Оптимизация расхода химических добавок в поризованном конструкционном арболите, содержащем вспученный полистирольный гравий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оптимизация расхода химических добавок в поризованном конструкционном арболите, содержащем вспученный полистирольный гравий

Введение химических добавок - один из самый технологичных, гибких, доступных и универсальных способов улучшения свойств бетонных смесей и бетонов.

Химические добавки широко применяют в производстве арболита. В арболитовую смесь их вводят для повышения прочности, ускорения процессов твердения, улучшения технологических свойств арболитовой смеси (удобоукладываемость, однородность) и т.д.[1,2,3,4. Добавками служат химические вещества, которые локализуют замедляющее действие экстактивных веществ, содержащихся в органическом целлюлозном заполнителе, или покрывают частицы заполнителя водонепроницаемой плёнкой, препятствующей соприкосновению вредных веществ заполнителя с цементным тестом. Добавки являются также ускорителями твердения арболита, что позволяет сократить срок воздействия вредных веществ на гидратацию цемента 5,6,7.

Выбор химических добавок зависит от вида и качества органического заполнителя, а также от плотности арболита и степени армирования конструкции [8,9,10.

Известно, что добавки не изменяют характера зависимостей подвижности бетонной смеси от расхода воды и прочности бетона, от активности цемента и цементно-водного отношения, а только изменяют количественное соотношение между разными факторами. Величина подобных изменений зависит от дозировки добавки.

Оптимизацию расхода химических добавок в бетоне осуществляли с помощью метода математического планирования эксперимента (МПЭ). В исследованиях были приняты симметричный и ротатабельный план второго порядка [11,12] с разным числом факторов и на разных уровнях варьирования, позволяющий получить полные квадратичные уравнения регрессии вида:

арболит химический добавка

где b - численные оценки коэффициентов модели;

n - количество варьированных переменных.

Предварительный состав поризованного арболита подбирали расчетно-экспериментальным путём. При определении расхода древесной дроблёнки руководствовались тем, что на 1м³ арболита принимается 1,3…1,5 м³ инертного органического заполнителя в насыпном состоянии. Вид цемента и его ориентировочный расход назначили по таблице в зависимости от породы древесины и класса арболита. В качестве воздухововлекающей добавки для поризации применяли смолу древесную омыленную (СДО). В качестве химических добавок в арболитовую смесь вводились: хлорид кальция (Кальций хлористый технический) и жидкое стекло (Стекло жидкое натриевое). Хлорид кальция является ускорителем твердения цемента, сокращает срок воздействия вредных веществ (древесных сахаров) на гидролиз и гидратацию цемента. Жидкое стекло образует плёнку на поверхности инертного органического заполнителя и препятствует соприкосновению вредных веществ заполнителя с цементным тестом, ускоряет процесс схватывания цемента, тем самым сокращает период воздействия сахаров на вяжущее 13,14.

Химические добавки в арболитовую смесь вводили в виде водного раствора. Для подержания принятого водоцементного отношения (В/Ц) количество воды, содержащееся в растворах, учитывали при расчёте состава арболитовой смеси. Приготовления растворов химических добавок и корректировку В/Ц арболитовой смеси выполняли соблюдением требовании ГОСТа23732-79. Растворы химических добавок готовили в специальных ёмкостях с учётом коррозионной агрессивности этих растворов.

Известно, что арболит на древесной дроблёнке имеет крупнопористую структуру и на величину межзерновой пустотности, определяющее влияние оказывает гранулометрический состав заполнителя [15,16 лучения слитной структуры бетона в арболите частично заменяли дроблёнки вспученным полистирольным гравием, характеризующимся низким водопоглощением, сорбционной влажностью и средней насыпной плотностью. Размер гранул выбирали соизмеримым с межзерновыми пустотами арболитовой смеси и он составил 2…5 мм. Экспериментом уточнили влияние концентрации вспученного полистирола на прочность арболита, затем на основе полученного результата установили объём оптимального расхода полистирола в составе 1м³ арболита [17].

Для определения оптимального расхода химических добавок был принят симметричный план второго порядка, числом факторов n = 3 на трёх уровнях варьирования. В экспериментах варьировались следующие факторы:

X₁ - расход натриевого жидкого стекла в % от расхода цемента;

X₂ - расход хлорида кальция в % от расхода цемента;

X₃ - расход смолы древесной омыленной в % от расхода цемента.

За критерий оптимальности приняты прочность арболита и расход отдельных химических компонентов с учётом их влияния на арболит и экономики. Условия варьирования технологических факторов и матрица планирования эксперимента представлены в табл. 1 и 2.

Таблица 1. Условия варьирования технологических факторов

Таблица 2. Матрица планирования экспериментов по оптимизации расхода химических добавок

Эксперименты проводились на следующем составе арболитовой смеси: портландцемент М400- 360 кг/м³, древесная дроблёнка 0,90 м³/м³, вспученный полистирол 0,40 м³/м³, вода 300 л/м³ и химические добавки, расходы которых менялись соответственно табл. 2.

Обработка экспериментальных данных, подсчет уравнений регрессии, статистический анализ полученных уравнений и определение расчетных значений выходных параметров выполнялись по методу наименьших квадратов на ЭВМ.

Для получения моделей определяли множественный коэффициент корреляции (R), а также проверяли адекватность по критерию Фишера (F).

В исследовании были учтены, что в теории математического планирования эксперимента существует положение о том, что коэффициенты квадратных членов в планах второго порядка оставляют в уравнении, даже если они незначимы. Кроме того, по чисто технологическим соображениям допускается введение любого статистически незначимого коэффициента [6].

