Расчёт по производству бетона и его эффективность»

Дзержинский политехнический институт
Защищена с оценкой отлично . 17 января 2016 года ...

Критерий оптимальности рассматривается при обязательном обеспечении заданных показателей свойств.
Зависимость коэффициента эффективности использования цемента различных марок от параметра плотности бетона 0.319 В/ Ц 0.647 X α + α = , где α – степень гидратации цемента:
1 – Rц = 50 МПа (Ж=11…20 с);
2 – Rц = 50 МПа (ОК=1…4 см);
3 – Rц = 40 МПа (Ж=11…20 с);
4 – Rц = 40 МПа (ОК=1…4 см)
Характерными при оптимизации составов бетона являются задачи, предполагающие достижение условного экстремума т.е. максимально (минимально) возможного значения критерия при заданных ограничениях (например, минимально возможной объемной концентрации цементного камня при заданных значениях прочности бетона, удобоукладываемости бетонной смеси).

Изолинии прочности и коэффициента эффективности литых золосодержащих бетонов.
а – объем цементно-зольного теста (Vц.з.т):
1 - Vц.з.т=350 л/м3 , Rб≥25 МПа, ОК>22 см;
2 - Vц.з.т=330 л/м3 , Rб≥21 МПа, ОК>22 см;
3 - Vц.з.т=210 л/м3 , Rб≥17 МПа, ОК>22 см;
4 - Vц.з.т=190 л/м3 , Rб≥12 МПа, ОК>22 см.
б, в – прочность бетона и коэффициент эффективности использования цемента (Кэ=Rб/Ц).
б: 1 – расход золы Dз=50 кг/м3 ;
2 - Dз=150 кг/м3
в: 1 –удельная поверхность золы Sз=290 м2 /кг; 2 - Sз=490 м2 /кг.
Оптимальный состав бетона также как и его структура находится в компромиссной области, когда она определяется двумя или более критериями оптимальности.
При постановке оптимизационных задач необходимо учитывать взаимосвязи различных критериев оптимизации. Когда критериями оптимизации служат показатели свойств бетона, то зависимости между ними обусловлены взаимосвязями соответствующих структурных параметров, обусловливающими рассматриваемые свойства. Совпадение векторов изменения свойств и их оптимальных значений возможно при пропорциональном изменении соответствующих структурных параметров. Отношение, например, плотности цементного камня в бетоне (Х) к объемной концентрации цементного камня (С) является некоторой функцией расхода цемента и В/Ц: f(Ц, В/Ц) С Х

Массовое использование бетона при строительстве зданий всех типов свидетельствует о незаменимости данного материала в условиях современной действительности. Все попытки промышленных предприятий и научных центров изобрести что-то новое экономичное и практичное пока не имеют очевидных успехов.
В 1822г. в Петербурге вышла книга «Трактат об искусстве приготовлять хорошие строительные растворы». Ещё через несколько лет её автор-русский строитель Егор Челиев издал новую книгу о том, как приготовлять цемент и бетон и как применять их для скрепления кирпичей или камней при строительстве, стен и фундаментов сооружений и т.п.
В 1824г. в Англии Д. Аспинд взял патент на изготовление цемента из известковой пыли, смешанной с глиной и обожжённой при высокой температуре. Полученный при этом ноздреватый с ерый материал, называемый клинкером, он размалывал и смешивал с водой.

