ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ВЕЛИЧИНЫ ДОБАВКИ В БЕТОН

УДК 666.972:16

Якубов  В.И., Оглоблина Е.А., Оглоблина И.А.
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

В заводской практике изготовления бетонных и железобетонных изделий может возникнуть необходимость во введении в состав бетона химической или минеральной добавки в бетон и корректировки исходного (заводского) состава. Поставленная задача решается по следующей схеме.

Принимают исходный состав бетона с заданной нормативной прочностью и требуемой удобоукладываемостью и рассчитывают составы равноподвижных бетонных смесей с различным количеством химической или минеральной добавки.

Затем делают замесы, фиксируют плотность, подвижность смесей и прочность бетона после пропаривания, уточняют составы бетона с учетом фактического выхода бетонной смеси. По полученным экспериментальным данным строят графические зависимости «прочность бетона — добавка», «расход цемента — добавка», «удельный расход цемента на единицу прочности — добавка».

С учетом полученных результатов рассчитывают составы равноподвижных и равнопрочных бетонных смесей, изготовляют и испытывают образцы бетона и уточняют составы с учетом фактического выхода бетонных смесей.

Производят технико-экономическую оценку составов бетона с учетом содержания добавки и определяют оптимальное содержание ее. Методика этой работы на конкретном примере рассматривается ниже.

Задача. Требуется снизить расход цемента в бетоне класса В15 с удобоукладываемостью П1 на основе магнитогорского шлакопортландцемента М300, порфиритового щебня фракции 10-20 мм и речного (уральского) песка. Состав бетона (кг/м3): Ц — 370; Щ — 1055; П-707; В-217.

В качестве химической добавки принят суперпластификатор С-3. Назначают расход добавки 0; 0,25; 0,5 и 0,75% от массы цемента.

Рассчитывают составы равноподвижных смесей с заданной добавкой.

Расход вяжущего и заполнителей в рассчитываемых составах не меняют по сравнению с исходным. Изменяют лишь расход добавки и в зависимости от нее — водосодержание бетонной смеси.

Если химическая добавка вводится в бетонную смесь в растворе, то ее содержание (Vр-р, л/м3) на 1 м3 (замес) определяют по формуле

 Если химическая добавка вводится в бетонную смесь в растворе, то ее содержание (Vр-р, л/м3) на 1 м3 (замес) определяют по формуле

где Ц — расход цемента, кг/м3; Д — расход добавки, % от массы цемента; с — концентрация раствора добавки (в нашем случае 30%); р — плотность раствора добавки (1,146 кг/л).

Содержание воды в растворе добавки (Вд) определяют из соотношения Содержание воды в растворе добавки (Вд) определяют из соотношения

где сс — содержание добавки в 1 л раствора, кг (при с=30% и сс = 0,33 кг/л).

Количество воды, вводимое с раствором добавки, необходимо учитывать в расходе воды затворения бетонной смеси.

Водопотребность смеси исходного состава известна (217л/м3). Определяют водопотребность смеси при заданной подвижности с максимальным расходом добавки (0,75%). Для этого делают 2-3 пробных замеса Vз = 7 л с одинаковым расходом сухих материалов, но с различным количеством воды затворения (150 и 170 л/м3). Подвижность этих бетонных смесей составила соответственно 0…1 см и 5…6см (рис. 1).

Из рис. 1 видно, что для поддержания удобоукладываемости на уровне 2…3 см для бетонной смеси с расходом суперпластификатора в количестве 0,75% от массы цемента достаточно 160 л/м3 воды затворения. Зная водопотребность исходного состава (217 л/м3) и при максимальном расходе добавки (160 л/м3), находят водопотребность смесей с промежуточными расходами суперпластификатора (рис. 2).

Рассчитанные составы равноподвижных бетонных смесей оформляют в табл. 1. Изготавливают образцы-кубы с размером ребра 10 см, пропаривают их по стандартному режиму и испытывают на сжатие по ГОСТ 10180-90.

Зная водопотребность исходного состава (217 л/м3) и при максимальном расходе добавки (160 л/м3), находят водопотребность смесей с промежуточными расходами суперпластификатора

Рассчитанные составы равноподвижных бетонных смесей

По результатам замера плотности бетонных смесей определяют фактический их выход и уточняют составы (табл. 2).

