Исследование свойств бетонных смесей и бетонов на основе тонкомолотых вяжущих в условиях сухого жаркого климата

Прибор состоит из пластмассового цилиндра высокой 450 мм и диаметром 132 мм (1), в котором имеется в нижней части отверстие 100х100 мм, для истечения смеси, с плотно закрывающимся шибером (2), следящего устройства (3), показывающего уровень бетонной смеси. Подача напряжения для электроразогрева смеси до нужной температуры осуществляется с помощью подвижного диска, выполненного в виде штока имеющим 6 отверстий до 10 мм (4) и основания (5), величина напряжения регулируется патроном. Термометр (8) измеряет температуру смеси. Основание надежно изолированно (6), и жестко закреплено на виброплощадке с помощью магнитного устройства (7).

Методика проведения испытаний при различных положительных температурах (удобоукладываемости по истечению бетонной смеси) с помощью прибора заключается в следующем. Бетонную смесь с зёрнами заполнителя наибольшей крупности до 40 мм загружают тремя равными слоями в цилиндр прибора объемом 6 дм3 с закрытым шибером, при уплотнении каждого слоя 25 - кратным штыкованием металлическими стержнями 16 мм при их длине 600 мм с округлёнными концами. Затем устанавливают диск следящего устройства (если необходимо, с помощью электроразогрева нагружают бетонную смесь до фиксированной температуры) и включают виброплощадку.

Рис. 2.1. Прибор для определения время истечения бетонной смеси.

Уплотненные бетонной смеси фиксируют по появлению цементного теста в 3х и 4х из 6-ти отверстий диска. При этом на штативе замеряют высоту бетонной смеси (Н1). Затем открывают шибер и замеряют секундомером время истечения смеси до момента, когда диск опустится до фиксированной отметки Н2=190 мм (рис.. 2.2).

После каждого испытания по стандартным методикам измеряется подвижность и жесткость бетонных смеси. Смеси, прошедшие все испытания заформовываются.

Образцы после формования хранили до момента испытаний в нормальных условиях или при разных положительных температурах в климатической камере (в камере создают сухие и влажные условия).

Методика определения жизнеспособности бетонных смесей при различных повышенных температурах.

Методика заключается в следующем: подготавливается бетонная смесь объемом 6 дм3, перемешивание производится в вибросмесителе до стандартной консистенции бетонной смеси, соответствующей условиям её укладки. Затем определяют ее подвижность (осадку конуса) по стандартной методике.

После этого смесь загружают в цилиндр электронагревакщей установки и нагревают до фиксированной температуры. После того, как смесь нагрелась, она выдерживается в цилиндре при заданной фиксированной температуре в течении 15 минут.

Затем снова определяется осадка конуса и время истечения. После этого процедура повторяется при той же температуре и в течении того же времени до тех пор, пока осадка конуса смеси не будет равна нулю. После этого определяется время истечения еще в течении 2,5 - 3 часа. После проведенных испытаний определяется плотность бетонной смеси.

Рис. 2.2. Схема прибора

Данная методика применяется для определения жизнеспособности бетонных смесей при различенных фиксированных температурах Т = 25С, 35С и 45С. Все полученные в ходе опыта результаты заносятся в таблицу и по данным строятся графические зависимости.

Методика определения коэффициента тиксотропии бетонной смеси.

Для исследования тиксотропии бетонных смесей на основе ВНВ и ТМЦ определяли сопротивление выдерживанию стержня с шариком из бетонной смеси: определено сопротивление сдвигу уплотнённой структуры при статических условиях и при воздействии вибрации (для предельно разрушенной структуры) при различенных температурах. Для этого использовали специальный прибор (рис. 2.3) и методику испытания.

Прибор для определения усилия выдерживания состоит из бункера для хранения и высыпания дроби (1), заслонки с магнитным управлением (2), потенциометра КСП - 1 (3) для регистрации показаний перемещения стержня в бетонной смеси, пластмассового цилиндра объемом 6 литров (4), в верхней и нижней части которого расположены металлические диски (5,6) и к которым подводится напряжение через ЛАТР.

