/
Author: Файнер М.
Tags: строительные материалы и изделия строительство бетон материаловедение
ISBN: 966-00-0738-8
Year: 2001
Text
М. ФайнерМ. FainerНОВЫЕ
ЗАКОНОМЕРНОСТИ
В БЕТОНОВЕДЕНИИ
И ИХ
ПРАКТИЧЕСКОЕ
ПРИЛОЖЕНИЕNEW
TENDENCIES
CONCRETE STUDIES
AND THEIR
PRACTICAL
APPLICATIONКиев Kyyiv
Наукова думка Naukova Dumka2001
ББК 38.331
Ф 17Файнер М.Ф 17 Новые закономерности в
бетоноведении и их практичес¬
кое приложение. — Киев:
Наук, думка, 2001. — 448 с.
ISBN 966-00-0738-8Fainer М.ф 17 New tendencies in concrete
studies and their practical
application. — Kyyiv: Nauk.
Dumka, 2001. — 448 p.ISBN 966-00-0738-8Критически переосмыслены и развиты ос¬
новные научные положения и закономернос¬
ти в бетоноведении, сложившиеся за тысяче¬
летия применения этой области знаний в прак¬
тической деятельности человечества.Для специалистов строительства и строи¬
тельной индустрии.The author critically revises and elaborates
main scientific approaches and tendencies in
concrete studies developed for thousands of years
of practical application of this area of expertise
in activities of the mankind.It is targeyed at the specialists in construc¬
tion and construction industry.Объект интеллектуальной
собственности автораThe monograph is an object of intellectual
property of yhe autorРедакция технической литературыРедакторы
О. И. Калашникова, Т. С. МельникThe editors of tehnical literatureText editors
O.I. Kalashnikova. T.S. MelnikФ 33060000000
2001Без обья влISBN 966-00-0738-8 ©М.Файнер,2001. I ISBN 966-00-0738-8 © M. Fainer, 2001.
Новые закономерности в бетоноведении.../ New tendencies in concrete studies.3ПРЕДИСЛОВИЕПредшествующее поколение ученых-бе-
тоноведов оставило нам фундаментальное
наследие, которое требует дальнейшего раз¬
вития. Вместе с тем ряд основополагающих
научных принципов бетоноведения до сих
пор не изучены, многие аспекты требуют
уточнения. К большому сожалению, бето-
новедение не является научной системой, а
представляет собой, скорее всего, конгло¬
мерат знаний.Бетоноведение включает в себя другие, в
том числе и смежные области научных знаний,
безусловно, интересные, но имеющие очень
далекое отношение к бетону. В то же время
такие важные аспекты, как концептуальный
подход, методология, теоретические модели, за¬
кон водовяжущего отношения, формирование
пустотности заполнителей, расчет и оператив¬
ное регулирование составов, влияние техноло¬
гических факторов на свойства бетона, на наш
взгляд, довольно неупорядочены и фрагментар¬
ны.Имея в «портфеле» знаний о бетоне сотни
тысяч публикаций, мы не можем дать ясные
ответы на многие элементарные вопросы тех¬
нологии. Почему, например, при правильном,
на первый взгляд, расчете составов бетона в
одних случаях крупного заполнителя много,
а в других мало? Как влияет химико-мине¬
ральный состав клинкера на морозостойкость
бетона? Возникают трудности и в понимании
многих положений бетоноведения из-за того,
что предшествующее поколение исследова¬
телей привязывало большинство своих работ
не к вещественному составу цементов и бето¬
нов, а к стандартам различных стран. Изме¬
нение же стандартов за последнее десятиле¬
тие привело к тому, что ценные исследования
и научные положения в настоящее время труд¬
но не только привести в сопоставимый вид, но
и использовать в практической деятельности.Бетон, в отличие от многих других мате¬
риалов, не обязан своим рождением и станов¬
лением науке, однако его дальнейшее разви¬
тие связано с такими фундаментальными об¬
ластями научного знания, как химия, физика,
экономика и др. В настоящее время в бетоно¬
ведении существуют как отдельные научныеPREFACEFrom previous generations of scien¬
tists, experts in concrete studies, we inher¬
ited the fundamental legacy, which have
to be further developed. At the same time a
number of basic scientific principles of
concrete studies are not studied so far,
many aspects still need to be specified. Un¬
fortunately, concrete studies represent not
a scientific system but, most likely of a
conglomerate of areas of expertise.Concrete studies involves other inter¬
disciplinary areas of expertise, which are,
no doubt, interesting but not immediately
concerning concrete. At the same time such
important aspects as conceptual approach,
methodology, theoretical models, law of
cementing ratio, forming of air viods in
aggregates, calculation and efficient ad¬
justment of mixtures, influence of process¬
ing factors on concrete properties, from
our standpoint, are not systematized and
fragmentary.Despite hundreds of thousands of arti¬
cles about concrete, we still are not able to
give answers to many simple questions con¬
cerning technology. For instance, if, prima
face, the calculations of concrete mix are
right why there are a lot of coarse aggregate
in one cases, and less in others? In what way
does the chemico-mineralogical structure of
clinker influence the frost resistance of con¬
crete. A number of difficulties in under¬
standing many principles of concrete stud¬
ies emerge due to the fact that the previous
generation of researches bound the majori¬
ty of their works not to the substantial struc¬
ture of cements and concrete but to the stan¬
dards of different countries. Changes in stan¬
dards for the last decade led to the fact that
research already conducted and a number
of scientific regulations at present lack co¬
hesion and are hard to be utilized in practice.The origin of concrete, unlike other sub¬
stances, is not bound to the science, however
its further development is connected with
other fundamental areas of scientific exper¬
tise such as chemistry, physics, economics,
etc. At present, there are separate scientific
4Предисловиенаправления — химическое, физическое так
и, технологический и экономический подхо¬
ды, не только не взаимосвязанные между со¬
бой, но и противоречащие один другому.Не всем ученым удалось издать целост¬
ный научный труд по бетоноведению. По¬
нимая ответственность предпринятого
шага, как автор, так и читатели, по-види¬
мому, задают вопрос: в чем характерная
особенность и существенные отличия насто¬
ящей работы от ранее опубликованных со¬
лидных трудов по бетоноведению Д. Абрам¬
са (1896), И. Н. Ахвердова (1989), Ю. М.
Баженова (1987), И. Боломея (1936),
П. П. Будникова (1971), И. Г. Малюги
(1895), О. Графа (1952), О. А. Гершберга
(1971), В. Д. Глуховского (1981), Р. Лерми-
та (1959), И. М. Френкеля (1966), Ю. С.
Черкинского (I960), Б. Г. Скрамтаева
(1966), С. В. Шестоперова (1977) и др. От¬
личительной особенностью даной моногра¬
фии является, в первую очередь, целост¬
ность, концептуалыюсть и системность. Во-
вторых, в этой работе даются ответы на
многие фундаментальные вопросы, на ко¬
торые четкого ответа небыло. К примеру,
если правило цементно-водного отношения
является законом, то оно должно воспроиз¬
водиться. Почему же тогда при одной и той
же активности цемента на заполнителях оди¬
накового качества при тех же условиях твер¬
дения прочность бетона отличается на SO¬
SO %? Статистическим разбросом это явле¬
ние не объяснить! Как формируется пустот-
ность заполнителей в бетоне? Что такое дол¬
говечность и каковы четкие критерии ее
оценки? Как влияют не только отдельные
факторы, но и их сочетание на свойства бе¬
тона? Какие новые направления существу¬
ет в технологии бетона? На все эти вопро¬
сы пытается дать ответ автор. Но он не ог¬
раничивается изложением только новых ас¬
пектов бетоноведения, а критически пере¬
осмысливает все известные закономернос¬
ти, рассматривая науку о бетоне в истори¬
ческом плане на новом витке знаний. Автор
также синтезирует сугубо материаловед-
ческий аспект знаний с технологией и эко¬
номикой производства, поднимая науку о
бетоне на уровень обобщения и системати¬
зации.trends in concrete studies: chemical, physi¬
cal, technological and economical ap¬
proaches, which are not only interrelated
but also contradictory to each other.Not every scientist managed to produce
a coherent treatise in concrete studies. Tak¬
ing into consideration the responsibility of
an attempt undertaken, both the author and
the readers, might ask the question: what are
the typical peculiarities and essential differ¬
ences of the present work from the previous
ones by D. Abrams (1989), I. Akhverdov
(1989), Y. Bazhenov (1987), I. Bolomey
(1936), P. Budnikov (1971), I. Maliuha
(1895), O. Hraf (1952), О Hershberg (1971),
V. Hlukhovskiy (1981), R. Termita (1959),I. Frenkel (1966), Y. Cherkinskiy(I960), B. Skramtaev (1966), S. Shesto-
pyorov (1977), etc. The distinctive fea¬
ture of the given monograph is, first of
all, its integrity, conceptuality and sys¬
tematic character. Second, other works
give answers to the fundamental ques¬
tions to which there are no clear-cut an¬
swers. For instance, if the rule of water/
cement ratio is a law, then it should re¬
cur. Why then, under the same cement
activity on aggregates of identical qual¬
ity under even conditions of hardening
the strength of concrete might differ by
30-50%? It can't be explained by statis¬
tical variance only! In what way does the
air voids in concrete aggregate form? What
is durability and what are its precise evalua¬
tion criteria? In what way do individual fac¬
tors and their combinations influence on
concrete prooperties? What are the new ten¬
dencies in concrete technology? The author
tries to give answers to all these questions.
However, he does not limit himself to the
accounts of new aspects of concrete studies
but critically rethinks all known pecu¬
liarities, diachronically considers con¬
crete studies only at the new spiral of
knowledge. The author's approach to
concrete studies differs in a way that the
author synthesizes purely materialistic
aspect ofknowledge with technology and
production economics, raising concrete
science to the level of generalization and
systematization.
Preface5Усложнение теоретических и практических
задач и их взаимосвязей приводят к формиро¬
ванию нового подхода к бетоноведению, пред¬
полагающего как преемственность, так и об¬
новление имеющихся знаний, интеграцию раз¬
личных направлений исследований и ассими¬
ляцию нового из других областей науки. Пре¬
емственность в данной работе — это не только
дань уважения предшественникам, но и твор¬
ческое развитие их научных взглядов, крити¬
ческий анализ ряда научных положений и вы¬
водов. Новое не вместо старого, а вместе с про¬
веренным, фундаментальным и убедительным
знанием!В данной работе знания о бетоне представ¬
лены в последовательности их формирования и
развития. Такой подход поможет не только до¬
статочно глубоко осознать проблему, но и про¬
анализировать как ошибки предшественников,
так и "белые пятна" в науке о бетоне.Исторический очерк развития науки о бетоне
заставит читателя проследить все этапы станов¬
ления этой области знаний.Как и в любой прикладной области науки,
в бетоноведении формированию теоретических
знаний предшествует накопление фактов и на¬
блюдений. Творческий анализ, оценка и систе¬
матизация этих фактов дают возможность их
логического упорядочения, классификации и
формирования целостной теории. Поэтому клю¬
чевым звеном к пониманию содержания данной
книги является методологическая концепция,
изложению которой уделено большое внимание.Пониманию ряда закономерностей поможет
анализ теоретических моделей бетона и физики
процессов.И только расширив свой кругозор, подго¬
товленный читатель, к тому же владеющий со¬
стоянием вопроса, в том числе и в таких смеж¬
ных областях знаний, как "Вяжущие", "Физи¬
ко-химическая механика" и др., сможет глубо¬
ко осознать новые положения и выводы, приве¬
денные в последующих разделах. А это, в пер¬
вую очередь, осмысление и критический ана¬
лиз сложившихся за многие десятилетия стерео¬
типов и, даже, догм, анализ комплексного вли¬
яния основных факторов на свойства бетонной
смеси и бетона, преодоление узкого подхода к
выбору оптимальных рецептурно-технологи¬
ческих решений, прорыв к новым технологиям.Complication of theoretical and practi¬
cal objectives and their interdependence
leads to the creation of new approach to the
concrete studies, assuming both continuity
and renewal of existing knowledge, integra¬
tion of different trends in research and as¬
similation of new expertise from other ar¬
eas. Continuity in this paper - is not only a
tribute to the predecessors, but creative de¬
velopment of scientific views, critical analy¬
sis of scientific regulations and deductions.
New not instead of old but along with ap¬
proved, fundamental and convincing knowl¬
edge!The given paper will present knowledge
about concrete in the order of its creation
and evolution. This approach will allow for
both in-depth perception of the problem and
for analysis of the predecessors' mistakes
and blanks in the concrete science as well.Historical overview will present main pe¬
riods in the development of concrete science.As in any other applied field of science,
in concrete studies accumulation of cases and
observations precedes to the formation of the¬
oretical knowledge. Creative analysis, eval¬
uation and systematization of these cases
allow to their logical ranking, classification
and formation of coherent theory. That is
why, methodological concept is the key fac¬
tor in understanding the contents of this
book; significant attention is given to their
statement.Analysis of theoretical concrete models
and physical processes will help understand
certain regularities.Only liberalized, advanced reader, who
is well posted on the issues, including such
areas of knowledge as "Cement", "Physic¬
ochemical Mechanics", etc., will be able to
realize new regulations and conclusions list¬
ed in the forthcoming chapters. In order to
do this the reader should grasp and critical¬
ly analyze the stereotypes and dogmas
shaped for many decades, comprehensive in¬
fluence of main factors on concrete mix and
concrete itself, to overcome restricted ap¬
proach to the selection of optimal composi¬
tional-technological solutions, major
breakthrough in technologies.
6ПредисловиеПридавая важное значение математичес¬
кому аппарату в работе, автор в то же время
отдает предпочтение методологической кон¬
цепции, технологической и экономической
ясности. Поэтому в книге формализованный
аппарат, даже в жертву кажущейся "науч¬
ности", будет сокращен до минимума. В то
же время автор не будет заниматься про¬
странным качественным описанием явлений
и процессов там, где можно использовать
несложные количественные зависимости.Авторская концепция органической
связи технологии и экономики бетона в со¬
четании с глубоким пониманием физики
процессов и количественных зависимостей
влияния основных факторов на свойства
бетона позволит перейти к практической ре¬
ализации изложенного материала как в сис¬
теме ручного регулирования и управления
технологическими процессами, так и в АСУ
ТП.Автору выпала честь многие годы ра¬
ботать с выдающимися учеными-бетонове-
дами, чьи труды стали классикой науки о
цементе и бетоне: В.Б. Ратиновим,
И.И. Цыганковым, Ф.М. Ивановым,В.Г. Батраковым, В.П. Сизовым,О.П. Мчедловым-Петросяном, В.Д. Глу-
ховским, М.М. Сычевым, В.В. Михайло¬
вым, Б.А. Крыловым, Л.А. Малининой и
др. Им, учителям и рецензентам, а также
лаборантам и оформителям настоящего
труда — благодарность автора.И еще одно. Автор, если не принимать
во внимание хорошие и отличные оценки,
был, по-видимому, плохим студентом, так
как уходил с лекций, научных семинаров
и конференций с массой неясных вопросов,
на которые лекторы так и не могли дать
убедительные ответы. На многие такие
вопросы пришлось искать ответы самому
долгие годы кропотливой научной и прак¬
тической деятельности. Именно поэтому
автор обещает быть честным по отноше¬
нию к читателю и не вуалировать неясные
и неизученные процессы и явления туман¬
ными наукообразными рассуждениями. Яс¬
ность и прозрачность — основные прин¬
ципы данного исследования.Highlighting mathematical calculations
in this paper the author at the same time
gives preference to methodological con¬
cept, its technological and economic clari¬
ty. It is mostly due to this fact that the for¬
malized apparatus, sacrificed to the seem¬
ing "scientific character", will be cut to the
minimum. The author will not involve him¬
self into wordy quantitative description of
phenomena and processes where it is possi¬
ble to use simple quantitative dependencies.The author's concept of harmonious
connection between technology and con¬
crete economics in combination with the
comprehension of physics of processes and
quantitative dependencies of main factors
influence on concrete properties will allow
to proceed to practical implementation of
the stated material both in the system of
manual control, process control and pro¬
cess control systems (PCS).It is the author's honour work together
with the outstanding scientists, experts in
concrete studies, whose works about con¬
crete science and cement became classic:
V. B. Ratinov, I. I. Tsygankov,
F. M. Ivanov, V. G. Batrakov, V. P. Sizov,O. P. Mchedlov-Petrosyan, V. D. Glu-
khovskoy, М. M. Sychev, V. V. Mikhailov,B. A. Krylov, L. A. Malinin, etc. The au¬
thor tenders thanks to all of them, his teach¬
ers and reviewers, laboratory assistants and
book designers.And one more thing. The author, if not to
take good and excellent marks into consider¬
ation, was probably a bad student, since he
used to leave lectures, scientific seminars and
conferences with a huge number of unclear
questions, to which lecturers could not give
persuasive answers. The author used to look
for answers to such questions himself during
long years of laborious scientific and practi¬
cal activities. That is why the author promis¬
es to be honest with respect to the readers
and not to draw a veil of obscure pseudo¬
scientific reasoning over unclear and unex¬
plored processes and phenomena. Clarity
and transparency are the main principles
of the given research.
Новые закономерности в бетоноведении. / New regularities in concrete studies... 7ВВЕДЕНИЕСегодня трудно представить цивилизован¬
ный мир без бетона. Объемы и качество про¬
изводства бетона достаточно полно характе¬
ризуют индустриальный уровень развития
общества.Жилые, промышленные, общественные и
сельскохозяйственные здания, АЭС и гидро¬
электростанции, аэродромы и космодромы,
дороги, мосты, тоннели, фундаменты, стани¬
ны и детали машин, различного рода трубы,
емкости, футеровки печей, платформы для до¬
бычи нефти, суда и искусственные острова —
это далеко не полный перечень областей при¬
менения бетонов на нашей планете. А энтузи¬
асты уже разрабатывают проекты сооруже¬
ний из бетона на других планетах.Если быть последовательным и справедли¬
вым, то следует признать, что история совер¬
шила еще один виток своего развития по спи¬
рали от эпохи каменного века до эпохи бето¬
на.В литературе много определений бетона,
все они правильные, но чаще всего ограниче¬
ны специфическими понятиями, связанными с
тем или иным вяжущим. В данной работе мы
рассматриваем, в основном, цементные бето¬
ны, однако это ограничение не обязывает к
сужению научных понятий.Бетон — это затвердевший композицион¬
ный материал с требуемыми техническими
свойствами, получаемый путем перемешива¬
ния и уплотнения рационально подобранной
смеси связующего, заполнителей и добавок.Связующее — это своего рода "клей" для
связывания заполнителей в единое целое. В
качестве связующего могут выступать глиня¬
ное тесто, цементно-водная суспензия, поли¬
меры. Связующее состоит из вяжущего и зат-
ворителя. В обычных бетонах вяжущие — это
известь, гипс, цементит, п., азатворитель—
вода.Композиционными материалами (компо¬
зитами) называют полифункциональные си¬
стемы, состоящие из отдельных, сохраняю¬
щих свои свойства компонентов, объедине¬
ние которых позволяет получать материал
нового качества, не свойственного каждому
компоненту в отдельности.INTRODUCTIONAt present it is hard to imagine civili¬
zation without the concrete. The volume
and the quality of concrete production de¬
fines the industrial level of society devel¬
opment fully enough.Living and public quarters, industrial
buildings, nuclear power stations and hy¬
droelectric power stations, airports, space-
vehicles launching sites, highways, bridges,
tunnels, foundations, frames and machine
components, pipes of various kinds, contain¬
ers, lining (with refractory bricks), oil plat¬
forms, vessels and production islands - even
this is not the complete list of applications of
the concrete on our planet. Enthusiasts are
already working on the projects of installa¬
tions made of concrete on other planets.To be logical and equitable it is neces¬
sary to acknowledge that the history made
another turn in its spiral development be¬
ginning from the Stone Age till the Concrete
Age.There are a lot of definitions of concrete
in the literature; all of them are correct, but
mostly they are confined to specific notions,
connected with one or another binder. Cur¬
rent paper examines mainly cement concrete;
however, this limitation does not lead to nar¬
rowing of scientific notions.Concrete - is a consolidated composite
material with the required specifications, ob¬
tained by means of mixing and compacting
of efficiently selected mixture of coupling
agent, aggregates and additives.Coupling agent is a sort of a "glue" for
binding aggregates into a single whole. Pud¬
dled clay, cement-water suspension, and
polymers can be used as a coupling agent.
Coupling agent consists of binder and a seal¬
er. Usually cement, gypsum, lime, etc. might
serve as a binder, and water as a sealer.Composite materials (the composites)
are multifunctional systems consisting of
separate components preserving their
qualities; the combination of them will
create the materials with new qualities,
not typical of each component taken in¬
dividually.
8ВведениеЕсли выразить условно свойства компонен¬
тов, как А и В, а свойство композита как
А+В,тоPl + |/^FTT7jХарактерной особенностью, отличающей
композиты от сплавов и других гетерогенных
смесей, есть существование поверхности раз¬
дела между компонентами и независимость
свойств каждого компонента в отдельности.С этих позиций в определение бетон
«вписываются» все материалы независимо
от: вида связующего — цементно-водная
суспензия, превращающаяся в цементный
камень, глиняное тесто, битум или расплав
металла; способа твердения — гидратаци-
онное, сушка, тепловая обработка или ох¬
лаждение; вида заполнителей — гравий, ще¬
бень, полистирол, дробленные отходы де¬
ревообработки или керамического произ¬
водства и т. п.Понятно, что не только каждый материал,
но и каждый вид бетона имеет свои особенно¬
сти, но это не дает основания для искусствен¬
ного отрыва бетоноведения от общей теории
композиционных материалов.Для улучшения отдельных свойств бетона,
в частности прочности при растяжении, дина¬
мической прочности, в состав бетонной смеси
могут вводиться волокна асбеста, металла,
полимеров и т. п., а для создания конструкции
бетон часто армируют стержнями, трубами и
другими материалами. Такой материал назы¬
вают армобетоном.Необходимо заметить, что в теории ком¬
позитов часто используют вместо понятия "за¬
полнитель", понятие "наполнитель". Разница
здесь в дисперсности, хотя наполнитель может
обладать вяжущими свойствами, и выполнять
роль добавки.Таким образом, бетон необходимо рас¬
сматривать не как нечто особенное, а как
обыкновенный композит с общенаучных ма-Ifwe define the qualities of the compo¬
nents as A and B, and the qualities of the
composite as A + B., thenThe peculiarities distinguishing the
composites from alloys and other hetero¬
geneous mixtures are the existence of
boundary surfasce between the compo¬
nents and the autonomy of qualities of in¬
dividual components.From this point of view all materials
"fit" the definition of concrete irrespec¬
tive of coupling agent - cement-water sus¬
pension turning into cement stone, pud¬
dled clay, bitumen or melt of metal; type
of hardening - hydration, drying, ther¬
mal treatment or freezing; type of the
aggregate - gravel, crushed stone, poly¬
styrene, crushed woodworking or pot¬
tery production wastes, etc.It is obvious that not only every materi¬
al but also each type of concrete has its own
peculiarities, however it is not the reason
for artificial separation of concrete studies
from general theory of composite materials.In order to improve individual qualities
of concrete, particularly tensile strength at
tension, dynamic strength, the fibers of as¬
bestos, metal, and polymer, etc., can be
doped into concrete mix; in order to create a
construction the concrete can be reinforced
with the help of rods, pipes and other mate¬
rials. This material is called reinforced (fer¬
ro-) concrete.It is necessary to mention that quite often
instead of the term "aggregate" the term "fill¬
er" is used in the theory of composites. The
difference is in dispersion, though the fillers
might possess cementing qualities and play
the role of additive.Therefore, the concrete should be con¬
sidered as a regular composite material from
the science of material point of view. Conse-териаловедческих позиций. Следовательно,"бетоноведение "—это раздел материаловеде- quently, "concrete studies is apart ofsci-
ния, изучающий состав, свойства и технологитпсе of material, studying the composition,
бетонов. properties and technology of concrete.He умаляя важности знаний о строении While not belittling the importance of
атомов и молекул, структуре материалов, knowledge about the structure of atoms
вяжущих и их твердении и учитывая ошиб- and molecules, about the structure ofma-
Preface9ки некоторых предшественников, кото¬
рые в своих трудах, рассмотрев все тео¬
ретические вопросы физики твердого
тела, физической химии и теории твер¬
дения цементов, а также других облас¬
тей знаний, забыли о необходимости из¬
ложения влияния основных факторов на
свойства бетона и технологии «го полу¬
чения, автор будет более прагма¬
тичным.terials, binders and their hardening; taking into
consideration the mistakes of the some prede¬
cessors, who having considered all theoretical
issues of solid-state physics, physical chemistry
and theory of hardening of cement, as well as
other areas of expertise in their works, forgot
about the necessity to discuss the impact of main
factors on the concrete properties and the tech¬
nology of its production, the author will strive
to be more pragmatic.
Глава 1Chapter 1КРАТКИЙEVOLUTIONИСТОРИЧЕСКИЙ ОЧЕРКOF THE CONCRETEРАЗВИТИЯ НАУКИSCIENCE. HISTORICALО БЕТОНЕOUTLINE
Глава 1А все ли уроки
истории вяжущих и
бетонов усвоены ?Сделаны ли выводы
из печальных уроков
разрушений и аварий
железобетонных
конструкций?Произошли ли
заметные изменения
в знаниях и технологии бетона
за последние десятилетия ?Have all lessons of the history
of binders and concrete
been learned ?vHave the appropriate
conclusions been drawn out
of sad lessons of destructions and
Accidents with ferroconcrete
constructions ?Have significant changes
in the knowledgeand concrete technology occurred
for the last decades ?