По результатам замера плотности бетонных смесей определяют фактический их выход и уточняют составы

По данным табл. 1 и 2 строят графические зависимости «свойства бетона — добавка» (рис. 3).

графические зависимости «свойства бетона - добавка»

Результаты, полученные на данном этапе работы, позволяют сделать следующие выводы:

  • водопотребность равноподвижных бетонных смесей в зависимости от величины добавки С-3 (в принятых пределах) носит прямолинейный характер;
  • зависимость прочности бетона от количества добавки имеет явный экстремум (кривая 2 на рис. 3). Сначала прочность бетона возрастает за счет возрастания цементно-водного отношения. Но при расходе добавки более 0,5% наблюдается побочный эффект — сброс прочности после пропарки. Такие сбросы прочности при больших расходах суперпластификаторов отмечаются в литературе [2].
  • зависимость удельного расхода цемента на единицу прочности от количества добавки С-3 также носит экстремальный характер (кривая 3 на рис. 3). Пользуясь этим показателем, можно перевести (пересчитать) составы равноподвижных бетонных смесей в разряд равнопрочных.

По результатам табл. 2 и рис. 3 рассчитывают составы равноподвижных и равнопрочных бетонов с различным содержанием добавки. Для этого в соответствии с удельным расходом вяжущего на единицу прочности определяют необходимый расход цемента для каждого состава путем умножения этого коэффициента (Ц/Rсж) на нормативную прочность бетона (в нашем примере К„=0,7·20 = 14 МПа). Воду затворения и количество добавки оставляют на прежнем уровне (см. табл. 2). Расход песка и щебня корректируют в соответствии с изменением расхода цемента. При этом по рекомендациям [2] долю песка в смеси заполнителей в составах бетонных смесей, пластифицированных добавкой С-3, увеличивают на 0,1… 0,3 в зависимости от величины добавки. Результаты расчетов сводят в табл. 3.

составы равноподвижных и равнопрочных бетонов с различным содержанием добавки

По рассчитанным составам изготавливают образцы бетона, фиксируют при этом подвижность и плотность смесей, подвергают их пропариванию по стандартному режиму и определяют прочность при сжатии. Все результаты работы данного этапа заносят в табл. 4.

По рассчитанным составам изготавливают образцы бетона, фиксируют при этом подвижность и плотность смесей, подвергают их пропариванию по стандартному режиму и определяют прочность при сжатии

Окончательную оценку эффективности добавки в бетон производят по изменяющейся части приведенных затрат на приготовление 1 м3 бетонной смеси, включающих затраты на приобретение и транспортировку сырьевых материалов, дополнительные капиталовложения на организацию технологической нитки химической добавки.

На создание технологической линии химической добавки было затрачено (условно) 30000 руб. Принимая во внимание, что инвестиции были сделаны на 6,6 лет (Е=0,15), а производительность цеха 15 тыс. м3 в год, удельные затраты на создание технологической линии добавки составили 0,3 руб./м3 бетона. Изменяющаяся часть себестоимости бетонных смесей приведена в табл. 5 и рис. 4.

Изменяющаяся часть себестоимости бетонных смесей

Из приведенных в табл. 5 данных видно, что введение в бетон суперпластификатора С-3 в количестве 0,25… 0,5 % от массы цемента позволяет снизить расход цемента на 66…94 кг/м3 и получить экономический эффект в количестве 29,8…41,3 руб./м3

Изменяющаяся часть себестоимости бетонных смесей

Эффективность добавки С-3 сохранится даже при повышении ее стоимости до 20 тыс. руб./т. В этом случае экономический эффект снизится до 17…18 руб./м3.

Библиографический список

  1. ОНТП 07-85 Общесоюзные нормы технологического проектирования предприятий сборного железобетона. М., 1986.- 38 с.
  2. Добавки в бетон: Справ. пособие / В.С. Рамачандран, Р.Ф. Фельдман, М. Коллепарди и др.; Под ред. В.С. Рамачандрана. М.: Стройиздат, 1988.- 575 с.