К тяжёлым бетонам относится такжесиликатный бетон, в котором вяжущим является кальциевая известь. Промежуточное положение между тяжёлыми и лёгкими бетон занимает крупнопористый (бес песчаный) бетон, изготовляемый на плотном крупном заполнителе с поризованным при помощи газо- или пенообразователей цементным камнем.Лёгкие бетоны изготовляют на гидравлическом вяжущем и пористых искусственных или природных заполнителях. Существует много разновидностей лёгкого бетона; они названы в зависимости от вида примененного заполнителя - вермикулитобетон, керамзитобетон, пемзобетон, перлитобетон, туфобетон и др. По структуре и степени заполнения межзернового пространства цементным камнем лёгкие бетоны подразделяются на обычные лёгкие бетоны (с полным заполнением межзернового пространства), малопесчаныелёгкие бетоны (с частичным заполнением межзернового пространства), крупнопористые лёгкие бетоны, изготовляемые без мелкого заполнителя, и лёгкие бетоны с цементным камнем, поризованные при помощи газо- или пенообразователей. По виду вяжущего лёгкие бетоны на пористых заполнителях разделяются на цементные, цементно-известковые, известково-шлаковые и силикатные. Рациональная область применения лёгких бетонов - наружные стены и покрытия зданий, где требуются низкая теплопроводность и малый вес. Высокопрочный лёгкий бетон используется в несущих конструкциях промышленных и гражданских зданий (в целях уменьшения их собственного веса). К лёгким бетонам относятся также конструктивно-теплоизоляционные и конструктивные ячеистые бетоны с объёмной массой от 500 до 1200 кг/м3. По способу образования пористой структуры ячеистые бетоны разделяются на газобетоны и пенобетоны, по виду вяжущего - на газо- и пенобетоны, получаемые с применением портландцемента или смешанных вяжущих; на газо- и пеносиликаты, изготовляемые на основе извести; газо- и пеношлакобетоны с применением молотых доменных шлаков. При использовании золы вместо кварцевого песка ячеистые бетоны называются газо- и пенозолобетонами, газо- и пенозолосиликатами, газо- и пеношлакозолобетонами. Особо лёгкие бетоны применяют главным образом как теплоизоляционные материалы. Области применения бетонов в современном строительстве постоянно расширяются. В перспективе намечается использование высокопрочных бетонов (тяжёлых и лёгких), а также бетонов с заданными физико-техническими свойствами: малой усадкой и ползучестью, морозостойкостью, долговечностью, трещиностойкостью, теплопроводностью, жаростойкостью и защитными свойствами от радиоактивных воздействий. Для достижения этого потребуется проведение широкого круга исследований, предусматривающих разработку важнейших теоретических вопросов технологии тяжёлых, лёгких и ячеистых бетонов: макро- и микроструктурной теорий прочности бетонов с учётом внутренних напряжений и микротрещинообразования, теорий кратковременных и длительных деформаций бетонов и др.Виды бетоновВ настоящее время в строительстве используют различные виды бетона. Разобраться в их многообразии помогает классификация бетонов. Бетоны классифицируют:по средней плотности;по виду вяжущего вещества;по назначению.Многие свойства бетона зависят от его плотности, на величину которой влияют плотность цементного камня, вид заполнителя и структура бетонов.По плотности бетоны делят на:особо тяжелые с плотностью более 2500 кг/ кубетон м.;тяжелые - 1800...2500;легкие -500... 1800;особо легкие - менее 500 кг/куб, м.Особо тяжелые бетоны приготовляют на тяжелых заполнителях - стальных опилках или стружках (сталебетон), железной руде (лимонитовый и магнетитовый бетоны) или барите (баритовый бетон). яжелые бетоны с плотностью 2100...2500 кг/ кубетон м. получают на плотных заполнителях из горных пород (гранит, известняк, диабаз). Облегченный бетон с плотностью 1800...2000 кг/ кубетонм. получают на щебне из горных пород с плотностью 1600...1900 кг/куб, м. легкие бетоны изготовляют на пористых заполнителях (керамзит, аглопорит, вспученный шлак, пемза, туф). К особо легким бетонам относятся ячеистые бетоны (газобетон, пенобетон), которые получают вспучиванием вяжущего, тонкомолотой добавки и воды с помощью специальных способов, и крупнопористый бетон на легких заполнителях. лавной составляющей бетона, во многом определяющей его свойства, является вяжущее вещество, по виду которого различают бетоны: цементные, силикатные, гипсовые, шлакощелочные, полимерцементные и специальные. Цементные бетоны приготовляют на различных цементах и наиболее широко применяют в строительстве. Среди них основное место занимают бетоны на цементе (портландцемент) и его разновидностях (около 65% от общего объема производства), успешно используют бетоны на шлакопортландцемента (20...25%) и пуццолановом цементе. К разновидностям цементных бетонов относятся: декоративные бетоны, (на белом и цветных цементах), бетоны для самонапряженных конструкций (на напрягающем цементе), бетоны для специальных целей (на глиноземистом и безусадочном цементах). Силикатные бетоны