4. Дрібнозернисті бетони

В останні роки все ширше застосовуються дрібнозернисті бетони (МЗБ), в тому числі для литих, пресованих і вібропресованих виробів.

Численні експериментальні дані показують, що на міцність дрібнозернистого бетону при стисненні крім Ц / В, активності цементу і якості заповнювача, впливає багато інших факторів, таких як легкоукладальність суміші, умови твердіння, вид і кількість активних мінеральних добавок і т.д. Поряд з цим, значний вплив на властивості дрібнозернистого бетону має також і спосіб ущільнення суміші.

Запропонована методика проектування складу дрібнозернистого бетону має ряд особливостей в порівнянні з існуючими:

• при призначенні необхідного цементно-водного відношення враховується тип бетонної суміші за її легкоукладальності, який визначає спосіб формування виробів і конструкцій;

• враховується не тільки крупність, а й форма зерен заповнювача через величину його питомої поверхні;

• використовується фізична концепція формування щільної структури бетонної суміші (цементне тісто заповнює порожнечі між зернами заповнювача і створює на його зернах плівку деякої товщини, від величини якої залежить легкоукладальність бетонної суміші).

Аналіз експериментальних даних дозволяє запропонувати усереднені значення коефіцієнтів А і b з урахуванням виду бетонних сумішей за легкоукладальністю.

При розрахунку складу дрібнозернистої бетонної суміші необхідно враховувати, що після її ущільнення в бетоні завжди залишається певний об'єм повітря. Кількість залученого повітря визначається особливостями конкретних повітровтягувальних добавок. Певний обсяг повітря залишається в результаті недоуплотненія бетонної суміші (затиснений повітря Vз.в). Апроксимація даних дозволяє запропонувати вирази для розрахунку обсягу затисненого в дрібнозернистих бетонних сумішах повітря (л):

• для пластичних сумішей:

Vз.в =- 6,52 ln (ОК +1) + 19,9,

• для жорстких сумішей:

Vз.в = 24,95 ln (Ж +1) - 8,3.

Для сумішей, жорсткість яких не можна визначити звичайними методами, (наджорсткі або напівсухі суміші), а також для бетонних сумішей, які ущільнюються силовими способами, обсяг затисненого повітря залежить від параметрів і особливостей способу ущільнення. Для бетонних сумішей, які ущільнюються вібропресування, кількість затисненого повітря можна знайти за номограми, отриманої на основі експериментальних даних. Витрати всіх компонентів дрібнозернистої бетонної суміші зв'язуються між собою умовою: Vц.т + Vп + Vз.в = 1000 л,

де Vц.т-об'єм цементного тіста, л; Vп-обсяг піску, л.

Кількість цементного тесту повинно бути таким, щоб заповнити порожнечі між зернами піску і створити на них плівку деякої товщини.

Аналіз відомих експериментальних даних дає можливість стверджувати, що умовна товщина плівки? Залежить від легкоукладальності бетонної суміші (Ж або ОК), Ц / В, питомої поверхні заповнювача (S), порожнистості заповнювача в насипному стані і об'єму порожнин між зернами заповнювача незаповненого цементним тестом ( Vн).

Визначити умовну товщину цементної плівки на зернах заповнювача можна користуючись номограмами отриманими на основі експериментальних даних В. П. Сизова.

Величина Vн характеризує недолік цементного тесту для заповнення пустот між зернами заповнювача (а в деяких випадках і на створення плівки умовно-мінімальної товщини (13 мкм)), наявність затисненого повітря.

У першому наближенні Vн можна приймати рівним об'єму затисненого повітря Vз.в., проте у разі, якщо отримана величина? Буде менше 13 мкм, Vн потрібно збільшувати, поки умова не буде виконана.

Зниження величини Vн можна досягти збільшенням кількості цементного тіста за рахунок введення дисперсного активного або інертного наповнювача (наприклад золи або гранітного пилу).

