Соловьева л.Н., Еремин н.В.

(БГТУ им. В.Г. Шухова, г. Белгород, РФ)

Установлены закономерности изменения физико-механических свойств в зависимости от содержания модифицирующей добавки и пенообразователя. Полученные результаты позволяют дать количественную и качественную оценку влияния каждого фактора на физико-механические свойства ячеистого бетона, а так же определять оптимальный состав.

The regularities of changes in physical and mechanical properties depending on the content builder and foam. These results allow a quantitative and qualitative assessment of the impact of each factor on the physical and mechanical properties of porous concrete, as well as to determine the optimum composition.

В настоящее время существует довольно большое количество строительных материалов с различными свойствами, в том числе ячеистые бетоны, полученные путем наномодифицирования. Для регулирования тех или иных свойств необходимо проводить ряд расчетов и экспериментальных исследований, что требует большого количества повторений опытов и много времени. Упростить эту задачу возможно, используя метод математического планирования эксперимента.

Сущность планирования экспериментов и подбора состава ячеистых бетонов с применением методов математической статистики заключается в установлении математической зависимости между заданными свойствами материала и расходом, свойствами составляющих компонентов и технологическими факторами [1, 2].

Метод многофакторного эксперимента или математического планирования проводится в несколько этапов: сначала предварительное изучение объекта исследования, а затем – построение соответствующей математической модели и ее интерпретация.

Выбор факторов и параметров оптимизации производился исходя из технологической и экономической целесообразности. С целью выявления минимального количества, обеспечивающего получение материала с требуемыми характеристиками, варьировали расходами модификатора и пенообразователя.

Уровни варьирования факторов были выбраны таким образом, что бы любое их сочетание, предусмотренное планом, было реализуемо на разработанных моделях и учитывало реальные технологические условия (таблица 1).

Выходными параметрами для подбора оптимального состава служили следующие показатели (таблица 2): средняя плотность, прочность при изгибе и прочность на сжатие.

Таблица 1 – Условия планирования эксперимента

Факторы		Уровни варьирования					Интервал варьирования
натуральный вид	кодированный вид	–1,68	–1	0	1	+1,68
Количество добавки, %	X1	0,5	1	1,75	0,7	3	1,05
Возраст гидратации, сут	X2	3	8	15,5	23	28	7,4
Удельная поверхность, м2/кг	X3	200	300	400	500	600	100

Таблица 2 – Физико-механические характеристики ячеистого бетона

№ точки плана	Средняя плотность, ρср, кг/м3	Предел прочности
		при изгибе, Rиз.ср, МПа	при сжатии, Rсж.ср, МПа
1	325	0,24	0,86
2	304	0,43	0,82
3	347	0,35	0,74
4	280	0,36	0,7
5	347	0,47	0,92
6	292	0,32	0,62
7	370	0,47	0,97
8	361	0,2	0,80
9	300	0,99	1,1
10	299	0,97	0,54
11	300	0,99	1,1

Уравнение регрессии для средней плотности:

(1)

Уравнение регрессии для предела прочности на сжатие:

(2)

Уравнение регрессии для предела прочности при изгибе:

(3)

На основании результатов испытаний были получены уравнения регрессии, выражающие зависимость изменения средней плотности, прочности при изгибе и прочности на сжатие [3] в зависимости от количества модифицирующей добавки и пенообразователя.

В дальнейшем проводилась обработка полученных результатов с применением программы SigmaPlot, с помощью которой были получены номограммы для средней плотности, прочности на сжатие и прочности при изгибе (рисунок 1).

а)
б)	в)

Рисунок 1 – Влияние количества модификатора и пенообразователя на физико-механические свойства ячеистых композитов:

а – зависимость средней плотности от количества пенообразователя и добавки «Таунит»;

б – зависимость прочности на сжатие от количества пенообразователя и добавки «Таунит»;

в - зависимость прочности при изгибе от количества пенообразователя и добавки «Таунит».

Полученные номограммы дают нам возможность просматривать закономерности при изменении значения одного фактора.

На рисунке 1а график функции имеет сложный характер. Увеличение количества модификатора таунит ведет к увеличению плотности. Наиболее целесообразнее использовать таунит в пределах от 0,11 до 0,12%. При увеличении количества пенообразователя, также увеличивается функция плотности. Увеличение более чем на 1,3 % пенообразователя не целесообразно, так как нет никакого влияния на изменение плотности.

На рисунке 1б для получения необходимой прочности на сжатие, необходимо 1 % пенообразователя и 0,12-0,18% таунита. А для получения прочности на изгиб равной 0,99 МПа содержание таунита составляет 0,18%, содержание пенообразователя – от 0,05 до 1%.

Таким образом, чтобы получить оптимальный композиционный состав, который бы удовлетворял всем нашим требованиям, необходимо, чтобы содержание таунита составляло 0,12%, пенообразователя 1%. Оптимальным составом является тот, у которого при низкой плотности максимально высокая прочность. По данным полученным из номограмм можно сказать, что таковым является состав с плотностью 300 кг/м³ и пределом прочности на сжатие 1,1 МПа и на изгиб 0,99 МПа.

Заключение

По результатам проведенных исследований установлены закономерности изменения физико-механических свойств в зависимости от содержания модифицирующей добавки и пенообразователя. Полученные результаты позволяют дать количественную и качественную оценку влияния каждого фактора на физико-механические свойства ячеистого бетона, а также определять оптимальный состав.

Литература

1 Вовк, А.И. Современные добавки в бетон для современного строительства [Текст]/А.И. Вовк//Строительные материалы. – 2006. – № 10. – С. 34–35.

2 Макшиева, Е.А. Современное строительство с современными добавками [Текст]/Е.А. Макшиева//Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. – 2005. – № 12. – С. 16.

3 Pommersheim, J. M. Mathematical modelling of tricalciumsilicate hydration/J. M. Pommersheim, J. R. Clifton. – Cem. Conc. Res. 9 (1979) 765–770.

1.24	УТИЛИЗАЦИЯ ОТХОДОВ УГЛЕДОБЫЧИ В ТЕХНОЛОГИИ СТЕНОВОЙ КЕРАМИКИ