Способ определения пластической прочности пенобетонной смеси
Владельцы патента RU 2316750:
Моргун Владимир Николаевич (RU)
Ростовский государственный строительный университет (RU)
Способ относится к промышленности строительных материалов, а именно к способам изготовления материалов ячеистой структуры на основе минеральных вяжущих веществ. Цель предложенного способа - улучшение эксплуатационных свойств пенобетонов, получаемых из однородных по структуре пенобетонных смесей при правильном назначении расхода пенообразователя. Способ определения пластической прочности пенобетонной смеси, включает измерение глубины погружения Нi в смесь конического идентора через фиксированные промежутки времени. Причем высота идентора не менее 300 мм и масса от 200 до 300 г, а расчетное определение пластической прочности (τ) пенобетонной смеси при различном содержании в ней пенообразователя проводят по формуле: τ=к·Р/(Нi)2 ,где Р - масса конуса со скользящим стержнем, г; к - коэффициент, зависящий от угла при вершине конуса. 2 табл., 1 ил.
Способ относится к промышленности строительных материалов, а именно к способам изготовления материалов ячеистой структуры на основе минеральных вяжущих веществ.
Известен "Способ определения механических характеристик материалов и устройство для его осуществления" (см. патент РФ №2145071), который относится к средствам испытания материалов, находящихся в твердой фазе.
Наиболее близким техническим решением является способ определения расхода пенообразователя (далее ПАВ), основанный на предварительном расчетном определении пористости (СН 277-80 "Инструкция по технологии изготовления изделий из ячеистых бетонов" с.20...23). По этому способу для получения ячеистого бетона заданной плотности предварительно определяют величину его пористости, которая формируется в результате введения ПАВ в состав сырьевых компонентов. Расход ПАВ вычисляют по уравнению, которое содержит два эмпирических коэффициента, получаемых экспериментальным путем.
Способ СН 277-80 имеет следующие недостатки. Определение "К" (коэффициента выхода пор) осуществляется эмпирически ("Инструкция по технологии изготовления изделий из ячеистых бетонов" п.4.8) без учета конкретных свойств, применяемого ПАВ и технологии изготовления пенобетона. Коэффициент выхода пор, равный для пенообразователей 20 л/кг не учитывает:
- их многообразия по вещественному составу и различий товарных концентраций, изменяющихся от 16 до 45%;
- способов изготовления пенобетонных смесей (одно- или двухстадийная, барбатирование, турбулентное перемешивание и т.д.).
Величина "а", называемая коэффициентом использования пенообразователя, имеет постоянное значение, равное 0,85; "а" не учитывает того, что распределение ПАВ в объеме пенобетонных смесей осуществляется по принципу подвижного соответствия и зависит от количества свободной воды в смеси. Поэтому таким способом определять расход ПАВ для получения не расслаивающихся пенобетонных смесей невозможно. На практике проектирование состава пенобетонов осуществляют путем приготовления большого числа пробных замесов и выбора из них той рецептуры, которая лучше всего соответствует заданным параметрам. При этом избежать частичного расслоения, как правило, невозможно, что и учтено в требованиях ГОСТ 5742-76 (1995) "Изделия из ячеистых бетонов". Наличие расслоения в смесях в период преобладания вязких связей между сырьевыми компонентами приводит к комплексному ухудшению эксплуатационных свойств пенобетонов.
Задача предлагаемого способа - улучшение эксплуатационных свойств пенобетонов, получаемых из нерасслаивающихся пенобетонных смесей при правильном назначении расхода ПАВ.
Сущность изобретения заключается в том, что способ определения пластической прочности пенобетонной смеси включает измерение глубины погружения Нi в смесь конического идентора через фиксированные промежутки времени, причем высота идентора не менее 300 мм и масса от 200 до 300 г, а расчетное определение пластической прочности (τ) пенобетонной смеси при различном содержании в ней пенообразователя проводят по формуле:
где Р - масса конуса со скользящим стержнем, г;
к - коэффициент, зависящий от угла при вершине конуса.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлен прибор для определения пластической прочности пенобетонной смеси.