Металлическое основание надёжно изолирована (7) от виброплощадки (9), цилиндр и изолирующее основание прикреплены к металлической пластинке (8), которая закрепляется на виброплощадке при помощи магнитного устройства. На раме закреплены горизонтально 2 ролика (10), через которые проходит трос 3 мм (11).

С одного конца к тросу прикрепляется ёмкость (15), с другого - закрепляется стержень (13) с шариком на конце 50 мм. На трос одета конусообразная втулка (12), с помощью которой производят отключение прибора посредством регулятор (концевика) (14).

Рис. 2.3. Прибор для определения усилия выдергивания бетонной смеси

При начальном перемещении стержня в бетонной смеси, одновременно закрывается магнитная заслонка (2) подачи дроби в ёмкость (15). Для контроля температуры в бетонную смесь используют термометр (16). Методика заключается в следующим: перед загрузкой бетонной смеси в цилиндрическую форму (1), в центре цилиндра устанавливают стержень (13) центровка стержня осуществляется с помощью направляющей втулки (14). Бетонную смесь с наибольшей крупностью зёрен заполнителя 40 мм загружает в цилиндрическую форму тремя равными слоями с уплотнением каждого 25-ти кратным стыкованием. После заполнения формы объемом 6 дм3 бетонной смесью, её закрепляют на виброплощадке (9) с помощью магнитного устройства. Затем, если необходимо, бетонную смесь нагревают до фиксированной температуры с помощью электроразогрева в течение 2-3 минут. После этого подают дробь в ёмкость (15). По мере возрастания нагрузки (масса дроби в ёмкости) стержень начинает перемещаться, при этом отключается система подачи дроби в ёмкость (т.е. прекращается возрастание нагрузки) и фиксируется с помощью потенциометра перемещение стержня. Усилие выдёргивания стержня определяется по массе дроби в ёмкости (15).

Аналогично определяют перемещение стержня в бетонной смеси и величину усилия выдёргивания при виброуплотнении.

Предельное напряжение сдвига условно можно определить по формуле:

(1)

где F - усилие выдёргиванию, МПа S - площадь поверхности шара-с стержня, равная 78,6 см2.

Для характеристики тиксотропных свойств бетонных смесей достаточно определить коэффициент тиксотропии Кт, как отношение усилия выдергивания шарика из предельно уплотненной структуры (У1) и усилию выдергивания шарика из предельно разрушенной структуры (У2), возникающей при длительной вибрации.

Методика определения расслаиваемости бетонных смесей при различных положительных температурах.

Применение способов снижения расслаиваемости бетонных смесей на основе ВНВ и ТМЦ (в условиях сухого жаркого климата) при различных положительных температурах путём подбора состава, введения химических и пластифицирующих добавок, введения наполнителей - не позволяет в полном объеме предотвратить расслоение литых и жестких бетонных смесей, обеспечить высокие физико-механические свойства бетонов смесей (ГОСТ 10196 - 2000) не применим для жестких бетонных смесей на ВНВ и ТМЦ.

Новый прибор и методика определения расслаиваемости смесей при различных положительных температурах для условий сухого жаркого климата повышает точность определения расслаиваемости, сокращает сроки и трудоёмкость проведения испытаний. Устройство для определения расслаиваемости при различных положительных температурах бетонной смеси с помощью вибропросева (рис. 2.2.4) через сетку, состоит из пластмассового цилиндра объемом 4 дм3 (1), в котором имеется отверстие в нижней части размером 100х100 мм (2), и плотно закрепленной сетки с ячейками 5 см (3) для просева растворной части бетонной смеси. Электроразогрев бетонной смеси до нужной температуры осуществляется с помощью электродов. Используется также подвижный диск (4) и плита основания (5). Напряжение регулируется через латр; термометром (8) измеряется температура смеси. Основание надежно изолированно и жестко закреплено (6) на виброплощадке с помощью магнитного устройства (7). Для измерения температуры смеси используется термометр (8).

