Статья: Оценка эффективности применения суперпластификаторов для повышения эксплуатационных свойств керамзитобетонов

На рисунке 2 приведены графики зависимости прочности полученных керамзитобетонов от расхода исследованных добавок.

Рис. 2 - Зависимости прочности керамзитобетонов от расхода исследованных добавок: masterpolyheed - суперпластификатор «MasterPolyHeed 3040»; muraplast - суперпластификатор «Muraplast FK49»; poliplast - суперпластификатор «Полипласт СП-1»; tvo - керамзитобетон прошел тепловлажностную обработку, по режиму принятому на заводе; no_28 - керамзитобетон тверделв нормальных условиях 28 суток.

Как видно из таблиц 1-3 и рисунков 2-3 увеличение расхода добавки приводит к повышению прочности керамзитобетонов, как подвергшихся тепловой обработке, так и твердеющих в нормальных условиях. Также очевидно, что твердение керамзитобетонов в нормальных условиях позволяет получать более высокие показатели по прочности на сжатие.

Рис. 3 - Зависимости плотности керамзитобетона и керамзитобетонной смеси от расходов исследованных добавок: masterpolyheed - суперпластификатор «MasterPolyHeed 3040»; muraplast - суперпластификатор «Muraplast FK49»; poliplast - суперпластификатор «Полипласт СП-1»; concrete - керамзитобетон в сухом состоянии; mixure - керамзитобетонная смесь.

Однако необходимо отметить, что при максимальных расходах добавок наблюдается рост плотности. Поэтому для практического применения этих добавок в керамзитобетонах потребуется дополнительная корректировка их по плотности.

Кроме этого, необходимо отметить, что полученные значения для составов с добавками (как после ТВО, так и нормального твердения) показали более высокие значения по прочности по сравнению с контрольным составом.

Обсуждение

Проведем сравнение полученных результатов с помощью «boxplot» диаграмм (диаграмма «ящик с усами») [24]. На рисунках 4 -6 приведены результаты исследований, представленных в таблицах 1-3.

Рис. 4 - Визуализация результатов исследований с помощью диаграмм «boxplot» для суперпластификатора «MasterPolyHeed 3040»: var1 - расход воды, л; var2 - расход добавки, %; var3 - прочность бетона после ТВО, МПа; var4 - прочность бетона в возрасте 28 сут., МПа; var5 - плотность бетонной смеси, кг/м³; var6 - плотность бетонав сухом состоянии, кг/м³

Для анализа описательных характеристик результатов исследований использованы диаграммы размахов - «boxplot». Для количественных переменных эта диаграмма представляет: максимальное и минимальное значение; медиану; нижний и верхний квартиль. Нижний квартиль - значение, которое 25% значений в выборке не превышают. Верхний квартиль - значение, которое 75% значений в выборке не превышает [24]. На примере расхода воды (см. рис. 4, var1 - для добавки «MasterPolyHeed 3040») мы можем заключить следующее. Максимальное значение расхода воды составляет - 153 л. Минимальный расход воды составляет - 132 л. Медианное значение расхода воды - 142 л. Нижний квартиль - 137 л, верхний квартиль - 147 л.

Рис. 5 - Визуализация результатов исследований с помощью диаграмм «boxplot»для суперпластификатора «Полипласт СП-1»: var1 - расход воды, л; var2 - расход добавки, %; var3 - прочность бетона после ТВО, МПа; var4 - прочность бетона в возрасте 28 сут., МПа; var5 - плотность бетонной смеси, кг/м³; var6 - плотность бетона в сухом состоянии, кг/м³

Рис. 6 - Визуализация результатов исследований с помощью диаграмм «boxplot»для суперпластификатора «Muraplast FK49»: var1 - расход воды, л; var2 - расход добавки, %; var3 - прочность бетона после ТВО, МПа; var4 - прочность бетона в возрасте 28 сут., МПа; var5 - плотность бетонной смеси,кг/м³; var6 - плотность бетона в сухом состоянии, кг/м³

Проведем анализ полученных результатов, применив корреляционно-регрессионный метод. Для этого воспользуемся языком статистических вычислений R и пакетом ggplot2 [25]. Анализировать полученные данные о зависимости и независимости переменных в числовом виде достаточно сложно. Поэтому сразу же представим их в виде корреляционной матрицы цветов (см. рисунок 7).

Проанализируем корреляционную матрицу, представленную на рисунке 7. Благодаря использованию цветов видно, что ее элементы имеют как положительную, так и отрицательную связь.

