Ретроспективный анализ методических подходов в выборе рецептуры составов твердеющих материалов с заданными свойствами
В статті наведені існуючі на сьогоднішній день методи вибору рецептури складу бетонних сумішей, основні правила для проектування складів бетону. Подані графіки та номограми, за допомогою яких можуть бути визначені властивості бетонних сумішей. In article methods of a choice of a compounding of struc...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Геотехническая механика |
|---|---|
| Дата: | 2007 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України
2007
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31450 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Ретроспективный анализ методических подходов в выборе рецептуры составов твердеющих материалов с заданными свойствами / Л.В. Прохорец // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2007. — Вип. 73. — С. 194-202. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860127548930785280 |
|---|---|
| author | Прохорец, Л.В. |
| author_facet | Прохорец, Л.В. |
| citation_txt | Ретроспективный анализ методических подходов в выборе рецептуры составов твердеющих материалов с заданными свойствами / Л.В. Прохорец // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2007. — Вип. 73. — С. 194-202. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | В статті наведені існуючі на сьогоднішній день методи вибору рецептури складу бетонних сумішей, основні правила для проектування складів бетону. Подані графіки та номограми, за допомогою яких можуть бути визначені властивості бетонних сумішей.
In article methods of a choice of a compounding of structure of concrete mixes existing on today, key rules for designing structures of concrete are resulted. Schedules and nomograms with which help properties of concrete mixes can be determined are given.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:42:57Z |
| format | Article |
| fulltext |
194 Выпуск № 73
УДК 622.257.122
Л. В. Прохорец
РЕТРОСПЕКТИВНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДИЧЕСКИХ ПОДХОДОВ В
ВЫБОРЕ РЕЦЕПТУРЫ СОСТАВОВ ТВЕРДЕЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ С
ЗАДАННЫМИ СВОЙСТВАМИ
В статті наведені існуючі на сьогоднішній день методи вибору рецептури складу бетон-
них сумішей, основні правила для проектування складів бетону. Подані графіки та номогра-
ми, за допомогою яких можуть бути визначені властивості бетонних сумішей.
THE RETROSPECTIVE ANALYSIS OF METHODICAL APPROACHES IN
THE CHOICE OF THE COMPOUNDING OF STRUCTURES OF
HARDENING MATERIALS WITH THE SET PROPERTIES
In article methods of a choice of a compounding of structure of concrete mixes existing on to-
day, key rules for designing structures of concrete are resulted. Schedules and nomograms with
which help properties of concrete mixes can be determined are given.
Интенсификация и концентрация добычных работ на угольных шахтах со-
провождается необходимостью увеличения не только темпов проходки, но и
сечения горных выработок, что неизбежно вызывает необходимость решения
задачи по их поддержанию. Ежегодно на поддержание выработок угольных
шахт Украины расходуется свыше 100 тыс. тонн металла, стоимость которого
составляет около 500 млн. грн. Соответственно, это вызывает повышение себе-
стоимости добываемого угля. Исходя из этого, ключевой становится задача за-
мены металлов на другие, более дешевые неметаллические материалы, приме-
нение которых позволит обеспечить повторное использование выработок.
Одним из таких способов поддержания горных выработок является возведе-
ние литых околоштрековых полос, основным материалом которых являются
твердеющие вяжущие вещества.
За многолетний опыт применения литых полос для охраны горных вырабо-
ток были испробованы очень многие твердеющие материалы, но данная про-
блема на сегодняшний день остается открытой, поскольку нет такого состава,
который мог бы удовлетворить все предъявляемые требования. Поэтому в дан-
ном аспекте основным можно назвать вопрос выбора оптимального состава
строительных смесей для формирования литой полосы. Возникает задача изу-
чения свойств твердеющего материала с учетом геомеханики взаимодействия
его с боковыми породами [1].
Одно из основных направлений повышения эффективности использования
бетона для литых полос – ресурсосбережение [2]. К сожалению, в настоящее
время проектирование бетонных конструкций выполняется вне связи с техно-
логией их изготовления. Соотношения требуемых свойств бетона, например,
прочности, морозостойкости, водонепроницаемости, довольно часто не взаимо-
связаны. Таким образом, можно сказать, что ресурсосбережение напрямую свя-
зано с совершенствованием рецептурно-технологических решений составов
бетона. Это в полной мере относится и к твердеющим материалам, применяе-
мым для литья охранных приштрековых полос. В виду того, что основная со-
"Геотехническая механика" 195
ставляющая бетона - дорогостоящий цемент, возникает необходимость рацио-
нального его использования. В связи с этим существует необходимость прогно-
зирования свойств бетона, что осуществляется с помощью математического
моделирования. Это позволяет прогнозировать свойства бетона уже на стадии
проектирования, учитывать зависимость свойств конечного продукта от изме-
нения свойств исходных материалов. Наибольшую практическую значимость
прогнозирование свойств бетона приобретает в том случае, если оно направле-
но на выбор эффективного сочетания технологических факторов при достиже-
нии требуемых качественных показателей бетона.
