Расчетно-экспериментальное проектирование составов легкого бетона

Дворкин Л.И., д.т.н., проф., Дворкин О.Л., д.т.н., проф. (Национальный университет водного хозяйства и природопользования, г.Ровно, Украина)

Ряд расчетных методов предполагает использование обобщенных зависимостей [1-3]. Однако в таких случаях, как правило, требуются данные по специальным свойствам цемента, заполнителей и другим параметрам, трудноопределимым на практике.

Авторами предлагаются новые расчетные методы проектирования составов легких бетонов плотной и поризованной структуры. Данные методы используют ряд аналитических зависимостей а также зависимостей, полученных путем аппроксимации экспериментальных данных, и описывающих связь между искомыми параметрами состава и характеристиками бетона.

Методы применимы для расчета состава легких бетонов плотной структуры на кварцевом песке.

В данном методе исходной величиной для расчета является широко используемый для оценки строительных материалов коэффициент конструктивного качества , где R_б – прочность при сжатии в МПа, _б – плотность, кг/м³.

При постоянной плотности прочность керамзитобетона зависит, главным образом, от расхода цемента (Ц) и прочности зерен керамзита (R_к) [2]. Обобщенная зависимость А = f (Ц, R_к), полученная путем аппроксимации литературных данных и данных авторов и с учетом корреляции между прочностью заполнителя и средней плотностью его зерен, а, следовательно, и насыпной плотностью _к.н, имеет вид:

, (1)

где k = 6∙10^-7; n = 0.3; b – коэффициент, зависящий от прочности бетона.

В более общем случае коэффициент конструктивного качества А необходимо рассматривать как некий мультипликативный коэффициент А* – произведение коэффициентов А_i, учитывающих влияние ряда технологических факторов, в частности вид применяемого цемента и удобоукладываемость смеси:

А* = рА_і=А ∙А₁∙А₂, (2)

Значение коэффициента А₁ в зависимости от марки бетона и активности цемента (R_ц), МПа10:

где a = 0,0173; b = 4∙10^-5; c = 4∙10^-4; d = 1,154 – ряд эмпирических коэффициентов. При использовании цемента М400 можно принимать А₁ = 1.

Значение коэффициента А₂ зависит от необходимой жесткости (подвижности) смеси:

А₂ = 1,038 –0,0094∙Ж; (4)

или А₂ = 0,0164∙ОК + 1,054, (5)

где Ж – жесткость смеси, с по стандартному вискозиметру, ОК – подвижность, см.

Если представить керамзитобетон как материал, состоящий из керамзита и цементно-песчаного раствора, то его объем будет составлять:

Среднюю плотность бетона можно найти из уравнения:

где  – объемная концентрация керамзита, _зцт – плотность зерен керамзита в цементном тесте, _зк – плотность зерен керамзита, _р – плотность раствора, которая может быть принята равной в среднем 2100 кг/м³ [2].

Входящий в формулу (7) коэффициент К_р, представляет собой коэффициент раздвижки зерен керамзита раствором, т.е. учитывает часть раствора, которая вводится в бетонную смесь сверх количества, необходимого для заполнения межзерновых пустот в керамзите . Тем самым, коэффициент раздвижки определяет консистенцию смеси, ее удобоукладываемость.

В результате проведения серии экспериментов по формуле (7) были рассчитаны значения К_р, связанные в зависимость К_р = f (_б, _к.н, Ж). Упрощенно данная зависимость представлена в виде табл.1.

Объемную концентрацию керамзита можно связать с его межзерновой пустотностью уравнением:

или . (8)

Таким образом, задача нахождения расхода керамзита сводится к определению значения К_р при заданных свойствах бетона.

Таблица 1

Оптимальные значения коэффициента раздвижки

1. Из условий обеспечения заданной прочности R_б и плотности _б керамзитобетона определяется значение коэффициента А*.

2. Определяют значение коэффициента А₁ в зависимости от марки бетона и активности цемента (формула 3).

3. По необходимой жесткости (подвижности) смеси находят коэффициент А₂ (формулы 4, 5).

4. Из формулы (2) находят значение коэффициента А.

5. При использовании керамзита с определенным значением насыпной плотности расход цемента может быть получен из зависимости (1):

Формула (9) учитывает применение керамзита наибольшей крупностью 20 мм. При использовании керамзита крупностью 10 мм, расход цемента необходимо увеличивать в среднем на 10%, а крупностью 40 мм – уменьшать на 10%.

6. Для определения расхода крупного заполнителя (керамзита) предварительно принимают значение коэффициента раздвижки К_р зерен керамзита растворной составляющей в зависимости от насыпной плотности керамзита и плотности бетона (табл. 1).

7. Находят объемную концентрацию крупного заполнителя (керамзита) из формулы (9). Принимая среднее значение межзерновой пустотности керамзита , можно найти

8. Расход крупного заполнителя К, кг/м³:

где _зцт – плотность зерен керамзита в цементном тесте, кг/м³.

При отсутствии данных по плотности зерен заполнителя в цементном тесте, можно пользоваться следующей зависимостью:

К =  ∙1,05_зк = 1,89 ∙_к.н . (12)

9. Ориентировочный расход воды определяем исходя из удобоукладываемости смеси и насыпной плотности керамзита:

В = 2,33∙ОК - 20,38∙Ln(р_к.н) + 335,6 (13)

или В = 258,2 - 21,87∙Ln(Ж) - 0,0395∙р_к.н . (14)

Уравнения (13-14) получены путем статистической обработки данных [1-4] и справедливы при применении керамзитового гравия с наибольшей крупностью зерен 20 мм. При увеличении крупности зерен крупного заполнителя до 40 мм расход воды уменьшают на 15 л, а при уменьшении до 10 мм – увеличивают на 15 л.

