Добро пожаловать на официальное интернет-представительство Некоммерческого Партнерства "Союз производителей бетона"
Союз создан в 2003 году с целью координирования, регулирования и управления разрозненными отраслями, нормальное функционирование которых необходимо для общего развития рынка бетона. Мы заинтересованы в формировании и укреплении здоровой экономической политики на строительном рынке.






ПРИГЛАШАЕМ ПРИНЯТЬ УЧАСТИЕ


МЫ СОТРУДНИЧАЕМ



НАШИ ПАРТНЕРЫ







АВТОРИЗАЦИЯ
Логин:
Пароль:
Регистрация
Забыли свой пароль?


 

БЕТОН И ЖЕЛЕЗОБЕТОН - СТАТЬИ

Прислать свою статью


07.04.2011

Водопотребность бетонной смеси

Комментариев: 0 | Количество просмотров: 5368

Е.В. Гордеев, главный технолог ЗАО «Промтехмонтаж – ЖБИ», г. Ярославль,

А.Л. Захарычев, технический директор ООО «ВПК – Центр», г. Москва

Правило постоянства водопотребности, сформулированное в 1933-м году [1] – один из основных постулатов современного бетоноведения. Привлекательность правила состоит в простоте расчетов бетона на его основе. Недостаток – недопустимо большие погрешности таких расчетов. Для повышения точности предпринято немало попыток ограничения применимости правила, например, областью допустимых количеств цемента и подвижности, позднее – областью водоцементых отношений [2].

Согласно [3] бетонные смеси в зависимости от соотношения вяжущего и заполнителя могут иметь три типа структур – смеси с «плавающим» заполнителем, смеси с плотной упаковкой заполнителей, крупнопористые смеси с недостатком цементного теста. Очевидно, что принципы расчета смесей разных структур должны быть различны. Автор [3] считает, что правило постоянства водопотребности действует для смесей с плотной упаковкой, в других случаях водопотребность линейно увеличивается по мере удаления от этой структуры. Формализации границ действия правила постоянства водопотребности до сих пор не получено. Последним достижением является работа [4], устанавливающая зависимость верхней границы от критического значения цементо-водного отношения, обратно пропорционально связанного с нормальной густотой цементного теста. Однако эмпирические результаты, например, в части мелкозернистых бетонов, противоречат выводам этой работы. Установление границ типов структур и расчета водопотребности для каждой из структур остается актуальным.


Мы предполагаем, что формализацию границ типов структур следует производить на основе анализа соотношений объемов заполнителя и цементного теста.

Обозначим «Х» водоцементное отношение цементного теста заданной подвижности: В = ХЦ, где Ц – масса цемента, В - масса воды. В [5] показано, что значение Х пропорционально нормальной густоте цементного теста НГ, коэффициенты пропорциональности определяются классом подвижности смеси. В таблице 1 приведены значения коэффициентов для подвижных смесей по [6]. и экспериментально определенные значения Х для некоторых образцов цементов:

Таблица 1

Класс подвижности

П1

П2

П3

П4

П5

Х (по [6])

НГ

1,2НГ

1,4НГ

1,5НГ

1,6НГ

Максимально возможное количество цемента соответствует отсутствию заполнителя и заполнению всего объема смеси V цементным тестом: Цmax = V/(1/рц + Х), где рц – плотность цемента. Обозначим «С» зависящий от подвижности смеси и свойств цемента параметр 1/(1/рц + Х), тогда

Цmax = CV. (1)

В таблице 2 приведены экспериментально полученные значения рц, Х, С для некоторых образцов цемента, которые будут применяться ниже.