Развитие технологии бетона требует усовершенствования методов назначе-
ния составов бетона. Изначально составы бетонов выбирались теоретически –
путем пробного подбора соотношения между компонентами смеси, который и
обеспечивал получение бетонной смеси необходимого качества. Постепенно
этот теоретический подбор привел к разработке аналитических методов проек-
тирования составов бетона, которые основываются на ряде закономерностей и
количество расчетно-экспериментальных методов довольно велико.
Основоположником методологии проектирования составов бетона является
Д. Абрамс, который предложил два метода проектирования: «пробный метод»
или экспериментальный подбор и метод предварительных вычислений.
Проектирование составов бетона сводится к основной задаче – при наи-
меньшем расходе цемента получить бетон с необходимыми качественными ха-
рактеристиками. При проектировании различными расчетно-
экспериментальными методами определяется соотношение исходных компо-
нентов бетонной смеси, которые обеспечат минимальный расход цемента при
заданных исходных параметрах, таких как качество цемента, его деформацион-
ные характеристики. Эти расчетно-экспериментальные методы основаны, в
первую очередь, на законе водоцементного отношения, позволившего связать
количественными зависимостями прочность бетона и состав бетонной смеси.
Схема проектирования бетонных смесей основана на анализе связи требуе-
мых показателей свойств бетона с такими ключевыми параметрами, как водо-
цементное отношение (В/Ц), водосодержание (В), доля песка в смеси заполни-
телей (r), объем вовлеченного воздуха (Vв.з) и др. и нахождении их значений, т.е
расчет состава бетона.
Задача выбора рецептуры состава бетонной смеси может быть максимально
простой – когда нужно определить наиболее оптимальный выходной параметр
при определенном расходе материала. Но существует и более сложная задача –
определить комплекс показателей свойств смеси с минимальным расходом це-
мента или добавок, минимальной стоимостью. Для решения таких задач Двор-
киным О. Л. разработаны различные схемы проектирования (оптимизации) бе-
тонных смесей. В зависимости от заданных условий им предложено три основ-
ных типа задач расчета составов многокомпонентных смесей [3]:
1. Задана рецептура состава, связанная с процентным содержанием каждого
компонента смеси.
2. Заданы качественные параметры смеси.
196 Выпуск № 73
3. Заданы технические свойства смеси.
Наиболее простой задачей является задача 1-го типа. На практике также мо-
гут встречаться комбинированные задачи, а их решение или решение задач 2-го
или 3-го типа постепенно перерастает в задачу 1-го типа.
Для расчета составов многокомпонентных смесей используется равенство
[3]:
(1)
где φi – удельная доля i-го компонента смеси; n – число компонентов смеси.
Простейшим решением задач 1-го типа является такой алгоритм:
(2)
Откуда можно найти объемные доли каждого компонента смеси:
Для решения задач 2-го типа используется условие аддитивности [3]:
(4)
Где , , - качественные показатели смеси и исходных компонет-
нов; , , – доли исходных компонентов.
Ну и наконец, для решения наиболее сложных задач 3-го типа применяется
система уравнений [3]:
где заданные показатели свойств смеси; - пара-
метры состава смеси; - критерий оптимизации.
Как известно, расчет рецептуры составов сводится к расчету расхода основ-
ного компонента бетона – цемента. Но при проектировании составов бетонов с
различными добавками не меньшее значение имеет выбор оптимального расхо-
да добавок и заполнителей. Ведь уменьшение стоимости бетона не всегда зави-
сит только от уменьшения расхода цемента, а и от рационального использова-
(3)
(5)
"Геотехническая механика" 197
ния тех или иных добавок. Подтверждением этому является использование
строительной смеси БИ-крепь [1] для формирования литых полос.
Ниже приведен пример алгоритма проектирования состава бетона с наибо-
лее распространенной и применяемой добавкой, добавкой золы-уноса. При
этом необходимо учесть, что при введении данной добавки увеличивается объ-
ем вяжущего в бетонной смеси и соответственно, должен увеличиться коэффи-
циент раздвижки (Кр) – отношение объема цементного теста к объему пустот
заполнителя, и уменьшаться доля песка в смеси заполнителей (r) [4].