10. Расход плотного (кварцевого) песка П, кг/м³ определяется из уравнения средней плотности легкого бетона в сухом состоянии:

П = _б − 1,15Ц − К. (15)

ІІ. Расчет состава конструктивного керамзитобетона на основе обобщенных эмпирических уравнений.

Данный метод имеет определенные отличия от предыдущего. В частности, насыпная плотность крупного заполнителя определяется расчетным путем, а не назначается. Кроме того, метод является более общим, позволяя по нижеприведенному алгоритму рассчитывать составы бетона не только на керамзите а и на других легких заполнителях, при этом изменяются лишь некоторые коэффициенты в уравнениях.

1. Из условий обеспечения заданной прочности бетона (R_б, МПа) и его средней плотности (ρ_б, кг/м³) определяется марка керамзита по насыпной плотности ρ_к.н, кг/м³:

, (16)
2. Расход цемента определяют исходя из заданной прочности бетона R_б и марки крупного заполнителя по прочности. Поскольку существует определенная корреляция между прочностью заполнителя и средней плотностью его зерен, то нами получены зависимости по которым расход цемента (Ц, кг/м³) определяется из величин R_б и ρ_к.н:

Ц = [29,86R_б − 119,1 − (0,021R_б − 0,16)∙_к.н]∙К_ц, (17)

К_ц – коэффициент поправки на марку цемента, при использовании цемента с маркой, отличной от М400 (для М400 К_ц =1):

К_ц = (0,0019 − 0,00004R_ц)∙R_б − 0,00316∙R_ц + 1,1076. (18)

3. Начальный расход воды В_о, л/м³, в зависимости от показателя удобоукладываемости бетонной смеси и вида заполнителя:

В_о = 3,33∙ОК + 224,7 − 0,05∙_к.н, (19)

или В_о = 235,8 − 0,85∙Ж − 0,05∙_к.н. (20)

Уравнения (19-20) также как (13-14) справедливы при крупности зерен заполнителя 20 мм. При увеличении крупности зерен крупного заполнителя до 40 мм расход воды уменьшают на 15 л, а при уменьшении до 10 мм – увеличивают на 15 л.

4. Для определения расхода керамзита предварительно находим значение его объемной концентрации :

начальное значение _о = 0,0004_к.н − 0,0005_б + 0,926. (21)

Уравнение (21) справедливо при водопотребности песка 8% и при В_о = 200 л/м³.

При другом значении В_о необходимо учитывать поправку :

 = (1,2 − 0,001В_о) − 1. (22)

Общее значение объемной концентрации

 =  _о + . (23)

5. Расход керамзита К, кг/м³ определяется по формулам (11-12).

6. Поправки на расход воды В₁, В₂ и общий расход воды В, л/м³:

В₁ = 2000( − 0,37)², (24)

В₂ = 0,15(Ц − 450) при Ц > 450 кг/м³, (25)

В₂ = 0 при Ц ≤ 450 кг/м³. (26)

Общий расход воды, л/м³:

В = В_о + В₁ + В₂. (27)

7. Расход мелкого заполнителя определяется по уравнению (15).

Общий алгоритм расчета по обеим методикам приведен на рис. 1. В табл. 2 приведены результаты расчета состава конструктивного керамзитобетона марки 250 с плотностью 1700 кг/м³ при подвижности бетонной смеси 3…7 см, по методам, предлагаемым в Руководстве [5] и в данной статье. Материалы: портландцемент М500, керамзит с максимальной крупностью зерен 20 мм, пустотностью 0.44 и насыпной плотностью 700 кг/м³, песок кварцевый с плотностью 2600 кг/м³ и водопотребностью 8%.

Таблица 2

Результаты расчета состава конструктивного керамзитобетона

Составы	Расход материалов, кг на 1 м3 бетона
	цемент	вода	керамзит	кварцевый песок
по предлагаемым методам: I II по [5]	375 371 362	214 207 205	456 463* 452	804 810 880

* Расчетное значение насыпной плотности керамзита 730 кг/м³.

Результаты расчета по различным методам показывают достаточно высокую сходимость значений расходов материалов.

Каждая из приведенных методик применима для расчета предварительного состава керамзитобетона плотной структуры, который должен уточнятся в производственных условиях.

Список литературы

1. Ахвердов И.Н. Легкий бетон. – М.: Госстройиздат, 1955. – 100 с.

2. Довжик В.Г., Дорф В.А., Петров В.П. Технология высокопрочного керамзитобетона. – М.: Стройиздат, 1976. – 136 с.

3. Иванов И.А. Технология легких бетонов на искусственных легких заполнителях. – М.: Стройиздат, 1974. – 287 с.

4. Справочник по бетонам и растворам / Чехов А.П., Сергеев А.М., Дибров Г.Д. – К.: Будівельник, 1983. – 216 с.

5. Руководство по подбору составов конструктивных легких бетонов на пористых заполнителях. – М.: Стройиздат, 1974.

Рис.1. Блок-схема расчета состава конструктивного керамзитобетона

жүктеу/скачать 86.5 Kb.

Достарыңызбен бөлісу: