Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОСТАВА СМЕСИ ЛЕГКОГО БЕТОНА
СПОСОБ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОСТАВА СМЕСИ ЛЕГКОГО БЕТОНА

СПОСОБ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОСТАВА СМЕСИ ЛЕГКОГО БЕТОНА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: в промышленности стройматериалов. Сущность: способ проектирования состава смеси легкого бетона, включающий определение межзерновой пустотности минеральных компонентов - щебня, песка и цемента расчетным путем и их пористости, проведение ситового анализа минеральных компонентов, расчет объемных коэффициентов раздвижки зерен по данным ситового анализа и определение расхода компонентов на 1 м3 бетонной смеси с учетом полученных данных. С целью упрощения проектирования бетонной смеси и оптимизации зернового каркаса системы, расход щебня, песка, цемента и воды определяют соответственно по формуле, приведенной в описании.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2005700
Класс(ы) патента: C04B28/00
Номер заявки: 4921666/33
Дата подачи заявки: 25.03.1991
Дата публикации: 15.01.1994
Заявитель(и): Голубев Александр Иванович
Автор(ы): Голубев Александр Иванович
Патентообладатель(и): Голубев Александр Иванович
Описание изобретения: Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано на заводах железобетонных изделий и конструкций.
Известен способ подбора состава смеси легкого бетона по оптимальному расходу воды.
Недостатками данного способа подбора состава смеси легкого бетона являются: сложный и трудоемкий процесс составления рецептуры смеси бетона, подбор опытным путем соотношения щебня и песка, водоцементного отношения, отсутствие оптимальности гранулометрического состава минеральной смеси легкого бетона.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ подбора состава смеси легкого бетона.
Однако известный способ имеет существенные недостатки, которые выражаются в следующем: расход цемента, требуемое водоцементное отношение и соотношение между щебнем и песком определяются методом подбора путем последовательного проведения серии экспериментальных проверок, бетонные смеси, получаемые известным способом, не отличаются оптимальностью гранулометрического состава.
Цель изобретения - упрощение проектирования бетонной смеси и оптимизация зернового каркаса системы.
Достигается тем, что в способе, включающем определение межзерновых пустот минеральных компонентов - щебня, песка и цемента расчетным путем и их пористости, проведение ситового анализа минеральных компонентов, расчет объемных коэффициентов раздвижки зерен по данным ситового анализа, определение расхода щебня, песка, цемента и воды производится соответственно по формулам
Vщ= , м3,
Vщ= , м3,
Vц= · , м3,
Vв= · · , м3,
Vвн= Vщ Vпор.щ.+Vп Vпор.п, м3, где Vщ, Vп, Vц, Vв, Vвн - насыпные объемы соответственно щебня, песка, цемента, объем воды затворения, доля единицы объема, м3;
Vпщ, Vпп, Vпц - объемы межзерновых пустот (пустотность) соответственно щебня, песка и цемента, доля единицы объема; α щп, α щц, α щв, α пц, αпв, αцв - объемные коэффициенты раздвижки зерен (частиц) соответственно щебня - песком, щебня - цементом, щебня - пpослойкой воды, песка - цементом, песка - прослойкой воды, цемента - прослойкой воды, безразмерные величины; Vпор.щ, Vпор.п. - пористость зерен щебня и песка, доля единицы объема.
Сущность предлагаемого способа иллюстрируется следующим примером.
Для проектирования состава смеси легкого бетона предусмотрено использование щебня в виде пористых зерен пемзы, песка в виде пористых зерен активного глинозема, сланцезольного портландцемента марки "М500" и воды.
Измельченную пемзу фракционируют просеиванием через набор сит по ГОСТ 3584-73 и отбирают фракции с размерами зерен 20 и 40 мм. Гранулометрический состав щебня определяют по ГОСТ 18318-73. Полученные фракции пемзы испытывают по ГОСТ 9758-86. Заполнители пористые неорганические для строительных работ. Методы испытаний. По результатам испытаний получены следующие физические показатели пемзы: истинная плотность материала 2,84 т/м3; кажущаяся плотность 1,4 т/м3 (плотность без учета пористости зерен); насыпная плотность 0,662 т/м3; объем межзерновых пустот (пустотность) 0,507 м3/на 1 м3 зерен; пористость зерен 0,260 м3/на 1 м3 зерен.