Chapter 113КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ
ОЧЕРК РАЗВИТИЯ НАУКИО БЕТОНЕПроизводство бетонов прошло сложный
путь развития от глино- и грунтобетона до
уникальнейших композитов, обладающих
комплексом самых высоких технических
свойств и эстетических качеств.1.1. Бетоны в древнем миреБетоны известны более 10 тыс. лет. Первые
бетоны изготавливались с использованием
грунтовых, глиняных, известковых, гипсовых
и асфальтовых связующих. Одними из первых
применяли бетоны шумеры, египтяне, фини¬
кийцы, народы, населяющие Китай, Индию,
Среднюю Азию, берега Дуная, Днепра и Дне¬
стра. Смешивая грунты и глины с галькой и
водой, строили полы, фундаменты, дома и хра¬
мы. Так, в районе Одессы обнаружены остат¬
ки зданий и сооружений из глинобетона пяти¬
тысячелетней давности. Глино- и грунтобето¬
ны более 4 тыс. лет назад успешно применя¬
лись в Междуречье. Известные висячие сады
Семирамиды в Вавилоне были расположены
на многоэтажных террасах, выполненных из
глино- и грунтобетона.Необходимо отметить, что в те далекие
времена люди приобрели навыки шихтовки
(подбора составов), регулируя соотношение
компонентов путем изменения расхода песка
в зависимости от свойств применяемых грун¬
тов и глин.Как известно, глина представляет собой
механическую смесь глинистых минералов и
кварца, известняка, талька и других веществ.
По своему строению глинистые минералы пред¬
ставляют собой тонкодисперсные кристал¬
лические структуры, в которых кристалличес¬
кая решетка состоит из соединенных кремне¬
кислородных тетраэдров и алюмокислородных
октаэдров, что придает им способность к обра¬
зованию водостойких клеев. Склонность к уве¬
личению в объеме при затворении водой, агре-
гативная устойчивость и хорошие антифильт-
рационные свойства позволяют и в настоящее
время использовать отдельные виды глин в ка¬
честве компонентов бетона.EVOLUTION OF THE
CONCRETE SCIENCE.
HISTORICAL OUTLINE.Construction of concrete underwent
complicated evolution from clay-concrete
and soil-concrete to unique composites with
a set of advanced performance attributes
and aesthetic features.1.1. Concrete in the ancient worldConcrete has been known to exist for
more than 10,000 years. At first concrete
was made with the help of soil, clay, lime,
gypsum and asphalt coupling agents. The
first to use the concrete were Sumerians,
Fgyptians, Phoenicians, peoples living in
China, India, Middle Asia, and on the banks
of Danube, Dniper and Dnister rivers. Mix¬
ing soil and clay with pebble and water they
built floors, foundations, houses and tem¬
ples. Thus, for example in Odessa area re¬
mains of buildings and constructions made
of clay-concrete of 5,000 years' prescription
were found. Clay- and soil-concrete were suc¬
cessfully used in the Mesopotamia more than4,000 years ago. Well-known Hanging Gar¬
dens of Semiramis in Babylon were situated
on the multistoreyed terraces made of clay-
and soil-concrete.It should be mentioned, that at those
times people acquired the skills of burden¬
ing (mix design) adjusting the ratio of com¬
ponents by modifying sand consumption
depending on the qualities of soil and clay
being used.As it is well known clay is a mechani¬
cal mixture of clay minerals and quartz,
limestone, talc, etc. According to their
structure clay minerals are fine crystal¬
line structures in which lattice consists of
amalgamation of silico-oxygen tetrahe¬
drons and alumo-oxygen octahedrons
that enables them to form waterproof
adhesives. Propensity to expand at tem¬
pering with water, aggregative stability
and good anti-filtration properties allow
using certain types of clay as concrete
components at present as well.
14Краткий исторический очерк развития науки о бетонеНедостатками глин, используемых в ка¬
честве связующих, являются низкая проч¬
ность и трещиностойкость. Это и понятно, так
как глина не твердеет, а сохнет со всеми вы¬
текающими отсюда последствиями. Поэтому
для повышения трещиностойкости очень ча¬
сто в глино- и грунтобетонную смесь вводи¬
ли растительные волокна.Наряду с использованием глин шел по¬
иск новых вяжущих. Более 5 тыс. лет назад в
Египте, Индии и Китае приступили к изго¬
товлению искусственных вяжущих веществ— гипса и извести.Еипсовые вяжущие получали путем теп¬
ловой обработки гипсового камня при тем¬
пературе 110—140 С и последующего помо¬
ла. В результате дегидратации гипсовый ка¬
мень (двуводный сульфат кальция) превра¬
щался в полуводный:CaSO • 2Н,0 CaSO4 L 4Вяжущими свойствами обладали образо¬
вавшиеся в результате реакции кристаллы 13-
модификации CaS04 • 0,5Н,0. Наряду с ними
в вяжущем были примеси неразложившегося
гипсового камня, ангидрита CaS04, частицы
кварца и глины. Полуводный гипс, называе¬
мый в настоящее время строительным, до сих
пор успешно используют для изготовления гип¬
собетонов и смешанных вяжущих.Известь получали обжигом при темпе¬
ратуре 900—1200 °С известняка или мела.
Однако так как известняк и мел почти все¬
гда содержали и карбонат магния, то наря¬
ду с оксидом кальция получался и оксид
магния:The shortcomings of clays used as a
coupling agent are low strength and crack
resistance. This is obvious, since clay does
not harden but gets dry with all the ensuing
consequences. That is why in order to in¬
crease the crack resistance plant fibers were
often added to the clay- and soil-concrete
mix.Along with the use of clays search for
new cements was in process. More than5,000 years ago people in Egypt, India and
China proceded to making artificial bind¬
ers - gypsum and lime.Gypsum cement was produced by means
of thermal treatment of gypsum stone at the
temperature of 110 C° - 140 C° and further
grinding. As a result of dehydration the gyp¬
sum stone (dihydrate calcium sulfate) trans¬
formed into semiaquatic:0,5H20+ 1,5H,0.CaS04 • 0,5H20 crystalls of (3~modifica-
tion formed as a result of the reaction pos¬
sessed the cementing properties. Admixtures
of undecomposed gypsum stone, anhydrite
CaSO4, particles of quartz and clay were
present in the binder along with the latter.
Semi hydrate gypsum called gypsum build¬
ing plaster at present is still successfully used for
making gypsum concrete and mixed binders.Lime was obtained by means of calcina¬
tion of limstone and chalk at the temperature
of 900 - 1200C'. However, since the lime¬
stone and chalk almost always contained
magnesium carbonate, then along with calx
magnesium the oxide was isolated:CaCO, -» CaO + CO,,
MgCOj -> MgO + CO,.Полученный продукт, представляющий кус¬
ки и глыбы, гасили водой, в результате чего
образовывалась смесь гидроксидов кальция
и магния:которая называется гашеной известью.Качество получаемого продукта во мно¬
гом зависело от свойств применяемого сы-The obtained product, in the form of
flinders and lumps, was slaked with water;
as a result the mixture of hydroxides of cal¬
cium and magnesium was formed:CaO + H202 -> Ca(OH), + Q кДж,MgO + H,0 -» Mg(OH)2 + Q кДж,which is called slack lime.The quality of the product obtained in
many respects depended on the qualities of
Evolution of the Concrete Science. Historial Outline15рья и условий обжига и гашения. Так, в древ¬
них римских трактатах указывалось на то,
что применяемый камень (т. е. известняк, мел)
должен быть белым. Однако при использо¬
вании некачественного сырья или недоста¬
точно высокой температуре обжига очень ча¬
сто образовывалось много балласта, а при
неполном гашении в извести оставались не-
погасившиеся частицы, которые затем при
взаимодействии с водой начинали постепен¬
но гаситься в бетоне, вызывая растрескива¬
ние конструкций. Для придания извести гид¬
рофобных (водоотталкивающих) свойств
при гашении добавляли животные жиры.
Твердение известкового бетона происходи¬
ло в результате двух основных реакций —
карбонизации и гидросиликатизации:Са(0Н)2+С02+л(Н20)
Са(ОН), + Si02 + Н20При этом образование низкоосновных гид¬
росиликатов кальция из извести и кварца ин¬
тенсифицировалось во времени при повыше¬
нии температуры и давления. В настоящее
время этот процесс осмыслен научно и успеш¬
но используется для получения силикатных
бетонов при температуре до 200 'С и давле¬
нии до 1,6 МПа.Одним из наиболее крупных сооружений
с применением известкового бетона является
Великая Китайская стена, строительство ко¬
торой было начато более 2200 лет назад. Бе¬
тон этого сооружения состоял из известково¬
го теста и гравийно-песчаной смеси с неболь¬
шим содержанием воды. Широко начал при¬
меняться бетон на известковом вяжущем бо¬
лее 2500 лет назад в Индии и Древней Греции
при строительстве полов, дворцов и храмов,
более 4 тыс. лет назад — в Египте при строи¬
тельстве пирамид. Однако наиболее широкое
развитие бетон на этом вяжущем получил
2000—2300 лет назад на территории древне¬
римского государства. Но необходимо отме¬
тить, что древний бетон, в том числе и рим¬
ский, довольно часто был некачественным,
так как изготавливался с применением нега¬
шеной извести и плохих заполнителей.Римляне не были авторами ни бетона, ни
бетонных конструкций, но довели техноло-the materials used as well as on the condi¬
tions of burning and slaking. For instance,
in the ancient roman treatises it was men¬
tioned that the stones (i.e. limestone, chalk)
should be white. However, lots of dead
weight was obtained while using low-quali-
ty materials or inadequate temperature of
slaking, and in case of incomplete slaking
quicklime particles remained which later
on when interacting with the water used to
slake in the concrete causing bursting of
the constructions. In order to impart hy¬
drophobic (water-repellent) properties to
lime adipose was added in the process of
slaking. Hardening of limestone concrete
occurred as a result of two main reactions- carbonization and hydrosilication:—> CaCO,+ (m+1) H;0,CaO • SiO, ■ 2H,0.L LFormation of low-quality calcium hydrosili¬
cate out of lime and quartz intensifies in time
at temperature and pressure increase. Now¬
adays this process is conceived scientifically
and is successfully used for production of lime
concrete at the temperature of up to 200' С
and pressure of up to 1.6 MPa.One of the most significant constructions
with the application of limestone concrete is
the Great China Wall the construction of
which began more than 2200 years ago. The
concrete of this erection consisted of lime¬
stone paste and gravel-sand mix with a small
content of water. Wide application of con¬
crete based on limestone cement began more
than 2500 years ago in India and Ancient
Greece when building floors, palaces and
temples, more than 4,000 years ago - in Egypt
when building pyramids. However, concrete
based on this type of binder was more widely
used 2000 - 2300 years ago on the territory
of the Ancient Roman Empire. It is worth
mentioning that ancient concrete, including
the one used in the Roman Empire, was of
quite low quality since it was made with the
addition of quicklime and low-quality aggre¬
gates.The Romans invented neither concrete
nor concrete constructions, however they
16Краткий исторический очерк развития науки о бетонегию известковых вяжущих и бетонов до со¬
вершенства того времени. Они усовершен¬
ствовали технологию получения извести, об¬
жигая только белый, без примесей, известняк,
при температуре 970—1300 "С в специальных
печах объемом до 20 м3, отделяя топку от ре¬
актора колосниковой решеткой. Процесс об¬
жига в те времена длился 5—8 дней, а гаше¬
ния — 3—5 лет, полученное тесто тщательно
измельчали и перемешивали. В отдельных
случаях известь гасили вином и измельчали
вместе с животными жирами. Для извести и
заполнителей разрабатывались специальные
технические условия, а их качество постоян¬
но проверялось государственной инспекцией.Отсутствие в ряде районов Римской импе¬
рии традиционных заполнителей и неудовле¬
творенность низкой прочностью бетонов, осо¬
бенно твердеющих во влажных условиях, а
также опыт древних греков натолкнули ан¬
тичных строителей на мысль о создании во¬
достойкого известкового вяжущего. В каче¬
стве одного из компонентов в бетонную смесь
добавляли камни и песок из обожженного кир¬
пича (в средние века в России добавку тонко¬
молотого кирпичного «боя» называли цемян-
кой). Но наиболее широко римляне применя¬
ли естественные компоненты вулканическо¬
го происхождения. Особенно массовое рас¬
пространение получили вулканические по¬
рошки желтого и зеленого цвета, залегавшие
в районе Путеол (Пуццуоли) недалеко от Ве¬
зувия на берегу Неаполитанского залива.
Римский бетон готовили примерно в таком со¬
отношении: 1:0,4:2:4 (известковое тесто,
вода, песок, гравий). При применении пуццо¬
лан их отношение к извести составляло 2...
5:1. Прочность этих бетонов при сжатии че¬
рез 2000 лет разная и составляет от 5 до 50
МПа.О высоком строительном искусстве антич¬
ных времен свидетельствуют и “10 книг об
архитектуре” Марка Витрувия, изданные в
Риме в 14 г. до н. э.Интересно обратить внимание на ряд ас¬
пектов технологии вяжущих и бетонов в древ¬
ние времена, которые перекликаются со мно¬
гими современными положениями науки о вя¬
жущих и бетонах. Безусловно, многие рецеп¬
ты и технологические приемы в те временаperfected the technology of calcareous bind¬
ers and concrete at that time. They improved
the technology for obtaining lime, poor trav¬
ertine at the temperature of 970 - 1300° С in
special furnaces of 20 m3 in volume separat¬
ing fire-chamber from reactor with fire¬
grate. The process of calcination at that time
took 5-8 days, and slaking 3-5 days. The
paste obtained was thoroughly pounded and
shuffled. In some cases the lime was slaked
with wine and pounded with adipose. Spe¬
cial technical specifications were developed
for lime and aggregates. Their quality was
constantly controlled by state inspection.The absence of traditional aggre¬
gates in some regions of the Roman Em¬
pire and discontent with the low-quality
of concrete, especially the ones harden¬
ing under moist conditions as well as the
experience of ancient Greeks prompted
the idea of creating water-resistant lime¬
stone binder. Stones and sand made of
fired brick were added as components (in
the Middle Ages in Russia the additive
of fine crushed brick was called “tsemi-
anka”. The natural components of vol¬
canic origin were widely used by Ro¬
mans. The application of volcanic pow¬
der of green and yellow colour, bedded
in the district of Puzzuolli, not far from
Vesuvius on the shore of Naples bay was
especially widespread. The correlation
of limestone paste, water, sand, grav¬
el in the Roman concrete was
1:0.4:2:4. When applying pozzuola-
na their ratio to lime was 2...5:1. In
2000 years the strength of these types
of concrete under pressure varies and
comes to 5 to 50 MPa.“Dearchitectura” by Marcus Vitruvius
published in 14 B.C. in Rome is an evi¬
dence of high construction art in the an¬
cient times.It is interesting to pay attention to the
number of aspects of binders and concrete
technologies in the ancient times, which
have something in common with the mod¬
em science of binders and concrete. No
doubt, many formulas and production
methods at those times were obtained not
Evolution of the Concrete Science. Historial Outline17были получены не в результате научного по¬
иска, а методом проб и ошибок, случаем, опы¬
том и интуицией. Нет никакого сомнения в том,
что добавление пуццолан в известь было свя¬
зано с условиями строительства и многолет¬
ним опытом, а не со знанием процессов связы¬
вания аморного кремнезема гидроксидом каль¬
ция с образованием более водостойкого одно¬
кальциевого гидросиликата.А ведь известный более 2000 лет эффект
успешно используется и в наше время для по¬
лучения пуццолановых и сульфатостойких
цементов. На основании древних рецептов
создаются новые известково-пуццолановые
вяжущие, подобные римскому. Интересны
указания М. Витрувия и технических условий
Древнего Рима на необходимость примене¬
ния чистого, без примесей, песка, проведения
до начала строительства естественных испы¬
таний крупного заполнителя на атмосферо-
стойкость, использования крупного заполни¬
теля фракций до 20 мм, применения дробле¬
ного щебня и т. п. Небезынтересна и гидро-
фобизация вяжущих животными жирами (в
настоящее время используют кубовые ос¬
татки жирных кислот). Особое внимание в
те времена уделялось тщательности подбо¬
ров составов, укладке и уплотнению бе¬
тонной смеси, водовяжущему фактору.
Так, Великая Китайская стена возводилась
из жесткой бетонной смеси с малым содер¬
жанием воды, бетонирование велось по¬
слойно с толщиной каждого слоя 10—15 см,
бетонная смесь тщательно трамбовалось,
а качество уплотнения проверялось водо-
поглощением.Опытным путем было изобретено и ра¬
створимое стекло при совместном нагрева¬
нии природной соды и песка. Если верить
легендам, то изобретение сделано случай¬
но при розжиге костра на песке, где были
остатки соды, но раскопки показывают, что
эта технология была известна еще в Дву¬
речье при шумерской цивилизации более 5
тыс. лет назад. Химизм процесса довольно
прост:Na,CO, + Si02а материал успешно используется и в насто¬
ящее время. Аналогичный результат получа-as a result of scientific quest, but by means
of a cut-and-try method, random-walk
method, by chance or intuition. It is be¬
yond doubt that adding pozzuolana into
the lime was stipulated by the environment
and long experience, and not by knowledge
of processes of binding amorphous silica with1-calcium hydroxide, formation of water-re¬
sistant однокальциевый hydrosillicate.The effect known for over 2000 years is
successfully used in our days for produc¬
ing pozzolan and sulphate-resistant ce¬
ments. New lime-pozzolan binders similar
to the Roman ones are made based on an¬
cient formulas. The guidelines of Marcus
Vitruvius concerning the necessity to use
pure, without additives, sand, to conduct
real experiments before the construction in
order to test coarse aggregate for weather
resistance, to use coarse aggregates mesh
fractions of up to 20 mm, to use crushed
stone, etc., under the Ancient Rome tech¬
nical conditions are of interest. Not with¬
out interest is hydrophobization of the bind¬
ers with adipose (stillage residue of fatty
acids are used nowdays). Special attention
at those times was paid to the thorough se¬
lection of mixtures, laying and compact¬
ing of concrete mix, waterbinding aspect.
For instance, The Great China Wall was
made of hard concrete with low contents of
water, concreting was conducted layerwise,
the depth of the layer being 10-15 cm. The
concrete mix was thoroughly rammed, the
quality of concrete consolidation was
checked with water absorbing.Soluble glass was invented experimental¬
ly while heating natural soda together with
sand. According to the legends the inven¬
tion was made up accidentally while kindling
fire on the sand, where the remnants of soda
were available. However, excavations
prove that this technology dates back to
Mesopotamia at the times of Sumerian civ¬
ilization more than 5,000 years ago. The
chemistry of the process is quite simple:
Na,Si03 + C02,and the material is successfully used at
present. Similar result is achieved when
18Краткий исторический очерк развития науки о бетонеется и при нагревании песка с поташом
(К2С03). Смешивая растворимое стекло со
шлаком, получали довольно прочный бетон,
а при затворении кремнефтористым натрием
(Na2SiF6)B соотношении8... 12:1 —кислото¬
стойкое вяжущее.Исторический обзор был бы неполным без
анализа опыта применения органических вя¬
жущих. Одними из первых бетоны на природ¬
ных органических вяжущих начали приме¬
нять народы, проживавшие в Индии. Более 5
тыс. лет назад в г. Мохенджо-Даро с исполь¬
зованием природного асфальта (битумсодер¬
жащей породы) строились резервуары воды
и дороги. Более 4,5 тыс. лет назад асфальто¬
вые вяжущие в строительстве применяли на¬
роды, проживавшие в долине Ефрата.
Асфальтовые мелкозернистые бетоны в со¬
четании с глиной обнаружены в знаменитых
висячих садах Семирамиды. Около 3 тыс. лет
назад асфальтобетон был использован для
строительства тоннеля под Ефратом. Приме¬
нялись асфальты в это же время и в Греции, а
природные асфальты успешно использовали
и перуанские инки для сооружения дорог.Таким образом, на основании многовеко¬
вого опыта в античные времена было созда¬
но ряд интересных видов вяжущих и бетонов
(псевдобетонов), которые с полным основа¬
нием можно считать аналогами современных.
При этом необходимо обратить внимание на
существенную деталь, что эти материалы
создавались без серьезной теоретической
базы. Однако из этого не следует делать вы¬
вод о том, что в настоящее время можно со¬
здавать высококачественные бетоны, не опи¬
раясь на научное знание.1.2. Развитие технологии бетонов в
VIII—XIX векахВ период раннего средневековья богатый
опыт античных строителей в Европе частич¬
но был утрачен, хотя в Китае и Индии он со¬
хранился и умножался.Эпоха возрождения бетона началась в Ха¬
зарском государстве, Средней Азии и Киев¬
ской Руси в VIII—XI вв. При строительстве
Киева, Пскова, Новгорода, Суздаля в извест¬
ковые растворы для повышения их водостой-heating the sand together with potash
(K2C03). Strong concrete was obtained while
mixing soluble glass with slag; and when tem¬
pered with silicofluoric natrium (Na2SiF6) in
the ratio of 8... 12:1 - acid-proof binder was
isolated.Historical overview would not be com¬
plete without analyzing the experience of
organic binders application. Peoples popu¬
lating India were among the first to use con¬
crete based on organic binders. More then5,000 years ago water-supply tanks and roads
in Mohenjo Daro were built utilising native
asphalt (bitumienbearing rock). More than
4,500 years ago asphalt cement was used in
the construction by peoples living in the val¬
ley of Euphrates river. Asphalt fine concrete
coupled with clay was discovered in the fa¬
mous Hanging Gardens of Semiramis. Ap¬
proximately 3,000 years ago asphalt con¬
crete was used in the construction of the ton-
nel under Euphrates. The asphalt was used
in Greece approximately at the same time,
and native asphalt was successfully used by
Peruvian Incas for building roads.Thus, based on the centuries-old expe¬
rience a number of binders and types of con¬
crete (pseudo-concretes) were elaborated in
the ancient times, which can be considered
as the analogues of the modern ones. At the
same time, it is necessary to pay attention
to the essential detail that these materials
were created without significant theoreti¬
cal basis. However, it is not reasonable to
draw a conclusion that at present high-qual¬
ity concrete could be created without rely¬
ing on scientific knowledge.1.2. Development of concrete
technology in the VIII - XIX c.In the early Middle Ages rich experi¬
ence of the ancient builders in Europe was
partially lost. Though in China and India
it was preserved and enriched.Renaissance of concrete began in the
Khasar state, Middle Asia and Kiev Rus in
the VIII - XI c. While constructing Kyyiv,
Pskov, Novhorod, Suzdal ground brick¬
bats and pottery (tsemianka) was added to
Evolution of the Concrete Science. Historial Outline19кости добавляли молотый бой кирпича и гон¬
чарных изделий (цемянку), а для улучшения
удобоукладываемости — коровье молоко, от¬
вары коры и злаковых культур. В Средней Азии
в бетонные смеси и строительные растворы вво¬
дили боенную кровь животных и хлопковое
масло. Сохранились отдельные конструкции
Карлового моста через р. Влтава в Праге
(XIV в.), изготовленные из бетона на известко¬
вом вяжущем с добавками куриных яиц, вы¬
полнявших роль гидрофобизатора.Исторические документы свидетельству¬
ют о том, что так называемый «семент», ко¬
торый широко применялся в строительстве
Москвы (XVI в.) и С.-Петербурга (XVIII в.),
представляет сухую смесь извести и цемян-
ки. Известны и попытки получения в началеXVIII в. на Руси Г. Пустыльниковым гидрав¬
лической извести.В Западной Европе смесь извести с гидрав¬
лической добавкой широко применяли до кон¬
ца XVIII в. Однако низкая водостойкость это¬
го вяжущего и отсутствие качественной сырь¬
евой базы в ряде регионов привели к созданию
новых вяжущих. Анализируя свойства извес¬
ти, получаемой из различных пород, специа¬
листы заметили, что серое вяжущее из глинис¬
тых известняков более водостойко. Такую из¬
весть называли гидравлической, т. е. тверде¬
ющей во влажных условиях. В 1757—1759 гг.
впервые из такой извести недалеко от англий¬
ского порта Плимут на Эдистонских скалах
Джоном Смитоном был построен маяк. Для из¬
готовления гидравлической извести им исполь¬
зовались желто-бурые известняки, содержащие
до 25 % глинистых и других примесей. При об¬
жиге таких известняков, называемых мергели¬
стыми, наряду с оксидом кальция образовы¬
вался ряд силикатов, алюмоферитов, прида¬
вавших вяжущему гидравлические свойства.
