Архитектура и строительство / 4.Современные строительные материалы

К.т.н. Корниенко П.В., к.т.н. Горшкова Л.В., магистрант Гакштетер Г.В.

Павлодарский государственный университет им. С Торайгырова, Казахстан

Оптимизация состава модифицированного бетона

Ранее авторами статьи были проведены исследования по модифицированию тяжелых бетонов комплексом химических добавок, включающий суперпластификатор и ускоритель твердения [1]. Дальнейшее производство железобетонных изделий с применением указанного комплекса модификаторов выявило возможность отказа от применения ускорителя твердения. Отказ от ускорителя твердения был обоснован переходом от изготовления изделий на полигоне к их производству в условиях отапливаемого цеха.

Практика показывает, что производство железобетонных изделий из бетона, модифицированного пластифицирующе-водоредуцирующей добавкой, зачастую оказывается не менее эффективно, чем модифицирование комплексом добавок. Это объясняется эффектом совместимости пары «цемент-пластификатор» в части эффективного использования тепловыделения цемента наряду с теплом в цехе. Введение в смесь пластификатора позволяет получить тройной эффект, который проявляется в увеличении подвижности бетонной смеси, уменьшения ее водосодержания и раннего набора распалубочной прочности. Добавка создает удобоукладываемую смесь, и в тоже время участвует в формировании структуры из новообразований, которая отслеживается по показателю прочности.

Было принято решение провести оптимизацию состава тяжелого бетона без ускорителя твердения. В качестве модифицирующей добавки был выбран суперпластификатор на основе поликарбоксилатов G1еnium® АСЕ 40.

Оптимизация соотношения компонентов модифицированного бетона проводилась с использованием метода математического планирования эксперимента. При оптимизации состава был использован план полного трех факторного эксперимента типа ПФЭ 2³, где в качестве параметра оптимизации y выступает прочность на сжатие после известного режима пропаривания с применением имеющихся местных компонентов [1], а в качестве изменяемых факторов выбраны: Х₁ – расход цемента в килограммах с интервалом варьирования 220-390кг. Фактически указанный диапазон значений расхода цемента для приготовления 1м³ бетонной смеси применяется на предприятии-изготовителе; Х₂ – цементо-водное отношение с интервалом варьирования 1,3-1,9. Этот коэффициент напрямую влияет как на прочность бетона, так и на удобоукладываемость бетонной смеси; Х₃ – расход добавки G1еnium® АСЕ 40 с интервалом варьирования 0,4-2,0 % от массы цемента, рекомендованный предприятием-изготовителем концерном «BASF».

После назначения исходных данных был реализован полный трехфакторный эксперимент типа ПФЭ 2³ (см. таблицу 1).

Таблица 1 – План эксперимента ПФЭ 2³

	Безразмерное выражение факторов				Эффекты межфакторных взаимодействий				Выход процесса
№ п/п	X0	X1	X2	X3	X1X2	X2X3	X1X3	X1X2Х3	R, МПа
1	+	+	+	+	+	+	+	+	45,14
2	+	-	+	+	-	+	-	-	36,87
3	+	+	-	+	-	-	+	-	28,87
4	+	-	-	+	+	-	-	+	17,67
5	+	+	+	-	+	-	-	-	28,95
6	+	-	+	-	-	-	+	+	41,5
7	+	+	-	-	-	+	-	+	16,0
8	+	-	-	-	+	+	+	-	21,47
9	0	0	0	0	0	0	0	0	38,8

В результате реализации опытов, выполненных в соответствии с планом эксперимента и статистической обработки полученных экспериментальных данных, выведена математическая зависимость (1), адекватно описывающая процесс изменения прочности модифицированных бетонов на одноосное сжатие в известных интервалах варьирования с учетом возможного увеличения фактора Х₂. Методика обработки принята согласно [2].

Уравнение регрессии имеет следующий вид.

(1)

Задаваясь любыми значениями коэффициентов Х_1,2,3 в пределах плана эксперимента, можно заранее планировать прочность бетонных изделий из конкретных компонентов.

В ходе анализа результатов планирования эксперимента, было принято решение предложить 3 наиболее оптимальных состава, которые бы имели марку по удобоукладываемости равную П3 согласно ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные. Технические условия» Зависимость изменения прочности модифицированных бетонов с учетом варьирования известных факторов представлена в таблице 2.

Таблица 2 – Зависимость прочности бетона от количества вводимого цемента

Составы, № п/п	Содержание компонентов		В/Ц	Прочность, МПа
	Цемент, кг	Glenium® АСЕ 40, % от массы цемента
Контрольный (без добавки)	412	-	0,40	29,6
1	390	0,8	0,35	43,1
2	220	1,0	0,33	27,9
3	305	1,0	0,33	34,1

Результаты, полученные в процессе исследования прочности модифицированного бетона на одноосное сжатие свидетельствуют о возможности изготовления высококачественных модифицированных бетонов с улучшенными физико-механическими показателями качества.

Литература:

1. Гакштетер Г.В., Корниенко П.В. Экономическое обоснование производства модифицированных бетонов // сборник статей. София: Изд-во «Бял ГРАД-БГ» ООД, Том 31, 2012, «Найновите научни постижения», с. 87-92.

2. Грачев Ю.П., Плаксин Ю.М. «Математические методы планирования эксперимента. – М.: ДеЛи принт, 2005. – 296с.