Оптимизация состава бетонных смесей, применяемых в водохозяйственном строительстве

При оптимизации состава бетона на мелкозернистых песках весьма важно произвести объективную оценку их влияния на технологические свойства бетонной смеси. Известные способы учета влияния мелкозернистых заполнителей на консистенции бетонной смеси [1,2] лишь косвенно характеризуют свойства песка в бетоне. Предложенная методика оценки качества песков по величине их водопотребности () с учетом прямо пропорциональной зависимости между  и водопотребностью бетонной смеси ([1], как показали опытные данные (рис.1), справедлива только для стандартных заполнителей.

В связи с этим нами проведены исследования по изучению влияния качества различных песков на технологические свойства бетона и разработаны два способа оценки качества мелких заполнителей, позволяющие использовать их при проектировании составов бетонной смеси заданной консистенции. При этом качество песков оценивается комплексным структурным параметром , которых входит в уравнение вибровязкости цементно-песчаного раствора, имеющее вид:

,                                                                                            (1)

где  — параметры насыщения раствора песком и цементного теста вяжущим:

;                                                                                                       (2)

,                                                                                                              (3)

в этих выражениях - песчано-цементное и водоцементное отношения; - плотность вяжущего; - нормальная густота цементного теста в относительных единицах.

Параметр, характеризующий качество песка  в уравнении (1) может быть определен либо по экспериментальным данным консистенции бетонной смеси (испытанием песка в бетоне), либо по водопотребности песка, устанавливаемой по методике, приведенной в работе [1].

Для установления значения параметра  по первому способу достаточно произвести два замеса различным песчано-цементным отношениям при постоянном водоцементном факторе  и определить соответствующие значения опытной консистенции (вязкости) бетонной смеси. В случае определения консистенции смеси по осадке стандартного конуса , переход к расчетной вязкости  осуществляется по формуле (1), приведенной в работе [3]. В данном способе параметр  вычисляется по формуле:

,                                                                             (4)

где - разница песчано-цементных отношений двух замесов бетонной смеси;  — параметр насыщения бетонной смеси крупным заполнителем, равный

,                                                                                                            (5)

где  и  — удельная поверхность, насыпная масса и пустотность крупного заполнителя соответственно.

Рис. 1. График зависимости : 1 — по данным [1]; 2 — по опытным данным

Насыпная масса и пустотность крупного заполнителя определяются стандартными способами, а удельная поверхность может быть вычислена (на основании гранулометрического анализа) по формуле:

,                                                                                                                     (6)

где - коэффициент, характеризующий геометрическое очертание зерен заполнителя (коэффициент формы), определяемый на основании петрографического анализа; - плотность щебня (гравия); - средняя крупность (средний расчетный диаметр) зерен, которая определяется из выражения:

,                                                                                                           (7)

здесь - частные остатки в % на стандартных ситах, начиная с сита наименьшего размера; - размер отверстия соответствующего сита.

Значение коэффициента формы  в формуле (6) оценивается отношением истинной поверхности одного зерна заполнителя к его расчетной, определенной по выбранной зависимости. Следовательно, можно выразить: , здесь - средний истинный, - средний расчетный диаметр зерен. С другой стороны, из условия постоянства величины общей поверхности зерен (=, где  и - расчетное и истинное количества зерен): , а отсюда имеем довольно простое и удобное выражение коэффициента формы: . В этой формуле расчетное количество зерен определяется на основании их средней крупности по следующей очевидной зависимости:

,                                                                                                                (8)

где - масса испытываемого заполнителя.

Приведем пример по определению коэффициента формы и удельной поверхности для зерен крупного заполнителя. В гравии Танхазского карьера, с плотностью  = 2,69 г/см³, средней крупностью = 0,98 см количество зерен в одном килограмме составляло = 608 штук. Определяем и :

По формуле (8):  шт., коэффициент формы ; по формуле (6):  см²/г.

Второй способ определения параметра  вытекает из самой структуры уравнения (1), а также из двух условий методики профессора Ю. М. Баженова [1] по определению водопотребности песка: 1-постоянства консистенции опытных растворов ; 2-постоянства величины песчано-цементного отношения . Эти положения позволяют выразить параметр  как функцию опытного водоцементного отношения, характеризующую, в свою очередь, водопотребность песка ().

Таблица 1

Значения параметра , рассчитанные по формулам (4), (10) при  и по формуле

На основании изложенного, используя формулу определения водопотребности песка, приведенную в работе [1], уравнение (3) можно выразить в виде:

.                                                                                                           (9)

Подставляя значения  и  из зависимости (9) и (2) в уравнение (1) и принимая равными величины ; (по опытным данным), после некоторых преобразований находим параметр качества мелкого заполнителя в бетоне:

.                                                                         (10)

В таблице 1 приведено сравнение значений параметра , вычисленных из зависимости (4) и (10) для песков различной крупности и водопотребности. Хорошее соответствие приведенных результатов на основе анализа консистенции бетонных смесей и растворов подтверждает применимость и равноценность обоих способов оценки качества мелкозернистых заполнителей при оптимизации составов бетона. Параметр  можно вычислить также по формуле  приведенной в работе [3], которая была получена на основе статистического анализа опытных данных методом корреляции. Как показывают расчетные сравнения, при этом имеет место практически одинаковые значения параметра , вычисленные вышеуказанными способами.

Зависимость (1) позволяет также учитывать влияние различных химических добавок на консистенции бетонных смесей. При этом их влияния проявляются в изменении нормальной густоты цементного теста.

Полученные зависимости (4) и (9) позволяют расширить область применения предложенного ранее [3] способа оптимизации составов бетона, включая нестандартные мелкозернистые пески.

Литература:

1.      Баженов Ю. М. Технология бетона. — М.: АСВ, 2010. — 500 с.

2.      Ахвердов А. Н. Основы физики бетона. — М.: Стройиздат, 1981. — 464 с.

3.      Хуррамов Ш. Х., Авлакулов М. Реолого-технологические аспекты управления и оптимизации состава гидротехнического бетона. // Инновацион технологиялар.-Карши, 2014, № 4 — с. 30–34.