Бетоны на гидравлической извести не получи¬
ли широкого применения, так как технологию
ее изготовления автор засекретил и опублико¬
вал лишь в 1791 г.В 1796 г. Джеймс Паркер получил патент
на производство романцемента, который из¬
готавливался путем тонкого помола продук¬
та обжига известняковых и доломитизирован-
ных мергелей, т. е. карбонатов кальция и маг¬
ния, содержащих до 35 % глины. По мине-the calcimine in order to increase water re¬
sistance; and cow’s milk, bark and grain crop
decoctions were added in order to increase
workability. In Middle Asia blood of slaugh¬
tered animals and cotton-seed oil were add¬
ed to the concrete mix and mortar. Some parts
of the Charies Bridge across Vltava river in
Prague (XIV c.) made of concrete based on
calcareous binders with the additives of hen’s
eggs which served as oil wetting agent are
still well preserved.Historical documents testifies to the fact
that the so-called “sement” which was wide¬
ly used in the construction of Moscow (XVI
c.), and St. Petersburg (XVIII c.) represent¬
ed dry mix of lime and tsemianka. Attempts
made by H. Pustelnikov to obtain hydrau¬
lic lime at the beginning of the XVIII c. in
Rus’ are known as well.In the Western Europe mix of lime with
the hydraulic additives was widely used by
the end of the XVIII c. However, low water
resistance of this binder and the absence of
source of qualitative raw materials in the
number of regions resulted in creation of new
binders. Analyzing lime obtained from dif¬
ferent rocks, specialists noticed that gray
binder made of clayey limestone is more wa¬
ter-resistant. Such mix was called hydraulic,
i.e. hardening in damp conditions. In 1757 -
1759 the lighthouse not far from British port
of Plymouth in Edisthon cliffs was build of
this lime by John Smithon. In order to obtain
hydraulic lime he used yellowish-brown lime¬
stone containing up to 25 % of clayey and
other additives. During the process of cal¬
cining of the given limestone, called marly
limestone, series of silicates and alumofer-
rites were isolated along the calx imparting
hydraulic qualities to the cement. Concrete
based on hydraulic lime did not gain grounds
since the fabrication method was classified
as secret by its author. It was published only
in 1791. 'In the year of 1796 James Parker took
out a patent for production of Roman ce¬
ment, which was produced by means of fine
grinding of calcinate of lime and dolomitic
marl, i.e. calcium and magnesium carbon¬
ates containing up to 35 % of clay. In terms
20Краткий исторический очерк развития науки о бетонеральному составу романцемент отличается
от гидравлической извести содержащимся в
его составе 5СаО • А1203 и отсутствием сво¬
бодной извести, что придает ему водостой¬
кость. Позднее для регулирования сроков
схватывания и других свойств в романцемент
при помоле вводили до 5 % гипсового камня
и до 15 % минеральных добавок. Название
этого вяжущего носило рекламный характер
(по примеру римского цемента). В отличие
от гидравлической извести это вяжущее прак¬
тически не гасилось, а приобретало вяжущие
свойства только при тонком помоле. Романце¬
мент завоевал большую популярность и нашел
широкое применение в строительстве в XIX в.Серьезный вклад в развитие гидравличес¬
ких вяжущих внесли в те времена француз¬
ский ученый Луи-Жозеф Вика и профессор
Петербургского института инженеров путей
сообщения Ракур де Шарлевиль. Л.-Ж. Вика
впервые на научной основе попытался объяс¬
нить механизм водостойкости, провел круп¬
ные исследования по поиску сырья и испыта¬
ниям вяжущих. В трудах Л.-Ж. Вика и его
ученика Р. де Шарлевиля, опубликованных
в 1818 и 1822 гг., приводятся не только свой¬
ства сырья, но и методика его шихтовки, а
также технология получения гидравличес¬
ких вяжущих.Труды крупных ученых в Париже и Петер¬
бурге продолжили независимо друг от друга
практики: дорожный мастер из английского
города Лидса Джозеф Аспдин и руководитель
военно-строительного отряда из Москвы Егор
Челиев. В 1824 г. Дж. Аспдин получил патент
на способ изготовления искусственного кам¬
ня, названного в честь английской местности
Портланд портландским цементом. Содержа¬
ние патента свидетельствует о том, что для про¬
изводства вяжущего использовалась искусст¬
венная смесь известняка и глины. При этом
рекомендовалось использовать в качестве из¬
вестнякового компонента дорожную пыль. Со¬
отношение известняковой пыли и глины со¬
ставляло примерно 1,2:1. Однако температу¬
ра обжига была недостаточной для получения
высококачественного продукта, а пережженные
глыбы (т. е. наиболее ценные) выбрасывались.Восстановление Москвы после пожара в
1812г. потребовало новых высококачествен-of mineralogical analysis Roman cement
differs from hydraulic lime due to the con¬
tent of the 5CaO • A1,03 and the lack of free
lime, which adds water resistance to it. Lat¬
er, in order to adjust the cementation time
and other qualities up to 5% of gypseous stone
and up to 15% of mineral additives were doped
into natural cement during the grinding pro¬
cess. The name of this binder was promotional
in nature (ad exemplum of the roman concrete).
In contrast to hydraulic lime this binder was
practically not'slaked, but obtained cementing
properties only in the process of fine grinding.
The Roman cement gained popularity and was
widely used in construction in the XIX c.Important contribution to the development
of hydraulicbinders was made by French scien¬
tists Louie-Joseph Vicat and professor of St. Pe¬
tersburg Institute of engineers of communica¬
tion Racourde Charleville. Louie-Joseph Vicat
for the first time tried to explain the nature of
wate resistance on scientific grounds, conduct¬
ed large-scale investigations in order to find raw
materials as well as to test new binders. In his
works published in 1818 and 1822 Louie-Jo-
seph Vicat and his disciple Ракур де
Шарлевиль not only quote properties of raw
material, but the methods of its burdening as
well as hydraulic binders technology.The work of outstanding scientists in Par¬
is and Petersburg was continued by the ex¬
perts independently from each other: road-
master from Leeds Josef Aspdin and the team
leader of military construction team from
Moscow Yegor Cheliev. In 1824 J. Aspdin
was granted a patent for the production meth¬
od of artificial stone or Portland cement,
called so in honour of the British locali¬
ty of Portland. The patent testifies to the
fact that the artificial mixture of lime¬
stone and clay was used to produce a
bind er. It also recommended to use road dust
as a limestone component. The ratio of llime-
stone dust and clay was approximately 1.2:1.
However, the firing temperature was insuffi¬
cient in order to obtain high-quality product
and the burned clods (i.e. the most precious)
were thrown out.Reconstruction of Moscow after the
conflagration in 1812 required new high-
Evolution of the Concrete Science. Historial Outline21ных вяжущих, в том числе водостойких. В 1825
г. вышла книга Е. Челиева “Полное настав¬
ление, как приготовлять дешевый и лучшш
Мертель или Цементь, весьма прочный для
подводных строений, какъ то: каналовъ, мос-
товъ, бассейновъ, плотинъ, подваловъ, погре-
бовъ и штукатурки каменныхъ и деревянныхъ
строенш”, в которой обобщался опыт приме¬
нения нового вяжущего, давались рецептуры
и технологические способы его изготовления.
Для производства цемента Е. Челиев исполь¬
зовал тщательно измельченную и перемешан¬
ную смесь извести и глины в соотношении 1:1,
обжиг сырьевой смеси велся до “белого кале¬
ния”, т. е. при температуре 1100—1200 °С, а
полученный продукт (иногда с добавлением
гипсового камня) тонко измельчался. Темпе¬
ратура обжига сырьевой смеси у Е. Челиева
была несколько выше, чем у Дж. Аспдина, и
уже приближалась к оптимальной.Развитие производства портландцемента
в Европе связано с созданием ряда цементных
заводов в Уэкфильде, Лидсе, Нортфлите. Пер¬
вые заводы по производству портландцемен¬
та в России — Щуровский, Подольский и
Новороссийский— были построены в 1870,
1874 и 1882 гг. Еще раньше, в 1866 г.. был
построен цементный завод в Риге. В эти же
годы А. Р. Шуляченко и И. Г. Малюга со¬
здают первые технические условия на цемент.
Теоретические основы получения пуццола-
новых цементов разрабатываются И. Н. Ля-
миным, а позже С. А. Дружининым и В. А. Кин-
дом. В конце XIX в. Россия выходит на третье
место в мире (после Англии и Германии) по вы¬
пуску портландцемента (до 200 тыс. т в год).Портландский цемент, обладая наивыс¬
шими в те времена показателями прочности
и водостойкости, находит массовое приме¬
нение для изготовления бетонов для разви¬
вающегося крупномасштабного строитель¬
ства в Европе и США. Трудно назвать круп¬
ное сооружение второй половины XIX в., в
котором не использовался бы бетон, изготов¬
ленный с применением портландцемента.И все же логика справедливости не по¬
зволяет считать цементы Дж. Аспдина иЕ. Челиева настоящими цементами. Скорее
всего, их следовало бы называть “псевдоце¬
ментами” , так как полноценный продукт могquality cements, including the water-resis¬
tant ones. In 1825 Y. Cheliev published a
book “Complete guide for cheap and the
best mortar or cement, firm enough for the
underwater constructions such as canals,
bridges, pools, dams, basements, vaults and
stucco for stone and wood structures” in
which he summarized the experience of us¬
ing new binder, provided formulas and pro¬
duction methods. Cheliev used finely
ground mixture of lime and clay in the ra¬
tio of 1:1, burning of raw meal was done
until “white heat”, i.e. at the temperature
of 1100 - 1200° C. The obtained product
(sometimes with the addition of gypsum
stone) was finely ground. Firing tempera¬
ture of raw meal in Cheliev’s method was
somewhat higher than in the J. Aspdin’s and
was close to the optimal one.Development of Portland cement produc¬
tion in Europe was connected to the construc¬
tion of a number of cement works in Walk-
field, Leeds, and Northfleet. First Portland
cement works in Russia - Shchurovvskiy,
Podolskiy and Novorossiyskiy were built in
1870, 1874, 1882 correspondingly. Earlier,
in 1866 cement works was built in Riga. At
this time, A. R. Shulyachenko and I.H. Ma-
liuga created the first technical terms for cement.
Theoretical basics for production of pozzolan
cements were elaborated by I. N. Lyamin?
And later by S. A. Druzhynin and V. A. Kin-
dom. At the end of the XIX c. Russia took the
third place in the world (after Great Britain
and Germany) in terms of Portland cement
production (up to 200,000 t per year).Portland cement, while possessing the
highest strength and water resistance fig¬
ures, was widely used in the production
of concrete utilized in the large-scale
construction in Europe and the USA. One
can hardly name a large building of the
second half of the XIX c., which was built
of concrete without Portland cement.But still logic of fairness does not allow
us to consider cements of J. Aspdin and Y.
Cheliev as true cements. Probably, they
should be called “pseudo-cements” since
the full-value product could only be ob¬
tained from the raw meal at the firing temper-
22Краткий исторический очерк развития науки о бетонебыть получен только при температуре обжи¬
га сырьевой смеси 1400—1460 “С. Поэтому
под именем Дж. Аспдина и Е. Челиева в мире
применяется несколько другое вяжущее, от¬
личающееся не только соотношением компо¬
нентов сырьевой смеси, но и температурой
обжига. Автор этого нового вяжущего —
химик Чарльз Джонсон, получивший его на
заводах Уайта. К изобретению автора при¬
вела необходимость утилизации пережжен¬
ных, спекшихся и сплавившихся кусков, об¬
разовавшихся при производстве цемента по
способу Дж. Аспдина. Пережженный полу¬
продукт после помола и оказался наиболее
ценным вяжущим. Изменив соотношение
мела и глины 2... 3:1 и доведя обжиг до тем¬
пературы 1400—1500 °С, т. е. до спекания,
автор получил современный клинкер, кото¬
рый после тщательного помола с добавками
превращался в высокопрочное, по тем вре¬
менам, гидравлическое вяжущее. Это про¬
изошло в Англии в 1848 г., а в 1855 г. немец¬
кий ученый-химик Герман Блейбтрен, заим¬
ствовав опыт англичан, организовал в г.
Штеттин серийное производство нового цемен¬
та в объеме до 4 тыс. т в год. В это же время
Ф. Рансон запатентовал способ получения це¬
мента во вращающейся печи. Наряду с поис¬
ком новых технологий цемента и бетона пред¬
принимаются попытки создания железобетон¬
ных изделий и конструкций (Ж. Брюнель —
1832, И. Ламбо — 1849, Ф. Куанье — 1852,
В. Улкинсон — 1854, Ж. Монье — 1867).Следует отметить, что современный ана¬
лиз выпускаемых в конце XIX в. цементов
показывает, что состав клинкера за 100 лет
изменился незначительно и находится в та¬
ких пределах:СаО — 50-65%;SiO, — 18-25%;
А120 3-5-15%;Fe,03—4-10%;Создание новых вяжущих сопровожда¬
лось глубоким изучением процессов струк-
турообразования. В 1887 г. А. Л. Лешате-
лье, опираясь на труды А. Лавуазье и Л.
Вика, предлагает кристаллизационную тео-ature of 1400 - 1460° С. That is why under
the name of J. Aspdin and Y. Cheliev some¬
what different binder are used in the world,
which differ not only in the ratio of the raw
meal components, but in the firing tempera¬
ture as well. The author of the new cement
was the chemist Charles Johnson, who made
it on the works of White. The necessity to
utilize burned, fritted and molten clods, ob¬
tained in the process of J. Aspdin method of
cement production caused the invention.
Burned afterproduct after grind turned out
to be the most valuable binder. Changing the
ratio of chalk and clay to 2...3:1 and
bringing the firing temperature to 1400- 1500° C, i.e. to fritting, the author ob¬
tained modern clinker, which after fine
grinding with the additives turned into
high-strength, for those days, hydraulic
binder. This occurred in Great Britain
in 1848. In 1855 German chemist Ger¬
man Bleibtren, based on experience of
the British, set up mass production of a
new cement in Shtetin with the output ca¬
pacity of 4,000 t per year. At the same
time F. Ranson was granted the patent
for producing cement in the rotating fur¬
nace. Along with search for new cement
and concrete technologies new endeav¬
ours to obtain ferroconcrete construction
and items were made (J. Brunei - 1832,
I. Lambo - 1849, F. Coignet - 1852,
Y. Wilkinson - 1854, J. Monier - 1867).It is necessary to mention that the modem
analysis of cements produced at the end of theXIX c. reveals the fact that the clinker con¬
tents has not changed significantly for the last
100 years and is within the following limits:MgO—1-6%;SO, — 0,5-2%;P205 — ...0,2-0,4%;Na20+K20+Ti02 — 0,3-0,8%.Creation of new binders was accompa¬
nied by in-depth study of structure forma¬
tion processes. In 1887 A. L. Le Chatelier,
guided by the works of A. Lavoisier and L.
Vicat presented crystallization theory of
Evolution of the Concrete Science. Historial Outline23рию твердения вяжущих. Основное положение
этой теории состоит в том, что минеральное вя¬
жущее, растворяясь в воде, образует насыщен¬
ный раствор, пересыщающийся во времени по
отношению к образующимся продуктам гидра¬
тации, которые затем выделяются в виде крис¬
таллов новообразований, взаимодействующих
между собой и образуют структурный каркас.
Несколько позже В. Михаэлис (1893) предло¬
жил коллоидную теорию, заключающуюся в
том, что при твердении цементов наиболее зна¬
чимым является факт гелеобразования. Следу¬
ет отметить, что и А.Л. Лешателье, и В. Миха¬
элис никогда не отрицали ни процессов крис¬
таллизации, ни гелеобразоваши при твердении
вяжущих. Поэтому крупный спор на эту тему в
конце XIX — начале XX в., носит, скорее, тер¬
минологический характер. Тот факт, что крис¬
таллы могут иметь коллоидные размеры, дела¬
ет эти споры совершенно беспредметными. Вме¬
сте с тем эта дискуссия привлекла внимание
многих исследователей и положила начало но¬
вому направлению, ставшему основой совре¬
менной химии вяжущих.1.3. Бетоны XX столетияНачало XX в. характеризуется не только
поиском новых вяжущих, но и дальнейшим глу¬
боким осмыслением процессов формирован™
структуры и свойств цементов и бетонов.В 1908 г. французом Видом и американцем
Шпекманом было создано принципиально но¬
вое быстротвердящее вяжущее — глиноземи¬
стый цемент.Глиноземистый цемент является гидравли¬
ческим вяжущим веществом, получаемым при
тонком помоле продуктов спекания или плав¬
ления сырьевой смеси, состоящей из извести
или известняка и бокситов. Существенное
отличие его от портландцемента по химическо¬
му составу состоит в повышенном содержании
низкоосновных алюминатов кальция. Содержа¬
ние А1203 в глиноземистых цементах составля¬
ет 30—70 %. В настоящее время в ряде случаев
в состав глиноземистого цемента вводят до 30 %
кислого доменного гранулированного шлака.Дальнейшие исследования по глиноземи¬
стым цементам развивались в работахВ.А. Кинда, Н.А. Торопова, П.П. Буднико-binders hardening. Basic thesis of this the¬
ory is that mineral binder, while dissolv¬
ing in water, forms fat solution, being sa¬
tiated in time with respect to the hydration
products obtained, which later on educe
in the form of crystals of new interacting
formations and form structural skeleton.
Somewhat later, Y. Michaelis (1893) sug¬
gested colloid theory stating that in the
process of cement hardening the most sig¬
nificant is the fact of gelatinization. How¬
ever, both L. LeChatelier and V. Michae¬
lis have never rejected either processes of
crystallization or gelatinization during
binders hardening. That is why disputes
at the end of XIX - beginning of XX c.
over this topic concern rather terminol¬
ogy. The fact that the crystals can have
colloid dimensions makes this dispute
objectless. At the same time, disputes at¬
tracted attention of many scientists and
initiated new trend which became the
basis of the modern chemistry of bind¬
ers.1.3. Concrete in the XX c.The beginning of the XX c. is marked
both by search for new binders and further
comprehension of the formation processes
of the structure and qualities of cements
and concrete.In 1908 the Frenchman Bid and Amer¬
ican Spekman created brand-new high-ear-
ly-strength binder - alumina cement.Alumina cement is a hydraulic bind¬
er obtained after fine grinding of sinter
products or melting of raw meal, con¬
sisting of lime or limestone and bauxite.
It differs from Portland cement in terms
of chemical composition because of in¬
creased contents of low base calcium alu¬
minate. Contents of A1,03 in alumina ce¬
ment is 30 - 70%. At present, in a num¬
ber of cases, up to 30% of acid blast-fur¬
nace granular slag is added to the alumi¬
na cement.Further investigations of alumina ce¬
ments were conducted by V.A. Kinda,
N.A. Toporova, G.G. Budnikova. The lat-
24Краткий исторический очерк развития науки о бетонева. Последним разработан ангидрит-глинозе-
мистый цемент, состоящий из высокоглинозе¬
мистого ишака и ангидрита в соотношении 2—
2,5:1. Разработаны технологии получения ба¬
риевоглиноземистых цементов из баритов и
технического глинозема. Фундаментальные
исследования по применению глиноземистых
цементов для получения жаростойких и огне¬
упорных бетонов проводились К.Д. Некрасо¬
вым, А.А. Пироговым, П. Н. Дьячковым, А.
Петцольдом, М. Рерсом и др.Развивая труды А. Лешателъе и В. Михаэ-
лиса, академик А. А. Байков в 1926 г. создает
новую теорию твердения вяжущих веществ, ко¬
торая в дальнейшем становится предметом
многочисленных уточнений, дискуссий и прин¬
ципиальных изменений. Согласно этой теории
переход вяжущего в цементный камень связан
с растворением вяжущего и образованием на¬
сыщенного по отношению к нему раствора с
последующей коллоидизацией за счет топохи-
мического взаимодействия и кристаллизацией,
т. е. процессом перехода гелеобразной массы
в кристаллический сросток. Существенное вли¬
яние на развитие бетоноведения оказали опуб¬
ликованные в начале века научные труды по
бетону Н. А. Житкевича (Россия), Д. Абрамса
(США), И. Боломея (Швейцария), О. Графа
(Германия). В 1905 г. в США создан первый в
мире институт бетона.В 20-х годах XX ст. в СССР и других стра¬
нах начинаются широкомасштабные исследо¬
вания по технологии бетона и расчету железо¬
бетонных конструкций — бетон становится
материалом века. Б. Г. Скрамтаевым,
И. А. Кириенко, Н. А. Поповым, С А. Мироно¬
вым, С. В. Шестоперовым, П. М. Миклашев¬
ским и другими развивается теория и практика
зимнего бетонирования. Серьезный вклад в
развитие технологии бетона в довоенные годы
внесли К. С. Завриев, В. В. Михайлов,О. А. Гершберг, В. И. Сорокер, И. П. Алек¬
сандрин, Г. И. Глужгче, И. Д. Запорожец,С. Д. Окороков, В. С. Лукьянов.Наряду с технологией бетона развиваются
теория бетона и железобетона, методы расче¬
та и испытаний железобетонных изделий и кон¬
струкций. Основоположниками школы теории
бетона и железобетона были Г. П. Передерий,А. Ф. Лолейт, А. А. Гвоздев, В. М. Келдыш,ter created anhydrite of alumina cement,
consisting of high-aluminous slag and an¬
hydrite with the ratio of 2-2.5:1. Produc¬
tion method for barium-aluminous ce¬
ments out of barytes and industrial alu¬
mina has been worked out. Basic alumi¬
na cement application research was con¬
ducted by K. D. Nekrasov, A. A. Pirogov,A. Petsold, P. N. Diyachkov, M. Ryors,
etc in order to obtain heat-resistant and
refractory concrete.Evolving the works of Лешателье and
Михаэлис, academician A.A. Baykov de¬
veloped a new theory of binders hardening in
1926, which became the subject of numerous
improvements, disputes and principle modi¬
fications. According to this theory transfor¬
mation of binder into cement stone is related
to the dilution of binder and formation of fat,
in comparison to it, solution along with fur¬
ther colloidization at the expense of to-
pochemical interaction and crystallization,
i.e. process of transformation of gel-like mass
into crystal extension. Publications of Y. A.
Zhytkevich (Russia), D. Abrams (USA), I.
Bolomey (Switzerland), O. Graf (Germany)
exerted significant influence on the develop¬
ment of concrete studies. In 1905 the first In¬
stitute for Concrete Studies was established
in the USA.In the 1920s large-scale research in concrete
technologies and calculation of ferroconcrete
structures was initiated in the USSR and other
countries - concrete became the material of the
century. B.H. Skramtaev, I. A. Kirienko,
N. A. Popov, S. A. Mironov, S. V. Shestoperov,
P. M. Miklashevski and others develop theory
and practice of cold-weather concreting. Con¬
siderable contribution to the development of con¬
crete technologies during the pre-war years was
made by K. S. Zavriev, V. V. Mikhailov,O. A. Hershberg, V. I. Soroker, I. P. Aleksan¬
drin, H. I. Hluzhgche, I. D. Zaporozhets,
S. D. Okorokov, V. S. Lukianov.Along with the concrete technologies theo¬
ry of concrete and reinforced concrete, calcula¬
tion and testing methods develop as well. The
founders of concrete and reinforced concrete
theory school were H. P. Peredriy, A. F. Loleit,A. A. Hvozdev, V. M. Keldysh, P. L. Paster-
Evolution of the Concrete Science. Historial Outline25П. JI. Пастернак, В. 3. Власов, Я. В. Столя¬
ров, В. И. Мурашев. Крупный вклад в тео¬
рию расчета внесли П. JI. Нерви, А. Конси-
дер, Р. Майор, Э. Фрейсине.Бетон широко применялся при строитель¬
стве оборонных сооружений, Волховской и
Днепровской ГЭС, метрополитена в Москве,
Госпрома в Харькове и многих других объек¬
тов. В 1924 г. по расчетам Э. Фрейсине в при¬
городе Парижа возведены два складчатых
свода эллингов для дирижаблей пролетом бо¬
лее 80 м. В 1948 г. возведен главный зал Ту¬
ринской выставки в Италии длиной 75 м, ши¬
риной 95 м.Конец 40-х и начато 50-х годов были свя¬
заны с бурным развитием бетона и железобето¬
на. Это объясняется потребностями послево¬
енного строительства, переходом к массовому
строительству высотных зданий, освоением
северных районов, развитием атомной энерге¬
тики, авиации и ракетной техники. Начинает¬
ся и массовое освоение производства сборных
железобетонных изделий и конструкций, созда¬
ется крупная промышленность сборного желе¬
зобетона, намного превышающая экономичес¬
ки обоснованные потребности. Так, уже к на¬
чалу 70-х годов на территории бывшего СССР
было построено более 5000 заводов железобе¬
тонных изделий (ЖБИ) и крупнопанельного
домостроения (КПД). В 1955 г. начал выхо¬
дить весьма интересный журнал “Бетон и же¬
лезобетон”, который популярен и в настоящее
время.50—60-е гг. были отмечены созданием но¬
вых вяжущих, совершенствованием методов
расчета составов бетона, массовым освоени¬
ем добавок к бетонным смесям, созданием вы¬
сокопроизводительного оборудования для про¬
изводства бетонных работ, разработкой эффек¬
тивных методов контроля и повышения каче¬
ства бетона. Исследования В. Н. Юнга,
П. П. Будникова, М. И. Стрелкова,
И. В. Кравченко, Г. С. Рояка положены в ос¬
нову получения быстротвердеющих и осо-
бобыстротвердеющих портландцементов
(БТЦ и ОБТЦ), начато массовое освоение
разработанных еще в конце 40-х гг. проф.
М. И. Хигеровичем гидрофобных и гидро-
фобнопластифицированных цементов, по¬
зволивших не только улучшить их каче-nak, V. Z. Vlasov, Y. V. Stolyarov,
V. I. Murashev. Significant contribution to
the calculating theory was made by P. L. Ner¬
vi, A. Consider, R. Mayor, E. Freisine.Concrete was widely used in the construc¬
tion of defensive installations of Vol-
khovskaya and Dneprovskaya hydroelectric
power station, subway in Moscow, and many
other buildings. In 1924 according to calcu¬
lations made by E. Freyssiner two contorted
vaults for dirigible hangars with the span of
more than 80 m were crected. In 1948 the
main hall of Turin exhibition in Italy 75 m in
length and 95 in width was constructed.The end of the 1940s and the beginning
of the 1950 were marked by rapid develop¬
ment of concrete and reinforced concrete.
This was necessitated by the post-war con¬
struction, transition to the mass construction
of skyscrapers, developing northern regions,
development of atomic energy, aviation and
missile weapons. Production of prefabricat¬
ed reinforced items and structures have been
mastered, large-scale industry for reinforced
concrete has been established, which exceeds
economically sound demand. For instance,
by the beginning of the 1970s more than 5000
casting yards and large-panel constructions
plants have been built on the territory of the
former USSR. In 1955 an extremely interest¬
ing journal “Concrete and Reinforced con¬
crete” has been published for the first time,
which is popular at present as well.1950s-1960s were marked by creation
of new binders, improvements in calcu¬
lating methods of concrete mix, master¬
ing numerous additives to it, designing
efficient equipment for concreting, elab¬
orating effective inspection methods and
improvements in the quality of concrete.
