CC BY
19
ГИДРОТЕРМАЛЬНАЯ ОБРАБОТКА КОМПОНЕНТОВ БЕТОННОЙ СМЕСН В УСЛОВИЯХ ПЛАНОВОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
В.А. Погорелов
ИГАСУ
Дана оценка гидротермальной обработке компонентов бетонной смеси, где в условиях планового эксперимента при расчётно - теоретическом обосновании установлен приемлемый вариант.
The overall assessment of hydrothermal treatment of concrete mix components is given where the accepted variant of 2 examined concrete mixes was established in the conditions of experimental design.
Общие вопросы расчётной концепции гидротермальной обработки
Гидротермальная обработка также, как и энергообработка бетонной смеси составляет ряд технологических особенностей, как в подборе состава бетонной смеси, так и в расчётно - теоретическом обосновании: в температурном регламенте, устанавливается термообработка бетонного изделия, что и составляет в целом для тяжёлых бетонов характерная плотная структура.
Структура бетона, как правило, изотропна, то есть её свойства по разным направлениям (приблизительно) одинаковы. Однако, в своей работе [1, с.71-82] доктор технических наук, профессор Ю.М.Баженов установил, что путём особых приёмов формирования или введения специальных структурообразующих элементов структуре бетона может быть придана анизотропность, то есть её свойства в одном направлении будут заметно отличаться от свойств в другом направлении.
Общеизвестно, что в плотной структуре тяжёлого бетона цементный камень имеет значительное количество пор. Указанные факты и послужили основой в создании на нетривиальном уровне новой расчётно - теоретической концепции, что и составило на практике «структуру в структуре» в бетоне.
В качестве расчётных составляющих принимаем данные из статьи: «Влияние гранулометрического состава бетонной смеси на структурное преобразование бетонной прочности», где принимаемый состав бетонной смеси вносим в таблицу - 1, при этом из рис. 2 «Номограммы для корректирования удельного расходования гидратов - минералов по формированию кристаллической структуры цементного камня» принимаем G = 2,86г/л, что составит уц = G-1000 = 2,86г/л-1000г=2860кг/м3.
Для определения расчётного коэффициента прочности, находим:
- долевые соотношения цементного теста к бетонной смеси по факту интерполяционной плотности
[1-^ор ]4-(ур / Y J
933,300кг / м3 2324,726кг / м
3
3 \
3
(1-0,401467)= 0,598533 ;
ч
370,877ki / iv.
(1-0,189819)= 0,810181 ; где
Уб.см =(уб.см "Ц)= (2324,726-370,877)кг/м3 =1953,849кг/м3 ;
ВЕСТНИК 1/2010
Таблица 1
Итоговые результаты расчётно - теоретического подбора состава бетонной смеси
№ опыта I. «эталонный состав» Фактор - 1 без нагрузок /вариант состава -1.1/: II. «рабочий состав» Фактор - 2 с нагрузокой /вариант состава -2.2/:
У б.см , КГ / М 3 У б.см , КГ / М 3
1. п 584,249 587,986
2. ц 370,877 358,812
3. Щ 1235,941 1243,841
4. в 133,659 147,177
5. Доб 12,183 12,183
Еу б.см 2336,909 2349,999
^У бУ Х 2324,726 2337,816
П 2,354271 2,175189
У ЦК 933,300 кг / м3
л б.см 2,976816
- ротационный коэффициент постоянной тонкой структуры «цементного камня»
0,598533
= [а -(л? /5^ )Низл =
137,036
0,961288 =
0,810181
= [137,036-0,738765 ]-0,961288 = 101,237401 -0,961288 = 97,318299 ; где: циш, - коэффициент цементно - кластерной излучаемости при цепной реакции в результате гидратации цемента
А
(1,230253)4 _ 2,290750 _
Пизл =(у ц /У б.см )4/ Л = (кбр )4/Л =
( 2860кг/м3 ^
/3,141593 =-
3,141593 3,141593
2324,726кг / м\ = 0,729168 , где пизл = (пИЗл)°Д25 =(0,729168)0Д25 = 0,961288. Определяем поверочную плотность равновесного излучения «цементного камня» (по Планку); принимая 1К=1° С , находим : 273,15° К
Л
ч 1° С-97,318299 ,
= 2,806769<лЕ = 2,820 ;
л~ =[т/11 -а ^О« ]=
где а^ =(аЗО-лк )= (97,318299-0,995308)= 96,861682 «96,862 ; 2,806769
л к =(лЕ/лЕ )=-,
2,820000
- = 0,995308
Определяем ротационный коэффициент прочности: К а =(а &/ а*)0,25 =(°,706836Р = 0,916916
что и составит при интерполяционной прочности, в соответствии таблицы 2 фактическую прочность «цементного камня» бетона
У К* = 3?,573МПа = 40,978МПа « 41МПа ^ 6 0,916916
Таблица 2
Интерполяционная прочность «цементного камня»
№ О п ы т а «Эталонный состав» бетонной смеси, кг / м3 /Фактор - 1/: Интерполяционная прочность
Бетонная смесь Фактическая Прочность
Симплекс - плотность У1 у, кг / м3 К МПа f б Я, МПа