5.Бетони термосного тверднення

Завдання проектування складу бетону при витримуванні конструкції методом термоса мають на меті визначити таке співвідношення компонентів бетонної суміші, яке дозволить забезпечити задані властивості бетону до моменту його замерзання. Залежно від характеру враховуються обмежень можна виділити три основні типи завдань:

1) із заданими характеристиками вихідних матеріалів і параметрами термосного витримування бетону;

2) із заданими параметрами термосного витримування бетону і можливістю вибору виду і марки цементу;

3) з можливістю вибору виду і марки цементу і параметрів термосного витримки бетону.

Розрахунки складів бетону зводяться до вирішення оптимізаційних задач з використанням рівнянь:

• необхідної міцності бетону для забезпечення заданого класу;

• теплового балансу, при якому забезпечується необхідний тепловологовий режим тверднення бетону;

• зростання міцності бетону в часі для прийнятих температурно-вологісних параметрів режиму твердіння;

• абсолютних обсягів.

Критеріями оптимальності в задачах зазначених типів можуть бути мінімально можлива витрата цементу, енерговитрати або вартість бетону з урахуванням нагріву суміші та виготовлення відповідної опалубки. Можлива постановка задач оптимізації з метою досягнення заданого критерію оптимальності, наприклад, мінімальної вартості при обмеженнях по енергоресурсах і витраті цементу.

При заданому значенні міцності бетону до моменту замерзання необхідну тривалість ізотермічного витримування знаходять за відомим рекомендацій з урахуванням температури тверднення і виду цементу.

Модуль поверхні конструкції і коефіцієнт теплопередачі опалубки визначають за відомим формулами, потім призначають конструкцію опалубки і, при необхідності, для завдань третього типу вибирають і додатково розраховують товщину теплоізоляції.

Беручи за температуру ізотермічного витримування бетону середню його температуру tб.ср за період охолодження, з формули теплового балансу можна знайти необхідний витрата цементу при термосне витримуванні бетону, що забезпечує при даному коефіцієнті теплопередачі опалубки таку екзотермії, яка потрібна для підтримки tб.ср. Витрата цементу, прийнятий з умови теплового балансу, може істотно перевищувати необхідний витрата цементу з умови міцності. У цьому випадку фактичні міцності бетону як на момент замерзання, так і в 28 діб R28, 20 будуть значно завищені. Тому оптимальний витрата цементу можна визначити шляхом спільного рішення рівнянь, і рівняння проектної міцності бетону R28, 20. Очевидно, що це можливо лише за допомогою методу послідовних наближень. Розрахунок вважають завершеним, коли різниця між значеннями витрати цементу з умов міцності і теплового балансу не перевищує 5%.

За умови, що міцність бетону після термосного витримування повинна бути не нижче заданої, по рівняннях можна оцінити енергетичну ефективність різних можливих технологічних прийомів зменшення в межах кожного із зазначених типів завдань, у тому числі і доцільності деякого перевитрати цементу.

Найбільш складними видаються завдання з використанням критерію оптимальної вартості (С), особливо завдання третього типу, коли оптимізація складу бетону розглядається нерозривно з оптимізацією параметрів термосного витримки бетону. У цьому випадку цільова функція:

С = Сб.с + Соп + Снагр,

де Сб.с - вартість бетонної суміші на момент закінчення укладки; Соп - вартість опалубки; Снагр - вартість попереднього нагрівання бетонної суміші.

Всі складові рівняння взаємозалежні. Рішення оптимізаційних завдань пов'язане з деякими обмеженнями, викликаними наявністю матеріальних ресурсів і умовами виконання робіт.

На стадії проектування виробництва робіт оптимізаційні розрахунки можуть застосовуватися для порівняння ефективності методу термоса з іншими методами зимового бетонування. При цьому слід розглядати всі можливі способи зменшення витрати цементу і терміну твердіння бетону (утеплення опалубки, застосування цементів з підвищеною екзотермієй і прискорювачів тверднення, зменшення водопотребности суміші та ін.)

При розрахунках складів бетонів для зимового бетонування, піддаються електропрогрівання або інших способів термічної обробки, необхідно враховувати різний приріст міцності при розігріві, ізотермічному прогріві і охолодженні бетону, оскільки середні значення температур в кожен період обробки істотно відрізняються.