Research by V. N. Yung, P. P. Budnik¬
ov, М. I. Strelkov, I. V. Kravchenko, H.
S. Royak was taken as a principal for pro¬
duction of high-early-strength and extra-
high-early-strength Portland cement;
mass mastering of hydrophobic and hy¬
drophobic-plasticized cements com¬
menced at the end of the 1940s, which
allowed both to improve their quality
and increase storability life when deliver-
26Краткий исторический очерк развития науки о бетонество, но и повысить сохраняемость придос-
тавке в северные и труднодоступные районы.Благодаря исследованиям О. В. Кунцеви-
ча, В. Г. Батракова, А. А. Пащенко и других
ученых начато применение в качестве доба¬
вок и аппретирующих компонентов к бетону
кремнийорганических жидкостей (КОЖ). Ис¬
следования, связанные с использованием до¬
бавок ПАВ (поверхностно-активных веществ)
для цементов и бетонов проводились П.А. Ре¬
биндером, С.В. Шестоперовым, В.В. Стольни-
ковым, В.Н. Юнгом, Ф.М. Ивановым,
Ю.С. Малининым, Ц.Г. Гинзбургом, Н.А. По¬
повым, А.В. Саталкиным, Б.Д. Тринкером,
Г.М. Тарнаруцким, В.Г. Довжиком и многими
другими. При этом воздухововлекающий эф¬
фект многих добавок ПАВ использовался и для
снижения массы легких бетонов на пористых за¬
полнителях.После неудачного опыта применения в ка¬
честве ускорителей твердения и улучшения
противоморозных свойств бетонных смесей
хлоридов кальция и натрия (коррозия армату¬
ры и высолы на поверхности) ученые обрати¬
лась к поиску бесхлоридных добавок. Благо¬
даря исследованиям В.Б. Ратинова, А.В. Ла-
гойды, В.Г. Батракова, В.И. Бабушкина,Н.И. Сытника, а также скромному участию
автора была создана серия комплексных доба¬
вок, содержащих электролиты и отходы спирто¬
вой промышленности УПБ (мелассная упарен¬
ная последрожжевая и послеспиртовая барда).В 50-х годах В. Д. Глуховскпм была открыта
группа гидравлических вяжущих, представляю¬
щих соединения щелочных металлов калия, на¬
трия, лития и других химических элементов, на
основании которых разработаны щелочные и
пшакощелочные цементы.Необходимо отметить, что исследованиеВ. Д. Глуховского позволило выработать но¬
вый подход к такому известному вяжущему воз¬
душного твердения, как растворимое стекло.
Как известно, процесс твердения этого вяжу¬
щего связан с выделением коллоидного крем¬
незема. В.Д.Глуховским было доказано, что
при высокотемпературной обработке раство¬
римого стекла при введении в его состав до¬
менного гранулированного шлака оно стано¬
вится водостойким. Им установлено также об¬
разование различных видов щелочных сили-ing to the northern regions and regions
hard to access.Owing to research by О. V. Kunt-
sevich, V. H. Batrakov, A. A. Paschenko
and other scientists, application of or¬
ganic silicon oil as an additive and fi¬
nishing component of the concrete got
under way. Testing the surface active
agents for cements and concrete was con¬
ducted by P. A. Rebinder, S. V. Shestop-
erov, V. V. Stolnikov, V. N. Yung,
F. M. Ivanbv, Y. S. Malinin, Т. H. Hans-
burg, N. A. Popov, A. V. Satalkin,B. D. Trinker, H. M. Tarnarutskiy,
V. H. Dovzhik, and many others. Air-en¬
training effect of surface active agent ad¬
ditives has been used in order to reduce
the mass oflight-weight concrete with po¬
rous aggregates.After the failure using calcium and so¬
dium chloride as hardeners in order to im¬
prove antifreeze properties of concrete mix¬
es (corrosion of ferro-concrete reinforce¬
ment and saits on the surface) the scientists
turned to search of non-chloride admix¬
tures. Thanks to research by V. B. Rati-
nov, A. V. Lagoyda, V. H. Batrakov,
V. I. Babushkin, N. I Sytnik and unassum¬
ing participation of the author series of
complex additives has been developed con¬
sisting of electrolytes and wastes of spirit
industry (molasses steamed post-yeast and
post-spirit distillery grain).In the 1950s V.D. Hluhovskiy developed
the group of hydraulic binders, presenting
compound of alkaline metalsof of potassium,
sodium, lithium and other chemical elements,
which later served as the basis for alkaline
and slag-alkaline cements.It is necessary to mention that the research
by Hluhovskiy allowed to develop new ap¬
proach to such famous binder of air harden¬
ing as soluble glass. As everybody knows,
the process of hardening of this bin-der is as¬
sociated with the isolation of colloidal silica.
Hluhovskiy proved that at high-temperature
treatment of soluble glass when doping blast¬
furnace granular slag it becomes more water
resistant. He also established the formation
of various types of alkaline silicate as a re-
Evolution of the Concrete Science. Historial Outline27катов при взаимодействии NaOH, КОН и дру¬
гих гидроксидов с заполнителями, что создало
предпосылки для использования различных ви¬
дов песков и суглинков, например:suit of interaction of NaOH, КОН and
other hydroxides with aggregates, which
created prerequisites for using various
types of sand and loam, for instance:2NaOH + nSiO, -> Na,0 • nSiO, • H,0,2NaOH + CO, -» Na,CO,H20.При этом активность гидроксидов выража¬
ется таким рядом:Activity of hydroxides can be represent¬
ed as follows:KOH > NaOH > LiOH > Ba(OH), > Sr(OH) > Ca(OH) > Mg(OH).В 50-е годы успешно развиваются также
исследования по производству и применению
силикатного бетона и силикальцита. Эти ма¬
териалы получают на базе бесклинкерных из¬
вестково-кремнеземистых и известково-нефе¬
линовых, а также смешанных вяжущих. Груп¬
пу этих вяжущих часто называют автоклавны¬
ми цементами, так как они эффективно твер¬
деют только при температуре 170—200 С и
давлении 0,8—1,6 МПа. В основу технологии
силикатных бетонов на базе известково-крем¬
неземистых вяжущих положено эффективное
взаимодействие гидроксида кальция (Са-
(0Н)2) и кремнезема (SiO,) в соотношении из¬
вести и песка 8 ...10:1.После В. Михаэлиса и П.П. Будникова
весомый научный вклад в развитие теории и
практики автоклавных вяжущих внесли
П.И. Боженов, А.О. Волженский, Ю.М. Бутт,
И. Хинт.В 60—70-е годы расширяется применение
разработанного В. В. Михайловым напрягаю¬
щего цемента, состоящего из продукта помола
до удельной поверхности 4000—5000 см2/г пор-
тландцементного клинкера (60—75 %), глино¬
земистого шлака (10—20 %) и гипса
(5—10 %), отличавшегося от расширяющихся
и безусадочных цементов И. В. Кравченко и
Т. В. Кузнецовой не только составом, но и спо¬
собностью создавать напряжение в процессе
твердения. Трудами П. П. Будникова,
М. М. Сычева, Б. Э. Юдовича, М. Мирзаева,
Т. Атакузиева и других ученых создаются раз¬
личные модификации портландского и глино¬
земистого цементов. В работах П.П. Буднико¬
ва, C.J1. Голынко-Вольфсон, М. М. Сычева,
М. Рерса и других авторов развиваются теоре¬
тические основы технологий фосфатных цемен-In 1950-s research on production and
application of lime concrete and silicocal-
cium was successfully under way. These
materials have been produced on the basis
of non-clinker lime-siliceous, lime-
nepheline, as well as mixed binders. This
group of binders is often called antoclave
cement since they effectively harden at the
temperature of 170 - 200° С and the pres¬
sure of 0.8 - 1.6 MPa. Effective interac¬
tion of calcium hydroxide (Ca(OH)2) and
silica (Si02) with the ratio of lime and sand
as 8. 10 ... 1 is assumed as the basis of lime
concrete technology based on lime-sili¬
ceous binders.After V. Mikhaelis and P.P. Budnikov
significant scientific contribution to the de¬
velopment of antoclave inders has been
made by P.I. Bozhenov, A.O. Volzhen-
skiy, Y.M. Butt, I. Hint.In the 1960s- 1970s application of self-
stressing cement developed by
V.V. Mikhailov expanded. It consisted of
the product of grinding with specific sur¬
face of 4000 - 5000 cm2/g, portland cement
clinker (60-75%), aluminous slag (10-20%)
and gipsum (5-10%) and varied from ex¬
panding and noncontracting cements devel¬
oped by I.V. Kravchenko and T.V. Kuz¬
netsova not only in terms of the contents, but
due to the ability to create tension in the pro¬
cess of hardening. In their works P.P. Bud¬
nikov, M.M. Sychev, В. E. Yudovich,
M. Myrzaeva, T. Atakuziev and other sci¬
entists created various modifications of port¬
land and alumina cements. Theoretical ba¬
sics of phosphate cements that harden dur¬
ing interaction between oxides and phos-
28Краткий исторический очерк развития науки о бетонетов, твердеющих при взаимодействии оксидов
и солей фосфорной кислоты, которые находят
применение для изготовления жаростойких бе¬
тонов. В. П. Кириллишиным разрабатывается
технология получения кремнебетонов. Начина¬
ют широко применяться для производства бе¬
тонов гидравлическое гипсоцементнопуццола-
новое (ГЦПВ) и гипсоцементношлаковое
(ГЦШПВ) вяжущие, представляющие смесь
портландцемента, полуводного гипса и актив¬
ной минеральной добавки, разработанные А.В. Волженским, Р. В. Иванниковой и А. В. Фер-
ронской. В. Д. Глуховским и Р. Ф. Руновой раз¬
рабатываются теоретические и технологичес¬
кие основы создания вяжущих и бетонов кон¬
тактного твердения.К развитию теоретических основ техноло¬
гии бетона начинают широко привлекаться
методы и приемы фундаментальных наук, в
том числе физики, химии, физико-химической
механики, механики твердого тела. Суще¬
ственное влияние на развитие теории вяжущих
и бетонов оказали в те годы термодинамика и
физико-химическая механика. Фундаменталь¬
ный труд В. И. Бабушкина, Г. М. Матвеева,О. П. Мчедлова-Петросяна “Термодинами¬
ка силикатов” получил признание научной об¬
щественности во всем мире. Изучение процес¬
сов структурообразования и реологических
свойств связующих и бетонных смесей, а также
разработка эффективных пластифицирующих
добавок проводились на основе достижений
органической, физической и коллоидной химии,
а также физико-химической механики матери¬
алов. Существенный вклад в развитие этой об¬
ласти знаний внесли П.А. Ребиндер, Б.В. Деря¬
гин, Н.Н. Круглицкий, Н.Б. Урьев, Н.В. Ми¬
хайлов, Г.Я. Куннос, Ю. Сторк и др.Наряду с разработкой новых вяжущих и
бетонов ведутся фундаментальные исследо¬
вания процессов структурообразования, рас¬
крывающие механизм твердения и формиро¬
вания основных свойств материалов. А. Е.
Шейкин, Ю. В. Чеховский, Г. А. Туркеста-
нов, О. П. Мчедлов-Петросян, В. Б. Ратинов,
А. Ф. Полак, И. П. Выродов, М. М. Сычев,
3. М. Ларионова, Т. Ю. Любимова, И. Д. За¬
порожец, В. М. Казаинский, Г. Кюльх, Д.
Берналл, Р. Богг, Ф. Ли —далеко не полный
список ученых, которые внесли серьезныйphates, being used for making heat-resistant
concrete have been developed in the works
of P.P. Budnikov, S.L. Holynko-Volphson,
M.M. Sychev, M. Rers, etc. V. P. Kirilishin
develops silicoconcrete technologies. Hy¬
draulic calseal-pozzolana and calseal-slag
binders representing the mix of Portland ce¬
ment, semiaquatic gypsum and active min¬
eral additive are coming into wide use. They
have been developed by A.V. Volzhenskiy,
R.V. Ivannikova, A.V. Feronskaya. V.D.
Hlukhovskoi and R.F. Runova are working
on theoretical and technological foundations
of making binders and concrete of contact
hardening.Methods used in abstract science, includ¬
ing physics, chemistry, physicochemical me¬
chanics, mechanics of the solids, are applied
while developing theoretical basics of con¬
crete technology.Thermodynamics and
physical-chemical mechanics significantly
affected the development of the theory of bind¬
ers and concrete. Basic work by V.I. Babush¬
kin, H.M. Matveev, O.P. Mchedlov-
Petrosyan “Thermodynamics of silicates”
gained recognition among scientific commu¬
nity of the world. Study of structure forma¬
tion processes and rheological properties of
binders and concrete mixes, as well as devel¬
opment of efficient plactisizing agents was
conducted on the basis of achievements in
organic, physical and dispersoidology, phys¬
icochemical material mechanics. Significant
contribution to this area of expertise was
done by P.A. Rebinder, В. V. Deryahin,N.N.
Krug-litskiy, N.B. Uriev, V.V. Mikhailov,H. Y. Kunnos, Y. Stork, etc.Along with development of new binders
and concrete fundamental research of struc¬
ture formation processes was conducted, re¬
vealing mechanism of hardening and forma¬
tion of basic properties of materials.A. E. Sheikin, Y. Y. Chekhovskoi,H. A. Turkestanov, O.P. Mchedlov-Petrosy-
an, B.B. Ratinov, A.F. Polak, I. P. Vyro-
dov, M.M. Sychev, Z. M. Larionova, T.Y.
Liubimova, I. D. Zaporozhets, V. M. Ka-
zainskiy, H. Kiulkh, D. Bernal, R. Bogh,F. Lee - this list of scientists contributing
greatly to the development of this area of
Evolution of the Concrete Science. Historial Outline.29Общий вид завода железобетонных изделий
(Ленинград)вклад в развитие этой области знаний. Уг¬
лубляются познания взаимосвязи структуры
и свойств бетона, в частности, таких, как
усадка, ползучесть, контакт с арматурой. Эта
область знаний развивается благодаря иссле¬
дованиям А. А. Гвоздева, А. Е. Десова,С. В. Александровского, И. И. Улицкого,
Г. Д. Цискрели, В. Н. Холмянского,
И. М. Грушко, А. М. Невиля и многих дру¬
гих ученых.В трудах И. А. Рыбьева,
М. И. Волкова, А. Д. Хайберга, Г. К. Сюньи
и многих других развиваются теории и мето¬
ды получения бетонов на органических вя¬
жущих, в том числе битумных, дегтевых.
Крупные исследования в области полимерных
бетонов и бетонополимеров выполняютсяA. В. Саталкиным, Н. А. Мощанским,B. В. Патуревым, И. Е. Путляевым,
И. М. Елшиным, В. И. Соломатовым,
Д. А. Угинчусом, Т. Г. Броуном, Р. Мартино,
Р. Крайсом, И. Охамой и др.Серьезное внимание уделяется и “вечной”
проблеме активации вяжущих. Активную ра¬
боту в этом направлении в 60—70-е годы вели
И. Н. Ахвердов, Ю. А. Штаерман, С. П. Зуб-
рилов, В. И. Гуйтур, Ю. Е. Корнилович,
Г. Я. Куниос и многие другие.Приобретает цельность и теория процес¬
сов структурообразования и твердения мине¬
ральных вяжущих. Исследованиями
К. Вюрцнера установлено ряд физических за¬
кономерностей процессов твердения, в част¬
ности капиллярных явлений. Т. Пауэрсом,
Ф. Койлем, П. Середой, Р. Фельдманом пред¬
лагается новая модель твердения вяжущих,General view of concrete product plant
(Leningrad)expertise is not complete. Perception of in¬
terdependence of structure and properties of
concrete such as concrete shrinkage, after¬
flow, contact with the reinforcement is in¬
tensified. This area of expertise is being de¬
veloped owing to the works ofA. A. Hvozdev, A. E. Desov, S. V. Aleksan-
drovskiy, I. I. Ulitskiy, H. M. Tsykrela,
V. N. Khomyanskiy, 1. M. Hrushko,A. M. Nevil and many others. In their works,I. A. Rybiev, M.I. Volkov, A. D. Khaiberg,H. K. Siuni, etc. develop theories and creation
methods of concrete based on organic bin-ders,
including bituminous and tarmac. Large-
scale investigations in the area of polymeric
concrete and polymer- impregnated coucrete
being conducted by A.V. Satalkin,
N. A. Moschanskiy, V.V. Paturev, I. E. Putli-
aev, I. M. Elshin, V. I. Solomatov, D. A. Uhin-
chus, Т.Н. Broun, R. Martino, R. Krais,I. Okhamo, etc. are under way.Significant attention has been paid to the
“everlasting” problem of binder activation. En¬
ergetic work in this line was conducted by1. N. Akhverdov, Y.A. Staerman, S.P. Zubrilov,
V.I. Huitur, Y. E. Komilovich, H.Y. Kunios
and many others in the 60s and 70s.Theory of structure formation process¬
es and hardening of mineral binders is get¬
ting more coherent. Investigations by
K. Viurtsner determined a number of phy¬
sical patterns of hardening processes, cap¬
illary phenomena in particular. T. Powers,
P. Kail, P. Sereda, R. Feldman suggested
a new model of binders hardening consist-
30Краткий исторический очерк развития науки о бетонезаключающаяся в рассмотрении этого процес¬
са в виде обратимых и необратимых химичес¬
ких реакций. Кристаллохимическое объясне¬
ние природы вяжущих свойств нашло отра¬
жение в работах Е. Бранденбергера, Дж-Бер-
налла, В. Бюсема, а затем нашло развитие в
исследованиях Н. В. Белова, О. П. Мчедло-
ва-Петросяна, Ю. М. Бутта, В. В. Тимаше-
ва, J1. Г. Шпыновой, 3. М. Ларионовой,
М. М. Сычева, М. А. Саницкого, В. Е. Кау-
шанского, Дж. Джеффери, Ф. Лохера и др.
Принципиально новые идеи в исследование про¬
цессов структурообразовашю и твердения ми¬
неральных вяжущих, попытку количественно¬
го описания внесли П. А. Ребиндер, О. П. Мчед-
лов-Петросян, В. Б. Ратинов, А. Ф. Полак,
И. П. Выродов, Е. Ф. Сигалова, А. Е. Шей-
кин, Е. Д. Щукин. Эти исследования воспол¬
нили существенный пробел в известных тео¬
риях аргументацией процессов превращения
связующего в камневидное состояние.Формирование прочности цементного
камня согласно П. А. Ребиндеру и его школе
обусловлено возникновением коагуляцион¬
ной структуры из частиц новообразований
вяжущего путем сцепления между собой этих
частиц через тонкие прослойки жидкости, а
затем срастания кристаллических новообразо¬
ваний и образования пространственного кри¬
сталлического каркаса. Следовательно, проч¬
ность цементного камня определяется прочно¬
стью контактов новообразований и негидра-
тированных частиц вяжущего. Не совсем яс¬
ным здесь, правда, является механизм обра¬
зования этих контактов: то ли это силы образова¬
ния коагуляционной структуры (А.Ф. Полак), то
ли надмолекулярные конденсационные (Н.А. Мо-
щанский, И.Ф. Ефремов, М. М. Сычев).В 60—70-х годах В. Ф. Журавлевым,
Л. С. Коганом, М. М. Сычевым и Н. Ф. Фе¬
доровым сделаны крупные обобщения и клас¬
сификация минеральных вяжущих веществ по
химизму их действия. Хотя сам химизм про¬
цессов был давно известен, но подход к про¬
блеме обладает научной новизной и представ¬
ляет интерес. В соответствии с этими работа¬
ми основные процессы твердения минераль¬
ных вяжущих представлены в табл. 1.3.1.Начало 70-х годов ознаменовано новой
волной исследований по разработке высо-ing in considering the process in the form
of reversible and irreversible chemical
reactions. In their works E. Branden-
berg, J. Bernal and V. Biusem explain the
nature of binding propepties in terms of
crystal chemistry. It was further developed
by N.V. Belov, O.P. Mchedlov-Petrosyan,
Y.M.Butt, V.V. Timashev, L.H.Spinova,
Z.M. Larionova, M.M. Sycheva,
M.A. Sanitskiy, A.M. Ilyinets, V. E. Kau-
shanskiy, J. Jeffery, F. Lokher, etc.
P.A.Rebinder, O.P. Mchedlov-Petrosyan,
V.B. Vyrodov, E.F. Sigalova, A.E. Sheikin.E.D. Schukin offered fundamentally new
ideas to research of structure formation
and hardening of mineral bindings pro¬
cesses as well as suggested quantitative
description. Their works filled a gap in ex¬
isting theories with reasoning of process¬
es when binder turns into lithoid state.According to Rebinder and his school
cement strength formation is conditioned on
generation of coagulation structure made of
new formation and binder particles by way
of cohesion between them through thin lay¬
er of liquid and further inosculation of crys¬
talline new formations and creation of tri¬
dimensional crystalline frame. There¬
fore, cement stone strength is determined
by strength of contacts between new for¬
mations and unhydrated particles of
binders. However, the mechanism of
those contacts is not quite clear: wheth¬
er it is strength of coagulation structure
formation (A.F. Polak) or supramolecu-
lar condensation (N.A. Moschanskiy,I. F. Efremov, М. M. Sychev).In 60s and 70s V.F. Zhuravlev,
L. S. Kogan, M.M. Sychev and
N. F. Fedorov significantly generalised
and classified mineral binders according
to the chemistry of its action. Though the
chemistry of the processes themselves was
known for a long time, the approach to the
problem possess scientific novelty and is
of interest. Basic processes of hardening
of binders are displayed in table 3.3.The beginning of the 70s was marked
by new wave of investigations on develop-
Evolution of the Concrete Science. Historial Outline31Таблица 1.3.1. Table 1.3.1.Основные химические процессы твердения Basic chemical processes of mineral cementing
М1шеральных вяжущих agents hardeningХарактеристика процесса
Description of the processХимические реакции
Chemical reactionПримерыExamplesВзаимодействие оксидов с
водойInteraction of oxides with the
waterCaO + H2O CaO • 2H20 -> Ca(OH)2
MgO + H20 <-> MgO • 2НгО -> Mg(OH)2Негашеные кальциевая и
магнетизиальная известьQuick calcium and
magnesian limeВзаимодействие оксидов и
солей в водной средеInteraction of oxides and salts
in aqueous mediumMgO + MgCI2 + H20 -»xMgO ■ yMgCI2 ZH£)Магнезиальные вяжущиеMagnesian cementing
agentВзаимодействие гидроксидов
с кремнезёмомInteraction of hydroxides with
silicaCa(OH)2 + Si02 —> xCaO ■ ySiC^ ■ ZH20
Mg(OH)2 + SiC^ -» xMgO ■ ySiC^ ■ ZH20
2NaOH + nSiQ2 —> ЫагО ■ nSi02 ■ H2OИзвестково-пуццолано-
вые вяжущие, вяжущие
автоклавного тверденияlime-pozzolana cementing
agents, cementing agents
of high-pressure hardeningВзаимодействие оксидов с
глицерином и другими
органическими
соединениямиInteraction of oxides with
glycerin and other organic
compoundsРЬО + СзН8Оз-^СзН6ОзРЬСвинцово-глицериновыйцементZinc-glycericВзаимодействие солей в
водной средеInteraction of salts in aqueous
mediumCaS04 • О.бНзО + 1,5H20 -» CaS04 ■ 2H20
CaS04 + nH20 -> CaS04 ■ хНгОCaO ■ А12Оз + лНгО —> CaO • А1гОз ■ пН20Ca2Si04 + пИ20 -> xCaO • ySiC>2 • zH20
+Ca(OH)23CaO ■ ^гОз + CaS04 + лН20 —>—> ЗСаО ■ А1гОз • 3CaS04 ■ xH202Na2Si03 + 6H20 + Na2SiF6 —> 6NaF +
3Si(OH)4Г ипсовые вяжущие
Gypsum cementing agentsГлинозмистый цемент
Alumina cementСиликаты кальция
Calcium silicateАлюминаты кальция
Calcium aluminateРастворимое стекло
Soluble glass
32Краткий исторический очерк развития науки о бетонекоэффективных добавок к бетонным смесям
и строительным растворам. За рубежом и в
СССР публикуются актуальные научные ста¬
тьи и монографии по модификаторам бетона
(М. Дюрье, Ф. Вавржин, Д. Крчма, B.C. Ра-
мачандран, В. М. Мальхотра, В. Б. Ратинов,
Ф. М. Иванов, В. Г. Батраков и др.). В Япо¬
нии и ФРГ продолжается начатый в 60-х го¬
дах массовый выпуск добавок нового поко¬
ления — супер пластификаторов. Анализ тех¬
нических архивов Главлипецкстроя показы¬
вает, что добавка, аналогичная японскому
суперпластификатору “Майти”, была разра¬
ботана в ЦНИЛ этого предприятия еще в
1964 г., но расход ее, по аналогии с добав¬
кой ССБ был принят 0,2—0,3 % от массы це¬
мента, т. е. в 2—3 раза меньше оптимально¬
го. Массовое производство и применение су¬
перпластификаторов в СССР началось толь¬
ко в конце 70-х, начале 80-х годов. В основ¬
ном это был суперпластификатор С-3. Зас¬
луга в разработке этой добавки принадле¬
жит в первую очередь Е. И. Досовицкому,В. М. Москвину, Ф. М. Иванову, В. Г. Бат¬
ракову, Е. С. Силиной и И. И. Цыганкову.