Рис. 2.4. Прибор для определения расслаиваемости бетонной смеси

Устройство работает следующим образом: цилиндрическая ёмкость (1). Предварительно протёртая внутри влажной тканью, цилиндрическая ёмкость заполняется бетонной смесью объемом 4 дм3, уплотняется штыкованием. Смесь с помощью электроразогрева нагревается до определенной фиксированной температуры, затем включается виброплощадка. Время отделения раствора фиксируется секундомером в течение 3-х минут, отделившийся за это время раствор отбирается через нижнее отверстие в мерный сосуд и взвешивается на лабораторных весах.

По величине объема и массы отделившегося раствора можно оценить расслаиваемость бетонной смеси и определить условия, при которых расслаиваемость смеси будет минимальной.

2.2.6. Методика обработки результатов опытов и установления расчетных зависимостей.

Для проектирования состава бетона и управления качеством материала на производстве необходимо иметь зависимости свойств бетонной смеси от ее состава, использованных материалов, условий приготовления и уплотнения, а также от температуры.

Поскольку в опытах приходится учитывать влияние на свойства бетонной смеси и бетона многих факторов, то в диссертации для получения расчетных зависимостей использован метод математического планирования эксперимента с последующей обработкой полученных опытных данных по специальной программе на персональных компьютерах.

3. Особенности поведения бетонных смесей на основе ТМЦ в условиях сухого жаркого климата

3.1 Исследование влияния состава и температуры на свойства бетонной смеси.

Из анализа литературных данных следует отметить, что большинство авторов считают, что процессы ускорения гидратации вяжущих и испарения влаги при повышении температуры бетонных смесей приводят к определенному ухудшению формовочных свойств бетонных смесей.

Исследования, проводимые с целью определения влияния температуры бетонной смеси в условиях сухого климата на удобоукладываемость смеси показали, что зависимость между температурой смеси и её удобоукладываемостью обратно пропорциональна. Повышение температуры смеси с 15єС до 25єС уже ухудшает удобоукладываемость, а при температуре свыше 30єС наблюдается заметная потеря подвижности бетонной смеси.

Так как повышение температуры смеси приводит к ухудшению её формовочных свойств, то получение требуемой удобоукладываемости за счет увлечения расхода воды и повышения водосодержания смеси приводит к снижению прочности бетона или к повышению расхода цемента.

Учитывая, что основным структурообразующим компонентом бетонной смеси является цементное тесто, а бетона - цементный камень, то изменяя их свойства, а также содержание компонентов, можно регулировать реологические и технологические свойства бетонной смеси в необходимом направлении.

С целью изучения влияния состава и температуры бетонных смесей на основе портландцемента с химическими добавками - пластификаторами и ВНВ на реологические и технологические свойства, были разработаны методы и приборы для их определения при повышенных температурах (Т=25єС, Т=35єС, Т=45єС).

Параллельно было изучено влияние температуры и составов на технологические и реологические свойства бетонной смеси по стандартным методикам.

Определяли характеристики бетонных смесей исходя из расхода цемента, количества заполнителей, расхода пластифицирующих добавок, которые значительно влияют на удобоукладываемость бетонных смесей.

Исследование проводили на бетонных смесях как жёстких (Ж до 45 с.), так и подвижных (ОК = 1 … 5 см и ОК = 15 … 20 см) с расходом портландцемента 350 и 450 кг/м3 при температурах 25єС и 35єС. Доля песка была принята постоянной, равной 0,4.

Составы бетонных смесей и результаты исследований по определению времени истечения через калиброванное отверстие приведены в таблице 3.1.

Из данных таблицы следует, что одинаковой удобоукладываемости бетонной смеси, независимо от состава, соответствует примерно одинаковое время истечения.

Например, состав 1 и состав 4 имеют жёсткость 40 и 37 сек. соответственно. При повышении температуры бетонной смеси до 35єС уменьшается удобоукладиваемость и увеличивается время истечения.

При введение в бетонную смесь пластифицирующих добавок СДБ и С-3 (см.табл. 3.2) в оптимальных количествах при повышении температуры до 40єС потеря подвижности смесей наблюдается, а время истечения изменяется незначительно.

Таким образом, добавки-пластификаторы оказывают влияние на изменение вязкости бетонной смеси при повышении её температуры.