Рис. 7 - Корреляционная матрица между переменными для данных из таблиц 1-3

Примечание: Исходный порядок переменных изменен. Обозначения в тексте

Очень сильная теснота связи имеет место между: прочностью бетона после ТВО (прочность_тво) и прочностью бетона твердеющего в нормальных условиях (прочность_у_н); плотностью бетона (плотность_б) и прочностью бетона после ТВО, а также плотностью бетона и прочностью бетона твердевшего в нормальных условиях. Сильная теснота связи отмечена между: расходом воды на 1 м³ бетона (расход_воды) и плотностью бетонной смеси (плотность_бс). Умеренная теснота связи наблюдается между расходом добавки (расход_добавки) и плотностью бетона.Слабая прямо пропорциональная зависимость имеет место между: расходом добавки и прочностью бетона после ТВО; расходом добавки и прочностью бетона, твердеющего в нормальных условиях, а также расходом добавки и плотностью бетонной смеси. Слабая обратно пропорциональная зависимость отмечена между расходом воды и расходом добавки. Теснота связи между остальными признаками является очень слабой, как прямо пропорциональной, так и обратно пропорциональной.

Определим количественную связь, между расходом добавки и прочностью керамзитобетона после тепловлажностной обработки используя регрессионный метод. Для установления степени зависимости между ними используется коэффициент корреляции. Если коэффициент корреляции по абсолютной величине близок к единице, то для построения зависимости используется линейная модель. Для других случаев используется более сложные нелинейные модели (например, экспоненциальные, полиномиальные и т.п.). Последовательным перебором вариантов регрессионных моделей было установлено, что наилучшие результаты показывает полиномиальная модель (см. рисунки 8 и 9).

Рис. 8 - График регрессионных моделей зависимости прочности керамзитобетона от расхода добавки «MasterPolyHeed 3040» для бетона ускоренного твердения (тепловая обработка)

Рис. 9 - График регрессионных моделей зависимости прочности керамзитобетона от расхода добавки «MasterPolyHeed 3040» для бетона, твердеющего в нормальных условиях

Как видно из графиков величины достоверной аппроксимации R² близки к 1. Это говорит о том, что линия тренда близка к фактическим данным. Причем для керамзитобетона, твердеющего в нормальных условиях, R² имеет незначительно большее значение. Значимость критерия Фишера в обоих случаях гораздо меньше 0,05, что говорит о том, что обе модели могут считаться адекватными с вероятностью 0,95.

Проведем сравнение показателей прочности и плотности для составов с добавками и контрольным составом (без добавки). Как видно из таблицы 4 максимальный рост прочности керамзитобетонов как прошедших ТВО так и твердеющих в нормальных условиях показали составы на добавке «Полипласт СП-1». Минимальные результаты роста прочности при обоих вариантах твердения показали керамзитобетоны на добавке «MasterPolyHeed 3040». Однако в данном случае необходимо уточнить, что керамзитобетоны, полученные на добавке «MasterPolyHeed 3040» обладают наименьшими расходами воды.

Таблица 4 - Расчетные показатели керамзитобетонов

Закономерная связь между пределом прочности и величиной средней плотности используется для оценки эффективности материала в конструкциях и определяется вычислением условного коэффициента конструктивного качества (ККК) по формуле [6]:

(1)

где R_сж - предел прочности при сжатии, кг/см²; с₀ - средняя плотность, кг/м³.

Чем выше ККК, тем выше техническая эффективность материала, выше качество его в конструкциях. Максимальные значения ККК отмечены для керамзитобетонов, полученных с использованием добавки «Полипласт СП-1» для обоих вариантов твердения. Минимальные значения получены для керамзитобетонов с добавкой «MasterPolyHeed 3040». Для контрольной серии керамзитобетона (без добавок) показатели ККК составляют - 0,0084 (керамзитобетон прошедший ТВО) и 0,0121 (керамзитобетон, твердеющий в нормальных условиях) соответственной. Это однозначно доказывает, что использование добавок суперпластификаторов повышает техническую эффективность керамзитобетона. Однако необходимо отметить, что при проведении наших исследований не учитывалась группа цемента по эффективности при пропаривании [26].

добавка суперпластификатор керамзитобетон прочность

Заключение

Таким образом, результаты проведенных исследований позволяют сделать следующие выводы. Применение добавок суперпластификаторов способствует увеличению прочности бетона, как после ТВО, так и при твердении в нормальных условиях. Однако рост прочности керамзитобетона сопровождается ростом плотности, что требует принятия соответствующих мер, т.к. к легким бетонам наряду с прочностью предъявляются требования к плотности.