Прибор состоит из шкалы 1, укрепленной на штативе, стопорного винта или кнопки 2, конуса со скользящим стержнем 3, сосуда с пробой пенобетонной смеси 4, установленного на площадке штатива 5.
При изготовлении пенобетонных смесей учитывается зависимость их агрегативной устойчивости от скорости замены вязких связей между компонентами твердой фазы на упругие. Автором экспериментально установлено, что агрегативно устойчивые пенобетонные смеси характеризуются максимальной скоростью роста пластической прочности. При прочих равных условиях, эта скорость зависит от расхода пенообразователя и имеет максимальную величину при целесообразном его количестве.
Для определения величины целесообразного расхода ПАВ готовят не менее трех контрольных замесов в смесителе, конструкция которого соответствует конструкции производственного агрегата. Рецептура изготовляемых замесов должна отличаться только расходом ПАВ. Шаг изменения расхода ПАВ в контрольных замесах зависит от вида пенообразователя и может изменяться в диапазоне 0,01%...0,5% от количества воды в смеси. Величина шага зависит от вида применяемого пенообразователя. Оценку изменения пластической прочности смесей осуществляют в течение 3-х часов с помощью прибора через равные промежутки времени, например, с интервалом 15 или более минут. За начало отсчета времени принимается момент контакта вяжущего с водой (начало перемешивания компонентов). Результаты измерений заносятся в таблицу. На основе измерений рассчитывают показатели пластической прочности смесей. Полученные результаты анализируются. За целесообразный принимается тот расход ПАВ, который обеспечивает максимальную скорость роста пластической прочности.
Последовательность выполнения операций при определении рационального расхода ПАВ следующая. В смеситель вводят компоненты бетонной смеси в соответствии с принятой технологией. Одновременно со смесителем включают секундомер. Приготовленную пенобетонную смесь укладывают в сосуд 4, имеющий форму усеченного конуса. Высота сосуда 4 не может быть менее 300 мм, а верхний диаметр - менее 200 мм. Верхняя кромка сосуда 4 должна иметь контрольные метки по длине окружности через каждые 120°. Сосуд 4 наполняется смесью на высоту не менее 300 мм и встряхивается (5...7 раз) или вибрируется до тех пор (но не более 3 секунд), пока поверхность уложенной смеси не станет плоской и горизонтальной. Сосуд 4 со смесью устанавливают на площадку штатива 5, в котором с помощью стопорного винта 2 закреплен жесткий конус 3 с углом при вершине 30°. Штатив имеет шкалу 1 с ценой деления 1 мм. Высота конуса 3 составляет 300 мм, масса конуса 3 с закрепленным на нем скользящим стержнем может быть переменной от 200 до 300 г. Острие конуса 3 подводят к поверхности пеносмеси на расстоянии 70±10 мм от метки на кромке сосуда 4 и по шкале 1 штатива фиксируют начальный отсчет (hH). Затем отпускают стопорный винт 2, дают возможность конусу 3 погружаться в смесь под действием собственного веса и фиксируют равновесную величину глубины погружения конуса 3 (hK). Глубина погружения конуса 3 (Нi) определяется разницей показаний Нi=(hK-hH) в см с точностью до второго десятичного знака. За величину глубины погружения (Н) принимается среднее арифметическое трех испытаний (Hi), полученных в результате погружения конуса 3 при последовательном повороте сосуда 4 на 120° вокруг своей оси. Параметры глубины погружения конуса 3 позволяют рассчитать пластическую прочность (τi) смеси по формуле:
где Р - масса конуса со скользящим стержнем, г;
к - коэффициент, зависящий от угла конуса.
При угле, равном 30°,
к=0,4446.
Полученные данные заносят в таблицу 1. После измерения пластической прочности смеси, сосуд 4 взвешивают с точностью +5 г. По шкале прибора определяют высоту бетонной смеси в сосуде 4 и, учитывая его геометрию, вычисляют объем бетонной смеси. Среднюю плотность бетонной смеси в кг/л определяют по уравнению:
где m1 - масса бетонной смеси вместе с сосудом;
m2 - масса пустого сосуда;
Vбc - объем бетонной смеси в сосуде.