Применение суперпластификаторов позволи¬
ло организовать производство конструкций
из литых бетонных смесей и создало основ¬
ные предпосылки для массового изготовле¬
ния высокопрочных бетонов.В 70-х — начале 80-х годов продолжаются
исследования по совершенствованию методов
формования изделий и конструкций. Работы в
этом направлении В. Н. Шмигальского, Н.Б.
Урьева, О.А. Савинова, Г.Я. Кунноса, Б.В.
Гусева, Б.И. Крюкова, Е.П. Миклашевско¬
го, К.А. Олехновича и других ученых позво¬
лили усовершенствовать оборудование для
виброуплотнения бетонных смесей. Развива¬
ются безвибрационные методы формования бе¬
тонной смеси (центрифугирование, прессова¬
ние, прокат, набрызг и др.), а также виброва-
куумирование. Существенный вклад в разви¬
тие этих методов внесли В. Я. Козлов (прокат¬
ный стан), И. Н. Ахвердов, Н. П. Блещик, А.А. Афанасьев, М. Г. Дюженко, О. А. Гершберг
и другие инженеры и исследователи.Основным методом ускорения твердения
бетонов в те годы и до настоящего времени
является тепловая обработка при атмосфер-ing high-performance additives to concrete
mix and mortar. Both in the USSR and
abroad challenging articles and monographs
on concrete modifiers were published
(M. Duryca, F. Yavrzhan, D. Krchma,
V.S. Ramachandran, V.M. Malkhotra,
Y.B. Ratinov, F. M. Ivanov, V. H. Batrak¬
ov, etc.) Mass production of new generation
of additives - superplasticizer was under way
in Japan and Germany in the 60s. Survey of
technical archives of Chief Fipetsk Construc¬
tion Department shows that the additive anal¬
ogous to japanese plasticizer “Mighty”, was
worked out in the Central Scientific Institute
of Fipetsk in 1964; however its consumption
by analogy with the SSB additive was set as0.2 - 0.3 % of the cement weight, i.e. 2-3
times less than the optimal one. Mass pro¬
duction and application of superplasticizer
in the USSR started only at the end of the
70s, beginning of the 80s. Mostly this was
plasticizer S-3. The honour of developing this
additive belongs, first of all, to E. I. Doso-
vitskiy, V.M. Moskvin, F.M. Ivanov,
V.H. Batrakov, E.S. Silina, and 1.1. Tsyhank-
ov. Application of superplasticizer allowed
to set up the production of cast concrete mix
constructions and created the necessary pre¬
conditions for mass production of high-
strength concrete.Testing molding methods and construc¬
tions went on in the 70s and at the beginning
of the 80s. The works of V.N. Shmihalskiy,
N.B. Uriev, O.A. Savinova, H. Y. Kunnosa,B.V. Huseva, В.I.Kriukova, E.P. Mikla-
shevskiy, К A. Olekhnovich, and other sci¬
entist allowed to improve the equipment for
vibration compaction of concrete mix. Non¬
vibration molding methods of concrete mix
(centrifugal, pressing, rolling, spaying,
etc.) as well as vibrovacuumization are
being developed. Considerable contribu¬
tion to the development of those methods
was made by V.Y. Kozlov, (rolling mill),1.N. Akhverdov, N.P. Bleschik, A.A. Afa¬
nasiev, M.H. Diuzhenko, O.A. Hershberg
and other scientists and engineers.Thermal treatment at the atmospheric
and overpressure has been the basic speed¬
up method for concrete hardening both in
Evolution of the Concrete Science. Historial Outline33ном и избыточном давлении. В качестве теп¬
лоносителей используются водяной пар, элек¬
троэнергия, солнечная энергия, электромаг¬
нитное поле, продукты сгорания природного
газа и др. Тепловая обработка осуществляет¬
ся в различных конструкциях пропарочных
камер, автоклавах, кассетах и непосредствен¬
но в формах и опалубке конструкций. Ответы
на многие вопросы влияния режимов тверде¬
ния на свойства бетона при ускоренном твер¬
дении, конструирования тепловых агрегатов,
особенностей твердения при отрицательных
температурах даны в работах С. А. Мироно¬
ва, П. И. Боженова, А. В. Волженского,
JI. А. Малининой, А. С. Арбеньева, JI. А. Се¬
менова, Н. И. Подуровского, О. П. Мчедло-
ва-Петросяна, Н. Б. Марьямова, Б. А. Крыло¬
ва, Д. А. Берковича, В. П. Ганина, J1. А. Кай-
сера, А. В. Лагойды, Д. С. Михановского,В. Я. Гендина, Е. Н. Малинского, В. Н. Пуна-
гина, 3. Райнсдорфа, Д. Бернала, Э. Раструпа,
П. Неренста, А. Невиля и др. Серьезный вклад
в исследования тепловыделения вяжущих при
твердении внесли И. Д. Запорожец, С. Д. Око¬
роков, И. Б. Заседателев, А. В. Ушеров-Мар-
шак и др.В 70—80-х годах разрабатываются эффек¬
тивные технологии пропитки бетонов
(Ю. М. Баженов, Д. А. Угинчус, Э. К. Каси¬
мов, Ю. И. Орловский и др.), атакже способы
микроармирования изделий дисперсными
волокнами (А. Е. Десов, Ф. Н. Рабинович
и др.).История развития бетонов периодически
возвращается к углубленному изучению про¬
цессов их разрушения. Глубокие, по тем вре¬
менам, исследования по химической стойкос¬
ти, морозостойкости и проницаемости бето¬
нов выполнили В. М. Москвин, Н. А. Мощан-
ский, С. М. Рояк, В. И. Бабушкин, Ф. М. Ива¬
нов, С. В. Шестоперов, В. В. Стольников,Е. А. Гузеев, А. М. Подвальный, Ю. В. Че¬
ховский, Г. П. Вербецкий, В. Б. Судаков,
Г. Добролюбов, А. М. Невиль и др.Большое внимание уделялось и инстру¬
ментальным методам контроля качества бе¬
тона. И. А. Физделем и К. П. Кашкаровым
были разработаны способы оценки прочнос¬
ти бетона по твердости поверхностного слоя
(шариковые молотки). Ультразвуковые мето-those years and at present. Water vapor, elec¬
tric power, solar energy, electromagnetic
field, natural gas combustion products, etc.
are used as heat carriers. Thermal treatment
is conducted in different constructions of
steam kilns, autoclaves, and directly in the
mold or in the form. The works byC.A. Mironova, P.I. Bozhenova,
A.V. Volzhenskiy, L. A. Malinina, A.S. Ar-
benieva, L.A. Semenova, N. I. Podurovskiy,0.P. Mchedlov-Petrosian, N.B. Mariamo-
va, B.A. Krylova, D.A. Berkovich,
V. P. Hanin, L. A. Kaiser, A.V. Lahoida,D.S. Mikhanovskiy, V.Y. Hendin,E.N. Malinskiy, V.N. Punahin, Z. Reins-
dorf, D. Bernal, E. Rastroup, P. Nerenst,
A. Nevil, etc. provide the answers to many
questions concerning the influence of differ¬
ent modes of hardening on the concrete prop¬
erties during accelerated hardening, con¬
struction of thermal equipment, features of
hardening at negative temperatures.1.D. Zaporozhets, S.D. Okorokov, I.B. Zase-
datelev, A.V. Usherov-Marshak, etc. con¬
tributed greatly to the study of thermal flux
of binders at hardening.Efficient technologies of deep groov¬
ing of concrete were developed in the 70s
and 80s (Y.M. Bazhenov, D.A. Uhinchus,E.K. Kasimov, Y.I. Orlovskiy, etc.), as
well as methods of microreinforcement of
items with dispersive fibers (A.E. Desov,F.N.Rabinovich).History of concrete periodically turns
back to the in-depth study of its demolition
processes. Study of chemical durability,
frost-resistance and permeability was con¬
ducted by V.M. Moskvin, NA Moschan-
skiy, S.M. Royak, V. I. Babushkin,F. M. Ivanov, S.V. Shestoperov,
V.V. Stolnikov, E. A. Huseev, A.M. Pod-
valnyi, Y.V. Chekhovskiy, H. P. Ver-
betskiy, V.B. Sudakov, H. Dobroliubov,
A. M. Nevil, etc.Considerable attention was paid to in¬
strumental concrete quality control meth¬
ods. I.A. Fisdel and K.P. Kashkarov de¬
veloped concrete strength assessment
methods by hardness of the blanket (ball¬
point hammer). Ultrasound methods of
34Краткий исторический очерк развития науки о бетонеСовременные приборы для контроля качества
бетонаа АГАМА-2Р; b УК-14пмды дефектоскопии бетона развиваются в ра¬
ботах И. С. Вайнштока, В. В. Дзениса и др.
Новые методы исследования процессов
структурообразования и контроля качества
бетона находят отражение в научных трудах
Ю. Г. Хаютина, Н. А. Крылова, М. А. Нов¬
городского, М. И. Бруссера, И. С. Лифано-
ва, М. Ю. Лещинского и многих других оте¬
чественных исследователей.Повышение требований к качеству бето¬
на привело к серьезным изменениям соответ¬
ствующей нормативной базы. За последние 20
лет во всем мире было издано больше норма¬
тивных документов, чем за все годы приме¬
нения бетона.70—80-е годы характеризуются широким
внедрением в бетоноведение современных
математических методов и ЭВМ. Математи¬
зация бетоноведения дала новый метод в ре¬
шения технологических задач и создала пред¬
посылки для формирования системной кон¬
цепции бетона. Существенный вклад в раз¬
витие этой области знаний внесли В. А. Воз¬
несенский, Э. Г. Соркин, В. А. Дорф и ав¬
тор. Популярность и модность математичес¬
ких методов и ЭВМ стали настолько высо¬
кими, что были неотъемлемой частью абсо¬
лютного большинства всех научных иссле¬
дований. Однако мода быстротечна и эйфо¬
рия компьютеризации технологии очень ско¬
ро прошла, так как под серьезную проблемуState-of-the-art equipment for concrete
quality control
а АГАМА-2Р; b УК-14пмconcrete defectoscopy have been devel¬
oped in the works of I.S. Veinstock, V.V.
Dzenis, etc. New methods of testing the
processes of structure formation and con¬
crete quality control are revealed in the
works of Y.H. Khaiutin, N.A. Krylov,
M.A. Novhorodskiy, M.I. Brusser, I.S.
Lifanov, M.Y. Leschinskiy and many
other domestic scholars.Increased demands to the quality of
concrete led to significant changes in re¬
spective legislature. For the last 20 years
more normative documents have been ap¬
proved than for all years of concrete ap¬
plication.Period of 70s and 80s is characterised by
wide application of modern mathematical
methods and computers in concrete studies
and initiated new approach to the solution
of technological tasks as well as created pre¬
requisites for establishment of system con¬
crete concept. Major contribution to the
development of this area of knowledge was
made by V.A. Voznesenskiy, E. H. Sor-
kin, V.A. Dorf and the author of this work.
Mathematical methods and computers be¬
came popular, wide-spread as well as an
integral part of the absolute majority of
investigations. However, the fashion is tran¬
sient and the euphoria of computerization
was over soon since pseudo-scientific con-
Evolution of the Concrete Science. Historial Outline35начала подстраиваться околонаучная ко¬
нъюнктура, целью которой было не решение
практических задач, а демонстрационность и
бутафория. Консерватизм отдельных ученых
вместе с показухой, безграмотностью и низкой
культурой производства сняли на многие годы
проблему компьютеризации технологии бето¬
на. К сожалению, до сих пор компьютер на про¬
изводстве выполняет роль, в лучшем случае,
арифмометра, а чаще используется в качестве
печатного устройства и мебели.Вместе с технологией бетона развивают¬
ся и методы расчета армобетонных конструк¬
ций, все более широкое применение получа¬
ет предварительно напряженный бетон и же¬
лезобетон. Заметный вклад в развитие тео¬
рии проектирования конструкций и разработ¬
ку новых видов бетонов в СССР внесли
А. А. Г воздев, В. В. Михайлов, А. Ф. Мило-
ванов, К. Д. Некрасов, И. И. Улицкий,
3. П. Цилосани, С. С. Давыдов, Г. К. Хайду-
ков, Г. И. Бердичевский и многие другие.Бетон широко используется во всех видах
строительства и в машиностроении. При этом
его средняя прочность по сравнению с дово¬
енным периодом повысилась в 2,5 раза. Из
бетона в 1965 г. сооружена Останкинская те¬
лебашня в Москве высотой 522 м. Поверхность
телебашни систематически гидрофобизируется
кремнийорганическими жидкостями, что защи¬
щает ее от разрушения. В Японии и США при
строительстве высотных зданий и мостов на¬
чинают широко применяться высокопрочные
бетоны с прочностью при сжатии 80—120
МПа. В 80-х годах благодаря суперпласти¬
фикатору С-3 началось массовое применение
высокопрочных бетонов для строительства
промышленных зданий и оборонных соору¬
жений в СССР. Объем производства бетона
в СССР в 1980 г. доведен до 250 млн. м3.Наряду с продолжающимися исследова¬
ниями по совершенствованию быстротверде-
ющих и особобыстротвердеющих цементов,
отличающихся повышенным (до 65 %) содер¬
жанием С 3S и удельной поверхностью до 5000
см2/г, в Японии, США, Германии и странах
СНГ разрабатываются сверхбыстротверде-
ющие фторсодержащие, сульфо- и хлорсодер¬
жащие (алинитовые) вяжущие, все более мас¬
совое применение находят шлакосодержа-juncture has been created especially for this
issue. Its objective was not the solution of
practical tasks but demonstration and sham.
Due to conservatism of some scientists along
with the show, ignorance and low produc¬
tion standards the issue of computerization
of concrete technology was withdrawn for
many years. Unfortunately, even nowadays
computer, at best, serves as a calculating ma¬
chine. Much more often it is used as a printing
device and furniture.Calculating methods of ferroconcrete
constructions develop along with the concrete
technology. Prestressed concrete and rein¬
forced concrete are more and more widely used.
Remarkable contribution to the development
of structural design theory and elaboration
of new types of concrete in the USSR was
made byA.A. Hvozdev, Y.V. Mikhai-lov, A.F.
Milovanov, K.D. Nekrasov, I.I. Ulitskiy, Z.P.
Tsilosani, S.S. Davydov, H.K. Khaidukov, I I.I.
Berdichevskiy and many others.Concrete is widely used in all types of
construction and mechanical engineering.
Its average strength is 2.5 times as much as
in the pre-war period. In 1965 Ostankino TV
tower in Moscow has been constructed out
of concrete. The surface of the TV tower is
regularly exposed to hydrophobization with
silicone oil in order to prevent demolition.
High-strength concrete with the compres¬
sion strength of 80-120 MPa compression
start being used in Japan and the US when
building skyscrapers and bridges. Owing
to plasticizer S-3 mass application of high-
strength concrete for construction of indus¬
trial buildings and defensive installations
started in the USSR in the 80s. In 1980
volume of concrete output in the USSR
reached 250,000,000 m3.In Japan, the USA, Germany and CIS
ountries jet fluorine-containing, sulfo-
and chloride-bearing binders are being
developed, slag-containing cements are
more and more widely used along with
the on-going testing of high-early-
strength cements and jet cements charac¬
terised by increased (up to 65 %) con¬
tents of C3S and specific surface area of
up to 5000 cnr/g. Application of amor-
36Краткий исторический очерк развития науки о бетонеВозведение высотных жилых домов
из монолитного бетона в г. Киевещие цементы. Новый импульс развитию вы¬
сокопрочных бетонов дало применение в ка¬
честве добавки к бетону аморфного кремне¬
зема. Являясь отходом производства ферро¬
сплавов с удельной поверхностью до 20 ООО
см2/г (в 4—6 раз выше, чем у цемента), микро¬
кремнезем в сочетании с суперпластификато¬
рами позволяет существенно повысить проч¬
ность и долговечность бетонов.Продолжаются и попытки выпуска новых
вяжущих с химическими добавками. Коллек¬
тивом проф. J1. Г. Шпыновой предложены без-
гипсовые портландцементы с добавками тех¬
нических лигносульфонатов и поташа для
производства бетонных работ при темпера¬
туре 20 -40 °С, группой московских ученых —
вяжущие низкой водопотребности (ВНВ), по¬
лучаемые сверхтонким помолом портландце-
ментного клинкера с порошкообразным су¬
перпластификатором и минеральными добав¬
ками, прочность которых в 2—3 раза выше
портландцемента. Предпринимаются и по¬
пытки введения в состав цементов кристал¬
лизационных компонентов (крентов) в виде
сульфоалюминатного клинкера, гидроксида
и сульфата алюминия. Автором предложен и
проверен на практике принцип синтонизации
структуры бетона. Синтоны были получены
путем совместной обработки цемента с добав¬
ками высоковольтным электрическим раз¬
рядом.Construction of high-rise buildings out
of in-sity concrete in Kyyivphous silica as an sdditive stipulated the
development of high-strength concretes.
Being the wastes of ferroalloy produc¬
tion with the specific surface area of up
to 20,000cm2/g (4-6 times as much as
of cement), microsilica in combination
with superplasticizer allows to in¬
crease the strength and durability of
concretes.Scientists keep on trying to produce
new binders with the chemical additive.
The group of professor L.H. Shpynova at
the head suggested non-gypsum Portland
cement wint the additives of technical li-
gnosulphonate and potash for construction
works at the temperature of 20-40° C;
group of Moscow scientists suggested bind¬
ers of low water requirement obtained by
hyperfme grinding of portland cement clin¬
ker with powder-like superplasticizer and
mineral additives, the strength of which is2-3 times as much as that of portland ce¬
ments. There are attempts to introduce
crystallization components to cements in
the form of sulfoaluminate clinker, hy¬
droxide and aluminium sulfate. The au-
rthor has tested and suggested the princi¬
ple of syntonization of concrete structure.
Syntons were obtained by means of copro¬
cessing of cements with additives of high-
voltage electric discharge.
Evolution of the Concrete Science. Historial Outline37К сожалению, с начала 90-х годов в
странах СНГ начался резкий спад произ¬
водства бетона и железобетона, снизился
научный уровень исследований, хотя в
промышленно развитых странах непрерыв¬
но возрастает применение бетонных и же¬
лезобетонных изделий и конструкций, ак¬
тивно ведутся поиски новых технических
решений. Объем производства бетонов не¬
прерывно растет во всем мире. Особенно
резкий скачок в применении бетонов и же¬
лезобетонных конструкций наблюдается в
Китае, что объективно отражает уровень
развития этой страны.Следует еще раз отметить, что несмотря
на большие объемы выполненных исследова¬
ний, наука о бетоне до сих пор остается еще
не системой, а конгломератом знаний, мно¬
гие вопросы, касающиеся основных законо¬
мерностей в бетоноведении и долговечности
бетона, остаются не выясненными до конца.1.4.Перспективы развития науки о
бетоне в XXI столетииОсновными предпосылками широкого
применения бетона в XXI в. являются неис¬
черпаемые природные запасы сырья, возмож¬
ность использования крупнотоннажных от¬
ходов производства металлургии и других
отраслей промышленности, сравнительно
низкая капитал о- и энергоемкость, простота
технологии, конструктивная совместимость с
многими другими материалами, относительно
высокая прочность на сжатие и долговечность.Основной вид применяемых бетонов —
цементные на портландском цементе и его
разновидностях. Среди этих бетонов наибо¬
лее массовое применение находят тяжелые
бетоны на плотных заполнителях (известня¬
ковый и гранитный щебень, гравий, речной
и горный пески). В мировой практике наме¬
тилась ярко выраженная тенденция к повы¬
шению прочности применяемых бетонов.
Так, если в довоенный период основная мас¬
са бетонов изготавливалась с прочностью
при сжатии 8—12 МПа, а отдельные конст¬
рукции — 20—30 МПа, в 60-х соответствен¬
но 15—20 и 80-х — 25—35 МПа, то уже в
XXI в. наметилась тенденция применения бе¬
тонов с прочностью при сжатииUnfortunately, there was a sharp setback
in concrete and reinforced concrete produc¬
tion in the CIS countries at the begining of
the 90s, the level of research was down as
well; though in industrially developed states
application of concrete and reinforced con¬
structions is rising continuosly and there is
an active retrieve of new technological solu¬
tions. Volume of concrete output is growing
constantly in the whole world. Especially
great advance in application of concretes and
reinforced constructions can be observed in
China, which fairly reflects the level of deve¬
lopment of the country.It is necessary to mention once more,
that despite the large volume of research
conducted, the science about concrete does
not form the system yet, but a conglomer¬
ate of knowledge. Many issues related to
basic tendencies in concrete studies and du¬
rability of concrete remain obscure.1.4. Prospects of concrete science
in the XXI centuryInexhaustible natural resources, pos¬
sibility to use big-volume wastes of met¬
allurgy and other branches of industry,
relatively low capital output ratio and
power consumption, simplicity of tech¬
nology, compatibility with many other
materials, relatively high compression
strength and durability are the main rea¬
sons of wide application of concrete in
the XXI c.Cement concrete based on portland ce¬
ment and its varieties is the main type of
concrete that is used. Among them heavy¬
weight concrete with dense aggregates
(limestone and crushed granite, gravel,
bank and mountain sand) are the most wide¬
ly used ones. There is a pronounced ten¬
dency in the world practice to improve the
strength of concrete. For instance, while in
the prewar period compression strength
ranged between 8 MPa and 12 MPa, and
for some constructions it was between
20MPa and 30 MPa, in the 60s it ranged
between 15 MPa and 20 MPa respective¬
ly, in the 80s - 25 MPa - 30 MPa; in the
XXI c. there is a tendency to apply con-
38Краткий исторический очерк развития науки о бетоне60—80 МПа, причем долговечностью 100 и
более лет. Легкие бетоны на пористых за¬
полнителях (в основном на керамзитовом
гравии, шлаковой пемзе, пенополистироль-
ном гравии, перлитовом песке и т. п.) полу¬
чат развитие в XXI в. Средняя плотность
таких бетонов в 2—3 раза ниже тяжелых, что
позволяет на 30—60% снизить теплопотери
ограждающих конструкций и на 15—30% —
затраты на отопление зданий. Кроме того,
использование легких бетонов в конструк¬
циях перекрытий и покрытий дает возмож¬
ность снизить общую массу здания и соот¬
ветственно уменьшить нагрузки на другие
несущие конструкции. Наряду с этим для
теплоизоляции расширяется применение осо¬
бо легких бетонов, в том числе ячеистых, в
частности газосиликата. Три четверти объе¬
ма производства легких бетонов использу¬
ется для изготовления стеновых панелей и
блоков жилых зданий, а остальная часть —
в промышленном и сельскохозяйственном
строительстве. Наиболее успешно производ¬
ство легких бетонов развивается в Герма¬
нии и США. Прочность применяемых легких
бетонов при сжатии составляет 10—40 МПа,
а средняя плотность — от 600 до 1800 кг/м3.
Необходимо о тметить, что производство наи¬
более массовых искусственных заполнителей
для легких бетонов, в частности керамзито¬
вого гравия, не всегда экологично и связано
с затратами энергии до 120 кг у. т./м3. Поэто¬
му одним из перспективных направлений яв¬
ляется использование для изготовления лег¬
ких заполнителей отходов производства
(безобжиговый зольный гравий из золы ТЭС,
аглопорит из отходов углеобогащения, шла¬
ковая пемза из шлаков и т. п.), а также есте¬
ственного сырья — пористых известняков,
пемзы, туфа, вулканических шлаков и т. п.
Развивается и производство легких бетонов
с использованием в качестве заполнителей
отходов деревообработки (арболит). При
прочности при сжатии этого материала 2—8
МПа его средняя плотность не превышает
950 кг/м3. Получат, по-видимому, дальней¬
шее развитие и ячеистые бетоны со средней
плотностью 300—500 кг/м3.Высокие показатели стойкости в агрес¬
сивных средах и диэлектрических свойств,crete with compreson strength of 60 - 80
MPa, with the durability of 100 years and
more. In the XXI c. light concrete with po¬
rous aggregates (mostly they are claydite
gravel, slag pumice, expanded polystyrene
gravel, perlite sand, etc.) will evolve. Av¬
erage density of this type of concretes is 2 —
3 times less than that of heavy ones, which
allows to reduce loss of heat of filler struc¬
tures by 30 - 60% and heating costs by 15- 30%. Besides, utilization of light con¬
cretes in floo^ and cover constructions al¬
lows to reduce the overall weight of the
buildings and consequently to reduce load
on other load-carrying constructions.
