Контакты

Адрес:
664056 г. Иркутск,
ул. Салацкого, 17
(м/р Приморский),

тел./факс: (3952) 793-663  
Написать нам письмо

Проектирование состава кладочных растворов на основе сухих золосодержащих смесей

Л.И. Дворкин, доктор технических Наук, профессор; О.Л. Дворкин, доктор технических. Наук, профессор; Ю.В. Гарницкий, канд. технических. Наук, доцент; И.Н. Рыженко, инженер, Национальный университет водного хозяйства и природопользования, г. Ровно, Украина.

Рассмотрен метод проектирования состава сухих цементно-зольных смесей для кладочных растворов с обеспечением нормированных показателей их качества и минимальной себестоимости смеси.

Технологический процесс каменной кладки – один из наиболее распространенных и трудоемких в строительном производстве. Уменьшить трудозатраты и улучшить качество кладочных работ можно путем использования сухих строительных смесей (ССС) для приготовления кладочных растворов. По оценкам специалистов, их применение повышает эффективность производства работ в 1,5 – 2 раза. В состав таких ССС целесообразно вводить золу-унос тепловых электростанций, что позволяет существенно уменьшить стоимость растворов при сохранении их строительно-технических свойств. Для регулирования свойств золосодержащих кладочных смесей – пластичности, адгезии, водоудерживающей способности – кроме цемента, золы и песка в смеси можно вводить и другие минеральные наполнители, а также химические добавки.

Выполненные нами исследования позволяют сделать вывод, что для керамической кладки в состав золосодержащих цементных растворов целесообразно вводить для замены извести воздухововлекающую добавку или известково-карбонатную пыль (ИКП) вращающихся известеобжигательных печей. Для кладки из бетона камней (в т. ч. из ячеистого бетона) целесообразно применение комплексной химической добавки суперпластификатор + редиспергируемый сополимерный порошок (РСП).

Наиболее важным нормируемыми показателями качества золосодержащих кладочных растворов являются их прочность и подвижность смесей, а основными факторами состава – водовяжущее отношение, соотношение песок: цемент, доля золы (или зольно-карбонатного наполнителя) в вяжущем и содержание химической добавки. Требуемые показатели качества кладочных ССС можно получить при различных сочетаниях этих факторов. Поэтому при проектировании состава смеси возникает необходимость выбрать такое их сочетание, при котором обеспечивается не только необходимые прочность и подвижность раствора, но и минимальная себестоимость сухой смеси. При этом должны быть обеспечены и другие эксплуатационные свойства раствора – водоудерживающая способность, прочность сцепления с материалом кладки, морозостойкость, стойкость к высолообразованию.

В наиболее общем виде задачу проектирования состава ССС можно сформулировать системой уравнений:

y1=f1(P1, P2,…Pn-1)≥y10; (или <y10)

y2=f2(P1, P2,…Pn-1)≥y20; (или <y20) (1)

yn-1=fn-1(P1, P2,…Pn-1)≥yn-10; (или <yn-10)

Cr=f(P1, P2,…Pn-1)→ opt,

где y10, y20, yn-10 – заданные показатели свойств смеси и раствора; P1, P2,…Pn-1 - факторы состава смеси; Cr – критерий оптимизации.

Нахождение необходимых факторов состава решением системы (1) практикуется обычно при возможности использования линейных уравнений. При использовании квадратичных уравнений yi=f(Pi) необходимо определить возможность включения в систему (1) линейных уравнений dyi/dPi=0, полученных дифференцированием выходных параметров по оптимизируемым факторам. В частных случаях возможны другие приемы решения системы (1).

Выполненные экспериментальные исследования золосодержащих ССС позволили получить квадратичные математические модели их свойств. Рассматривались три варианта состава кладочной смеси: в первом в качестве добавки-пластификатора использовалась комплексная химическая добавка – суперпластификатор ПОЛИПЛАСТ СП-3 + сухая воздухововлекающая добавка с соотношением компонентов 8:1; во втором составе использовалась комплексная химическая добавка суперпластификатор (СП-3) + (Mowilith); третья смесь включала комплексный наполнитель, состоящий из золы-уноса и ИКП в соотношении 3:2 по массе, а также суперпластификатора. Условия планирования эксперимента приведены в таблице 1.

Таблица 1.Условия планирования эксперимента при изучении растворов.

Фактор, вид

Уровни варьирования

Интервал варьирования

натуральный

кодированный

-1

0

+1

Смесь 1 (2)

Содержание комплексной химической добавки, % (Ц+3)

X1

0,1

(0,5)

0,3

(1)

0,5

(1,5)

0,2

Доля золы D3=3/(Ц+3) по массе в смеси цемента и золы, %

X2

20

40

60

20

Отношение B/(Ц+3)

X3

1,00

0,80

0,60

0,20

Смесь 3

Содержание СП-3, % (Ц+З+ИКП)

X1

0,1

0,3

0,5

0,2

Доля зольно-известковой части в вяжущем, %;

X2

20

40

60

20

Отношение B/(Ц+З+ИПК)

X3

1,00

0,80

0,60

0,20

Примечание: В, Ц, З, ИКП – расходы по массе воды, цемента, золы и известково-карбонатной пыли соответственно.