Таблица 3.1. Влияние составов и температуры бетонной смеси на портландцемент на время истечения через калиброванное отверстие

Таблица 3.2. Влияние пластифицирующих добавок и температуры бетонной смеси на портландцементе на технологические свойства при постоянном расходе цемента

В работе изучали влияние соотношения между мелкими и крупными заполнителями, пластифицирующих добавок и температуры на реологические свойства бетонных смесей.

Исследования показали, что увеличение доли песка (ч) в смеси заполнителей от 0,32 до 0,52 способствует понижению вязкости бетонной смеси, особенно при увеличении доли песка (ч) до 0,42. При введении в бетонную смесь добавки С-3 в количестве 1% от массы цемента влияние доли песка (ч) незначительно.

Такая же зависимость наблюдается и при понижения температуры бетонной смеси до 40єС. Однако, температуры оказывает большее влияние на вязкость бетонной смеси (см. рис. 3.2) характер зависимостей сохраняется, а время истечения смесей понижается.

С целью определения граничных значений главных факторов для оптимизации составов бетонных смесей и бетонов, эксплуатируемых в условиях сухого жаркого климата, был проведен эксперимент на наихудшем и наилучшем, по предварительным данным, составам.

Составы бетонов и результаты эксперимента представлены в таблице 3.3.

Как следует из данных таблицы, составы с расходом цемента 250 кг/м3 возможно применять в технологии бетона лишь в сочетании с добавкой суперпластификатора при оптимальных значениях В/Ц и Ч. Наилучшие результаты по прочности при всех температурных режимах наблюдаются в составе 2 (расход Ц = 350 кг/м3 , В/Ц = 0,5).

При увеличении расхода цемента до 450 кг/м3 (состав 5 и 6) подвижность смеси улучшается и удобоукладываемость по истечению понижается.

Прочность всех серий образцов через 28 суток нормального твердения при повышении температуры бетонной смеси увеличивается на 10-15%, что объясняется ускорением процессов гидратации вяжущих.

Рис. 3.1. Зависимость влияния доли песка (ч) в смеси заполнителей на удобоукладываемость по истечению бетонной смеси при расходе Ц=350 кг/м3 В/Ц= 0,5

Рис. 3.2. Зависимость влияния доли песка /ч/ в смеси заполнителей на удобоукладиваемость по истечению бетонной смеси при Ц=350 кг/м3, В/Ц=0,6

Таблица 3.3. Влияние повышенных температур на свойства бетонных смесей и бетонов

В то же время влияние повышенной температуры на свойства бетонных смесей на ВНВ не изучено. Поэтому были проведены исследования свойств бетонных смесей на ВНВ в условиях повышенных температур. Для сравнения определялись удобоукладиваемость по истечению подвижных бетонных смесей на портландцементе. Результаты исследований приведены в таблице 3.4. и на рис. 3.3. и 3.4.

Все составы бетонных смесей имели одинаковую начальную удобоукладеваемость (подвижность составила 10 см).

Как видно из результатов (см. табл. 3.4.) и рис. 3.3. и 3.4., характер изменения вязкости и подвижности бетонных смесей на ПЦ и ВНВ различен. Для бетонных смесей на ПЦ потери подвижности при повышении температуры сопровождается значительным увеличением времени истечения (вязкости).

Использование суперпластификатора С-3 снижает вязкость смеси, но характер зависимости сохраняется, хотя степень потери подвижности уменьшается. В бетонной смеси на ВНВ с повышением температуры заметно снижается подвижность смеси, определяемая осадкой конуса, а время истечения, характеризующее поведение смеси при вибрации изменяется очень незначительно. Тем самым подтверждается ранее выдвинутая гипотеза о положительном влиянии повышенной температуры на свойства бетонных смесей на ВНВ и целесообразности их применения в технологии бетонных и железобетонных изделий и конструкций в условиях сухого жаркого климате.

Проведенные исследования показали, что вид вяжущего, химические модификаторы и состав бетона существенно влияют на изменение свойств бетонной смеси с изменением температуры. Для проектирования состава бетона и управления производством необходимо иметь зависимости свойств бетонной смеси от различных факторов.

