книги из ГПНТБ / Использование отходов разработки месторождений известняка-ракушечника для производства бетонов и облицовочных изделий [сборник]

Г. П. САДОВСКИЙ, Э. Н. РЕПЬЕВ, Г. В. МИХАЙЛЕНКО

ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРБЕТОНОВ НА ПОЛИЭФИРНОЙ СМОЛЕ

Проведенными ранее исследованиями с использованием математических моделей, явившихся результатом реализации активных планов, близких к Д-оптимальным, получены опти­ мальные составы бетонов на основе полиэфирной смолы ПН-1, в которых расход смолы на бетоне с предельной круп­ ностью заполнителей 20 мм составил около 5% от общего веса составляющих (состав 1), а для мелкозернистого бетона с предельной крупностью зерен заполнителей 5 мм — около 6,5% (состав 2).

По сравнению с составами, приведенными в различных ли­ тературных источниках, расход дорогостоящей смолы сокра­ щен в 1,5—2 раза, причем формование образцов и изделий из полученных оптимальных составов бетона возможно по обыч­ ной технологии путем вибрирования с пригрузом 50 г/см2, в отличие от полученных другими исследователями оптимальных составов с таким же расходом смолы, для которых необходи­ мо применение вибровакуумной технологии формования.

В настоящей работе приводятся результаты исследования основных физико-механических свойств бетонов оптимальных составов на полиэфирной смоле ПН-1.

Из бетона состава 1 готовились кубы с ребром 10 см и призмы размером 10ХЮХ32 см, а из мелкозернистого бетона состава 2 — кубы с ребром 4 см и призмы размером 4Х4Х Х16 см.

После термообработки при температуре 80°С производи­ лись испытания кубиковой и призменной прочности, проч­ ности на изгиб, модуля упругости и ползучести. Результаты

201

определения основных физико-механиЧёсКНх свойств приведе­ ны в табл. 1.

Таблица 1

Физико-механические характеристики полимербетонов

Кроме того, определен предел выносливости полимербето­ на состава 2 при действии ударной пульсирующей нагрузки. Результаты испытания приведены в табл. 2.

Обработка результатов испытаний позволяет утверждать, что предел выносливости на базе 1 млн. циклов составляет около 0,5 Rnp .

Как показывает сопоставление полученных результатов с другими литературными данными, полимербетоны оптималь­ ных составов на полиэфирной смоле обладают высокими фи­ зико-механическими свойствами. По сравнению с бетонами на других смолах они обладают достаточно хорошими деформативными свойствами, приближающимися к свойствам цементных бетонов, что создает предпосылки для эффектив-

202

Г. В. МИХАЙЛЕНКО, Э. Н. РЕПЬЕВ, Г. П. САДОВСКИЙ

ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВОВ БЕТОНА НА МОРСКОМ ПЕСКЕ С ПРИМЕСЬЮ РАКУШКИ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Оптимальным составом бетона можно считать такой сос­ тав, который на данных материалах позволяет обеспечить проектные требования к бетону с минимальным расходом цемента.

В связи с тем, что в реальных условиях к бетону предъяв­ ляется целый комплекс требований (обеспечение распалубочноі'і и марочной прочности бетона, заданной удобоукладываемости бетонной смеси, морозостойкости и водонепроницае­ мости и др.), а также в связи с наличием многочисленных технологических факторов, оказывающих влияние на эти свойства, решение задачи оптимального состава бетона со­ пряжено с затратами большого количества времени и средств. Положение усугубляется тем, что на конкретном предприя­ тии необходимо оптимизировать от 10 до 40 составов бетонов разных марок и удобоукладываемостей.

Методика оптимизации состава бетона до сих пор не стандартизована, а наличие многочисленных, зачастую про­ тиворечивых рекомендаций усложняет работу заводских ла­ бораторий.

В этих условиях для решения задач оптимизации составов бетонов целесообразно применить математическое моделиро­ вание свойств бетона и на основе многофакторных математи­ ческих моделей осуществлять поиски оптимальных составов бетонов заданных свойств.

'-204

Опыт и результаты использования математического моде­ лирования прочности бетона и подвижности бетонной смеси для оптимизации составов бетона приводятся ниже.

С учетом специфики составов и свойств материалов, при­ меняемых на Одесском ДСК, с целью оптимизации наиболее массовых марок бетона были построены математические мо­ дели прочности бетона и осадки конуса бетонной смеси в зависимости от основных технологических факторов: Хі —■ цементно-водного отношения (Ц/В), Х2 — расхода воды (В),. Х3 — доли песка в смеси заполнителей (ч). Кроме того, в число независимых переменных были включены дополнитель­ ные факторы, а именно, Х4 — содержание в песке примеси ракушки крупностью 2,5—10 мм (Р2,5 -ю) и Х5 — содержание ракушки крупностью 10—20 мм (Рю_20).