Активный глинозем представляет собой готовый продукт с размерами зерен 3-6 мм, фракционированием определяют распределение зерен по размерам: фракция с размерами зерен 3-5 мм по массе составляет 88% , с размерами зерен 5-6 мм - 12% .
Фракции активного глинозема испытаны по ГОСТ 9758-86. Заполнители пористые неорганические для строительных работ. Методы испытаний. По результатам испытаний песка (активного глинозема) получены следующие физические показатели, т/м3
истинная плотность материала 3,6 ;
кажущаяся плотность песка (без учета пористости зерен) 1,908;
насыпная плотность песка 0,972;
Объем межзерновых пустот насыпного объема песка (активного глинозема) - 0,470 м3;
пористость зерен - 0,260 м3;
сланцезольный портландцемент марки "М500"; по РСТ ЭССР 213-84 определяют плотность цемента, которая равна 3,01 т/м3, и насыпную плотность цемента, которая равна 1,30 т/м3. Объем межзерновых пустот цемента (пористость) рассчитан по формуле
Vпц= 1- = 1 = 0,568 м3
Проектирование состава смеси легкого бетона для приготовления 1м3 бетонной смеси производится в следующей последовательности.
Определяют оптимальное соотношение зерен щебня (пемзы) размером 40 мм и размером 20 мм для получения бинарной смеси щебня. Определяют объемный коэффициент раздвижки зерен щебня размером 40 мм зернами щебня размером 20 мм по формуле
α= ,
α40-20= = 3,375.
Определяют потребность фракции щебня с размерами зерен 40 мм для приготовления 1 м3 смеси щебня:
Vd40= = = 0,296 м3 .
Определяют потребность фракции щебня с размерами зерен 20 мм для приготовления смеси щебня объемом 1 м3 по формуле:
Vd20=1- · Vd40= 1- · 0,296= 0,854 , где 1,4 т/м3 - кажущаяся плотность пемзы.
Определяют объем пористых зерен щебня (пемзы) в смеси щебня:
Vп.з.щ= (Vd40-Vd40 Vмз.пd40)+(Vd20-Vd20x xVмз.пd20)= (0,296-0,296˙ 0,507)+ (0,854- -0,854˙0,507)= (0,296-0,150)+(0,854- -0,433)= 0,146++0,421= 0,567 м3.
Определяют объем монолитного материала пористых зерен щебня (пемзы) в смеси щебня:
Vмон= (Vмонd40-Vмонd40x xVпор.d40)+(Vмонd20-Vмонd20Vпор.d20)= (0,146- -0,146 ˙0,260)+(0,421-0,421˙ 0,260)= (0,146- -0,038)+(0,421-0,109)= 0,108+0,312= 0,420 м3.
Определяют насыпную плотность единицы объема смеси щебня (пемзы): ρсмщ= ρщ Vмонd40+ ρщ Vмd20= 2,84x x0,108+2,84 ˙0,312= 0,307+0,886= 1,193 т/м3.
Объем межзерновых пустот смеси щебня (пемзы) определяют по формуле
Vоп= Vd20 Vпцсd20= 0,854˙ 0,507= 0,433 м3.
Объем смеси щебня (пемзы) составит величину:
Vсмщ= Vп.з.щ+Vоп= 0,567+0,433= 1,000 м3, т. е. получен планируемый объем смеси щебня.
Расчет соотношения компонентов для приготовления 1 м3 смеси легкого бетона производят в следующей последовательности.
Определяют объемные коэффициенты раздвижки зерен щебня (пемзы) (40 мм и 20 мм) зернами активного глинозема по формуле
.