Таблица 3.4. Влияние повышения температуры и вида вяжущего на вязкость (время истечения) бетонной смеси с осадкой конуса 10 см.

Рис. 3.3. Зависимость подвижности бетонной смеси от ее температуры и виды вяжущего при расхода вяжущего 350 кг/м3.

Рис. 3.4. Зависимость по истечению бетонной смеси от ее температуры и виды вяжущего при расхода вяжущего 350 кг/м3 (ОК=10 см)

3.2 Применение математических методов планирования эксперимента для определения основных зависимостей свойств бетонной смеси от температуры и состава

Для экспериментального определения зависимостей свойств бетонной смеси от различных факторов использовали современные методы математического планирования эксперимента. Как известно, решение большинства оптимизационных задач в технологии бетона связано с использованием полиномов второго порядка, параметры которых оценивают опытные данные с помощью регрессионного анализа.

Изучение свойств бетонной смеси на основе ВНВ и портландцемента (П/Ц) проводили в зависимости от 4-х факторов. В качестве главных факторов принимали: расход цемента (вяжущего), водоцементное отношение, соотношение между количеством песка в смеси заполнителей, концентрацию сухого суперпластфикатора С-3 и температуру бетонной смеси, интервалы варьирования устанавливали в зависимости от пределов рационального колебания факторов.

В соответствии с требованиями математического планирования эксперимента применяли план Бокса - Бенкина, обладающий, по нашему мнению, оптимальными свойствами с точки зрения объема экспериментальных работ и получаемой информации, а также отвечающей требованиям математической статистики. Теория математического планирования эксперимента позволяет определить порядок проведения экспериментов для получения количественных и качественных аналитических зависимостей между изучаемыми параметрами. Интервалы варьирования П/Ц и ВНВ приняты по предварительно проведенными экспериментам и с учетом литературных данных.

Уровни и интервалы варьирования в 4-х факторной задаче исследования свойств бетонной смеси на портландцементе с пластифицирующей добавкой С-3 приведены в таблице 3.5. Доля песка в смеси заполнителей принята равной 0,42, поскольку предварительные испытания показали, что влияние доли песка на подвижность бетонной смеси незначительно.

Уровни и интервалы варьирования в 4-х факторной задаче исследования свойств бетонной смеси и на ВНВ приведены в таблице 3.6

Поскольку для бетонных смесей на ВНВ влияние доли песка на свойства смеси изучено недостаточно, в качестве одного из факторов эксперимента учитывается доля песка.

Матрица планирования в натуральных значениях переменных факторов и результаты экспериментов приведены в табл. 3.7 и табл. 3.8 для бетонных смесей на ПЦ и ВНВ соответственно.

Таблица 3.5. Факторы и уровни варьирования

Таблица 3.6. Факторы и уровни варьирования

В результате обработки данных экспериментов методом математической статистики были получены полиноминальные математические модели свойств бетонных смесей. После исключения незначимых коэффициентов регрессии и проверки на адекватность получены следующие уравнения, описывающие зависимость свойств бетонных смесей от исследуемых факторов:

ТИСПЦ = 1417,74-716,048*Ц-1642,41*В/Ц-182,351*Д+0,338799*Т+127,522*

*Ц2+592,608*В/Ц2+8,72*Д2+0,0436914*Т2+294,108*Ц*В/Ц+65,83*

*В/Ц*Д-1,42*Ц*Т+79,11*В\Ц*Т-1,157*В/Ц*Т-0,069*Д*Т(3.2.1)

ТИСВНВ = 2441,4-2,25*ВНВ*9892,5*В/Вяж - 1441,4*Ч*2, 8*Т + 0,001*ВНВ2+11354,4*В/Вяж2+737,1*Ч2-0,008*Т2+2,2*ВНВ*В/ Вяж+1,3*ВНВ*

*Ч+0,00286*ВНВ*Т+2221,5*ВНВ*Т-3,6*В/Вяж*Т-0,001*Ч*Т(3.2.2)

где: Т - температура смеси; Д - количество добавки С-3 в % от массы вяжущего.