Рис. 1 – Алгоритм проектирования составов бетонов, содержащих золу-уноса.
– коэффициент, который определяется коэффициентом вариации проч-
ности (ГОСТ 18105-86).
Исходные данные: класс бетона на сжатие, показатель удобо-
укладываемости, характеристики материалов
Приведенное (Ц/В)пр :
Расход золы З
Расход воды В
Коэффициент «цементирующей эффективности» золы Кц.э
Расход цемента Ц:
Коэффициент раздвижки Кр
Расход заполнителей:
198 Выпуск № 73
Очевидно, что данный алгоритм применим для решения нашей задачи, од-
нако возникает необходимость постановки экспериментов для определения не-
которых эмпирических показателей.
В контексте данной статьи необходимо также указать на существование ба-
зовых закономерностей и расчетных зависимостей в проектировании составов
бетонов. Основным из них можно назвать правило водоцементного отношения,
о котором уже упоминалось выше. Следующими закономерностями расчетно-
экспериментальных методов проектирования бетонов являются: правило посто-
янства водопотребности бетонной смеси, оптимального содержания песка в
смеси заполнителей и правило постоянства коэффициента раздвижки зерен
крупного заполнителя, обоснование и пределы применимости которых подроб-
но рассмотрены в [3].
Самым надежным способом определения прочности бетона и некоторых
других его свойств является построение графической зависимости Rб=f(Ц/В),
пример которой приведен на рис. 2. [3]
Rо.р – прочность при осевом растяжении (1);
Rр.р –прочность на растяжение при раскалывании (2);
Rр.и – прочность на растяжение при изгибе (3);
Ед – динамический модуль упругости (4);
εу – условная деформативность (5).
Рис. 2. – Значения свойств бетона в зависимости от Ц/В и Rсж:
ε
"Геотехническая механика" 199
Помимо вышеуказанных закономерностей и графических способов для вы-
бора оптимальных составов бетонной смеси часто используют номограммы [6].
На рис.3 и 4 приведены номограммы для определения цементно-водного отно-
шения для бетона нормального твердения и определения водопотребности бе-
тонной смеси.
Рис. 3 – Номограмма определения цементно-водного отношения для бетона
нормального твердения.
Заметим, что для построения аналогичных номограмм в нашем случае необ-
ходимо провести масштабные эксперименты.
200 Выпуск № 73
Рис. 4 – Номограмма определения водопотребности бетонной смеси.
Хорошим примером по проектированию состава бетона может служить ра-
бота Мишутина А. В. и Мишутина Н. В. [7]. Ими был проведен натурный экс-
перимент по оптимизации состава бетона с применением методов компьютер-
ного моделирования. В данном эксперименте варьировались два фактора: X1 –
соотношение между крупным и мелким заполнителем (Щ/П), X2 – дозировка
пластифицирующей добавки. Нормализация факторов бетона выполнена по
формуле:
Исследовалась удобоукладываемость смеси и прочность при сжатии бетона
в возрасте 3 и 28 суток.
По результатам проведенных вычислений были построены различные моде-
ли влияния известных факторов на свойства бетона. Сопоставив эти модели, с
(6)
"Геотехническая механика" 201
помощью графического метода были получены оптимальные свойства бетона,
рекомендованные к применению.
Свое применение в выборе рецептуры составов нашел закон створа, соглас-
но которому оптимальной структуре материала соответствует комплекс экс-
тремумов его свойств [8]. Отклонение структуры от оптимальной всегда сопро-
вождается ухудшением качества.
Что касается бетона, то формулировка закона створа по отношению к нему
может носить несколько иной характер. При оптимальной структуре материала
на одной прямой оказываются максимально (минимально) возможные при за-
данных условиях, но не обязательно экстремальные значения комплекса
свойств. Это связано с тем, что например при изменении В\Ц отношения не
всегда наблюдается экстремальность. К примеру, усадка бетона непрерывно
уменьшается, т.е. имеет место прямая линия.
Закон створа можно назвать основным, лежащим в основе методов проекти-
рования бетонных смесей и выборе оптимальных его составов.
На рис.5 приведен пример применения закона створа при проектировании
бетонной смеси.
Rсж – прочность при сжатии (1);
Rо.р – прочность при осевом растяжении (2);
Rр.р – прочность на растяжение при раскалывании (3);
Rр.и – прочность на растяжение при изгибе (4);
Е – модуль упругости (5);
F – морозостойкость бетона (6).
Рис. 5 – Пример створа возможных значений свойств бетона в зависимости от В/Ц.