готовят на основе извести. Для производства изделий в этом случае применяют автоклавный способ твердения. Гипсовые бетоны готовят на основе гипса. Гипсовые бетоны применяют для внутренних перегородок, подвесных потолков и элементов отделки зданий. Разновидностью этих бетонов являются гипсоцементные - пуццолановые бетоны, обладающие повышенной водостойкостью. Применение - объемные блоки санузлов, конструкции малоэтажных домов. Шлакощелочные бетоны делают на молотых шлаках, затворенных щелочными растворами. Эти бетоны еще только начинают применяться в строительстве. Полимербетоны изготовляют на различных видах полимерного связующего, основу которого составляют смолы (полиэфирные, эпоксидные, карбамидные) или мономеры (фурфуролацетоновый), отверждаемые в бетоне с помощью специальных добавок. Эти бетоны более пригодны для службы в агрессивных средах и особых условиях воздействия (истирание, кавитация).Полимерцементные бетоны получают на смешанном, связующем, состоящем из цемента и полимерного вещества (водорастворимые смолы и латексы). Специальные бетоны готовят с применением особых вяжущих веществ. Для кислотоупорных и жаростойких бетонов применяют жидкое стекло с кремнефтористым натрием, фосфатное связующее.В качестве специальных вяжущих используют шлаковые, нефелиновые и стеклощелочные, полученные из отходов промышленности.Бетоны применяют для различных видов конструкций, как изготовляемых на заводах сборного железобетона, так возводимых непосредственно на месте эксплуатации (в гидротехническом, дорожном строительстве).В зависимости от области применения различают:обычный бетон для железобетонных конструкций (фундаментов, колон, балок перекрытий и мостовых конструкций);гидротехнический бетон для плотин, шлюзов, облицовки каналов, водопроводно-канализационных сооружений;бетон для ограждающих конструкций (легкий);бетон для полов, тротуаров, дорожных и аэродромных покрытий;бетоны специального назначения (жароупорный, кислотостойкий, для радиационной защиты).Как видно, из вышеприведенных данных, применение бетона входит практически во все области строительства.Расчет материалов для производства бетона.Расчет бетонов - одна из основополагающих задач, которая должна быть решена перед началом строительства дома. Поэтому вам необходимо знать, какой компонент и в каком количестве использовать при изготовлении бетона.Заполнителями могут являться песок, щебень или гравий . Кроме того необходимо также учесть происхождение и зернистость заполнителей. В настоящее время существуют заполнители не только природные, но и искусственные, а по размеру они бывают мелкозернистые (зерно менее 10мм) и крупнозернистые (свыше 10мм). Расчет щебня для производства бетона.Наиболее популярным заполнителем для изготовления заливки бетонов является щебень. Если вам требуется изготовить тяжелый бетон – рекомендуется брать крупнозернистый щебень. Сам щебень добывают из горных пород, а также доменных шлаков, которые имеют достаточно устойчивую структуру. При этом необходимо выбирать щебень по его прочности, исходя из того, что он должен быть прочнее бетона 350 марки – более чем в два раза. Если же бетон будет использоваться для специальных работ – изготовление дорожного или покрытия для аэродромов, тогда стоит учитывать, что щебень должен иметь прочность более чем в 1,5 раза превышающий растяжение бетона.Щебень необходимо закладывать чистым и без всяких примесей. Все посторонние примеси будут снижать прочность бетона. Самой вредной считается глинистая примесь, которая обволакивает зерно пленкой, препятствующей сцеплению щебня с вяжущим материалом. Примесей, в заполнителе, должно быть менее 10% в однослойных, а также, в верхнем слое, двухслойных покрытий. Для оснований и нижних слоев содержание примесей не должно превышать 2%. В том случае, если у вас нет возможности приобрести другой заполнитель – проведите испытание бетона на сжатие, имеющего выдержку 28 и 60 дней. Показатели должны соответствовать ГОСТам. Расчет гравия для производства бетона.Расчет бетона, изготовленного с заполнителем на основании гравия, имеет свои особенности. Гравий является природным материалом, имеющим примеси глины, песка или органических соединений. Самым популярным является гравий, имеющий угловатые формы и шероховатую поверхность. Фракции другой формы рекомендуется переработать в щебень.Для того, чтобы правильно изготовить бетон вам понадобится знать определенные пропорции всех его составляющих компонентов вяжущих материалов и заполнителей.Бетон, изготовленный с использованием гравия, имеет плотность примерно на 10% ниже, чем с применением щебня. В том случае если гравий имеет гладкие формы - прочность бетона может снизиться на 30%. Помимо этого – в гравии должно находиться менее 1% сернокислых примесей, поэтому его промывают на гравиемойках, после чего фракционируют.Расчет песка для производства бетона.