Уровни и интервалы варьирования факторов назначались исходя из технологических соображений.

Для построения математических моделей использовались планы типа Хартли-5.

Реализация пятифакторного плана для построения моде­ ли прочности бетона вызвана отсутствием данных о влиянии примеси ракушки на исследуемый отклик.

В качестве откликов использовались прочность бетона в возрасте 4 часов, 1 суток и 28 суток после пропаривания по режиму 3+ 6+ 2, а также прочность в возрасте 28 суток нор­ мально-влажного твердения и осадка конуса бетонной смеси, определяемая через 15—20 минут после затворения бетонной смеси. В. результате обработки экспериментальных данных получены математические модели прочности пропаренного бе­ тона в возрасте четырех часов после термообработки

2 0 5

•а также модели прочности пропаренного бетона и бетона нор­ мального твердения в возрасте 28 суток. Все модели адекват­ но описывают изучаемые свойства.

Модель прочности бетона достаточно ярко подтверждает установленные исходные предпосылки, а именно, наличие линейной связи между прочностью бетона и Ц/В о чем сви­ детельствует пренебрежимо малая величина коэффициента В ц , а также отсутствие влияния на исследуемый отклик рас­ хода воды и доли песка в смеси заполнителей. Исключение составляет примесь ракушки в песке, увеличение содержания которой отрицательно сказывается на прочности бетона. Как видно из анализа модели, примеси ракушки в песке влияют на прочность 'бетона тем больше, чем выше Ц/В, т. е. чем, выше прочность бетона.

Аналогичные тенденции наблюдаются и в других возрастах бетона.

Как и ожидалось, наибольшее влияние на ОК бетонной смеси оказывает водосодержание (в2 = 6,2), причем . связь между ОК и расходом воды почти линейна, с увеличением расхода воды на 4 литра ОК уменьшается в среднем на I см.

Следующим по значимости фактором является доля песка в смеси заполнителей, влияние которой носит ярко выражен­ ный криволинейный характер с оптимумом в эксперименталь­ ной области, на что указывает относительная большая вели­ чина коэффициента в3з. Влияние Ц/В проявляется в меньшей степени, однако, является весьма существенным.

Обращает на себя внимание существенное ухудшение удобоукладываемости бетонной смеси с увеличением коли­ чества ракушки в песке (в4= — 1,1; Bs= — 1,1). Очевидно, отрицательное влияние ракушки на удобоукладьгваемость бетонной смеси можно объяснить существенным ухудшением гранулометрического состава смеси заполнителей, увеличением лещадности крупного заполнителя и увеличением его пустотности. Именно этим обстоятельством объясняется необходи­ мость значительного расхода цемента в случае применения песка, загрязненного примесями ракушки.

Совместное рассмотрение полученных математических мо­ делей прочности бетона и ОК бетонной смеси позволило оптимизировать составы бетона Одесского ДСК-

Оптимизация производилась в следующей последователь­ ности:

1. По графикам, связывающим прочность бетона с Ц/В, находилось минимальное Ц/В, обеспечивающее заданную

206

отпускную ,и марочную прочность бетона как с примесыо ракушки в песке, так и .на чистом песке.

2. По построенным изолиниям осадки конуса в зависимо­ сти от расхода 'воды и доли песка в смеси заполнителей при данном Ц/В определялось отпимальное г, обеспечивающее минимальный расход воды, а следовательно, и цемента при •сохранении заданной пластичности бетонной смеси.

Отклонение доли песка от оптимального значения в боль­ шую или меньшую сторону требует увеличения водопотреб­ ности на 3— 10 л., что эквивалентно перерасходу цемента в количестве 5—25 кг/м3.

3. По .найденным значениям Ц/В, В и г е учетом примесей •ракушки в песке рассчитывался вещественный состав бетона.

Оптимизация составов бетона в условиях Одесского ДСК позволяет обеспечить уменьшение расхода цемента для при­ готовления основных марок бетона, в среднем, на 10% против норм расхода цемента по СН 386-68 при условии применения

.песка без примесей ракушки.

Из рассмотрения результатов, следует вывод о необходи­ мости обогащения песка с целью экономии расхода цемента. При годовом расходе цемента на Одесском ДСК в количестве 50 тысяч тонн, отсев ракушки из песка позволит сэкономить, в среднем, 7,5 тысячи тонн цемента в год. Если принять, что затраты на обогащение песка составят около 30 коп. за тонну песка, то экономический эффект от внедрения рекомен­ дованного мероприятия по обогащению песка в условиях Одесского ДСК составит более 80 тысяч руб. в год.