Along with it, extra light concretes, espe¬
cially gas silicate, are more and more wide¬
ly used for heat insulation. Three quarters
of the production volume of light concrete
are used for making wall panel and blocks
for residential buildings, while the rest is
used in the industry and agriculture. The
most successful development of light con¬
crete can be observed in Germany and the
US. compression strength of light concrete
ranges between 10-40 MPa, and average
density - between 600 - 1800 kg/m3. It is
necessary to mention that the production
of the most popular artificial aggregates
for light concrete, claydite gravel in par¬
ticular, is not always environmentally-
friendly and is associated with the electric
power inputs of up to 120 kg of equivalent
fuel/m3. That is why utilization of wastes
(roasting free ash gravel out of ash from
thermoelectric power station, agloporute
from coal concentration wastes, slag pum¬
ice out slag, etc.) as well as natural raw ma¬
terials - porous limestone, pumice, tufa, sco¬
ria, etc., is a perspective trend. Production of
light concrete with the woodworking wastes
(cement wood) as an aggregate is in the pro¬
cess of development as well. The compres¬
sion strength of this material ranges between
2 and 8 MPa, and its average density does
not exceed 950 kg/m3. Apparently, cellular
concrete with the average density of 300 -
500 kg/m3 will further develop.High indices of resistance in corrosive me¬
dium and dielectric bahivour, compatibility
Evolution of the Concrete Science. Historial Outline39совместимость с многими заполнителями со¬
здают предпосылки для широкого примене¬
ния в строительстве полимербетонов. Хими¬
чески стойкие полы из бетонов на эпоксид¬
ных, полиэфирных, карбамидных и фурано-
вых смолах могут эксплуатироваться в 3—5
раз дольше, чем обычные, во столько же раз
долговечнее полимербетонные тротуарные
плиты, конструкции канализационных со¬
оружений и другие изделия. Особую группу
полимербетонов составят, по-видимому, при
совершенствовании технологии их изготов¬
ления, бетонополимеры, т. е. затвердевшие
бетоны, пропитанные мономерами с после¬
дующей их полимеразией. Прочность и стой¬
кость в агрессивных средах таких бетонов
выше обычных в 3—6 раз. Наиболее эффек¬
тивно применение этих бетонов для изготов¬
ления труб для химической промышленнос¬
ти, канализации, плит-облицовок и т. п. Вы¬
сокая химическая стойкость достигается при
пропитке бетона и расплавом серы.Дальнейшее развитие получит и приме¬
нение бетонов на напрягающих цементах.При изготовлении свай, дорожных покры¬
тий, торкретировании и других конструкций
расширится применение дисперсноармирован-
ных бетонов (фибробетонов) со стальными,
стеклянными и сингетическими волокнами.Следует ожидать и расширения примене¬
ния бетонов для строительства футеровок теп¬
ловых агрегатов при воздействии температур
до 1200 °С, а также огнеупорных с огнеупор¬
ностью до 2500 °С.Расширение строительства ядерных реак¬
торов и защитных сооружений требует созда¬
ния и широкого внедрения новых видов бето¬
нов — радиоэкранирующих. Данные об этих
исследованиях обычно не публикуются. Одна¬
ко не секрет, что необходимость защиты от ней¬
тронного потока требует повышения их сред¬
ней плотности за счет использования особо тя¬
желых заполнителей из свинцовой дроби, чу¬
гунного скрапа, а также специальных добавок
на основе лития, бора и т. п. В последние годы
начинают применяться радиоэкранирующие
бетоны со связующими, содержащими мини¬
мальное количество воды. Однако, на наш
взгляд, более перспективными для этих целей
были бы бетоны, получаемые спеканием, т. е.
в результате негидратационного твердения.with many other aggregates, stipulate the
wide application of organic concrete in
construction. Chemically stable floors
made of concrete based on epoxide, poly¬
ester, carbamide, and furane resin can be
exploited 3-5 times longer than those made
of usual concrete. The same concerns side¬
walk slabs made of organic concrete,
drainage system and other produce. Par¬
ticular group of organic concrete will be
composed, evidently, of concrete polymers
( i.e. consolidated concrete impregnated
with polymers with further poiymerase)
while improving their production meth¬
ods. Durability and resistance in corro¬
sive medium of such concretes is 3-6 times
higher. These concretes are most effi¬
ciently used for production of pipes for
chemical industry, sewerage (system),
facing slabs, etc. High chemical resis¬
tance is achieved due to impregnation
with molten sulfur.Application of concrete based on self-
stressing cements will further develop.Dispersible reinforced concrete (fibro-
concrete) with steel, glass, and synthetic
fibers will be more widely used for making
piles, pavement, shotcreting and other con¬
structions.It is expected that application of con¬
crete for construction of heat units lining
subject to the temperature of up to 1200 С
as well as refractory ones with refractori¬
ness of up to 2500°C will expand.Construction of nuclear reactors and
guard requires application of new types of
concrete - radioshielding ones. Data about
this research are not usually published.
However, it is not a secret that the necessi¬
ty of protection againstneutron flux re¬
quires to increase their average density at
the expense of utilization of extra heavy
aggregates out of lead fraction, cast iron
scrap, as well as special additives based on
lithium, boron, etc. Recently radioshield¬
ing concrete with the coupling agents con¬
taining minimal quantity of water start to
be used. Though, to my mind, the concrete
obtained by agglomeration, i.e. non-hydra¬
tion hardening are considered as more per¬
spective ones.
40Краткий исторический очерк развития науки о бетонеБетон применяют для сборных (изготавли¬
ваемых обычно в заводских условиях или на
отдельных площадках) и монолитных конст¬
рукций. Монолитный бетон в мировой прак¬
тике получил несколько большее развитие.
Спор о том, какие конструкции более эффек¬
тивны, — монолитные или сборные — бес¬
предметен, так как эффективность их приме¬
нения определяется конкретными условиями
строительства. Безусловно, монолитный желе¬
зобетон менее материалоемок в условиях сей¬
смического и высотного строительства, а сбор¬
ный — при массовом поточном, типовом. Не¬
достаточное технико-экономическое обосно¬
вание монолитного строительства может нане¬
сти не меньший ущерб, чем бездумное примене¬
ние во всех случаях сборного железобетона.Монолитный бетон в мировой практике в
основном применяют при возведении массив¬
ных сооружений, высотных жилых и админи¬
стративных зданий. Примером эффективного
применения монолитного бетона является
Останкинская телебашня в Москве, небоск¬
реб Ривер Плаза в Чикаго (прочность бетона
при сжатии до 100 МПа), серия 75-этажных
зданий в Хьюстоне. Необходимо заметить,
что применение монолитного бетона требует
высокого уровня организации и культуры
производства, особенно в зимних условиях.Существенным отличием бетона XXI в.
станет более высокая прочность при растяже¬
нии, динамическая прочность и долговеч¬
ность. Возможно, в XXI в. научная мысль от¬
ветит на большинство неясных вопросов, а
бетоноведение сформируется как целостная
область научного знания.Применение монолитного бетона, кроме
традиционных областей, будет расширяться
при возведении корпусов, труб, реакторов и
защитных оболочек АЭС. Бетон останется ве¬
дущим материалом и для строительства до¬
рог, мостов и гидротехнических сооружений.1.5. Уроки истории
бетонаПод уроками истории обычно понимают
умение сделать правильные выводы из упу¬
щений и ошибок. Однако, к сожалению, до¬
вольно часто их изучают для того, чтобы по¬
вторить вновь.Concrete is used for built-up construc¬
tion (made usually on the plants or sepa¬
rate areas) and cast-in-place constructions.
The latter gained somewhat greater devel¬
opment. The argument about which one
of them is more efficient - cast-in-place or
built-up ones - is objectless, since the effi¬
ciency of their application is determined
by specific construction conditions. No
doubt, in-situ reinforced concrete is less
raw material intensive during seismic and
high-rise corfstruction, and built-up ones- during mass or model construction. In¬
sufficient technical and economic assess¬
ment of monolithic construction might
cause the same damage as feckless appli¬
cation of built-up reinforced concrete.Monolithic concrete is used while con¬
structing massive structure, both residen¬
tial and office block skyscrapers. Os¬
tankino TV tower in Moscow, River Pla¬
za in Chicago (compression strength is
up to 100 MPa), series of 75-storeyed
buildings in Houston might serve as ex¬
amples of efficient monolithic construc¬
tion. It should be mentioned that appli¬
cation of in-situ concrete requires high
level organization and production stan¬
dards, especially in winter.Significant differences of concrete in the
XXI c. will become higher tensile strength,
dynamic strength and durability. Probably,
in the XXI c. scientists will answer majority
of unclear questions and concrete studies will
become a coherent area of expertise.Application of monolithic concrete, ex¬
cept for traditional spheres, will expand
while erecting buildings, chimneys, reactors,
and containment shell for nuclear power
stations. Concrete will become a leading
material for construction of roads, bridg¬
es and hydraulic structures.1.5. The lessons of concretes
historyUnder the lessons of history we imply
the ability to make sound conclusions out
of neglect and mistakes. Yet, quite often,
we study them in order to make the same
mistakes again.
Evolution of the Concrete Science. Historial Outline41В развитии науки и технологии бетона от
древних времен до наших дней было немало
просчетов, ошибок и упущений. Ошибочно
думать, что в древние времена изготавливали
только высококачественный бетон. Очень
много сооружений из бетона разрушилось из-
за использования некачественной извести,
загрязненных заполнителей, плохого уплот¬
нения бетонной смеси, непонимания напря¬
женного состояния конструкций. Но из этих
уроков наши далекие предки делали соответ¬
ствующие выводы. Анализ показывает, что
технология бетона создавалась буквально из
проб и ошибок. Но ошибки, к сожалению, в
наше время очень дорого стоят. Со временем
выяснилось, что известь должна быть хоро¬
шо погашена во избежание дальнейшего га¬
шения в конструкции, что заполнители долж¬
ны быть погодоустойчивыми, а для лучшего
сцепления с вяжущим — чистыми, что для по¬
вышения долговечности бетона в воде необ¬
ходимо добавлять минеральные добавки, а
смесь тщательно перемешивать. Отсутствие
научных знаний о работе бетона под нагруз¬
кой в древние времена компенсировалось
большими запасами по сечению конструкций,
опытными испытаниями. На основе опыта вы¬
рабатывалась и интуиция проектирования и
строительства. Строительство становилось
таким же почетным делом, как воинская
служба и медицина. И еще один немаловаж¬
ный вывод из уроков древнего бетона: про¬
фессионализм, технические условия и тща¬
тельный контроль качества по всем техно¬
логическим переделам.Изобретение гидравлической извести, а
затем и романцемента не решило кардиналь¬
но проблему качества бетона. Неоднород¬
ность сырья и незнание механизмов структу-
рообразования и твердения вяжущих не по¬
зволяло оперативно регулировать технологи¬
ческие процессы и получать бетон гарантиро¬
ванного качества. Наряду с высококачествен¬
ными, по тем временам, бетонами изготавлива¬
лось немало бракованной продукции. Одним из
свидетельств этому—разрушение крупного ту¬
лонского Дока во Франции в 1841 г.Не отличался особо высоким качеством и
цемент Аспдина и Челиева. Отсюда — нема¬
ло рекламаций и отказов в применении этогоThe evolution of science and technology
of concrete since the ancient times until now
knows a lot of errors, mistakes and neglect.
It is a mistake to think that in the ancient
times only high-quality concrete has been
produced. Many constructions made out of
concrete deteriorated due to the utilization
of low quality lime, foul aggregate, poor con¬
crete mix consolidation, incomprehension
of stress of constructions. But our predeces¬
sors drew appropriate conclusions out of
those lessons. The analysis proves that the
concrete technology was done by means of
cut-and-try method. Unfortunately, nowa¬
days mistakes are quite costly. In the course
of time, it was determined that the lime
should be well slaked in order to avoid fur¬
ther slaking in the construction, aggregates
should be weather-proof, and for better trac¬
tion with the binders they should be clean,
in order to increase durability of concrete
the mineral additives should be added to the
water and the mix should be properly shuf¬
fled. Lack of knowledge about the way con¬
crete works under load in the ancient times
was compensated by margin of the structur¬
al section and tests. Designing and construc¬
tion intuition was based on experience. Con¬
struction became such an honourable work
as the military service or the medicine did.
Another conclusion of no small importance
out of the lessons of ancient concrete is pro¬
fessionalism, technical conditions and thor¬
ough quality control according to all tech¬
nical limits.Invention of hydraulic lime and later
on of Roman cement did not solve the prob¬
lem of concrete quality fundamentally.
Heterogeneity of raw materials and igno¬
rance towards mechanisms of structure for¬
mation and hardening of binders did not
allow to adjust technological processes
and to obtain concrete of guaranteed qual¬
ity on-the-fly. Along with the high-quality
concrete at that time a lot of rejects was
produced. Deterioration of Dock of Tou¬
lon in 1841 testifies to this fact.Cement developed by Aspdin and Che-
liev was not remarkable for high quality.
That is why there is a lot of reclamations
42Краткий исторический очерк развития науки о бетоневяжущего. Необходимо отметить, что массо¬
вое качественное изготовление бетона нача¬
лось только после усовершенствования вяжу¬
щего Ч. Джонсоном. Однако использование
высококачественного цемента еще не реша¬
ло полностью проблему технологии бетона.
Невысокие профессиональные качества мно¬
гих производителей работ дискредитировали
идею массового применения цементных бето¬
нов. Довольно часто бетон разрушался из-за
плохого уплотнения, ведения работ при не¬
благоприятных погодных условиях, отсут¬
ствия ухода в процессе твердения и других
факторов. При этом вопрос был настолько
острым, что в свое время петербургскому ге¬
нерал-майору и профессору А. Р. Шуляченко
пришлось использовать не только весь свой
авторитет, но и приложить немало усилий,
чтобы отстоять развитие производства цемен¬
тов и бетонов в России. Но это еще не решало
проблему. Разрушение бетона одесского пор¬
та в 1872 г.. повреждение подводной части
Северного мола Эймунденского порта в Гол¬
ландии и еще десятки аналогичных случаев в
Англии, США, Германии, Бельгии, Италии
подтверждали непригодность цементного бе¬
тона для морского строительства.Еще в 40-х годах XIX в. Л.-Ж. Вика пы¬
тался найти причину разрушения бетона в
морской воде. Многочисленные эксперимен¬
ты показали, что причиной разрушения явля¬
ются соли магния, вступающие в реакцию с
гидроксидом кальция, образующегося при
твердении цемента. Интенсифицируются ис¬
следования, связанные и с механизмом твер¬
дения бетона. Л.-Ж. Вика, Е. Езионоранский,
Д. Заботкин выдвигают одну за другой гипо¬
тезы схватывания и твердения цементов. Фи¬
зическую и химическую сущность твердения
объясняют Лешателье и Михаэлис, Терно¬
вом, Н. Н. Лямин, но пройдут еще десятки лет,
пока станут ясны все причины и механизмы кор¬
розии цементного камня и бетона, будут найде¬
ны эффективные методы защиты от разруше¬
ния. Уроки разрушений бетона в морской и реч¬
ной воде, а также других агрессивных средах
изучаются уже более 150 лет. Не на все вопро¬
сы этих уроков до сих пор даны достаточного
убедительные ответы и не все строители их проч¬
но усвоили. Поэтому и в наше время продол-and refusals to use this cement. It is neces¬
sary to mention that mass production of
high-quality concrete started after it was
improved by Ч. Джонсон. However, utili¬
zation of high-quality cement would not
completely solve the problem of concrete
technology. The idea of mass application
of cement concrete was discredited by poor
professional qualities of many superinten¬
dents of the works. Quite often concrete
deteriorated due to low-quality concrete
consolidation, unfavourable weather con¬
ditions, lack of care during the process of
hardening and other factors. This issue was
so critical that in due time major-general
A.R. Shuliachenko had to use all his au¬
thority and to make considerable efforts to
stand up for the production of cements and
concrete in Russia. Even this still did not
solve the problem. Deterioration of con¬
crete in Oddessa port in 1872, damage of
under water part of the northern pier in
Eimund port in the Netherlands as well as
scores of similar cases in Great Britain,
USA, Germany, Belgium, Italy endorsed
uselessness of cement concrete for marine
construction.As far back as in the 40s of the XIX c.
L.-J. Vicat tried to find out the reason of
concrete deterioration in the sea-water.
Numerous tests showed that the reason lay
in magnesium salts reacting with calcium
hydroxide isolated during cement harden¬
ing. Investigations concerning concrete
hardening mechanism intensify. L.-J.
Vicat, E. Ezioranskiy, D. Zabotkin again
and again put forward hypotheses of ce¬
ment grip and hardening. Le Chatelicr,
Michae, Ternob, N.N. Liamin explained
physics and chemistry of hardening. How¬
ever, many years should pass untill the
reasons and mechanisms of cement stone
and concrete corrosion would be clear,
efficient protecting methods would be
found. Lessons of concrete deterioration
in the sea and river water as well as in oth¬
er corrosive medium have been studied for
the last 150 years. Not all questions have
convincing answers so far and not all build¬
ers learned them well. That is why nowa-
Evolution of the Concrete Science. Historial Outline43жается разрушение гидротехнических, кана¬
лизационных и других сооружений.Весьма поучительны и уроки разрушения
плотин Паркер, Аунхи, Кулидж, Боулдер и дру¬
гих в США, ряда дорожных покрытий и мостов
в Канаде, Англии и СССР из-за использования
реакционноспособных заполнителей. Такие раз¬
рушения возникли из-за взаимодействия аморф¬
ного кремнезема заполнителей с содержащими¬
ся в цементе до 1,5 % (в настоящее время опти¬
мальное — до 0,6 %) оксидами калия и натрия во
влажной среде эксплуатации бетона. Аморфный
кремнезем, содержащийся как в крупном, так и
мелком заполнителе, — это халцедоны, представ¬
ляющие тонкопористую мелкокристаллическую
разновидность кварца (роговик, кремень, агат,
яшма, опал, тридимит, кристобалитит. п). Из этих
аварий гидростроителями сделаны достаточно
убедительные выводы. В настоящее время норми¬
руется содержание свободных оксидов в цементе,
проверяется реакционноспособность заполните¬
лей. Но, к сожалению, такие испытания выполня¬
ют обычно только для крупных объектов.В практике гидротехнического строитель¬
ства немало примеров разрушения сооруже¬
ний из-за высокой скорости водных (а точнее,
суспензионных) потоков. Причинами здесь
являются кавитационные явления и механичес¬
кий износ. Такие разрушения имели место на
Волжской и Чарвакской ГЭС, плотинах Боул¬
дер и Палисейд (США), Альдеадавила (Испа¬
ния) и многих других.Примерами плохого усвоения уроков исто¬
рии строительства являются типовые аварии
зданий и сооружений из-за замораживания бе¬
тона в процессе производства работ. Так, толь¬
ко за последние 40 лет произошло более 100
крупных разрушений конструкций по этим при¬
чинам. Это 5—9-этажные крупнопанельные
дома в городах Донецке (1960), Куйбышеве(1961), Сургуте и пос. Глебовский Московской
области (1972—1979), Нижнекамске (1977),
Волгодонске (1982), Костроме (1982), Усть-
Омчуге Магаданской области (1983), Ереване
(1983), Сморгоне Белорусской (1986), Волгог¬
раде (1987), Целинограде (1988) и т. д. Этот
список можно было бы продолжить не только
отечественными примерами, но и зарубежными
—девятиэтажный дом в г. Лакхти (Финляндия),
монолитная башня в г. Праге (Чехия) и т. п.days hydraulic structures, sewerage systems
and other constructions keep on deteriorate.The lessons of deterioration of dams
in Parker, Aunkhi, Collidge, Boulder,
etc. in the US, pavement and bridges in
Canada, Great Britain and the USSR
due to application of reactive aggregates
are instructive. It happened due to inter¬
action of amorphous silica of aggregates
with 1.5% (optimal figure at present is
up to 0.6%) of potassium and sodium ox¬
ides in humid environment. Amorphous
silica, contained both in coarse and fine
aggregates, or chalcedony, is porous
fine-grained variety of quartz (hornfels,
flint, agate, jasper, opal, tridymite, cris-
tobalite, etc.). Builder made persuasive
conclusions out of these accidents. At
present contents of free oxides in cement
is rationed, reactivity of aggregates is
tested. Unfortunately, such tests are
done only for large objects.Practice of hydraulic construction has
a lot of examples of deterioration due to
high speed of water (or rather, suspen¬
sion) flow. The reasons are cavity phe¬
nomena and mechanical deterioration.
Such destructions took place in Volzhs-
kaya and Charvakskay hydroelectric
power station, dams of Boulder and Pal¬
isade (USA), Aldeadavilla (Spain) and
many others.Model accidents due to concrete
freezing in the process of construction
are examples of poor learning of histo¬
ry lessons. For instance, for the last 40
years more than 100 considerable cases
of destruction took place because of this,
e.g. five- and nine-storeyed frame-and-
panel buildings in Donetsk (1960),
Kujbyshev (1961), Surgut and Hle-
bovskiy settlement in Moscow region
(1972 - 1979), Nizhnekamsk (1977),
Volgodonsk (1982), Kostroma (1982),
Ust-Omchug in Magadan region (1983),
Yerevan(1983), Smorgona Belorusska
(1986), Volgograd (1987), Tselinograd
(1988), etc. This list could be continued
based on accidents abroad: 9-storeyed
building in Lahti (Finland), monolithic
44Краткий исторический очерк развития науки о бетонеКазалось бы, все очень просто: необходимо в
бетонную смесь вводить противоморозные
бесхлоридные добавки. Но разрушения кон¬
струкций по этим причинам продолжаются до
настоящего времени.Типовым примером является и низкая
прочность бетона при возведении монолитных
зданий и сооружений. Так, в 50—60-х годах
прошлого века в СССР по этой причине про¬
изошла серия аварий железобетонных силосов
элеваторов и цементных заводов, водонапор¬
ных башен, труб. Аналогичные случаи были
и за рубежом. К сожалению, никаких серьез¬
ных выводов, кроме фиксирования фактов
низкой прочности бетона, не делалось. А раз¬
рушения по этой причине уже исчисляются де¬
сятками тысяч.Наглядны примеры разрушения бетонов
из-за их низкой морозостойкости. По этой
причине в 1976 г. разрушился мост Рейхбрюк-
ке через р. Дунай в Австрии, а в 80-х годах —
несколько мостов в СССР, в том числе через
р. Стрий. Небольшая внимательная прогул¬
ка по улицам, площадям и проспектам даст
убедительные доказательства тому, что до¬
рожные, тротуарные плиты, бордюры разру¬
шаются уже через 3—5 лет после окончания
строительства, хотя по условиям эксплуата¬
ции они должны служить не менее 30—50 лет.
Не отличается высокой долговечностью и ас¬
фальтобетон. Из-за низкой морозостойкости
разрушаются не только дорожные, но и аэро¬
дромные покрытия, мосты, лотки ирригаци¬
онных сооружений, облицовки каналов и мно¬
гие другие конструкции. Возникает вопрос, а
неужели нельзя было до начала строительства
проверить морозостойкость бетона в конст¬
рукции. А как? До сих пор не разработано на¬
дежных методов экспресс-контроля. А неуже¬
ли нельзя было сделать выводы из уроков раз¬
рушений в 30—50-х гг. XX в. Сделаны, но не
всеми и не во всем. Казалось бы, учли все нау¬
чные рекомендации: использовали низкоалю-
минатные портландцементы, фракциониро¬
ванные и чистые заполнители, пластифициру¬
ющие и воздухововлекающие добавки, тща¬
тельно перемешивали бетонную смесь. Но
увы! Забыли о качестве уплотнения бетонной
смеси. Проведенный анализ причин массово -
го разрушения конструкций из-за низкой мо¬
розостойкости показал, что как раз по этойtower in Prague (Czech Republic), etc.
It seemed to be quite simple: one should
dope antifreeze non-chloride additives.
But accidents due to this reason contin¬
ue nowadays.Low concrete durability in the process
of monolithic construction is a common¬
place. For instance, there was a series of
accidents with reinforced silo of elevators
and cement works, water-towers, and chim¬
neys due to this reason in the 1950s and
1960s in the USSR. Similar accidents took
place abroad. Unfortunately, no serious
conclusions were drawn other than stat¬
ing the fact of low concrete durability.
There are already dozens of thousands of
similar accidents.Examples of concrete deterioration
caused by low frost resistance are obvi¬
ous. Reich brucke bridge across Danube
collapsed in Anstria due to this reason, as
well as several bridges in the USSR, in¬
cluding the one across Stryi river, did. A
walk along the streets, squares, and ave¬
nues will provide obvious evidence that
road and high-way slabs deteriorate in 3¬
5 years upon the completion of construc¬
tion, though according to service condi¬
tions they should serve not less than 30-50
years. Bituminous concrete does not dif¬
fer in terms of high durability. Not only
pavement but taxi tracks, bridges, shoots of
irrigation installations, lining of canals, and
many other construction deteriorate due to
low frost resistance. A question arises, was it
not possible to check for frost resistance be¬
fore construction. But how? There are no
methods of express-control. Couldn’t they
draw conclusions out of destructions in the
1930s-1950s. The conclusions were drawn
but not by all and not in all cases. It seems
that all scientific recommendations were con¬
sidered: low-aluminate type I cement and
pure aggregates, plasticizing and air-en¬
training additives were used, concrete mix
was thoroughly shuffled. But alas! One for¬
got about the concrete consolidation quali¬
ty. Analysis of the causes of mass destruc¬
tion due to low frost resistance showed that
just because of this prosaic reason more than
two thirds of concrete volume applied are
Evolution of the Concrete Science. Historial Outline45прозаической причине разрушается две трети
объема применяемого бетона. При наличии ме¬
ханизированного оборудования и инструмен¬
тов, более десятка докторских и 100 кандидат¬
ских диссертаций по проблеме вибрирования
бетонной смеси и армии дипломированных ин¬
женеров качество уплотнения бетонной смеси
во многих случаях ниже, чем при возведении
Великой Китайской стены и водопроводов древ¬
него Рима. Плохое качество уплотнения бетон¬
ной смеси в сочетании с низким качеством за¬
полнителей — это характерный дефект и поучи¬
тельный урок всего строительства в бывшем
СССР и развивающихся странах.Трагический урок невежества, из которого,
к сожалению, не сделано необходимых выводов,
приподнесли разрушения сборных железобетон¬
ных балок покрытий в Хмельницком, Здолбу-
нове и многих других городах в 1987 г. Балки
были изготовлены на Ровенском заводе высо¬
копрочных железобетонных конструкций (кста¬
ти, из обычного бетона марок 400—500). Это
предприятие по замыслу и проекту должно было
стать в 1981 г. первым в СССР специализиро¬
ванным заводом по выпуску конструкций из
высокопрочных бетонов. Не отличался завод
оригинальностью проектных решений, не пол¬
ностью была решена номенклатура выпускае¬
мой продукции, немало нарушений было и в
процессе строительства, не проявили инициати¬
ву многие научно-исследовательские органи¬
зации, вузы и научные работники, считавшими
себя крупными специалистами по высокопроч¬
ным бетонам. Короче говоря, как делать высо¬
копрочный бетон не знали ни проектировщики,
ни эксплуатационники. Научно-исследователь¬
ским институтом бетона и железобетона (г. Моск¬
ва) при участии автора были разработаны и осу¬
ществлены в практической деятельности завода
конкретные рекомендации по технологмт изготов¬
ления железобетонных конструкций из бетонов с
прочностью при сжатии до 80 МПа и осевом рас¬
тяжения до 3,8 МПа. Рекомендации предваритель¬
но опробовали в 1979—1981 гг. при изготовле¬
нии коробчатых настилов, балок, ферм и других
конструкций на Червоноградском заводе ЖБК и
Броварском заводостроительном комбинате. Но
в процесс вмешались руководители завода, не
имеющие ни соответствующего образования, ни
опыта изготовления конструкций промышленныхdestroyed. Despite the mechanical tools and
equipment, more than dozen of Ph.D. dis¬
sertations, more than 100 Candidate of sci¬
ence dissertations on the problems of con¬
crete mix vibration and numerous certified
engineers the quality of concrete mix con¬
solidation in many cases is lower than dur¬
ing the construction of Great China Wall
and water pipes in the Ancient Rome. Poor
quality of concrete mix consolidation in com¬
bination with the low-quality aggregates is
a typical defect and instructive lesson of con¬
struction in the former USSR and develop¬
ing countries.Accidents in Khmelnitskiy, Zdol-
bunov and many other cities in 1987
where built-up reinforced beams col¬
lapsed serve as tragic lessons of igno¬
rance of which no necessary conclusions
have been drawn. Beams s were made at
Rovno plant of high-strength reinforced
constructions (by the way, out of ordi¬
nary concrete of brand 400-500). Ac¬
cording to the plan in 1981 this plant
should have become the first specialised
enterprise producing constructions out
of high-strength concrete. However,
there was a lot of violations during its
construction, many research institutes
did not take the initiative, nomenclature
of the products was not completely de¬
termined, design choices did not differ
in terms of originality. To cut a long sto¬
ry short, neither designer nor operatives
knew how to make high-strength concrete.