Определяют средний размер зерен песка (активного глинозема)
= 4 мм,
= 5,5 мм,
1,472;
α40-4= = 1,331 ;
;
α20-4= = 1,728
Определяют долю участия зерен песка (активного глинозема) в объемном коэффициенте раздвижки зерен щебня размером 40 мм с учетом массового содержания зерен песка:
α40= 1,472 ˙ 0,12= 0,177;
α40= 1,331·0,88= ;
Определяют долю участия зерен песка (активного глинозема) в объемном коэффициенте раздвижки зерен щебня размером 20 мм с учетом массового содержания зерен песка:
α 20= 2,073 ˙ 0,12= 0,249;
;
Определяют долю участия в объемном коэффициенте раздвижки зерен щебня (пемзы) зернами песка (активного глинозема) с учетом массового содержания зерен щебня в смеси щебня:
содержание зерен размером 40 мм составляет 23,9% , зерен размером 20 мм 76,1% ;
α40= 1,525 ˙0,239= 0,364;
α20= 1,770·0,761= ;
Общий объемный коэффициент раздвижки зерен смеси щебня (пемзы) всеми зернами (частицами) песка (активного глинозема) равен:
α щп= 1,711.
Определяют объемный коэффициент раздвижки зерен щебня (40 и 20 мм) частицами цемента (0,04 мм) по формуле
αщп= ;
= 1,003 ;
;
α щ40ц= 1,003 ˙ 0,239= 0,240;
αщ20ц= 1,006·0,761= ;
Общий объемный коэффициент раздвижки зерен смеси щебня всеми частицами цемента равен
αщц= 1,006.
Определяют объемный коэффициент раздвижки зерен щебня прослойкой воды по формуле
αщв= ,
= 1,000015 :
;
αщ40в= 1,000015 ˙ 0,239= 0,2390035;
αщ20в=1,00003·0,761= ;
Общий объемный коэффициент раздвижки зерен щебня (пемзы) прослойкой воды равен:
α щв= 1,000026.
Определяют объемный коэффициент раздвижки зерен песка (активного глинозема) частицами цемента по формуле
αпц= ,
= 1,022 :
= 1,030 .
Определяют долю участия в общем объемном коэффициенте раздвижки зерен песка (активного глинозема) частицами цемента с учетом массового содержания зерен в песке (активном глиноземе):
α 5,5= 1,022˙ 0,120= 0,123;
, 030·0,880= ;
Общий объемный коэффициент раздвижки зерен песка частицами цемента равен:
αпц= 1,029.
Определяют объемный коэффициент раздвижки зерен песка прослойкой воды по формуле
;
= 1,0001;
= 1,00015;
α п5,5в= 1,0001˙ 0,120= 0,120012;
αп4в=1,00015·0,880= .
Общий объемный коэффициент раздвижки зерен песка прослойкой воды равен:
αпв= 1,00014.
Определяют объемный коэффициент раздвижки частиц цемента прослойкой воды по формуле: αцв= 1,015.
Определяют потребность щебня (пемзы) для приготовления 1 м3бетонной смеси легкого бетона по формуле
Vщ= · = 0,581 м3 .
Определяют потребность песка (активного глинозема) для приготовления 1 м3 бетонной смеси по формуле
.
Определяют потребность цемента для приготовления 1 м3 бетонной смеси по формуле
Vц= · =
· = → .
Определяют потребность воды затворения для приготовления 1 м3бетонной смеси по формуле
Vв= · · =
.
Предварительное насыщение зерен щебня и песка водой в количестве:
Vвн= Vщ Vпор.щ+Vп Vпор.п= 0,581x x0,26+0,652 ˙ 0,26= 0,321 м3обеспечит снижение объемной массы бетона, расхода цемента и повышение его пористости.
Определяют объем зерен (частиц) минеральной части бетонной смеси по формуле
Vзерен= (Vщ-Vщ Vпщ)+(Vп-Vп Vпп)+(Vц-Vцx xVпц)= (0,581-0,581 ˙0,433)+(0,652-0,652x x0,470)+(0,321-0,321 ˙0,568)= (0,581- -0,252)+(0,652-0,306)+(0,321-0,182)= 0,329+ +0,346+0,139= 0,814 м3;
Vпщ= 0,433 м3; Vпп= 0,470; Vпц= 1- = 1 = 0,568 .