П Х1 =(584,249)2 = 341346,894 245,368 191,071 4,655 1,09062 5,077
Ц Х1 =(370,877)2 = 137549,749 267,151 208,019 5,518 1,09062 6,018
Щ Х1 = (1235,941)2 = 1527550,15 587,045 457,107 26,642 1,09062 29,056
в Х1 =(133,659)2 = 17864,728 99,021 77,103 0,758 1,09062 0,827
^ Х1_4 = 2024311,526 1198,6 933,300 37,573 1,09062 40,978
у ф1 2024311,526 = 1422,783кг / м3 933,3кг / м3 3 > уг„ =-= 396,428кг/м ^ р 2,354271
Уб.см =У1 • псм = 1198,603 • 1,939530 = = 2324,726кг / м3 у К? = 37,573МПа = 40 8МПа ^ 6 0,916916 {б = 4°,97ШШ = 1,090624 0 37,573МПа
В соответствии таблицы 1 установленные «Факторы: 1 и 2» фактически близки по расчёту, - принимаем для интерполяционной обработки прочность бетона по таблице 2, с учётом основ [2 +3]. В итоге составляем формулу математической модели плотности по «Фактору - 1»:
у бсм =584,249Х) +370,877Х2 +1235,941Х3 +133,659Х4 -888,910Х1Х2 -837,519Х!Х3 + +7,384Х1Х4 +1027,810Х2Х3 +424,960Х2Х4 +266,275Х4Х3 =2324,726кг / м3. Расчёт и построение симплекс - диаграммы по результатам проведения планового эксперимента
Симплекс - решётчатый план и результаты эксперимента даны в таблицах № 1^2. Сочетание смесей отдельных фракций бетона соответствует плану экспериментальных точек, расположенных в углах и в середине симплексной решётки (рис.2). Проведённые опыты по факторам Х1 ^ X4 выполнены для проверки адекватности теоретических и экспериментальных данных, [2]. После расчёта коэффициентов регрессии и статистической оценки их значимости получены интерполяционные модели плотности и прочности «цементного камня» бетонной смеси:
у цк =191,071Х1 + 208,019Х 2 + 457,107Х3 + 77,103Х 4 -396,952Х1Х 2 -306,057Х1Х 3 + +7,973Х1Х4 + 452,985Х 2 X 3 +196,150Х 2 X4 + 45,901Х 4X3 = 933,300кг / м3;
ВЕСТНИК МГСУ
1/2010
Ксж = 5,077Х1 + 6,018Х2 + 29,056Х3 + 0,827Х4 -29,170Х1Х2 -23,988Х1Х3 + 4,381Х1Х4 +
+28,096Х 2 X 3 +11,985Х 2 X4 +8,696Х4X 3 = 40,978МПа. Полученные данные уравнения позволяют вычислить значения исследуемых параметров в любой точке симплексной решётки и по ним построить контурные кривые (изолинии), описывающие влияние компонентов бетонной смеси на плотность и прочность при их интенсивной обработке. При наложении этих кривых представляется возможным определить рациональную гранулометрию бетона из условия наибольшей прочности материала при его установленной плотности (рис.2).
Л
* / •
а) б)
Рис.1. Фрагменты бетонных образцов марки 300(В22,5) полученные при испытании на прочность /остаточный вид бетонных кубиков 100х100х100(мм)/: а) без нагрузки на бетонную смесь;
б) с нагрузкой на бетонную смесь / Ор = 81,312г / см2 /.
Рис.2. Симплекс - диаграмма структурной гранулометрии «цементного камня» бетонной смеси : - изолинии плотности бетона, кг/м3 ;
-----изолинии прочности при сжатии бетона, МПа .
Область оптимальной гранулометрии (на диаграмме обозначена заштрихованным многоугольником) характеризуется расчётными данными таблиц 1^2. По факту построения симплекс - диаграммы установлена развёрнутая по форме спирали - образующая изолиния, которая, в свою очередь, характеризует прохождение напряжённости «в работе» непосредственно «цементного камня» бетонного изделия.
Оставшиеся после испытаний на прочность фрагменты одноконусных и двухко-нусных бетонных образцов фактически представляют на практике истинное структурное преобразование бетонных изделий «структуру в структуре», где «цементный камень» и представляет основу структурной прочности бетона в целом (см. рис.1 а,б).
Литература
1. Баженов Ю.М., Комар А.Г. Технология бетонных и железобетонных изделий: Учебник для вузов. -М., Стройиздат, 1984. - 672с.
2. Зедгинидзе И Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем. М., «Наука», 1976. - 390с.
3. Руководство по подбору составов тяжёлого бетона. НИИЖБ. - М.: Стройиздат, 1979. - 103с.
Ключевые слова: гидротермальная обработка, составы бетонной смеси, модели плотности и прочности, «симплекс - диаграмма», плановый эксперимент, гранулометрии «цементного кам-
Keywords: hydrothermal treatment, proportions of concrete mix, design and durability models, «simplex-diagram», experimental design, «cement stone» grading.
Рецензент: Гуюмджян П.П., научный консультант, доктор технических наук, профессор Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ивановский государственный архитектурно-строительный университет».
E-mail автора: [email protected]