ВЫ В О Д Ы

1.Наличие примесей ракушки в морском песке оказывает •отрицательное влияние на прочность бетона и на удобоукладываемость бетонной смеси, вызывая необходимость перерас­

2. Применение математического моделирования в сочета­ нии с грамотным технологическим подходом к оптимизации составов бетона является весьма эффективным и обеспечи­ вает значительную экономию времени, денежных и мате­ риальных ресурсов, что подтверждается на примере Одесско­ го ДСК.

2Ö7

П. Л. ЕРЕМЕНОК, Ч. А. КУДРАТУЛАЕВ, А. В. КОМЫШЕВ

ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРОВ И ФОРМЫ ОБРАЗЦОВ ИЗ ПИЛЬНОГО ИЗВЕСТНЯКА «ГЮША»

НА ПРОЧНОСТЬ ПРИ СЖАТИИ

Прочность каменного материала зависит от формы и раз­ меров испытываемого образца. В нормах разных стран для определения прочности материала приняты различные формы и размеры образцов. Во многих странах мира в качестве основной формы образцов для испытания бетона принят куб с размерами сторон от 10,2 см (Англия) до 30 см (СССР). В США и в некоторых других странах для определения проч­ ности бетона на сжатие пользуются исключительно цилинд­ рами с отношением его диаметра к высоте как 1:2.

Вопубликованной литературе имеются данные о влиянии формы образцов из естественного камня на результаты испытаний прочности при сжатии. Так, например, А. М. Вик­ торов [1] после испытания цилиндров и кубов равновеликих диаметров и сторон при одинаковой их высоте, изготовлен­ ных из однородной породы мрамора, получил средний пере­ ходной коэффициент от кубов к цилиндрам 0,94. Средние же величины пределов прочности при испытании цилиндров с различными диаметрами 5,8; 7,5; 9 и 11,2 см получены мень­ ше, чем при испытании сравниваемых с ними кубиков, соот­ ветственно на 12; 3; 5 и 6%'.

Вработе [2] отмечается, что для образцов с равновели­ кими сечениями в виде круга и квадрата отношение значений сопротивления раздавливанию оказывается в соотношении

1:0,93. !

На основании многочисленных опытных данных между прочностью при сжатии цилиндрических и кубических образ-

цов для бетонов была принята следующая зависимость [3]:

Следовательно, форма образца влияет на показатель его прочности при сжатии.

Вопрос о влиянии размеров и формы образцов из пиль­ ного известняка на прочностьпри сжатии представляет большой практический интерес, так как действующие нормы разрешают испытание образцов различных размеров. Неко­ торая работа в этом направлении проделана А. В. Комышевым [4]. Для исследования этого вопроса нами были произведены испытания образцов разной формы и размеров из камня Краснов'одского карьера пильного известняка.

а) Испытание кубов и цилиндров из пильного известняка «гюша». Были испытаны кубики со стороной ребра от 5 до 19 см и цилиндры с диаметром от 5 до 15 см. Это позволило установить зависимость прочности от абсолютных размеров образцов пильного известняка.

Для опытов специально подбирались равнопрочные камни с сравнительно однородным строением. Из отсортированных камней были изготовлены и испытаны четыре группы образ­ цов в виде кубов и цилиндров (табл. 1), при этом особое внимание обращалось на тщательность приготовления ровных опорных плоскостей в образцах.

В каждую группу испытаний входили кубики с величиной ребра, равной диаметру сравниваемых цилиндров при оди­ наковой их высоте, то есть высота цилиндра равнялась его диаметру. Необходимо отметить, что в этом случае площадь сечения цилиндра меньше на 23%' площади сечения куба. Общий вид серии изготовленных образцов показан на рис. 1. Средние результаты испытаний кубов и цилиндров приведены в табл. 2.

Данные табл. 2 показывают, что прочность цилиндров и кубов из пильного известняка «гюша» зависит от их абсолют­ ных размеров. С увеличением размеров образцов прочность их независимо от формы (кубы или цилиндры) снижается. Относительная же величина падения прочности камня с уве­ личением размеров кубов и цилиндров от 5 до 15 см пример­ но одинакова (0,94—0,97).

Испытания также показали, что прочность цилиндриче­ ских образцов из пильного известняка «гюша» мало отлича­ ется ет кубиков с ребром, равным диаметру сравниваемых с

■210