Таблица 3.6. Матрица планирования и результаты эксперимента в 4-х факторной задаче исследования свойств бетонной смеси на портландцементе

Таблица 3.7. Матрица планирования и результаты эксперимента в 4-х факторной задаче исследования свойств бетонной смеси на ВНВ - 50

С помощью этих зависимостей можно реализовать задачу рационального выбора параметров для получения бетонных смесей для массового применения в строительстве в условиях сухого жаркого климата.

Повышение температуры снижает удобоукладываемость бетонных смесей на портландцементе и на ВНВ - 50.

В бетонных смесях на портландцементе при повышении температуры снижается подвижность и повышается жесткость смеси. Введение суперпаластификатора С-3 позволяет получать подвижные смеси при В/Ц = 0,5 и более и расходе цемента более 300 кг/м3.

Заключение

бетонный деструктивный жаркий

1. Теоретически обоснована связь формуемости бетонной смеси на основе ВНВ и ТМЦ с его составом и структурой, а также реологическими и техническими характеристиками а условиях влияния повышенной температуры.

2. Разработаны условия получения бетонных железобетонных изделий требуемого качества на основе ВНВ и ТМЦ, заключающиеся в корректировке состава бетонной смеси в производственных условиях при повещенной температуре.

3. Разработана методика и прибор для определения формуемости бетонных смесей на основе ВНВ и ТМЦ по величине структурной вязкости и параметрам тиксотропии.

4. Разработана методика и прибор для оценки удобоукладываемой бетонных смесей на основе ВНВ и ТМЦ. Сущностью методика является определение раствор отделения при вибрации на приборе представляющем собой цилиндр с сетчатым основанием.

5. Установлены многофакторные зависимости формуемости и осадки конуса бетонных смесей на основе ВНВ и портландцемента с С - 3, а также прочности бетонов от вида и расхода вяжущего, доли песка в смеси заполнителей и температуры.

6. Получены зависимости водопотребности бетонных смесей на основе ВНВ и ТМЦ от заданной удобоукладываемости, нормальной густоты вяжущего, водопотребности песка и щебня, а также температуры.

7. Установлена кинетика изменения технических свойств бетонных смесей различного состава на основе ВНВ и ТМЦ с учетом температуры.

8. Установлены зависимости расслаиваемости литых бетонных смесей от их состава и вида вяжущего, влияние температуры на параметры раствор отделения.

Литература

1. Абдуллаев Д.А., Копилов В.Д. «Температурные изменения в бетоне, твердеющем в условиях сухого жаркого климата». / Архитектура и строительство Узбекистана. - 1985 г. № 7. - стр. 35-38.

2. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. «Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. Программное введение в планирование эксперимента».-М.,Наука,1976г.-стр. 280.

3. Алексеев С.И. «К расчету сопротивлений в трубах бетононасосов. Механизация строительства». № 1. - 1952 г.

4. Баженов Ю.М. «Технология бетона». Учебное пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 1978 г. - стр. 455.

5. Баженов Ю.М. «Технология бетона». Учебное пособие для технол. спец. строит. вузов. 2-е изд., перераб. - М.: Высшая школа, 1987 г. - стр. 415., ил.

6. Баженов Ю.М. «Бетоны с суперпластификаторами и комплексными добавками на их основе». / Архитектура и строительство Узбекистана. - 1983 г. № 3. - стр. 7-8.

7. Баженов Ю.М. «Совершенствование технологии и свойства бетона - важнейший резерв экономии ресурсов»./ Бетон и железобетон. - 1983 г. № 5. - стр. 7-8.

8. Баженов Ю.М. «Критерий оценки поведения бетона в сухом жарком климате»./Бетон и железобетон. - 1971 г. № 3. - стр. 9-11.

9. Баженов Ю.М., Бабаев Ш.Т., Чумаков Л.Д. «Влияние суперпластификаторов «10-03» и «30-04» на свойства бетонной смеси и бетона с учетом химико-минералогического состава цементов»./Применение химических добавок в технологии бетона. М., МДНТП им. Ф.Е. Дэержинского, 1980 г. - стр. 54-57.

Размещено на Allbest.ru