В результате обработки экспериментальных данных получены коэффициенты уравнений регрессии, которые представлены в табл. 3.

Таблица 3. Расчетные коэффициенты модели

Расчетные коэффициенты корреляции и Фишера соответственно равны:

R = 0,991; F_{кр. расч.} = 30,84

Адекватность модели определяли по критерию Фишера. Табличное значение критерия Фишера F_{кр. табл.} = 230, при уровне значимости б = 0,05 и числе степени свободы f₁ = 1, f₂ = 5 [7]. Расчётное значение критерия Фишера меньше табличного значения, т.е. полученная модель адекватна для принятого уровня доверительной вероятности. Конечная регрессионная модель, описывающая влияние расхода химических добавок на прочность арболита, имеет вид:

R_б = 2,44 + 0,54X₁ + 0,39X₂ - 0,09X₃ + 0,044X₁² - 1,106X₂² - 1,01X₃² +

+ 0,038X₁X₂ - 0,038X₁X₃ + 0,013X₂X₃.

На основании полученной модели построены графики, которые показаны на рис. 1. Как видно из рис.1., с увеличением X₁ и X₂ увеличивается прочность арболита и достигается максимум при X₃ = 0. Исходя из этого, для получения прочности R 2,5 МПа можно принять расход СДО равный X₃ = 0, т.е. 0,3% Ц, при котором целесообразно установить расход хлорида кальция X₂ = 0, т.е. 1,5% Ц, т.к. дальнейшее его повышение не приводит сколько-нибудь заметному приросту прочности, но усиливает коррозионную активность вяжущего по отношению к закладным деталям арболитовых конструкций. В данном случае в соответствии с рис. 1.расход жидкого стекла будет X₁ = 0, т.е. 3% Ц.

X₁ - расход жидкого стекла (1…5)% Ц;

X₂ - расход хлорида кальция (0,5…2,5)% Ц;

X₃ - расход СДО (0,1…0,5)% Ц

Рис. 1. Влияние расхода химических добавок на прочность поризованного арболита.

В других вариантах, при меньшем расходе хлорида кальция для достижения набора прочности арболита (при расходе СДО - 0,3% Ц ), надо увеличить расход жидкого стекла, однако это приведет к подорожанию арболитовых изделий.

В результате проведённого анализа (рис.1) можно установить следующие оптимальные расходы химических добавок для поризованного арболита: расход жидкого стекла - 3% Ц, хлорида кальция - 1,5% Ц и СДО - 0,3% Ц.

На основе проведённых исследований можно сделать вывод: получена трёхфакторная модель в виде полиномов второго порядка, адекватно описывающая зависимость прочности арболита при сжатии от расхода химических добавок.

Библиографический список

1. Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. Добавки в бетон. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1989.-188с.

2. Ускорение твердения арболита химическими добавками /В.М.Бутерин, А.С.Щербаков, Н.Н.Силина и др. /Научн. тр. Московский лесотехн. ин-т.-М.:1976.-Вып.93. с.106-112

3. Мещеряков И.П. Щербаков А.С. Повышение прочности арболита химическими добавками /Лесоэксплуатация и лесное хозяйство. Т.17. -1966. -с.10-12

4. Грапп В.Б., Ратинов.В.Б. Применение химических добавок для интенсификации процесса производства и повышения качества бетона и железобетона/ ЛатНИИНТИ.- Рига, 1979.-28с.

5. Бутерин В.М. Исследование и оптимизация влияния некоторых химических добавок на интенсификацию роста прочности арболита / Научн. тр. Московский лесохехн. Ин-т. -1982. Вып.121. -150с.

6. Бутерин В.М. Исследование методов ускорения твердения арболита на древесном заполнителе. Автореф. дисс.на соиск. уч. степ. к.т.н. - М.: 1979.-19с.

7. Подчуфаров В.С. Исследование факторов , влияющих на качество арболита. Автореф. дисс. На соиск. уч. степ. к.т.н. -М.:1980.-19с.

8. Щербаков А.С. Влияние свойств исходных материалов и технологических факторов на прочност арболита /Лесожилэксплуатация и лесное хозяйство. М : 1966 - №32. -с.12-13.

9. Бужевич Г.А. Легкие бетоны на пористых заполнителях. -М.: Стройиздат, 1970-272с.

10. Иванов Ф.М., Батраков В.Г., Лагойда А.В. Основные направления применения химических добавок к бетону // Бетон железобетон.1981, № 9 -С.3-4.

11. Рекомендации по применению методов математического планирования эксперимента в технологии бетона. - М.: НИИЖБ, 1982. - 103 с

12. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. Программированное введение и планирование эксперимента. - М.: Наука, 1971. - 287 с.

13. Соркин Э.Г. Методика и опыт оптимизации свойств бетона и бетонной смеси. - М.: Стройиздат, 1973. - 55 с.

14. Маев Е.Д. Влияние состава арболита на его свойства / Сборник трудов ВНИ-ИСМ. - М.: ВНИИСМ, 1965, -вып.1/91,- С.23-24.

15. Шейкин А.Е., Чеховский Ю.В., Бруссер М.И. Структура и свойста цементных бетонов. -М.: Стройиздат, 1979.-343с

16. Склизков Н.И., Наназашвили И.Х. Структурообразование арболита. / Сб.трудов ЦНИИЭПСЕЛЬСТРОЯ, - М., 1976. № 15 -С.106-111.

17. Савин В.И., Адамия А.М., Широкова О.А.. Влияние вспученного полистирола на свойства поризованной арболитовой смеси и арболита /Сб. научн. Трудов/ Московский лесотехнический институт. - М.:1989. -вып.216.-с.79-86.

Размещено на Allbest.ru