Таблица 2

Марка цемента производитель

рц

Класс подвижности по ГОСТ 7473-94

П1

П2

П3


Х

С

Х

С

Х

С


1

ЦЕМ I 42,5Н ОАО «Вольскцемент»

3,18

0,220

1,871

0,264

1,729

0,308

1,607


2

ЦЕМ I 32,5Н ОАО «Лафаржцемент»

2,90

0,227

1,749

0,273

1,619

0,318

1,509


3

ЦЕМ I 42,5Н ЗАО «Мальцовский портландцемент»

3,08

0,247

1,750

0,296

1,611

0,345

1,492


Максимально возможное количество заполнителя Зmax определяется плотностью упаковки заполнителя в заданном объеме смеси:

Зmax = Vр’, (2)

где р’ – насыпная плотность заполнителя. Максимуму массы заполнителя соответствует минимально возможное количество цемента Цmin. При З < Зmax возможны два случая:

Объем цементного теста с водоцементным отношением Х больше объема пустот заполнителя. В этом случае подвижность смеси определяется подвижностью цементного теста. Водопотребность смеси вычисляется по формуле В = ХЦ + Зквп, где квп – водопоглощение заполнителя;

Объем цементного теста с В/Ц = Х меньше объема пустот заполнителя. В этом случае необходима дополнительная вода Вм для заполнения разницы в объемах. В/Ц становится больше Х, разжижая цементное тесто. Согласно [3] при Ц от Цmin до Цпогр В = В(Цпогр). Поскольку количество заполнителя не может быть больше Зmax, при Ц меньше Цmin в смеси происходит накопление воздуха из-за нехватки цемента, пропорциональное недостающему объему цементного теста.

Количество цемента, соответствующее пограничному состоянию (объем теста равен объему пустот заполнителя) определим из абсолютных объемов:

Цпогр = (mV/p’)С/(1/p’ + квп), (3)

где m – пустотность заполнителя. В пограничном состоянии достигается минимум водопотребности бетонной смеси. При заданном Ц масса заполнителя вычисляется по формуле:

З = (V – Ц/С)/(1/р + квп), (4)

где р – истинная плотность заполнителя. При З = Зmax из (4) и (2) следует

Цmin = VС(1 - p’(1/р + квп)) (5)

Таким образом, для определения водопотребности бетонной смеси достаточно определить реперные точки расходов цемента и заполнителя Зmax, Цmin, Цпогр и Цmax по формулам (2), (5), (3), (1) соответственно и рассчитать водопотребность по алгоритму:

При Ц от Цmin до Цmax и З<Зmax, если Ц>Цпогр то В=ХЦ+Зквп;

иначе В=X((mV/p’)С/(1/p’+квп))+Зквп. (6)

Для экспериментальной проверки алгоритма были использованы цементы (таблица 2) и заполнители (таблица 3).

Таблица 3

    Песок (П)

    Щебень (Щ)

    П/(Щ+П)

    m

    р

    P’

    квп

    1

    Мкр = 2,4

    -

    1

    0,32

    2,59

    1,75

    0,100

    2

    Мкр = 2,4

    Фр. 5-20

    0,33

    0,14

    2,57

    2,20

    0,060

    3

    Мкр = 2,0

    Фр. 5-10

    0,48

    0,22

    2,59

    2,01

    0,037

    Результаты вычислений реперных значений сведены в таблицу 4.

Таблица 4

    № смеси

    Цемент

    Заполнитель

    Зmax, кг/м3

    Цmin, кг/м3

    Цmax, кг/м3

    Цпогр, кг/м3

    1-5

    1

    1

    1754

    219

    1502

    411

    6-11

    2

    1

    206

    1412

    387

    12-15

    1

    2

    2281

    19

    1552

    197

    16-17

    3

    3

    2010

    215

    1439

    300

Тремя способами полученные значения - экспериментально, расчетно по предлагаемому алгоритму и по [4] приведены в таблице 5. Вычисления по [4] получены усреднением экспериментальных значений для смесей одинаковых подвижностей и заполнителей в границах В/Ц по версии [4]. При снижении В/Ц ниже критического использовалась коррекция в соответствии с рекомендациями [4].

Таблица 5

    Ц, кг/м3

    Класс подвижности (осадка конуса, см)

    В, кг/м3

    Экспери-мент

    Алгоритм

    ППВ

    1

    747

    П5 (22)

    340

    366

    317

    2

    1037

    406

    428

    352

    3

    1277

    475

    479

    412

    4

    370

    311

    299

    311

    5

    1503

    527

    527

    393

    6

    1200

    П5 (22)

    470

    467

    367

    7

    273

    311

    306

    311

    8

    827

    395

    385

    394

    9

    366

    308

    293

    348

    10

    1412

    513

    513

    416

    11

    874

    П3 (13)

    360

    373

    -

    12

    107

    П4 (19)

    199

    189

    207

    13

    201

    190

    183

    207

    14

    369

    209

    224

    207

    15

    443

    230

    242

    207

    16

    208

    П4 (19)

    176

    186

    193

    17

    354

    209

    200

    193

Из таблицы 5 видно, что расчеты по алгоритму отличаются от экспериментально полученных результатов не более чем на 7%, что сопоставимо с приборной погрешностью при лабораторных измерениях осадки конуса.

