23.08.2017
Выполнение сварочных работ требуется в самых разных промышленных сферах. Предприятия не могут обойтись без качественной сварки...


23.08.2017
Такая услуга как генеральная уборка уже давно пользуется популярность не только у владельцев частных домов, но и у обладателей...


22.08.2017
Оценка со всех сторон требуется для того, чтобы представление о предмете было максимально полным. Аксессуары для окон на рынке...


22.08.2017
Все хорошие руководители прекрасно знают, что производительность сотрудников напрямую зависит от условий их труда. Повышенное...


22.08.2017
Множество разнообразных функций выполняют окна в коттеджах и частных домах. Помимо обеспечения доступа естественного света, окна...


22.08.2017
Скважина – основной источник воды для коттеджей и частных домов, расположенных за пределами города. В дома вода может подаваться...


Обработка публикаций по прочностным и деформативным характеристикам песчаных бетонов

26.06.2016

В отечественной и зарубежной литературе опубликовано большое количество работ, ставящих целью определение физико-механических характеристик песчаных бетонов. Обзор, систематизация, анализ и обработка результатов исследований, приведенных в этих публикациях, позволяют достоверно установить ряд свойств материала при кратковременном действии нагрузки, а также их зависимость от состава и технологии изготовления.
Полученные в экспериментах физико-механические характеристики песчаных бетонов приведены более чем в 200 работах отечественных и зарубежных исследователей. Довольно сложно использовать этот обширный материал, предназначенный, как правило, для решения частных задач, что не дает возможности распространить результаты отдельных исследований на любые песчаные бетоны, в том числе и изготовленные с применением других технологических приемов.
Обработка литературных данных о физико-механических характеристиках песчаных бетонов проводилась с целью выявления зависимости основных характеристик материала от состава и технологии его приготовления. Обобщение выполнено методом планирования многофакторного эксперимента.
В качестве факторов, достаточно полно отражающих состав и технологию приготовления песчаного бетона, определены: расход воды, расход вяжущего, вид вяжущего, способ перемешивания, крупность песка.
В табл. 1.1 приведены сведения о названных факторах, их уровнях и интервалах варьирования.
Обработка публикаций по прочностным и деформативным характеристикам песчаных бетонов

Поскольку решалась задача интерполяции, уровни количественных факторов выбраны вблизи реальных границ их существования.
Два количественных фактора (X1 и X2) полностью определяют состав цементно-песчаной смеси. Необычная форма фактора, соответствующего расходу воды, обусловлена формой известной зависимости R=f(Ц/В), обычно принимаемой линейной в широких пределах. Верхний уровень X1 соответствует водосодержанию 180 л/м3. Анализ литературных источников показал, что при меньшем водосодержании для качественного уплотнения смеси необходимы специальные методы интенсивного силового воздействия (вибропресспрокат, роликовое формование и др.). Поскольку в рассматриваемых экспериментах применялось, в основном, уплотнение с пригрузом 60-150 г/см2, величина водосодержания 180 л/м3 была принята верхней границей X1. Основная часть исследований выполнена на смесях с водосодержанием 180-250 л/м3.
Нижний уровень X2 (350 кг/м3) соответствует минимальному расходу вяжущего, необходимого для образования слитной структуры бетона. Расход вяжущего выше 650 кг/м3 встречается сравнительно редко и, как показано в работах, нецелесообразен, т.к. прочность оболочек цементного клея вокруг зерен заполнителя убывает от поверхности заполнителя к периферии оболочки, и увеличение количества вяжущего выше определенной границы практически не приводит к повышению прочности материала. Такой границей, по-видимому, является величина 600-650 кг/м3.
При обработке результатов испытаний количественным факторам придавали кодированные значения:
Обработка публикаций по прочностным и деформативным характеристикам песчаных бетонов

