Способ определения расхода мелкого и крупного заполнителей в бетонной смеси

 

Изобретение относится к способам оперативного управления приготовлением бетонной смеси и может быть использовано в строительстве и на предприятиях строительной индустрии. Сущность: способ определения расхода мелкого и крупного заполнителя в бетонной смеси на цементном вяжущем, включающий определение насыпной плотности и средней плотности опытной партии мелкого и крупного заполнителя и коэффициента раздвижки зерен крупного заполнителя раствором, пустотности крупного заполнителя, просушивание опытной партии мелкого заполнителя и просеивание их на стандартных ситах, предварительное установление расхода мелкого и крупного заполнителей с последующей корректировкой указанного расхода и определение производственных расходов крупного и мелкого заполнителей, отличающийся тем, что дополнительно определяют содержание крупного заполнителя в мелком и зерен мелкого заполнителя в крупном, после чего определяют предварительный расход крупного и мелкого заполнителей в крупном, после чего определяют предварительный расход крупного (Щ) и мелкого заполнителя (П) по формулам: где N - пустотность крупного заполнителя; α - коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя раствором; g - насыпная плотность крупного заполнителя; Ц - расход цемента, кг/м³, ρ^°_кр - средняя плотность зерен крупного заполнителя; ρ_ц - средняя плотность цемента; ρ^°_п - средняя плотность зерен мелкого заполнителя; W - водопотребность бетонной смеси, л/м³; ζ - воздухововлечение бетонной смеси, л/м³, и производственный расход мелкого (П) и крупного (Щ) заполнителей по формулам где: П_ш - содержание мелкого заполнителя в крупном, мас.%; Щ_п - содержание крупного заполнителя в мелком, мас. %

Изобретение относится к способам оперативного управления приготовлением бетонной смеси и может быть использовано в строительстве и на предприятиях строительной индустрии.

Известен способ регулирования состава в зависимости от фактической прочности цемента, позволяющий оперативно определить требуемое цементно-водное отношение для получения требуемой прочности.

Недостатком аналога является то, что при этом не корректируется расход мелкого и крупного заполнителя.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ регулирования состава бетона, включающий предварительное определение номинального состава, просушивание до постоянной массы мелкого и крупного заполнителя и просеивание их через стандартные сита с определением массовой доли зерен крупного заполнителя в мелком (более 5 мм) и мелкого в крупном (менее 5 мм) с последующим вычислением производственных расходов мелкого и крупного заполнителя (см ГОСТ 27006-86 Бетон. Правила подбора состава).

Недостатком прототипа является то, что в процессе производства при изменении гранулометрического состава заполнителей изменяется и оптимальное соотношение между мелким и крупным заполнителем, которое может существенно отличаться от установленного в номинальном составе, а также средняя и насыпная плотность зерен мелкого заполнителя и крупного в мелком. Эти недостатки приводят к ухудшению качества бетона. Целью заявляемого технического решения является повышение точности определения расхода крупного и мелкого заполнителя.

Поставленная цель достигается тем, что в способе регулирования состава бетона, включающем предварительное определение номинального состава, просушивание проб мелкого и крупного заполнителя до постоянной массы и просеивание их через стандартные сита с определением доли зерен крупного заполнителя в мелком и мелкого заполнителя в крупном с последующим вычислением производственных расходов мелкого и крупного заполнителя, для каждой партии мелкого и крупного заполнителя определяют среднюю плотность их зерен, соотношение между мелким и крупным заполнителем, обеспечивающее минимальную водопотребность бетонной смеси требуемой удобоукладываемости, а производственные расходы мелкого и крупного заполнителя определяют в соответствии с абсолютными объемами фракций заполнителей.

Предварительный расход крупного Щ и мелкого П заполнителей определяют по формулам: Щ = , П = 1000- + W_{бет.смеси}+ + , где N_пуст - пустотность крупного заполнителя; α_разд- коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя раствором; γ_{нас.круп}- насыпная плотность крупного заполнителя; Ц - расход цемента, кг/м³; ρ^о_кр- средняя плотность зерен крупного заполнителя; ρ_ц- средняя плотность цемента; ρ^о_п- средняя плотность зерен мелкого заполнителя; W_{бет.смеси} - водопотребность бетонной смеси, л/м³; ζ_возд.- воздухововлечение бетонной смеси, л/м³. а производственный расход мелкого (П) и крупного (Щ) заполнителей по формулам:
= , где П_щ - содержание мелкого заполнителя в крупном, мас.%;
Щ_п - содержание крупного заполнителя в мелком, мас.%.