Таким образом, в зависимости от количества цемента в единице объема бетонные смеси можно разделить на три группы:

Ц < Цmin. Расслаивающиеся смеси с низкой плотностью и большим количеством вовлеченного воздуха;

Цmin < Ц < Цпогр. Смеси с средней прочностью, В/Ц зависит от количества цемента;

Ц > Цпогр. Максимально прочные смеси с постоянным В/Ц.

Очевидно, что изготовление смесей первой группы не целесообразно. Минимально допустимый с этой точки зрения расход цемента в ряде случаев превышает значение, определяемое ГОСТ 26633-91 и СНиП 82 02 95.

При введении водоредуцирующих добавок значения Цmin, Цпогр увеличиваются, т.к. уменьшается значение Х и увеличивается С. Это обстоятельство следует учитывать при оценке эффективности добавок и разработке норм расходов смесей.

Эффект от применения пластифицирующей добавки выражается коэффициентом водоредуцирования k [6], k = Хд/Х, где Х – В/Ц цементного теста без добавки, Хд – с добавкой при заданной подвижности. Из (1), (3) и (5) видно, что увеличение значений реперных точек пропоционально: Цmax д = КЦmax, Цпогр д = KЦпогр, Цmin д = КЦmin, где коэффициент пропорциональности К = (1 + рцХ)/ (1 + рцkХ).

Для корректности результатов оценка эффективности добавок должна производиться в смесях 3-й группы. Между тем ГОСТ 30459-2008 обязывает применять бетонные смеси с количеством цемента 350 кг/м3, что в ряде случаев приведет к ошибочным выводам. Применение пластификаторов в смесях второй группы не приведет к существенному улучшению качественных и экономических показателей бетона за счет водоредуцирования. Возникает большая вероятность, особенно при работе с «тощими» смесями к переводу бетона из второй группы в первую. Большое количество таких случаев известно из практики, когда применение пластификатора приводит к появлению раковин на поверхности изделий, проблем при формовании, расслоению при вибрации.

В таблице 6 приведены результаты определения реперных значений Ц бетонных смесей № 16 и 17 без добавок и с пластификаторами С-3 и Glenium 34 в рекомендуемых производителями дозировках.

Таблица 6

Состав

k

Цmin, кг/м3

Цmax, кг/м3

Цпогр, кг/м3

Без добавки

1

215

1439

300

С-3, 0,5% от Ц

0,85

234

1564

326

Glenium 34, 0,8% от Ц

0,75

248

1661

346

Литература

  • Сорокер В.И. Производственные расчеты состава бетона. – М.: Госстройиздат, 1933
  • Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Проектирование бетонов с заданными свойствами. – Издательство РГТУ, 1999.
  • Баженов Ю.М. Технология бетонов: учебное пособие для ВУЗов. – М.: Высш. Школа, 1987.
  • Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Правило постоянства водопотребности бетонных смесей //Бетон и железобетон в Украине, №1, 2002.
  • Ахвердов И.Н. Основы физики бетона. – М.:Стройиздат, 1981.
  • Гордеев Е.В. Определение эффективности химических добавок при производстве товарного бетона//Весь бетон, №122, 2010.



Возврат к списку

Для того чтобы оставить комментарий, Вам необходимо авторизоваться.
3.151558442540

Реклама на портале


Rambler's Top100 Яндекс цитирования
Некоммерческое партнерство "Союз Производителей Бетона",2003-2011
Все права защищены. Публикация информации с сайта без активной гиперссылки на www.concrete-union.ru и согласования с руководством запрещена
Адрес электронной почты info@concrete-union.ru
Размещение рекламы на портале НП "Союз Производителей Бетона"