где Xj — кодированное значение фактора,
Xj- — значение фактора в эксперименте,
Xjo- — основной уровень фактора,
J — интервал варьирования.
Обзор экспериментальных данных показал важность использования тонкомолотого вяжущего для получения качественной структуры песчаного бетона и экономии цемента. Поэтому вид вяжущего выбран качественным фактором. Верхний уровень — тонкомолотое комплексное вяжущее на основе портландцемента с соотношением Ц:П = 75:25 и удельной поверхностью Sуд = 4500-5000 см2/г. Такое соотношение Ц:П имеет наилучшие экономические показатели и наиболее часто встречается в исследованиях. Нижний уровень этого фактора — исходный цемент. Химический состав вяжущего при обработке экспериментов не учитывался, т. к. в большей части работ сведений об этом не приводится. Активность вяжущего принята постоянной и равной Rц500. В случае применения вяжущего других марок прочность корректировалась пропорционально фактической активности. Величина Rц500 принималась по ГОСТ 310.4-81. Поскольку определенная часть рассматриваемых испытаний была выполнена до введения указанного стандарта (с определением R по ГОСТ 310-41 и 310-60), результаты этих экспериментов также корректировались в соответствии с рекомендациями. Если тонкомолотое вяжущее содержало цемент и песок в соотношении, отличном от Ц:П = 75:25, то при обработке данных изменяли величину Х2 (количество вяжущего) пропорционально фактическому количеству цемента.
В число факторов включено виброперемешивание смеси, влияние которого на прочность жестких смесей отмечалось многими исследователями.
На важность использования качественных песков с хорошо подобранной гранулометрией указывается во многих публикациях. Однако сведений о песчаных бетонах на специально подготовленных песках мало, и мнения об оптимальной гранулометрии песка противоречивы. В то же время в большинстве работ отмечается положительное влияние увеличения крупности песка на прочность песчаного бетона. Поэтому крупность песка была выбрана в качестве значимого фактора, и все обрабатываемые эксперименты были разделены на две группы в зависимости от крупности песка:
крупные пески — Mк > 2,5;
прочие пески — Mк = 1,8-2,0.
Прочие факторы, влияющие на прочность, принимались, по возможности, постоянными. При обработке использовались только величины прочности образцов на 28-е сутки естественного твердения. Этим исключалось влияние различных режимов термообработки и улучшалась сопоставимость результатов без увеличения количества значимых факторов.
Рассматривались параметры прочности на сжатие кубов с ребром 7,07 и 10 см, а также прочности на растяжение при изгибе балочек размерами 4x4x16 см. Результаты, полученные на образцах меньших размеров, не анализировались.
Общее количество работ, содержащих сведения о физико-механических характеристиках песчаных бетонов, превышает 200 названий. Однако подавляющая часть результатов относится к прочности бетона на сжатие R и на растяжение при изгибе Rри. Для этих двух характеристик получены уравнения регрессии. По другим физико-механическим характеристикам (Rр, Rпр, Eб, μ и др.) не удалось собрать показатели, охватывающие все комбинации принятых факторов состава и технологии.
Обработка публикаций по прочностным и деформативным характеристикам песчаных бетонов
Обработка публикаций по прочностным и деформативным характеристикам песчаных бетонов
Обработка публикаций по прочностным и деформативным характеристикам песчаных бетонов

Обработка литературных источников позволила отобрать 114 значений R и 97 значений Rри. Каждое из этих значений соответствовало средней прочности серии одинаковых образцов. Экспериментальные результаты оценки прочности бетона на сжатие приведены в табл. 1.2, прочности на растяжение при изгибе — в табл. 1.3.
Результаты экспериментов в табл. 1.2 и 1.3 заимствованы из опубликованных работ в соответствии с библиографией (колонка 1). В колонках 2-4 приведены величины расхода вяжущего (Ц), воды (В) и прочности (R или Rри), скорректированные в соответствии с описанной выше методикой. В колонках 5 и 6 — кодированные значения количественных факторов, вычисленные по формуле (1.1).
Коэффициенты уравнений регрессии определены с помощью решения на ЭВМ матричного уравнения:
Обработка публикаций по прочностным и деформативным характеристикам песчаных бетонов