Объем уплотненной бетонной смеси
Vсм= Vзерен+Vпцс.см= 0,814+0,186= 1,000 м3,
Vпус.см= Vв равен планируемой величине.
Определяют плотность бетонной смеси по формуле γ = ρщ Vмон.щ+ ρп Vмон.п+ ρц Vмон.ц+Vв= ρщ(Vзеренщ-Vзер.щ. Vпор.щ)+ ρп(Vзер.пп. Vпор.п)+ + ρц Vмон.ц+Vв= 2,84˙ (0,329-0,329x x0,260)+3,6(0,346-0,346 ˙0,260)+3,01x x0,139+0,186= 2,84˙ (0,329-0,086)+ 3,6x x(0,346-0,090)+ 0,418+0,186= 2,84 ˙0,243+3,6x x0,256+0,418+0,186= 0,690+0,922+0,418++86= 2,216 т/м3.
Таким образом, для получения 1 м3 смеси легкого бетона с оптимально упакованной структурой зерен и частиц с учетом физических свойств конкретного сырья требуется:
Vщ= 0,581 м3 (0,69 т) щебня,
Vп= 0,652 м3 (0,922 т) песка,
Vц= 0,321 м3 (0,418 т) цемента,
Vв= 0,186 м3 (0,186 т) вода затворения
Vвн= 0,321 м3 вода для насыщения зерновой пористости щебня и песка
γ смеси бетона - 2,216 т/на 1 м3 бетонной смеси.
Применение предлагаемого способа проектирования состава смеси легкого бетона по сравнению с прототипом обеспечивает возможность определения соотношения между всеми компонентами бетонной смеси на основе качественного испытания исходных сырьевых материалов с использованием математического аппарата, причем точность определения соотношения компонентов зависит только от точности измерения физических показателей минеральных материалов и точности расчетов. Предлагаемый способ проектирования состава бетонной смеси основан на точном соблюдении физической закономерности упаковки зерен и частиц в сложной системе с учетом заполнения межзернового объема и раздвижки всех зерен большего размера зернами (частицами) меньшего размера и с учетом раздвижки всех зерен и частиц водной прослойкой.
Регулирование подвижности бетонной смеси (удобоукладываемость) может производиться только увеличением количества вводимой воды сверх расчетного.
Увеличение прочности бетона на изгиб может производиться только увеличением вводимого цемента, но с обязательным перерасчетом соотношения компонентов с учетом большего значения величины объемного коэффициента раздвижки всех зерен цементом (для одной и той же марки цемента). (56) Комар А. Г. Строительные материалы и изделия М. , 1976, с. 191-195, 535.
Методические рекомендации по подбору состава дорожного бетона, М. , СоюздорНИИ, 1973, с. 9-11.
Формула изобретения: СПОСОБ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОСТАВА СМЕСИ ЛЕГКОГО БЕТОНА, включающий определение межзерновой пустотности минеральных компонентов - щебня, песка и цемента расчетным путем и их пористости, проведение ситового анализа минеральных компонентов, расчет объемных коэффициентов раздвижки зерен по данным ситового анализа и определение расхода компонентов на 1 м3 бетонной смеси с учетом полученных данных, отличающийся тем, что, с целью упрощения проектирования бетонной смеси и оптимизации зернового каркаса системы, расход цемента, щебня, песка и воды определяют соответственно по формуле
Vщ= , м3
Vп=
Vц= ·
Vв= · ·
Vвн = Vщ˙V
где Vщ, Vп, Vц, Vв, Vвн - насыпные объемы соответственно щебня, песка, цемента, объем воды затворения, доля единицы объема, м3;
Vпщ, Vпп, Vпц - объемы межзерновых пустот (пустотность) соответственно щебня, песка и цемента, доля единицы объема, м3;
αщп,αщц,αщв,αвц,αпв,αцв - объемные коэффициенты раздвижки зерен (частиц) соответственно щебня - песком, щебня - цементом, щебня - прослойкой воды, песка - цементом, песка - прослойкой воды, цемента - прослойкой воды, безразмерные величины;
Vпор.щ, Vпор.п - пористость зерен щебня и песка, м3.