Research institute of concrete and reinforced
concrete (RICRC, Moscow) with the assis¬
tance of the author designed and carried out
in practice specific recommendations on re¬
inforced concrete construction production
methods with the compression staength of
up to 80 Mpa and axial tension of 3.8 MPa.
Recommendations were tested during 1979
-1981 while producing box-like flooring,
beams, tuss, and other constructions on Ch-
ervonohrad casting yard. However, plant of¬
ficials intruded into the production process
possessing neither required education nor
experience of producing constructions for
industrial buildings and similar “specialists”
46Краткий исторический очерк развития науки о бетонезданий, и такие же “специалисты” местного вод¬
ного института. Результат не дал себядолго ждать.Очень низкий уровень знаний о бетоне и,
самое главное, упорное нежелание их пости¬
гать — одна из самых больших трагедий раз¬
вития производства бетона и железобетона.
В странах не только бывшего СССР, но и
ряда промышленно развитых стран автори¬
тет знаний очень часто заменяется авторите¬
том администрирования, технических усло¬
вий и инструкций. Сотни и тысячи разруше¬
ний конструкций, нерациональное использо¬
вание материалов, большая энергоемкость
и высокая стоимость бетона — все это, в зна¬
чительной степени, результат низкого уров¬
ня знаний производителя.И еще очень важные уроки истории—это уро¬
ки стихийных бедствий. Как сводки боевых дей¬
ствий, поступаютвсе новыеи новые сообщения о
наводнениях и землетрясениях. До сих пор ни Гол¬
ландия, ни Франция, не говоря уже о развиваю¬
щихся странах, не сделали выводы о требовани¬
ях к бетону защитных сооружений от наводне¬
ний. Не сделаны убед1ггельные выводы, касаю¬
щиеся бетона, из трагических событий землетря¬
сений в Узбекистане, Таджикистане, Армении,
Румынии, Мексике, Турции и даже Японии. На¬
пример, землетрясение в Армении и Турции выя¬
вило не только ошибки проектирования, но все
недостатки технологии бетона и производства
бетонных работ. А это, прежде всего, отсутствие
четкого обоснования проектных требований к
бетону, работо-способной системы оперативно¬
го регулирования составов бетона в процессе
производства, грубые нарушения технологичес¬
кого регламента и недостатки самого регламен¬
та, бесконтрольность качества продукции. Уро¬
ки аварий в Японии в январе 1995 г. и в Турции в
2000 г. требуют пересмотра не только концепции
проектных решений зданий и сооружений, но и
самого подхода к использованию бетона в сейс¬
мических районах. Стереотипный подход к про¬
ектированию и испытанию бетона не пригоден
для эксплуатации конструкций при динамичес¬
ких нагрузках. Так, например, в сейсмических
районах строительства (как, впрочем, и в ряде
других случаев) не столь принципиальное значе-from local Institute. The result did not keep
waiting.Very low level of knowledge about con¬
crete and, most important, persistent reluc¬
tance to grasp it was one of the most serious
tragedies in the process of concrete and rein¬
forced concrete development.In the countries
of the former USSR as well as in a number of
industrially developed states the authority of
knowledge is sometimes replaced by the author¬
ity of administration, technical specifications
and instructions. Hundreds and thousands of
destruction, irrational application of materials,
large power consumption and high concrete
costs - all this is, to a great extent, the result of
low level of knowledge by the producer.Other important history lessons are
natural disasters. Information about
floods and earthquakes arrive like a mil¬
itary round-up. So far neither Holland
nor France, let alone developing coun¬
tries drew conclusions about the require¬
ments towards concrete of installations
protecting against floods. No conclusions
have been drawn after tragic events in
Uzbekistan, Tadjikistan, Armenia, Ro¬
mania, Mexico, Turkey, and even Japan.
For instance, the earthquake in Armenia
and Turkey revealed not only mistakes
in design but all the drawbacks of con¬
crete technology. Those are, first of all,
lack of concise assessment of design ob¬
jectives, system of real-time adjustments
of concrete contents in the process of pro¬
duction, gross violation of technological
regulations as well as drawbacks of the
regulations themselves, uncontrolled
product quality. Lessons of disasters in
Japan in January 1995 and Turkey in
2000 require revision not only of concept
of design solutions and construction, but
revision of approach towards concrete ap¬
plication in seismic areas. Stereotype ap¬
proach to design and tests of concrete is
not operable at dynamic load. For in¬
stance, in seismic areas (as well as in other
cases) cube strength is not so important
Evolution of the Concrete Science. Historial Outline47ние имеет кубиковая прочность, сколько проч¬
ность бетона при осевом растяжении и много¬
кратно повторяющихся нагрузках. А эти вели¬
чины не всегда достаточно плотно коррелиро-
ваны. Например, при одинаковой прочности бе¬
тона при сжатии на различных заполнителях
прочность при осевом растяжении и при много¬
кратно повторяющихся нагрузках может отли¬
чаться в 1,2—1,6 раза. С этих позиций непонят¬
но устранение из ряда европейских норматив¬
ных документов, например, требований к проч¬
ности цемента на растяжение при изгибе, отсут¬
ствие требований к прочности сцепления связу¬
ющего и заполнителей и т. п. По-видимому, не¬
обходимо серьезно подумать и о месте дисперс-
ноармированных бетонов в конструкциях зда¬
ний и сооружений для сейсмических районов
строительства.Уроки истории не были бы достаточно пол¬
ными без рассмотрения ошибок и просчетов в
самой науке о бетоне, подготовке специалис-
тов-строителей и технологов. Конечно, поиск,
к сожалению, всегда связан с заблуждениями и
недоработками и быть “умным" на прошлых
ошибках, а тем более чужих, легче, чем самому
добывать новые знания. Но в данном случае
речь идет об ошибках, просчетах и прожектах,
которые можно было бы, безусловно, избежать.Одна из наиболее серьезных проблем в бе¬
тоноведении — это проектирование составов
бетона. Трудно найти специалистов, а порой
даже и дилетантов, которые не касались бы это¬
го вопроса. В чем конкретно суть вопроса? За¬
даны требования к бетонной смеси и бетону,
оговорены свойства применяемых материалов,
в частности цемента, воды, крупного и мелко¬
го заполнителей, условия транспортирования,
формования и твердения. Необходимо опреде¬
лить расход компонентов на 1м3 бетона в уп¬
лотненном состоянии. Как и в любой науке, тех¬
нология должна строиться на определенных за¬
кономерностях, но, увы, на практике все регу¬
лируется “на глазок”.Ни одно направление в технологии бетонов
не развивалось с такими большими и бесполез¬
ными затратами и ошибками, как разработка
методов активации компонентов бетонной сме-the strength of concrete at axial tension
and repeated load. Those figures are not
always quite correlated. For instance,
in case of equal compression strength
with different aggregates the strength at
axial tension and repeated load might
differ 1.2 - 1.6 times. From this pointt
of view, elimination of requirements to¬
wards tensile strength at bending out of
some european normative documents,
absence of requirements to the bond re¬
sistance of coupling agent and aggre¬
gates, etc., is not quite clear. It seems
reasonable to think over the place of dis¬
persive reinforced concrete in the con¬
struction of buildings and installations
for seismic areas.Lessons of history would not be com¬
plete without considering mistakes and
miscalculations in the science about con¬
crete itself, and preparation of special¬
ists. Of course, the search is always con¬
nected to errors and defects. It is easier to
be “smart” knowing previous mistakes,
especially those ones of others, than to gain
knowledge anew. But in this case we are
not going to speak about mistakes and mis¬
calculations which might be avoided.One of the most serious mistakes in con¬
crete studeis is designing concrete mix. It is
hard to find specialist or, some times lay¬
men, who would not touch upon the issue.
What is it all about? Let’s say, for instance,
that requirements towards concrete mix and
concrete itself are given, characteristics of
materials to be used are agreed upon, in par¬
ticular cement, water, coarse and fine ag¬
gregates, means of transportation, molding
and hardening. It is necessary to determine con¬
sumption of components per 1 m3 of consolida
ted concrete. Technology should be based on
certain regularities as in any other science, how¬
ever, not everything could be done by eye.Developement of concrete mix compo¬
nents activation methods evolved with a
lot of unnecessary expenses and mistakes.
How much time was spent in the 1950s -
48Краткий исторический очерк развития науки о бетонеси. Сколько времени и средств было затрачено
в 50—60-х годах на внедрение в практику стро¬
ительства вибродомола цемента? Сколько на¬
учных статей и диссертаций было написано в
60—70-х годах по магнитной обработке воды
для затворения бетонной смеси, сколько про¬
мышленных установок для омагничивания
воды было установлено на заводах? Сколько
научной энергии было затрачено в эти же годы на
ультразвуковую обработку цементно-водных сус¬
пензий? Прибавим еще к этому талую и ионизиро¬
ванную воду, сочетание ультразвуковой и маг¬
нитной обработки воды и т. п. А кто объективно
соизмерил эффект и затраты, связанные с освое¬
нием в 80-х годах так называемой раздельной
технологии приготовления бетонной смеси, в
общем-то давно известной под другим названи¬
ем, но испорченной плохим исполнением?А сколько средств истрачено на так назы¬
ваемую “беспропарочную“ технологию, на ис¬
пользование “чудо-добавок” с надуманными
эффектами. И еще довольно неприятный воп¬
рос: если отбросить фантазии, то насколько свя¬
заны сегодня научные исследования с техноло¬
гией бетона и какая реальная отдача от этих
работ?Приведенный обзор был бы неполным,
уроки плохими, а позиция автора осталась бы
беспринципной без конкретного анализа про¬
дуктов “мусорной“ свалки науки о бетоне.Сегодня, возможно, как никогда, инфор¬
мационное пространство науки захламлено
сорняками, наукообразным фальсификатом и
бутафорией. Если верить публикациям в на¬
учных журналах и рекламным проспектам, то
бетон можно было бы давно изготавливать
без цемента, а себестоимость его снизилась
бы, по самым скромным данным, в 2—3 раза.
К большому сожалению, это далеко не так.
Наука о бетоне чаще всего сводится к дис¬
сертациям, отдельным фрагментам и недобро¬
совестной рекламе. За именами в науке о бе¬
тоне, порой и известными, довольно часто
стоит не конкретный вклад в бетоноведение,
а привлекательные картинки из статей, дол-1960s to apply vibration crushingof cement?
How many articles and dissertations was
written in the 1960s and 1970s on magnetic
water treatment for the purpose of concrete
mix tempering, how many commerical
plants for water magnetization were in¬
stalled in the plants? How many energy was
spent at the same time on ultrasound treat¬
ment of cement-water suspension? Add to this
water from melted snow and ionized water,
combination of ultrasound and magnetic
water treatment, etc. And who objectively
weighted effect and expenses connected to
the development of the so-called separate
preparation technology of concrete mix in
the 1980s which was known for a long time
under different title, though was spoilt by
poor performance?And how much money was spent on the
so-called “steamless” technology, on appli¬
cation of the so-called “wonder-additives”
with the forced effects. Another not quite
pleasant question: to what extent scientific
research is coherent with the concrete tech¬
nology and what is the real efficiency of it?This overview would not be complete and
the author’s position would remain unscru¬
pulous without the specific analysis of the
products of the so-called “landfill” of con¬
crete science.Nowadays, as never before, information¬
al space is cluttered up with pseudo-scientif¬
ic falsification and sham. According to some
publications in the scientific journals and
advertisement brochures concrete might be
produced without cement and its cost price
in this case would be 2 - 3 times less. Unfor¬
tunately, it is far from being true. Concrete
science often comes to dissertations, sepa¬
rate fragments and unfair advertisement.
Some names in concrete science, sometimes
well-known ones, are associated not with
the specific contribution to the concrete
studies, but fetching pictures from articles,
their positions and titles. Most often for
Evolution of the Concrete Science. Historial Outline49ясности и звания. Чаще всего для видимос¬
ти научности заимствуют без глубокого
анализа и привязки к теории и практике бе¬
тона известные положения из различных об¬
ластей фундаментальных наук. Нередко за
новые знания о бетоне выдаются процес¬
сы, связанные с отдельными, не имеющие
принципиального значения в бетоноведе-
нии, вопросами. Безусловно, для бетоно¬
ведения интересны вопросы квантовой те¬
ории, реологии, гидратации вяжущих, ма¬
тематического моделирования, но вся про¬
блема в том, как они вписываются в саму
науку о бетоне и что нового в нее вносят.
Критерий оценки здесь прост: экспери¬
мент и практика. Численное решение аб¬
солютного большинства приведенных в
таких работах примеров показывает их
банальность, а порой и абсурдность.Еще один способ, позволяющий отде¬
лить рекламную шумиху и наукообразие
от истины, — это ясность, прозрачность и
воспроизводимость. С этих позиций и про¬
должим дальнейшее изложение.appearance of scientific character well-known
regulations from different areas of abstract
science are borrowed without in-depth anal¬
ysis and association with theory and prac¬
tice of concrete. Sometimes processes con¬
nected with separate issues lacking princi¬
pal meaning for concrete studies are pre¬
sented as new information about concrete.
No doubt, issues concerning quantum the¬
ory, rheology, hydration of binders, math¬
ematical modelling are quite interesting for
concrete studies; but the problem is how
they are blended in the concrete science
themselves and what is their contribution.
Assessment criteria are quite simple: exper¬
iments and testing. Quantitative solution of
similar examples given in such works shows
their commonplace character and some¬
times even ineptitude.Another method allowing to separate
advertising clamour and sciolism from the
truth is clarity, transparency and reproduc¬
ibility. From this standpoint we shall pro¬
ceed.Список литературы1. Агабальянц Э. Г. Второе рождение материа¬
лов. — Киев: Наук, думка, 1983. — 144 с.2. Акимов Б. А. Железобетон. — С.-Петербург,
1905.3. Я. Я. Александрин. Строительный контроль
качества бетона. — С.-Петербург, 1913.4. Альберти Л. Б. Десять книг о зодчестве. —
Рим, 1456.5. Волков М. С. Изложение правил составления
известковых цементов и растворов. —С.-Петербург, 1830.6. Вайц В. М. Чудо-порошок. — М.: Строиздат,1966. — 140 с.7. Витрувий Марк. 10 книг об архитектуре. —
Рим, 14 г. до н. э.8. Гершберг О. А. Технология бетонных и желе¬
зобетонных изделий. — М.: Строиздат. —
1971,-360 с.9. Житкевич Н. А. Бетон и бетонные работы. —С.-Петербург, 1912.Bibliography10. Зворыкин Д. Н. Развитие строительной науки
в СССР. — М.: Стройиздат, 1981. — 293 с.11. Значке-Яворский И. Л. Очерки истории вяжу¬
щих веществ от середины древнейших вре¬
мен до середины XIX в. — JL: Стройиздат,
1963. — 152 с.12. Зубов В. Я; Петровский Ф. А. Архитектура
античного мира. — М.: Академия архитек¬
туры СССР, 1940. — 520 с.13. Кочетов В. А. Римский бетон. — М.: Строй¬
издат, 1991. — 112 с.14. Кириенко И. А. Бетонные работы на морозе.
— Киев, 1919.15. Кувыкин Б. А. Современные методы проек¬
тирования составов бетона. — М. —В о лю¬
строй, 1934. — №1,2.16. Лопатто А. Э. Из истории развития строи¬
тельных конструкций. — К.: Бущвельник,
1990. — 112 с.
50Краткий исторический очерк развития науки о бетоне17. Малюга И. Г. Составы и способы изготовле¬
ния цементного раствора (бетона) для полу¬
чения наибольшей крепости. — С.-Петер¬
бург, 1895.18. Михайлов К. В., ВолковЮ. С. Бетон и железо¬
бетон в строительстве. — М., Стройиздат,
1987. — 104 с.19. Мчедлов-Петросян О. П. Эволюция теории
твердения минеральных вяжущих на протя¬
жении ста лет // Технологическая механика
бетона. — Рига: РПИ, 1988. — С. 85—94.20. Пащенко А. А., Сербии В. П., СтарчевскаяЕ. А. Вяжущие материалы. — Киев: Бища шк.,
1985. —440 с.21. Ракур де Шарлевиль. Трактат об искусстве
изготовлять хорошие строительные раство¬
ры. — С.-Петербург, 1822.22. Роде А. Правила для расчета, производства
работ и испытания железобетонных соору¬
жений. — С.-Петербург, 1905.23. Совалов И. Г., Гершберг О. А. Бетонные ра¬
боты. — М., 1936.24. Сендеров Б. В. Аварии жилых зданий. — М.:
Стройиздат, 1991. — 216с.25. ЧебуковМ. Ф. Глиноземистый цемент. — М.,
1938.26. Челиев Е. Полное наставление, как приго¬
товлять дешевый и лучший мертель или це¬
мент, весьма прочный для подводных стро¬
ений, как-токканалов, мостов, бассейнов,
плотин, подвалов, погребов и штукатурки
каменных и деревянных строений — М.,
1825.
Глава 2Chapter 2МЕТОДОЛОГИЧЕСКАЯКОНЦЕПЦИЯMETHODOLOGICAL |
CONCEPT j
52Глава 2Бетон — развивающаяся и
трансформирующая полистима,
включающая системно-структурные
уровни от связующего до конструкции
здания или сооружения.Concrete is a developing and
transforming polysystem comprising
system-structural levels from the
coupling agent to construction of the
building or erection.л f<k f<k v
Y = aо +X aixXi + 'Tuaax\i +'£laijxuxij +•••>1=1 1-1 I< jk<n k<nY2 =b0 + bxyx + bxxyi2 +Y,bix2, +^Ьих1+^ьяУ \x2i +^biJx2ix2j. +...,1=2 1=2 m^n i<jm-1 m-1=V0 + £v(j>, + +XV'X™ + £V*** +XVVXm'X^ +1=1 1=1*</nnСистемно-структурныйуровеньSysterrvstructural levelИздержкипроизводстваProduction costsСодержание показателя издержек производства
Contents of production costs indexСтроительно¬эксплуатационныйConstruction-operational/=1Отношение издержек производства конструкций,
включая издержки на эксплуатацию (/S’,3), к
объему (плошади и т. п.) здания или сооружения(кЛRatio of construction production costs, including
operational costs (s^ ) to the volume (area, etc.) of
building or construction (V3C)Строительно¬технологическийConstruction-technologicalmScm = ^S‘m/V3Ci=1Отношение издержек производства конструкций,
включая издержки на транспортирование имонтаж (sfm), к строительному объему
(площади и т. п.) здания или сооруженияRatio of construction production costs, including
transportation and mounting costs (sf”1) to building
volume (area, etc.) of building or erection
Chapter 253МЕТОДОЛОГИЧЕСКАЯ
КОНЦЕПЦИЯ2.1. Методологический подходКаждая область научного знания имеет
свою методологическую концепцию. Бетоно-
ведение в общей системе знаний не является
исключением и нуждается также в своеобраз¬
ном подходе, особой форме и композицион¬
ном построении. Поэтому целью данного эта¬
на работы является выработка такого под¬
хода к исследуемому объекту, который по¬
зволил бы выполнить его анализ многопла¬
ново, многомерно и органично, т. е. на раз¬
ных структурных уровнях и в разных систе¬
мах коордннат.Необходимо отметить, что методологии
бетона не уделялось должного внимания.
Вместе с тем опыт научных исследований в
других областях знаний показывает, что ме¬
тодологическая концепция, даже при одном
и том же фактическом материале, позволяет
получить не только новые результаты, но и
вызывает своеобразную организацию полу¬
ченных зависимостей, дает возможность вы¬
явления принципиальной новизны исследова¬
ния. Основными методологическими особен¬
ностями проводимого нами исследования яв¬
ляются, с одной стороны, относительная не¬
зависимость от ряда узкоспециализирован¬
ных теорий, а с другой, взаимосвязь с про¬
блемами технической физики, прикладной хи¬
мии, физико-химической механики, экономи¬
ки и организации производства. Понятно, что
и сам процесс выработки нового подхода в
бетоноведенни должен был пройти естествен¬
ный путь развития, который связан с накоп¬
лением теоретических и экспериментальных
данных, дифференциацией исследований,
проверкой различных гипотез и схем. При
этом уровень дифференциации исследований
достиг такой степени развития, которая со¬
здает предпосылки для формирования теоре¬
тически целостной системы анализа и выра¬
ботки единого подхода.Методологический подход к бетону рас¬
сматривается на основе общих представле-METHODOLOGICAL
CONCEPT2.1. Methodological approachEach area of expertise has its method¬
ological concept. Concrete studies is not
an exception in the general system of
knowledge and, thus, requires peculiar
approach, specific form and composition¬
al design. Therefore, the objective on this
stage is to elaborate an approach towards
the subject under investigation that will
allow to conduct comprehensive and mul¬
tivariate analysis, i. e. on various struc¬
tural levels and different system of coordi¬
nates.It should be mentioned that insuffi¬
cient attention was paid to the concrete
studies methodology. At the same time
experience of research in other areas of
expertise shows that methodological
concept, even in case of similar facts,
maket it possible to receive not only new
results but causes specific organization
of dependencies obtained, enables to re¬
veal principle novelty of research. Ma¬
jor methodological peculiarities of the
current research are, on the one hand,
relative independence of a number of
highly tailored theories and, on the other
hand, correlation with the problems of en¬
gineering physics, applied chemistry,
physical-chemical mechanics, economics
and organization of production. It is ob¬
vious that the process of new approach
elaboration in concrete studies should
have passed certain evolution connected
to accumulation of theoretical and empir¬
ical data, differentiation of research, test¬
ing various hypotheses and schemes. The
evel of research differentiation reached
such a degree of development when pre¬
requisites are created for designing theo¬
retically coherent system of analysis and
evolving unified approach.Methodological approach towards
concrete is considered on the basis of ge-
54Методологическая концепцияний теории твердого тела, коллоидной и фи¬
зической химии и других фундаментальных
наук. Такая постановка вопроса, предпола¬
гающая подведение под технологию бетона
фундаментальной научной основы, развива¬
лась и развивается во многих научных рабо¬
тах. Однако возникает вопрос: какая же об¬
ласть научных знаний может стать методоло¬
гической основой бетоноведения и как она
будет связана с технологией и экономикой
бетона? Необходимость использования мето¬
дов фундаментальных наук бесспорна, когда
речь идёт об отдельных направлениях на¬
учных исследований. Но когда возникает
проблема выработки общего подхода, не¬
обходима, по-видимому, более широкая
область знаний.Проф. В. А. Вознесенским выдвинут и раз¬
вивается вероятностно-статистический под¬
ход к бетону на основе системного анализа,
алгоритмизированных экспериментальных
исследований в синтезе с приёмами и метода¬
ми физико-химической механики материалов.
Такой подход как составная часть методоло¬
гии исследования представляется интерес¬
ным. Однако он не охватывает критерии и
принципы оптимальности, а также системно¬
структурные уровни бетона в их взаимо¬
связи.Одна из серьёзных попыток выработки еди¬
ного подхода к бетону сделана в работах проф.
И. А. Рыбьева. Сущность этого подхода состо¬
ит в рассмотрении объекта исследования с по¬
зиций общей теории искусственных строитель¬
ных конгломератов (ИСК). Однако рассмотрен¬
ные работы не могут служить методологичес¬
кой основой бетоноведения, так как не содер¬
жат основополагающих принципов и законо¬
мерностей. Ещё большее сомнение вызывает
главное звено теории ИСК —• “закон сгвора”,
сущность которого состоит в том, что опти¬
мальной структуре (определённому набору
структурных параметров) или хотя бы одному
оптимальному ключевому параметру соответ¬
ствует комплекс экстремумов свойств, в том
числе и наибольшая экономическая эффектив¬
ность, которые непосредственно связаны со
структурой и достаточно чувствительны к еёneral idea about solid-state theory, disper-
soidology and physical chemistry as well as
other fundamental sciences. This way of rais¬
ing the issue, suggesting for fundamental sci¬
entific grounds of concrete technology, has
been developed in many scientific works.