При расчете бетона обязательно следует учесть качество и массу песка. Практически для любой марки цельнобетонного раствора можно использовать кварцевый песок. Единственным пожеланием является то, чтобы зерна были шероховатые и неокатанные. Для изготовления бетонов тяжелого типа рекомендуется использовать крупно- или мелкозернистый песок размером не менее 2,1. Для того, чтобы рассчитать количество песка для изготовления бетона необходимо исходить из расчета марки цемента. Допустим, если цемент М200 – рекомендуемая масса песка для куба раствора составляет порядка 667 кг. Если вы будете готовить бетон с соотношением составляющих 1:3:5, то вам понадобится 1 часть цемента, 3 – песка и 5 – воды. Исходя из этого можно уже самостоятельно просчитать необходимую массу для соответствующей марки бетона.Производственны операции при приготовлении бетона.В современных условиях особое значение приобретают дальнейшее повышение эффективности и качества бетона, совершенствование его технологии, резкое увеличение производительности -руда в производстве сборного и монолитного железобетона. Б заключительной главе целесообразно рассмотреть некоторые новые возможности в решении этих задач, еще мало используемые в практике строительства.Для повышения эффективности бетона существенное значение имеет более полное использование всех возможностей цемента, создание оптимальной структуры цементного камня в бетоне. Повышение тонкости помола цемента с 3000 до 5000 см2/г увеличивает активность цемента на 10 .20% и ускоряет твердение бетона (в 1,5... 2,5 раза в возрасте 1 сут). Однако при этом резко возрастает время помола, на 30 ... 40% снижается производительность помольного оборудования и на 25... 30% возрастают затраты электроэнергии. Кроме того, тонкомолотый цемент быстро теряет свою активность, его необходимо сразу же употреблять в дело.Эффективность дополнительного помола можно повысить, если проводить помол совместно с химическими добавками, способствующими размалыванию клинкера, и с добавками поверхностно-активных веществ, в том числе пластификаторов и суперпластификаторов. При этом одновременно повышается эффективность используемых пластификаторов, что позволяет снизить их дозировку. Целесообразно проводить дополнительный помол только части цемента (20 ... 30%), что уменьшает затраты на эту операцию. При этом при твердении цемента создается более плотная и долговечная структура цементного камня, гак как в цементе будут присутствовать зерна разных размеров и его плотность будет выше, чем при применении тонкомолотого цемента, содержащего зерна приблизительно одинакового размера.Повышения эффективности использования цемента в бетонах малой и средней прочности можно достигнуть, применяя тонкомолотые добавки. Совместный помол цемента или цементного клинкера с золой, шлаком и другими материалами позволяет получить эффективные смешанные вяжущие. При этом целесообразно использовать хорошо размалываемые и гидравлически активные материалы.В этом случае в твердеющем цементе будут содержаться зерна разных размеров, между наполнителем и зернами цемента будут возникать. химические связи и все это будет способствовать получению плотного и прочного цементного камня при сокращенном расходе цементного клинкера.С целью приближения помола цемента к местам его непосредственного пользования дополнительный помол целесообразно проводить па региональных помольных установках, а в некоторых случаях дополнительный помол части цемента с суперпластификаторами или комплексными добавками па их основе целесообразно организовывать непосредственно на заводах сборного или товарного бетона.Возможности повышения качества бетона при использовании дополнительного помола совместно с добавками суперпластификаторов. Этот прием позволяет резко ускорить возведение монолитных сооружений и в ряде случаев на заводах сборного железобетона резко сократить или даже исключить тепловую обработку изделий.Приготовление бетона.Изготовление бетона – это долгий и трудный процесс. Сначала по рецепту лаборатории отмеривают в сухом виде требуемое количество цемента и заполнителей. Затем взвешенные составные части высыпают в бетономешалку и одновременно подают в нее воду. Бетономешалку приводят в движение в помощью электродвигателя. Цель перемешивания – это получение из зернистых материалов однородной смеси. Продолжительность перемешивания устанавливают заранее. После перемешивания исходные материалы образуют пластичную смесь, похожую на тяжелую жидкость. Поэтому свежеприготовленный бетон называют не бетоном, а бетонной смесью. Лишь через некоторое время смесь затвердевает и превращается в камень, а окончательную прочность приобретает еще позже. Этот камень и является бетоном. Однородность бетонной смеси – одно из важнейших к ней требований: если смесь будет неоднородной, бетон буден неодинаково прочным в различных участках конструкции и легко может разрушиться при нагрузке. Как же узнать, однородна полученная смесь или нет? Для этого из разных мест берут несколько проб объемом, превышающим размеры самого крупного зерна заполнителя. Если