Список литературы

1. Баженов Ю.М. Способы определения состава бетона различных видов : учебное пособие для вузов / Ю.М. Баженов. - М.: Стройиздат, 1975. - 268 с.

2. Орентлихер Л.П. XXI век - век легких бетонов / Л.П. Орентлихер // Технологии бетонов. - 2010. - №1-2. - С. 18-21.

3. Баженов Ю.М. Пути развития строительного материаловедения: новые бетоны / Ю.М. Баженов. // Технологии бетонов. - 2012. - №3-4. - С. 39-43.

4. Комиссаренко Б.С. Перспективы развития производства керамзита и конструкций на его основе / Б.С. Комиссаренко, А.Г. Чикноворьян, Б.М. Горин, С.А. Токарева // Строительные материалы. - 2006. - №8. - С. 14-16.

5. Звездов А.И. Высокопрочные легкие бетоны в строительстве и архитектуре / А.И. Звездов, В.Р. Фаликман // Жилищное строительство. - 2008. - №7. - С. 2-6.

6. Лахтарина С.В. Легкие высокопрочные бетоны с повышенным коэффициентом конструктивного качества : дис. … канд. тех. наук : 05.23.05 : защищена 14.07.16 : утв. 14.10.16 / Лахтарина Сергей Викторович. - Макеевка: ДонНАСА, 2016.- 163 с.

7. Vijayalakshmi R. Structural Concrete Using Expanded Clay Aggregate: A Review / R. Vijayalakshmi and S. Ramanagopal // Indian Journal of Science and Tehnology. 2018. Vol. 11(16). P. 1-12.

8. Горин В.М. Применение керамзитобетона в строительстве путь к энерго- и ресурсоэффективности, безопасности зданий и сооружений / В.М. Горин // Строительные материалы. - 2010. - №8. - С. 8-10.

9. ГОСТ 27006-2019. Бетоны. Правила подбора состава

10. Руководство по подбору составов конструкционных легких бетонов на пористых заполнителях - М.: Стройиздат, 1975. - 43 с.

11. Рекомендации по подбору составов легких бетонов (к ГОСТ 27006-86) - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990. - 96 с.

12. Бычков М.В. Особенности разработки легких самоуплотняющихся бетонов на пористых заполнителях / М.В. Бычков, С.А. Удодов // Инженерный вестник Дона. - 2013. - №3.

13. СП 63.13330.2018. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения

14. ГОСТ 10178-85. Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия

15. Masterpolyheed - суперпластифицирующие добавки на основе эфиров полиарила для железобетонных изделий и конструкций

16. Суперпластификаторы Полипласт

17. Muraplast FK49. Суперпластификатор

18. ГОСТ 10181-2014. Смеси бетонные. Методы испытаний

19. Протько Н.С. Подбор составов керамзитобетонов плотной структуры, в том числе изготовленного из высокоподвижных бетонных смесей / Н.С. Протько // Технологии бетонов. - 2014. - №12(101). - С. 23-29.

20. Дворкин Л.И. Использование методы «приведенного Ц/В» для проектирования составов конструкционных легких бетонов / Л.И. Дворкин, О.Л. Дворкин, О.М. Бордюженко // Технологии бетонов. - 2013. - №11(88). - С. 36-38.

21. Дружинин С.В. Влияние суперпластифицирующих добавок на прочность бетона / С.В. Дружинин, Д.А. Немыкина, Е.А. Краснова // Инженерный вестник Дона. - 2018. - №2.

22. ГОСТ 18105-2018. Бетоны. Правила контроля и оценки прочности

23. ГОСТ 10180-2012. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам

24. Соколов П.Э. Естественная радиоактивность глинистых горных пород применяемых для производства строительных материалов / П.Э. Соколов, В.Ю. Дрик // Международный научно-исследовательский журнал. - 2017. - №12(66). - Ч.5 - С. 148-151.

25. Соколов П.Э. Оценка влияния обжига на радиоактивность глинистых горных пород и материалов / П.Э. Соколов, С.А. Сентенберг // Инженерный вестник Дона. - 2018. - №2.

26. Афанасьева В.А. Эффективность цементов: факторы качества / В.А. Афанасьева // Технологии бетонов. - 2014. - №2. - С. 12-15.