=
Существенным отличием предлагаемого способа является предварительное определение оптимального соотношения между мелким и крупным заполнителем и корректировка расхода заполнителей с учетом их абсолютного объема.

Абсолютный объем определяется отношением массы к средней плотности зерен заполнителя.

Соотношение между мелким и крупным заполнителем, обеспечивающее минимальную водопотребность бетонной смеси, определяется по следующей методике.

Принимают для первого состава бетонной смеси коэффициент раздвижки зерен 1,4 для подвижных, 1,2 для жестких смесей или другое значение, определена по любым литературным данным.

Если при принятом коэффициенте раздвижки зерен для заданного расхода цемента бетонная смесь заданной удобоуклады- ваемости (удобоукладываемость корректируется расходом воды) расслаивается, значение коэффициента раздвижки зерен увеличивается на 5% до тех пор пока не получится нерасслаиваемая смесь заданной удобоукладываемости. Однако последний состав еще не обеспечивает минимальную водопотребность бетонной смеси, так как точка минимума может находится между двумя последними значениями коэффициента раздвижки зерен. Поэтому в последующем замесе коэффициент раздвижки зерен уменьшают на 2-3%, а если смесь не расслаивается и это значение обеспечивает меньший расход воды, чем предыдущий то оно применяется окончательным. Если же смесь расслоилась, то с учетом ошибки опыта принимается предыдущее значение.

Если же в первом замесе смесь не расслоилась идет дальнейший поиск α, обеспечивающий меньший расход воды при заданной удобоукладываемости смеси. Уменьшаем на 5% до тех пор пока не будет определено значение α, обеспечивающее минимальную водопотребность смеси. Возможно, что при последующем уменьшении α смесь расслоится. В этом случае значение α увеличивают по сравнению с последним составом на 2-3% и, если при этом смесь не расслоится и водопотребность смеси при заданной удобоукладываемости окажется наименьшей, то это значение α принимают окончательным. Если же смесь расслоится, то принимают из всех проведенных опытов α, которое обеспечило нерасслаиваемую бетонную смесь заданной удобоукладываемости при наименьшей водопотребности.

Известен еще один прием определения значения α. Для этого готовят замесы с значениями α, отличающимися на 2,5-5%, и выбирают то значение, которое при заданной водопотребности обеспечивает нерасслаиваемую смесь наибольшей удобоукла- дываемости. А так как при заданном расходе цемента удобоукладываемость и водонепроницаемость имеют прямую коррекцию по трем сериям опытов находят наилучшее значение α.

Обычно, для нахождения наилучшего значения α требуется от трех до пяти опытов.

По прототипу использовался для определения лабораторного состава щебень из гравия фракции 5-20 мм и мелкий песок с Мк = 1,607 со следующей гранулометрической характеристикой. Диаметр сит, мм Остатки на сите, мас.%
2,5 0
1,25 7,4
0,63 12,9
0,315 24,6
0,14 43,2 Был установлен следующий состав бетона: Цемент 312 кг/м³, Вода 198 кг/м³, Щебень 1159 кг/м³, Песок 641 кг/м³, Добавка С-3 0,6% от массы цемента, Осадка конуса 18 см.

В процессе производства используется щебень из гравия с содержанием фракций менее 5 мм - 18,9%, в том числе по фракциям
2,5 мм - 10,4%
1,25 мм - 2,9%
0,63 мм - 2,2%
0,315 мм - 1,8%
0,14 мм - 1% Менее 0,14 - 0,6%.

Следовательно, по фактическому гранулометрическому составу заполнителей мелкий заполнитель окажется с Мк = 2,43, что потребует не только корректирования расхода воды, но и оптимального соотношения между мелким и крупным заполнителем.

По прототипу производственный расход заполнителей будет иметь следующий состав:
370,9 кг
По предлагаемому решению просушенные до постоянной массы заполнители просеиваем через стандартные сита, определяем среднюю плотность зерен мелкого заполнителя и среднюю плотность зерен крупного заполнителя более 5 мм и менее 5 мм. Если бы в мелком заполнителе находились зерна более 5 мм необходимо было бы определить их среднюю плотность.

Определяем на данных заполнителях известными методами соотношение между мелким и крупным заполнителем, обеспечивающим минимальную водопотребность по описанной методике бетонной смеси.

Для этого готовим четыре состава, отличающиеся коэффициентом раздвижки зерен в т. ч. и номинального состава. По коэффициенту раздвижки зерен номинального состава 1,482 смесь расслаивается, а водопотребность составляет 190 л/м³ при 1,58-186 л/м³.