В табл. 1.2 и 1.3 (колонка 4) представлен столбец Y, а в колонках 5-9 — матрица X, но без первого столбца, все члены которого равны 1.
Полученные решением на ЭВМ уравнения регрессии имеют вид:
Обработка публикаций по прочностным и деформативным характеристикам песчаных бетонов

Представление величин факторов кодированными значениями дает определенные преимущества при анализе результатов: все величины коэффициентов имеют при этом четкий физический смысл. Так, величина X2 = 145 в уравнении (1.3) показывает, что прирост прочности при изменении расхода вяжущего на 1 кг/м3 равен 145/150, т.е. около 1 кг/см2. Удвоенные величины X3, X4 и X5 равны эффектам соответствующих технологических факторов. Величина 2Х4 = 76 в формуле (1.3) показывает, что для состава песчаного бетона, соответствующего основным уровням X1 и X2, т. е.
Обработка публикаций по прочностным и деформативным характеристикам песчаных бетонов

эффект от виброперемешивания смеси на 28 сутки естественного твердения составляет 76/439 = 17,5%. Таким же путем можно оценить влияние остальных факторов.
Обработка публикаций по прочностным и деформативным характеристикам песчаных бетонов
Обработка публикаций по прочностным и деформативным характеристикам песчаных бетонов

Формулы (1.3) и (1.4) могут быть представлены и в форме, где прочность — функция натуральных значений количественных факторов:
Обработка публикаций по прочностным и деформативным характеристикам песчаных бетонов

Поскольку в большинстве публикаций не приводится сведений о фактическом разбросе результатов экспериментов, не представляется возможным проверить адекватность полученных линейных моделей традиционными методами. Их качество оценивалось с помощью коэффициента эффективности:
Обработка публикаций по прочностным и деформативным характеристикам песчаных бетонов

где S2y — дисперсия значений функции (т.е. экспериментальных значений R или Rри) относительно среднеарифметического значения у,
Обработка публикаций по прочностным и деформативным характеристикам песчаных бетонов

Значения коэффициентов F оказались равными 2,73 и 3,14 для R и Rри соответственно, что свидетельствует о значимости полученных моделей.
Приведенные выше уравнения регрессии действительны при коэффициенте уплотнения бетонной смеси не ниже 0,97. Если такое уплотнение не обеспечивается, то, в соответствии с рекомендациями, следует учитывать возможное снижение прочности бетона примерно на 5 % на каждый процент недоуплотнения.
По результатам проведенного пассивного эксперимента предлагается формула прочности песчаного бетона в виде:
Обработка публикаций по прочностным и деформативным характеристикам песчаных бетонов

где Rц — активность цемента.
Численные коэффициенты в формуле (1.8) получены включением в уравнение (15) кодированных значений В и Ц. Величина а принимается равной 1,2 для обогащенных (крупных) песков и равной 1 — для остальных песков. Коэффициент в равен 0,4 в случае применения тонкомолотого вяжущего и виброперемешивания смеси, в остальных случаях в = 0,6.
Уравнение прочности (1.8) в координатах R и Ц/В можно представить семейством прямых. На рис. 1.1 проведены пунктирные линии, соединяющие точки с одинаковым значением (при Rц500, а = 1 и в = 0,6). Угол наклона этих прямых к оси абсцисс с увеличением Ц уменьшается, и аппроксимирующая кривая (сплошная линия 1 на рис. 1.1) загибается вниз, что хорошо соответствует показателям испытаний и теоретическим зависимостям R=f(Ц/В) для тяжелых бетонов. Остальные кривые на рис. 1.1 построены аналогично для других значений коэффициентов а и в в формуле (1.8).
Обработка публикаций по прочностным и деформативным характеристикам песчаных бетонов

Таким образом, в результате обработки литературных данных получены уравнения регрессии, позволяющие прогнозировать прочность на сжатие и растяжение при изгибе в зависимости от состава песчаного бетона и технологии его изготовления.
Предлагаемые уравнения позволяют также оценить эффект отдельных технологических переделов.
С помощью полученных формул (графиков) можно выбрать состав и технологию при заданной марке песчаного бетона.
Обработка публикаций по прочностным и деформативным характеристикам песчаных бетонов