202 Выпуск № 73
Подытоживая, можно заключить, что с помощью метода математического
моделирования довольно точно удается определить как свойства смесей, так и
получить количественные зависимости для регулирования их состава, а также
спланировать задачи экспериментальных исследований по оценке его влияния
на задаваемые свойства твердеющих материалов.
В настоящее время отсутствует единый метод проектирования различных
видов бетона в связи со стремительным развитием его технологии и многообра-
зием применяемых цементов и добавок, видов их изготовления. В виду этого
можно определить перспективу данной задачи, которая заключается в том, что-
бы найти оптимальный метод выбора рецептуры состава бетонной смеси для
горного производства, а именно для возведения литых околоштрековых полос.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Байсаров Л. В., Ильяшов М. А., Демченко А. И. Геомеханика и технология поддержания повторно ис-
пользуемых горных выработок. – Донецк: Лира ЛТД, 2005. – 240с.
2. Файнер М. Ш. Ресурсосберегающая модификация бетона. – Черновцы: Издательство «Прут», 1995. –
152с.
3. Дворкин О. Л. Проектирование составов бетона (основы теории и методологии): монография: - Ровно:
УДУВГП, 2003.
4. Методичні рекомендації з проектування складів бетонів з добавками//Під ред. Дворкіна Л.Й., Дворкіна
О.Л., Гарніцького Ю. В. – Рівне: НУВГП, 2006. – 42 с.
5. ]уна гін В. М., Савін Л. С., Хасанов Б. Б., Шишкін О. О. Фізико-аналітичний метод проектування скла-
дів бетону. – Дніпропетровськ: НВО «Захист», 1994, - 156с.
6. Проектирование составов бетона с применением математического моделирования: Учеб. Пособие / Л. И.
Дворкин, И. Б. Шаман. – К.: УМКБО, 1992. – 144с.
7. А.В. Мишутин, Н. В. Мишутин. Повышение долговечности бетонов тонкостенных конструкций плаву-
чих и портовых гидротехнических сооружений. – Одесса,. 2003.
8. Рыбьев И. А. Научные и практические аспекты закона створа // Строительные материалы, 1981. - №6. –
с.23-25.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-31450 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-4556 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:42:57Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Прохорец, Л.В. 2012-03-08T22:32:33Z 2012-03-08T22:32:33Z 2007 Ретроспективный анализ методических подходов в выборе рецептуры составов твердеющих материалов с заданными свойствами / Л.В. Прохорец // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2007. — Вип. 73. — С. 194-202. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31450 622.257.122 В статті наведені існуючі на сьогоднішній день методи вибору рецептури складу бетонних сумішей, основні правила для проектування складів бетону. Подані графіки та номограми, за допомогою яких можуть бути визначені властивості бетонних сумішей. In article methods of a choice of a compounding of structure of concrete mixes existing on today, key rules for designing structures of concrete are resulted. Schedules and nomograms with which help properties of concrete mixes can be determined are given. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України Геотехническая механика Ретроспективный анализ методических подходов в выборе рецептуры составов твердеющих материалов с заданными свойствами The retrospective analysis of methodical approaches in the choice of the compounding of structures of hardening materials with the set properties Article published earlier |
| spellingShingle | Ретроспективный анализ методических подходов в выборе рецептуры составов твердеющих материалов с заданными свойствами Прохорец, Л.В. |
| title | Ретроспективный анализ методических подходов в выборе рецептуры составов твердеющих материалов с заданными свойствами |
| title_alt | The retrospective analysis of methodical approaches in the choice of the compounding of structures of hardening materials with the set properties |
| title_full | Ретроспективный анализ методических подходов в выборе рецептуры составов твердеющих материалов с заданными свойствами |
| title_fullStr | Ретроспективный анализ методических подходов в выборе рецептуры составов твердеющих материалов с заданными свойствами |
| title_full_unstemmed | Ретроспективный анализ методических подходов в выборе рецептуры составов твердеющих материалов с заданными свойствами |
| title_short | Ретроспективный анализ методических подходов в выборе рецептуры составов твердеющих материалов с заданными свойствами |
| title_sort | ретроспективный анализ методических подходов в выборе рецептуры составов твердеющих материалов с заданными свойствами |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31450 |
| work_keys_str_mv | AT prohoreclv retrospektivnyianalizmetodičeskihpodhodovvvyborerecepturysostavovtverdeûŝihmaterialovszadannymisvoistvami AT prohoreclv theretrospectiveanalysisofmethodicalapproachesinthechoiceofthecompoundingofstructuresofhardeningmaterialswiththesetproperties |