.6-7.

2. Арбузова Т.Б., Кудряшова Р.А. Исследование физико-механических свойств керамзитобетона пониженной плотности.// Изв. ву-

Г* Tiv-1 nr^Tin тт? лгт>р г\ ^ О Г) р _ М/ ■u^Z*. 'Ji^uiiit./lbvibu, . iOCU. Ь.

3. Кудряшова P.A. Заполнитель для легкого бетона из обожженного диатомита. -Ульяновск: ЦНТИ, 1995. -2 с. -(Информ. листок / Ульян, межотрасл. террит. центр НТИ и пропаганды; N99).

4. Ямлеев У.А.,Прудников В.П., Кудряшова P.A.,Пьянков С.А., Сычева Г.А. Снижение материалаемкости свай.//Изв.вузов. Строительство, 1995. N1. С.66-69.

5. Совершенствование технологии производства железобетонных конструкций с пониженной материалоемкостью: Итоговый отчет /Ульян, политехи, ин-т; Руководитель работы У.А. Ямлеев. -NFP 01920004683, -Ульяновск, 1993. -88 с.

6. A.c. 1796461. Установка для'изготовления пустотелых бетонных изделий /У.А.Ямлеев, Р. А.Кудряшова, И.В.Лушина.-Опубл. в Б. И., 1993. N7.

7. ЯмлеевУ.А., Кубашов Е.В., Кудряшова Р. А., Якушин В. А. Несущие конструкции из керамзитобетона пониженной плотности. //Бетон и железобетон. -1988. -ИЗ. -С.5-7.