Наилучшая смесь получена при коэффициенте раздвижки зерен 1,53.

Водопотребность бетонной смеси при этом составила 183 л/м³, осадка конуса 18,6 см.

Определяем среднюю плотность зерен мелкого заполнителя - 2,52 г/см³, насыпную плотность крупного заполнителя - 1,42, среднюю плотность крупного заполнителя - 2,684 г/см³, после чего определяем расход крупного заполнителя и пустотность крупного заполнителя пустотность 1 - 1,42/2,684 = 0,471 Следовательно, расход щебня будет равен:
Щ = 1000/+ 1/2,684 = 1136,3 кг а песка (при воздухововлечении бетонной смеси 15 л/м³)
П = [1000 - (312/3,08 + 183 + 1136/2,684+ + 15] x 2,52 = 699,2 кг с учетом содержания зерен мелкого заполнителя в щебне производственный расход песка и щебня составит
450,6 Таким образом можно сравнить два производственных состава бетона. По прототипу Предлагаемое
решение Цемент, кг/м³ 312 312 Вода, кг/м³ 198 183 Щебень, кг/м³ 1429 1401 Песок, кг/м³ 371 451 Добавка С-3, % 0,6 0,6 от расхода цемента. Если смесь по прототипу оказалась с более высокой осадкой конуса и расслаивается, то по предлагаемому решению обеспечивается проектная осадка конуса и смесь не расслаивается. Образцы-кубы, изготовленные из бетонной смеси по способу-прототипу и предлагаемому решению в возрасте 28 сут, показали следующую прочность на сжатие:
по прототипу - 20,9 МПа, а по предлагаемому решению - 25,3 МПа.

Так как в процессе производства заполнители поставляются партиями, а гранулометрический их состав не стабильный (например, в дождливую погоду забиваются сита), то даже при четком регулировании составов бетона по прототипу коэффициент вариации будет нестабильным.

В качестве второго примера рассмотрим бетон на гранитном щебне с колебаниями содержания зерен мелкого заполнителя до 15% и крупным кварцево-полевошпатным песком с Мк = 2,73 с содержанием зерен крупного заполнителя до 20% . В этом случае зерна крупного заполнителя в мелком будут снижать фактическую пустотность крупного заполнителя, что приведет к увеличению расхода крупного заполнителя в базовом составе.

Третий пример выполнен при использовании щебня из доломитизированного известняка и кварцевого песка с Мк = 2,04. Колебания зерен песка в щебне до 25%, а щебня в песке до 5%.

Все примеры приведены в табл. 1.

По данным прочности бетона на шести партиях каждого заполнителя определены значения коэффициентов вариации. Результаты определения значений коэффициентов вариации приведены в табл. 2.

Анализ приведенных данных показывает, что применение предлагаемого способа позволяет улучшить удобоукладываемость бетонной смеси, повысить прочность и снизить коэффициент вариации бетонов.

Полученный эффект может быть использован и для снижения расхода цемента.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА МЕЛКОГО И КРУПНОГО ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ В БЕТОННОЙ СМЕСИ на цементе, включающий определение насыпной плотности и средней плотности опытной партии мелкого и крупного заполнителей, коэффициента раздвижки зерен крупного заполнителя раствором, пустотности крупного заполнителя, просушивание опытной партии мелкого и крупного заполнителей и просеивание их на стандартных ситах, предварительное установление расхода мелкого (П) и крупного (Щ) заполнителей с последующей корректировкой указанного расхода и определение производственных расходов крупного (()) и мелкого (()) заполнителей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения расхода крупного и мелкого заполнителей, дополнительно определяют содержание зерен крупного заполнителя в мелком и зерен мелкого заполнителя в крупном, после чего определяют предварительный расход крупного и мелкого заполнителей по формулам
Щ = ;
П = 1000 - + W_{бет.смеси}+ + ρ^°_п ,
где N - пустотность крупного заполнителя;
α - коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя раствором;
γ - насыпная плотность крупного заполнителя;
Ц - расход цемента, кг/м³;
ρ_кp^o - средняя плотность зерен крупного заполнителя;
ρ_ц^o - средняя плотность цемента;
ρ_п^o - средняя плотность зерен мелкого заполнителя;
W - водопотребность бетонной смеси, л/м³;
μ - воздухововлечение бетонной смеси, л/м³,
и производственный расход мелкого () и крупного () заполнителей
= ,
где П_щ - содержание мелкого заполнителя в крупном, мас.%;
Щ_п - содержание крупного заполнителя в мелком, мас.%,
= .

РИСУНКИ

Рисунок 1