Результаты измерений и вычислений заносят в таблицу 1. За целесообразный принимается такой расход ПАВ, при котором бетонная смесь имеет максимальную пластическую прочность и минимальную среднюю плотность.
Анализ данных, представленных в табл.1, показывает, что за целесообразный надо принять расход ПАВ величиной 2,1%. После укладки смесей в формы и твердения полученных бетонов в нормальных условиях были определены их физико-механические свойства.
| Таблица 1 | |||||||
| Контрольная таблица для определения целесообразного расхода ПАВ | |||||||
| Контролируемые свойства | Расход ПАВ в % от количества воды | Примечания | |||||
| 2 | 2,1 | 2,2 | 2,3 | 2,4 | |||
| Время начала замеса, час и мин | 900 | 930 | 1000 | 1030 | 1100 | ||
| Среднее значение глубины погружения конуса, см | |||||||
| № замера при интервале 30 минут | 1 | 22,8 | 22,8 | 22,75 | 22,77 | 22,79 | |
| 2 | 22,2 | 22,11 | 22, | 22,3 | 22,4 | ||
| 3 | 21,1 | 21 | 21 | 21,1 | 21,2 | ||
| 4 | 17,9 | 17,6 | 18 | 18,1 | 18,4 | ||
| 5 | 15 | 14,9 | 15 | 15 | 15,5 | ||
| 6 | 12 | 11,3 | 11,9 | 12 | 12,5 | ||
| Пластическая прочность бетонной смеси в сосуде, Па (для соответствующего № замера) | 1 | 38 | 39,0 | 39,0 | 39 | 38,2 | |
| 2 | 46 | 46,6 | 45,1 | 46 | 44,4 | ||
| 3 | 62,3 | 65,7 | 58,8 | 57,0 | 55,5 | ||
| 4 | 83,5 | 90,1 | 85,6 | 81,1 | 75,7 | ||
| 5 | 115 | 139 | 121 | 117 | 108 | ||
| 6 | 178 | 195 | 181 | 166 | 154 | ||
| Масса пустого сосуда, г | 210 | 210 | 210 | 210 | 210 | ||
| Масса сосуда с бетоном, г | 3750 | 3760 | 3720 | 3610 | 3485 | ||
| Высота бетонной смеси в сосуде, мм | 300 | 300 | 300 | 300 | 300 | ||
| Объем бетонной смеси в сосуде, л | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | ||
| Плотность бетонной смеси, кг/л | 708 | 710 | 702 | 680 | 655 |
| Таблица 2 Свойства бетонов | |||||
| Концентрация ПАВ, % | Плотность | Прочность на сжатие | Примечания | ||
| кг/м3 | коэффициент вариации, % | МПа | коэффициент вариации, % | ||
| 2,0 | 526 | 0,72 | 1,09 | 9,6 | |
| 2,1 | 518 | 0,66 | 1,15 | 8,8 | |
| 2,2 | 531 | 0,75 | 1,14 | 11,2 | |
| 2,3 | 536 | 0,88 | 1,06 | 14,7 | |
| 2,4 | 542 | 1,05 | 0,98 | 16,4 | Расслоение бетона |
Результаты, представленные в табл.2, показывают, что наилучшими физико-механическими свойствами обладают бетоны, в которых содержится оптимальное количество ПАВ. У пенобетона, в котором имелось целесообразное количество ПАВ, наилучшее соотношение между плотностью и прочностью при минимальных показателях коэффициентов вариации соответствующих свойств.
Технико-экономическая эффективность способа заключается в исключении брака пенобетонных изделий из-за расслоения смесей в период предварительной выдержки.
Способ определения пластической прочности пенобетонной смеси, включающий измерение глубины погружения Нi в смесь конического идентора через фиксированные промежутки времени, отличающийся тем, что высота идентора не менее 300 мм и масса от 200 до 300 г, а расчетное определение пластической прочности (τ) пенобетонной смеси при различном содержании в ней пенообразователя проводят по формуле
τ=к·Р/(Нi)2,
где Р - масса конуса со скользящим стержнем, г;
к - коэффициент, зависящий от угла при вершине конуса.