При выбранных значениях трех факторов состава X1-X3 соотношение расходов песка (Мкр=1,5-1,8) и цемента подбирали экспериментально для обеспечения необходимой удобоукладываемости раствора. Обработкой экспериментальных данных были получены математические модели прочности раствора в возрасте 28 суток для трех типов смеси (2-4) и усредненное уравнение для параметра n=П/Ц, при котором обеспечивается необходимая подвижность кладочного раствора:

R(1)28= 13,4-0, 67 X1+3,10 X2-4,09 X3+0,33 X12-3,17 X22-1,17 X32-

-1,13 X1 X2-1,67 X1 X3-0,97 X2 X3, (2)

R(2)28= 15,7+1,06 X1+3,45 X2-3,56 X3+0,16 X12-2,24 X22-0,98 X32-

-2,34 X1 X2-1,12 X1 X3-1,03 X2 X3, (3)

R(3)28= 14,2+4,72X2-4,07X3+0,24X12-3,48X22-0,97X32-0,97X1X2-

-0,97X1X3-1,97X2X3, (4)

n=П/Ц=2,93-0,16X1+0,34X2-1,82X3-0,064X12+0,036X22-0,036X32-

-1,74 X1X3-0,62 X2X3 (5)

Проектирование составов золосодержащих кладочных ССС можно выполнить в следующем порядке: сначала задаются близкими к оптимальным значениями X1 – содержание химической добавки и X2 - расхода дисперсного наполнителя. Затем их уравнений (2-4) находят X3 – водовяжущее отношение, обеспечивающее требуемое значение прочности раствора. При известных значениях Х1, Х2, Х3 из уравнения (5) находится массовое значение песка и цемента, обеспечивающее необходимую подвижность кладочного раствора.

Расходы цемента, воды и песка можно определить по известным формулам метода абсолютных объемов. Расход цемента:

1000-VB

Ц= —————————

1/ρц+В/(Ц+Н)+n/ρn, (6)

где ρjb и ρn – истинные плотности цемента и песка; VB – объем вовлеченного воздуха; В, Ц, Н – расход, соответственно, воды, цемента и наполнителя (зольного или зольно-известкового).

Расход воды:

Ц

В= ———

В/Ц. (7)

Расход песка:

П=nЦ.

(8)

Задача выбора оптимального состава кладочной смеси строго может быть решена методами математического программирования. Возможны различные условия оптимальности: минимизация стоимости растворенной смеси, минимизация расхода цемента без или с ограничениями по расходу одного или двух компонентов добавок и др. Во всех случаях в качестве обязательных ограничений является обеспечение требуемого комплекса нормируемых свойств раствора.

При минимизации стоимости кладочной смеси (Сб) критерий оптимизации может быть выражен линейным уравнением:

СбдД+СнпН+СцЦ+СпП (9)

где Сд, Сн, Сц, Сп – цена соответственно добавки, наполнителя, цемента и песка; Д, Н, Ц и П – их расходы.

Для проектирования составов при данном критерии оптимальности может быть использован метод последовательных приближений. На первом этапе проверяется возможность обеспечения нормируемых свойств с минимальным содержанием добавок, затем с определенными шагом по содержанию добавок расчет повторяется. В конечном счете, такие расчеты, выполняемые с применением ЭВМ, позволяют выбрать оптимальный состав.

До выполнения расчетов по определению составов растворов целесообразно выполнение анализа математических моделей графическим или диссоциативно-шаговым методом. В соответствии с последним для факторов с квадратичными коэффициентами моделей bii<0 положение экстремума, вне зависимости от зоны эксперимента, определяется из равенства нулю первой частной производной функции:

k k k

y= b0+∑ biXi+∑ biiXi2+ ∑ bijXiXj, т.е. (10)

i=1 i=1 i≠j

dy/dxi=(bi+∑ bijXj) +2biiXi=0 (11)

i≠j

Положение экстремума Xie определяется линейной зависимостью:

bi+∑bijXj bi ∑biiXj

Xie= - ————— = —— - ———— (12)

2bii 2bii 2bii

Для того, чтобы Xie всегда находился в зоне эксперимента (Xie≤1), необходимо, как это следует из равенства (12), чтобы выполнялись условия:

(│bi│+∑│bij│) ≤ 2│bij│. (13)

i≠j

(│bi│+∑│bij│) > 2│bij│, (14)

i≠j

то необходима проверка дополнительных условий:

(│bi│+∑│bij│) > 2│bij│; (15)

i≠j

(│bi│+∑│bij│) > 2│bij│. (16)

i≠j

В случае невыполнения условий (13) Хi опт всегда находится вне зоны эксперимента и равен граничному значению ±1, определяемому по знаку bi.

По предложенной методике были рассчитаны оптимальные по себестоимости (при сложившемся соотношении цен) составы кладочных золосодержащих смесей для растворов марок 50-125. В таблице 2 приведены составы растворенных смесей с использованием в качестве пластификатора комплексной химической добавки суперпластификатор СП-3+ сухая воздухововлекающая добавка (Mix-uk). Для сравнения приведены составы раствора построечного изготовления с применением известкового теста по СН290-74.

Таблица 2.

Марка раствора

Расход компонентов на 1 м3 раствора, кг

Снижение себестоимости раствора при применении ССС,%

Цемент

Известковое тесто

Зола

Комплексная добавка

150

400

93

323

-

143

0,139

25,2

100

300

140

238

-

167

0,122

30,8

75

240

140

190

-

158

0,105

33,2

50

175

184

156

-

185

0,098

41,3

Таким образом, применение золосодержащих ССС с комплексной добавкой позволяет уменьшить себестоимость кладочных растворов на 25…40% и расход цемента примерно на 20% по сравнению со смешанными цементно-известковыми растворами построечного изготовления, увеличить производительность труда, улучшить качество выполнения работ и условия труда.

Показать в формате для печати