всепробы имеют один и тот же постоянный состав, т. е. одинаковое количество щебня или гравия, песка цемента и воды, то бетонную смесь можно признать однородной. После перемешивания бетонную смесь часто приходиться транспортировать от бетономешалки к месту укладки, при этом очень важно, чтобы смесь сохранила свою однородность, так как при перевозке смеси угрожает расслаивание. Почему? Потому что зерна заполнителя в бетонной смеси стремятся опуститься. Установлено, что расслаивание будет тем больше, чем слабее сцепление между раствором и заполнителем. Расслаивания бетонной смеси при перевозке можно избежать, если продолжить перемешивание смеси во время движения в автобетономешалкеЗарубежный опыт ресурсосберегающих технологий. В зарубежном промышленном и гражданском строительстве бетон и железобетонные конструкции прочно занимают ведущее положение по сравнению с другими материалами и конструкциями. Главное, на что направлены внимание и усилия фирм, - обеспечить высокое качество изготовляемых и возводимых конструкций. Только с учетом этих требований они разрабатывают технологические решения, требующие наименьших затрат труда, энергии и материалов. За рубежом экономия ресурсов ни в коем случае не должна нанести ущерб качеству и долговечности конструкций. Особое внимание уделяется качеству цемента и заполнителей.В США для приготовления бетонов и растворов довольно широко применяются расширяющиеся цементы позволяющие получать изделия высокого качества, надежные и водонепроницаемые. Любопытно, что в основу разработки такого цемента легли исследования нашего ученого, профессора В.В. Михайлова, который предложил такие вяжущие еще в довоенное время (в отечественной практике они так и не нашли применения вплоть до 60-х годов, когда стало известно об их производстве в США). Некоторые из таких цементов носят название "М" в честь первой буквы фамилии В.В. Михайлова.Как правило, фирма, выпускающая цемент, гарантирует его высокое качество и стабильность состава. Так, во Франции на мешках с цементом указываются не только его цена, но и состав, и все необходимые свойства. Во избежание путаницы и случайностей на производстве на мешках с цементом ставится цветной штамп, удостоверяющий их содержимое (портландцемент, рапид-цемент и др.). Каждый вид цемента маркируется своим цветом (красным, синим, зеленым и др.). Это полностью исключает ошибки, которые могут привести к браку конструкций.Особое внимание за рубежом уделяется химическим добавкам. В наибольшем объеме производятся добавки-суперпластификаторы (мельмент и др.). По своему действию они близки к нашему суперпластификатору С-3,однако стоимость их в несколько раз выше. Однако для получения бетонной смеси требуемой подвижности, помимо суперпластификатора, нужны еще фракционированные заполнители, хорошая система дозирования компонентов и строго выдерживаемый состав смеси. На заводских бетоносмесительных узлах в Финляндии, Франции и Германии, а также в других странах, действуют компьютерные системы. Оператор, находясь в специально оборудованном помещении, полностью изолированном от бетоносмесительного отделения, имеет набор перфокарт, рассчитанных не менее чем на 50 разновидностей бетонных смесей. Как только подошел очередной авто бетоновоз, водитель по телефону сообщает оператору свои данные: какая смесь и в каком количестве ему нужна, название фирмы-потребителя и т.п. Оператор вводит в компьютер необходимые данные, после чего автоматически включаются дозаторы и смесители. Авто бетоновоз без всякого промедления ставится под загрузку. После выдачи бетонной смеси оператор по передаточной трубе спускает водителю свернутый в трубочку счет, в котором компьютер отпечатал состав смеси, марку бетона, его количество и стоимость. Обычно вся операция занимает не более пяти минут.За рубежом экономному расходованию ресурсов подчинена вся организация строительства, начиная с обеспечения строек бетоном и раствором и методы энергосберегающих технологий, применяемых в зарубежной практике, весьма рациональны и с точки зрения затрат материальных ресурсов, и обеспечения высокого качества конструкций и изделий. Оценка эффективности исходных материалов при проектировании составов бетона. К характерным особенностям современной цементной промышленности можно отнести все большее развитие производства цементов с минеральными добавками. В Украине и других европейских странах стандартизированы портландцементы, содержащие до 35% активных минеральных добавок, 20% известняка, 80% композиции добавок, включающих доменный шлак, каменноугольную золу-унос и др. Увеличились допустимые предельные значения содержания шлака и пуццолан в шлако- и пуццолановых портландцементах, достигнув соответственно 80 и 55%. Увеличение в цементах доли минеральных добавок обусловлено прежде всего необходимостью энергосбережения при их производстве. Известно, что на обжиг клинкера в среднем расходуется 223 кг/т условного топлива, в то время как на сушку добавок лишь около 20 кг/т.