However, a question might emerge: which
of the areas of expertise might become meth¬
odological basis of concrete studies and in
what way it would be connected with con¬
crete technology and economy of concrete?
The necessity to use methods of fundamen¬
tal sciences is apparent when we speak about
separate directions of scientific research. But
when the problem of elaborating mutual ap¬
proach appears, probably, wider area of ex¬
pertise is essential.Professor V.A. Voznesenskiy put for¬
ward probabilistic-statistical approach to¬
wards concrete based on systems analy¬
sis, algorithms of experimental investiga¬
tion in combination with the methods of
physical-chemical mechanics of materials.
Such approach, as a constituent part of
research methodology is quite interesting.
However, it does not cover all the criteria
and principles of optimality, as well as sys¬
tem-structural levels of concrete during
their interaction.Serious attempt to work out unified ap¬
proach towards concrete was done by prof.I.A. Rybiev. The essence of this approach
consists in considering subject of investiga¬
tion from the standpoint of general theory of
artificial construction conglomerate (ACC).
However, the works considered cannot serve
as the methodological basis for concrete stud¬
ies since they do not contain fundamental
principles and tendencies. The main unit of
ACC theory - the “law of range”, the es¬
sence of which lies in the fact that a set of
extremes of properties, including overall
economic efficiency, directly connected to
the structure and sensible enough to its
change, corresponds to the optimum struc¬
ture (certain set of structural parameters) or
at least one optimal key parameter - causes
even more doubts. At the same time uni-
Methodological concept55изменению. При этом указывается на универ¬
сальность рассматриваемых закономернос¬
тей, но не даётся чётких определений крите¬
рия оптимальности структуры, принципов и
объяснений полученным данным. Углублён¬
ный анализ работ, иллюстрирующий “закон
створа”, показывает, что фактически под¬
тверждена известная корреляция между рядом
свойств бетона при экстремальных значени¬
ях водоцементного отношения и доли песка в
смеси заполнителей. Эту корреляцию с целью
уменьшения объема экспериментальных ра¬
бот часто используют в практической дея¬
тельности. Но этот прием недостаточно обо¬
снован теоретически и не всегда приводит к
оптимальным результатам. Так, например, эк¬
стремальное значение отношения вода/цемент
(В/Ц) для предела прочности бетона при сжа¬
тии не является оптимальным для деформатив-
ных свойств и технико-экономических пока¬
зателей, а оптимальная доля песка в смеси за¬
полнителей, обеспечивающая минимальную
водопотребность бетонной смеси и макси¬
мальную прочность бетона при сжатии, не все¬
гда является оптимальной с позиций предела
прочности при осевом растяжении, водонеп¬
роницаемости и других свойств. Очевидно, и
отсутствие чёткой конгруэнтности при экст¬
ремальном значении В/Ц между прочностью
и средней плотностью, теплопроводностью,
газонепроницаемостью и другими основными
свойствами бетона. К примеру, всем извес¬
тен факт, что при выборе составов конструк¬
ционно-теплоизоляционных бетонов наилуч¬
шей теплопроводности, как назло, соответ¬
ствует наихудшая прочность.Предметом отдельного критического ана¬
лиза является применение “закона створа” для
нахождения наилучших технико-экономичес¬
ких показателей. Во-первых, приводимые
автором зависимости технико-экономических
показателей от основных структурных пара¬
метров не совсем корректны. Так, например,
зависимость полных приведенных затрат на
100 м3 раствора от В/Ц в анализируемых ра¬
ботах носит экстремальный характер, хотя с
увеличением В/Ц себестоимость и удельныеversality of tendencies under investigation
is stressed, thongh, no clear definitions of
criteria of optimal structure and principles
are given, explanations of the results ob¬
tained are not provided. In-depth analysis
of the works illustrating the “law of range”
shows that already known correlation be¬
tween the series of concrete properties at ex¬
treme values of water-to-cement ratio and
sand ratio in aggregate mix was proved. This
correlation is often used in practice for the
purpose of decreasing the scope of experi¬
mental work. However, this technique is in¬
sufficiently proved theoretically and not al¬
ways leads to optimal results. For instance,
extreme value of water-to-cement ratio (this
ratio for breaking point of compression
strength of concrete is not optimal for defor¬
mation properties and performance charac¬
teristics; optimal sand ratio in the mix of ag¬
gregates providing for minimum water re¬
quirement of concrete mix and maximum
compression strength of concrete is not al¬
ways an optimal one from the standpoint of
breaking point at axial tension, strength,
water permeability and other characteris¬
tics. Lack of distinct congruency at extreme
value of water-to-cement ratio between
strength bulk density, thermal conductivity,
gas impermeability and other characteris¬
tics of concrete is obvious. For instance, it is
a well known fact that while selecting mix¬
tures of constructional heat insulating con¬
crete the best thermal conductivity corre¬
sponds to, as ill luck would have it, the worst
strength.Application of “the law of range” for
the purpose of locating the best technico-
economic indices is the subject matter of a
separate critical analysis. First of all, de¬
pendencies of technico-economic indices
on basic structural parameters quoted by
the author are not quite correct. For in¬
stance, overall reduced costs per 100 m3
of mortar dependence on water-to-cement
ratio bears extreme character in the works
being analysed, though the higher the water-
56Методологическая концепцияприведённые затраты на 1м3 уменьшаются.
Экстремальный характер имеет зависимость
удельных приведенных затрат от В/Ц и
удельной прочности, но положение экстре¬
мума зависимости затрат не обязательно со¬
впадает с максимальной прочностью и за¬
висит от соотношения цен на вяжущие и за¬
полнители. Методологический пример тако¬
го анализа приведён на рис. 2.1.1, 2.1.2.to-cement ratio the lower is the cost price and
specific reduced cost per 1 m3 are. Extreme
character is revealed in the dependency of re¬
duced cost per unit on water-to-cement ratio
and weight strength, however, position of the
extremum of expenses dependency does not nec¬
essarily coincides with the maximum strength
and depends on the correlation of prices on
binders and aggregates. Methodological ex-12,2ra 12
с11,811,611.4
11,2
11
10,8
10,610.4
10,2a>гс<DОIСs<•>COgз:IQ)3"'OОXосоa>2§§109,89,69,49,2CC3<»ос<0ии£&оCD£3:зв1з&?01
4)IОSос:Рис. 2.1.1. К вопросу о “законе створа”:1 —зависимость прочности от В/Ц;2 — зависимости удельного расхода цемента;3 — зависимость издержек производства при
высокой цене цемента и низких ценах на заполни¬
тели;4 — зависимость издержек производства при
низкой цене цемента и высоких ценах на крупный
заполнитель.Figure 2.1.1. On the issue of “the law of
range”:1 — dependency of durability on water-to-
cement ratio;2 — dependencies of elementary discharge
of cement;3 — dependency of production costs in case
of high cement prices and low aggregates prices;4 — dependency of production costs at low
cement prices and high coarse aggregate prices.
Methodological concept570)' 1
Оc:оо0
5саф1 0,8Q.0,6Фс:5СО
I01'ОIо05
фФз-§6
Ф1
О
'Оощ 020,4С;5соto *Iс:ф:зСгФОо!о!'ОфI«Всо£оо0
&1'О3Рис. 2.1.2. К вопросу о “законе створа”
для структурного параметра:1 — зависимость прочности бетона при сжатии;2 — зависимость водонепроницаемости;3 — зависимость издержек производства.Анализ этих данных показывает, что ни одно
положение экстремума не совпадает. Воз¬
можны и другие зависимости, но совпаде¬
ние экстремумов может оказаться только
случайным или результатом искусственной
подгонки.Таким образом, главное звено теории
ИСК — “закон створа” — является ошибоч¬
ным, а попытка связать его с законами диа¬
лектики оборачивается вульгаризацией мето¬
дологии исследования.Figure 2.1.2. On the issue of “the law
of range” for structural parameters:1 — dependencies of compression strength of
concrete;2 — dependencies of water permeability;3 — dependencies of production costs.ample of such analysis is cited in the table 2.1.1,
2.1.2. Analysis of the data shows that none of
extremum positions coincides. Other depen¬
dencies are possible as well, but coincidence of
extremums might be either fortuitous or appear
as a result of artificial adjustment.Therefore, main section of the ACC
theory - “the law of range” - is errone¬
ous, and attempts to bind it with the laws
of dialectics turn into vulgarization of re¬
search methodology.
58Методологическая концепцияКак показывает опыт фундаментальных и
прикладных наук, теоретические ошибки и
заблуждения часто связаны с методологией
исследования. Необходимо отметить, что
ошибочность методологического подхода в
бетоноведении приводит к тому, что методи¬
ка в ряде случаев принимается за теорию, а
применение нового математического аппа¬
рата — за методологию исследования. Наря¬
ду с этим необходимо отметить и наличие спе¬
куляций на математическом аппарате в тех¬
нологии бетона. Новые математические ме¬
тоды, безусловно, позволяют более глубоко
и нолно проводить изучение объекта иссле¬
дования. Но только при правильном методо¬
логическом подходе! В то же время при от¬
сутствии чётких методологических принци¬
пов новый математический аппарат лишь
усугубляет допускаемые ошибки и просчёты.Наибольший интерес для проводимого ана¬
лиза представляет предложишая проф. В.И. Со-
ломатовым так назьшаемая полиструктурная тео¬
рия, которую, m-вцдимому, правильнее было бы
назвать новым методологическим подходом. Со¬
держание л ого подхода состоит в представлении
бетош и других композиционных материалов по-
листруктурным образованием, составленным из
многих структур (от атомных и молекулярных до
макроструктур), переходящих одна в другую по
нришцшу “структура в структуре”. Отмечая про¬
грессивность такого подхода, необходимо за¬
метить, что эффективность его применения ог¬
раничивается изучением свойств материалов.
Недостатком полиструктурного подхода явля¬
ется отсутствие основополагающих принципов
связи с технологией, экономикой и условиями
эксплуатации бетона.Таким образом, для проведения дальней¬
шего исследования наиболее перспективны¬
ми являются вероятностно-статистический и
полиструктурный подходы к бетону.На основании анализа современных ме¬
тодологических подходов представляется
интересным рассмотрение бетона как иерар¬
хии системно-структурных уровней (от вя¬
жущего, связующей системы, бетонной сме¬
си до бетона в конструкции) и их взаимо¬
связей, трансформирующихся и развиваю¬
щихся но принципу “система в систему”.
Этот подход, являющийся одной из наибо-As appears from experience of funda¬
mental and applied sciences theoretical mis¬
takes and errors are often related to research
methodology. It should be mentioned that
fallacy of methodological approach in con¬
crete studies leads to the fact that methodol¬
ogy in some cases is recognised as a theory,
and application of new mathematical tools- as research methodology. Along with it,
presence of gambling on mathematical tools
in concrete technology should be mentioned
as well. New mathematical tools, no doubt,
allow for in-depth and comprehensive study
of the subject of inquiry. This happens only
in case of sound methodological approach!
At the same time in case of absence of dis¬
tinct methodological principles new mathe¬
matical tools only aggravates the errors and
miscalculations commited.Of great interest for the current re¬
search is the so-called polystructural
theory suggested by prof. V. I. Soloma-
tov, or rather new methodological ap¬
proach. The idea is to consider concrete
and other composite materials as poly¬
structural formations consisting of many
structures (from atomic and molecular
to macrostructures), passing one into an¬
other according to the principle “struc¬
ture in structure”. Despite the advanced
nature, the efficiency of its application
is limited to investigation of properties
of materials. The drawback of polystruc¬
tural approach is the lack of fundamen¬
tal principle of connectedness with tech¬
nology, economy and service conditions
of concrete.Therefore, probabilistic-statistical and
polystructural approaches towards con¬
crete are the most appropriate ones for the
purpose of further research.Based on analysis of modern method¬
ological approaches, it is interesting to
consider concrete as a hierarchy of sys¬
tematical-structural levels (from binders,
bonding system, concrete mix to concrete
as a part of construction) and their corre¬
lation, transforming and developing ac¬
cording to the principle of “system into
system”. This approach, being one of the
Methodological concept59лее глубоких и перспективных идей систем¬
ного анализа, состоит в том, что любая ма¬
териальная система образует комплекс по¬
следовательных структурных уровней, каж¬
дый из которых рассматривается как эле¬
мент последующего более сложного уров¬
ня. Отдельные структурные уровни отлича¬
ются как пространственно-временными мас¬
штабами, так и характером физико-хими¬
ческих, технологических и технико-эконо¬
мических закономерностей, что позволяет
рассматривать их относительно независимо
и во взаимосвязи с соседними уровнями.
Такой подход создает возможность установ¬
ления чётких взаимосвязей между законо¬
мерностями состава, структуры, технологии
и экономики бетона, но требует комплекси-
рования и междисциплинарного синтеза
знаний об объекте исследования.Рассмотренный подход существенно от¬
личается от полиструктурного не только
исследованием отдельных субстанциональ¬
ных структур, а и процессов их формиро¬
вания, рассмотрением бетона в открытой и
взаимосвязанной технологической и техни¬
ко-экономической системах. При такой
организации исследования бетон будет рас¬
смотрен как с позиций состава и свойств ма¬
териалов, так и с позиций технологии и эко¬
номики производства.Рассмотрим системно-структурную схему
бетона, приняв в качестве верхнего уровня
строительно-эксплуатационную систему. Эта
система включает здания, сооружения или их
части в стадии эксплуатации. Нижним си¬
стемно-структурным уровнем является стро-
птельно-технологическая система, включаю¬
щая относительно независимые и взаимосвя¬
занные конструктивные элементы зданий и
сооружений или их части “в деле”. В строи¬
тельно-технологическую систему в качестве
относительно независимого системно-струк¬
турного уровня входит конструкционная си¬
стема. Взаимосвязь этих уровней осуществ¬
ляется через транспортно-монтажную систе¬
му. В конструкционную систему входит и
композитная, т. е. бетон. Системообразующей
связью конструкционного и композитного
системно-структурных уровней является по¬
верхность раздела между бетоном и армиру-most profound and prospective ideas of
systems analysis, suggests that any mate¬
rial system forms a set of successive struc¬
tural levels, each of which is considered as
an element of subsequent, more compound,
one. Individual structural levels differs
both in terms of space-time scale and char¬
acteristics of physical-chemical, techno¬
logical and technico-economic tendencies,
which enables to consider it relatively in¬
dependently and in correlation with ad¬
joining levels. Such approach creates the
possibilities to establish exact correlation
between the regularities of the contents,
structure, technology and economy of con¬
crete, but, at the same time, requires inter¬
connecting and interdisciplinary synthe¬
sis of knowledge about the subject of in¬
quiry.This approach differs significantly from
poh structural one not only in terms of in¬
vestigating individual substantial structures,
but in terms of its formation processes, tack¬
ling concrete in their open-ended and inter¬
related technological and technico-econom-
ic systems. Due to such research manage¬
ment concrete will be considered from the
standpoint of both contents and material
properties as well as from the point of view
of technology and production economics.Let us consider system-structural
scheme of concrete accepting construc¬
tion-operational system as the upper lev¬
el. This system includes buildings, con¬
structions or their components in the pro¬
cess of operation. The bottom system-struc¬
tural level is a construction-technological
system including relatively independent
and interdependent structural components
of buildings and constructions or their
components “in action”. Structural system
serves as a relatively independent system-
structural level in construction-technolog¬
ical system. These levels are connected
through transportation-erection system.
Structural system consists of composite
one, i.e. concrete. Boundary surface be¬
tween concrete and reinforcing system
serves as a system forming connection
between structural and composite system-
60Методологическая концепцияющей системой. Композитная система содер¬
жит в себе в качестве неразрывной составной
части связующую, представляющую вяжу¬
щую систему (цемент, минеральные добавки),
в связующей среде (вода, водные растворы
добавок). Системообразующая связь систем¬
но-структурных уровней осуществляется че¬
рез поверхность раздела между связующей
системой и системой заполнителей.Трансформирование и развитие системно¬
структурных уровней от низшего к высшему
осуществляется в результате целенаправлен¬
ного энергетического воздействия, от вяжу¬
щего до строительно-эксплуатационного
уровня. Изучение бетона на определённом
этапе может быть ограничено и отдельными
системно-структурными уровнями и взаимо¬
связями. Вместе с тем общеметодологическое
рассмотрение низшего уровня должно предус¬
матривать возможность его анализа с пози¬
ций верхнего.Бетон как объект исследования имеет не¬
однозначные статистические и вероятностные
характеристики. При этом системно-струк¬
турные уровни не увязаны между собой орга¬
нически, что позволяет использовать приём
декомпозиции системы для более глубокого
изучения зависимостей и последующего их
синтеза.При декомпозиции системы выделим в
каждом системно-структурном уровне актив¬
ные центры и основные свойства. Так, актив¬
ным центром строительно-эксплуатационно¬
го уровня является здание или сооружение, а
на характер его функционирования влияют
условия эксплуатации. Основные свойства
этого уровня — прочность, жёсткость, долго¬
вечность, материалоёмкость, трудоёмкость,
архитектурная выразительность, экономич¬
ность. С позиций этих свойств строительно¬
эксплуатационный уровень может рассматри¬
ваться в различных системах координат. Ак¬
тивным центром строительно-технологичес¬
кого системно-структурного уровня есть кон¬
структивная схема. На свойства этого уров¬
ня влияют материалоёмкость, технологич¬
ность материалов, изделий, способ производ¬
ства работ. Активным центром конструкци¬
онного системно-структурного уровня явля¬
ется армирующая система. Основные свой-structural levels. An integral part of the com¬
posite system is the binding one, represent¬
ing cementing system (cement, mineral ad¬
ditives) in the coupling medium (water, aque¬
ous solutions of additives). System forming
connection of system-structural levels is car¬
ried out through the boundary surface be¬
tween binding system and systems of aggre¬
gates.Transformation and development of
system-structural levels from the lowest
to the иррёг one is carried out as a result
of purposeful energy impact, from bind¬
ing to construction-operational level.
Study of concrete on certain stage might
be limited by individual system-structur¬
al levels and interconnectedness. At the
same time common methodological ex¬
amination of the lower level should en¬
visage the possibility of analysis from
the point of view of the upper one.Concrete, as a subject of inquiry, has
ambiguous statistical and probabilistic
characteristics. At that system-structur¬
al levels are not organically intercon¬
nected; in its turn, it enables to utilize
techniques of system decomposition for
more profound study of dependencies and
their further synthesis.We shall define active centres and ba¬
sic characteristics in each system-struc¬
tural level during system decomposition.
Thus, building or erection serves as an
active centre of construction-operation¬
al level; service conditions influence its
operation mode. Basic characteristics of
this level are strength, durability, rigid¬
ity, material capacity, architectural ex¬
pressiveness, and economy. From the
point of view of these characteristics con¬
struction-operational level might be con¬
sidered in different sustems of co-ordi¬
nates. Structural layout is an active cen¬
tre of construction-operational level.
Characteristics of this level are influ¬
enced upon by material capacity, man¬
ufacturability of materials and produce,
mode of production. Reinforcement sys¬
tem is an active centre of structural lev¬
el. Basic characteristics of this level
Methodological concept61Iства этого уровня — несущая способность,
долговечность, материалоёмкость, энергоём¬
кость, трудоёмкость, экономичность. Основ¬
ными факторами, влияющими на свойства
конструкционного уровня, является характе¬
ристика армирования, форма конструкции и
способ её изготовления, экономичность. В
композитном системно-структурном уровне,
т. е. в бетоне, активным центром является свя¬
зующая система. Основные свойства — удо-
боукладываемость бетонной смеси, проч¬
ность, деформативность, морозостойкость,
проницаемость, интегральная энергоёмкость
и экономичность бетона. На свойства компо¬
зитного уровня влияют состав и свойства свя¬
зующей системы и системы заполнителей, их
соотношение, способы приготовления и т. п.
В связующем системно-структурном уровне
активным центром является вяжущее (в част¬
ном случае — цемент). Основные свойства —
вязкость, адгезия, сроки схватывания, проч¬
ность, деформативность, морозостойкость,
интегральная энергоёмкость и экономич¬
ность. В процессе трансформирования и разви¬
тия связующая система приобретает производ¬
ные системно-структурные состояния, приходя
к форме матричной структуры. Дальнейшее
углубление анализа приводит к атомно-моле¬
кулярным системно-структурным уровням и
полям, что является предметом исследования
фундаментальных наук и выходит за рамки на¬
шей задачи.Таким образом, в процессе проведенного
аналша выработан системно-структурный под¬
ход к бетону, предполагающий рассмотрение
его как иерархии системно-структурных уров¬
ней и их взаимосвязей, трансформирующихся и
развивающихся по принципу “система в систе¬
му”. Ведущими принципами в рассмотренном
подходе являются представления об активных
центрах, энергетических воздействиях, транс¬
формировании этапов развития систем, их орга¬
низации и взаимодействия. При этом каждый
анализируемый системно-структурный уровень
представляется качественно своеобразной си¬
стемой как нижнего, так и верхнего системно¬
структурного уровня, а их организация не яв¬
ляется механической надстройкой новообразо-are load-carrying capacity, durability,
material capacity, power-consumption,
labour-intensiveness, and economy. Ma¬
jor factors that influence the character¬
istics of structural level are characteris¬
tics of reinforcement, shape of construc¬
tion, production method, and economy.
Binding system is an active centre of the
composite level, i.e. concrete. Main
characteristics of this level are: work¬
ability of concrete mix, strength, deform-
ability, frost resistance, permeability,
integrated power-consuming and econ¬
omy of concrete. Characteristics of com¬
posite level are influenced upon by the
contents and characteristics of binding
system and system of aggregates, their
ratio, production methods, etc. Binder
(cement in particular) is an active centre
of the coupling. Its main characteristics
are viscosity, adhesion, period of setting,
strength, deformability, frost resistance,
integrated energy consuming and econ¬
omy. In the process of transformation
and development coupling system ac¬
quires derivative system-structural con¬
ditions, gaining the form of array struc¬
ture. Further analysis intensification
leads to atomic-molecular system-struc¬
tural levels and fields, which are the sub¬
ject of inquiry in fundamental scienc¬
es, and exceeds the limit of our objec¬
tives.Thus, system-structural approach to¬
wards concrete we have elaborated sug¬
gests the hierarchy of system-structural
levels and their interconnectedness that
transform and develop according to the
“system into system” principle. Major
principles of the approach in question
are ideas of active centres, energy im¬
pact, evolution of system development
stages, their organisation and interac¬
tion. At that each system-structural lev¬
el is considered as a qualitatively pecu¬
liar system of both lower and upper sys¬
tem-structural level; their organization
is not a mechanical superstructure of new
formations over active centre of the sys¬
tem. It is the systemic and polysystemic
62Методологическая концепцияваний над активным центром системы. Систем¬
ность и полисистемность в их взаимосвязи и
есть тот новый подход, который внёс автор в
науку о бетоне.2.2. Критерии эффективностиДля анализа бетона как экономико-техно¬
логической системы и выбора наиболее эф¬
фективных решений необходимо выработать
критерии, соответствующие поставленной
цели.В качестве обобщённого критерия эффектив¬
ности используется показатель себестоимости
продукции — S (издержки производства):S.±S,/=1где Si — себестоимость по i-му компоненту;
п — число компонентов; Sy — себестоимость
по и-му технологическому переделу; т — чис¬
ло технологических переделов.Для анализа отдельных системно-струк¬
турных уровней и их элементов в качестве
относительно самостоятельных критериев мо¬
гут выступать реологические, прочностные,
деформативные и другое свойства бетонной
смеси и бетона. Не отрицая важности этих кри¬
териев, необходимо заметить, что они не могут
характеризовать бетон в целом, так как высо¬
кие технические показатели довольно часто до¬
стигаются за счёт увеличения расхода дорого¬
стоящих ресурсов, а сами эти показатели не
являются интегратнвными.Косвенными характеристиками бетона
являются показатели удельных расходов це¬
мента, металла, тепловой энергии и т. п. Но
по этим критериям свойства бетонной смеси
и бетона не приводятся в сопоставимый вид.
Например, показатель удельного расхода
цемента не учитывает вид и марку применяе¬
мого цемента, взаимосвязь расхода вяжуще¬
го с технологичностью и энергоёмкостью при¬
готовления бетонной смеси и изготовления
конструкций. Приведение свойств цементов
в сопоставимый вид может быть осуществле¬
но через показатель рационального исполь¬
зования цемента, но при этом остаётся неиз¬
вестной взаимосвязь с энергоёмкостью вя-character of their interrelation that was
contributed by the author into the con¬
crete science as a new approach.2.2. Efficiency criteriaFor the purpose of concrete study as
an economic-technological system and in
order to select the most efficient solutions
we should elaborate criteria appropriate
for the giveh objective.We shall use cost price index S (pro¬
duction costs) as a generalised criteria of
efficiency:m+ (2.2.1)u=1where St - is a cost price of i components;
n - number of components; Su - cost price
of и technological limit; m - number of
technological limits.For the purpose of system-structural
levels and their elements analysis the rhe-
ology, strength, deformability and other
properties of concrete mix and concrete
might serve as a relatively independent
criteria. Though we do not underesti¬
mate these criteria, we should stress that
they cannot define concrete as a whole
since high technical indices quite often
are reached at the expense of resource
consumption increase, and the indices
themselves are not integrative.Indices of cement, metal or thermal en¬
ergy elementary discharge, etc. might serve
as indirect characteristics of concrete. But
in terms of these indices properties of con¬
crete mix and concrete are not compati¬
ble. For instance, cement discharge inten¬
sity does not account for state and brand
of concrete, correlation of binder con¬
sumption with the manufacturability and
power consumption of both concrete mix
makeup and production of constructions.
Comparison of cement properties is only
possible by means of index of sustainable
utilization of cement. But even in this case
connection with the power consumption of
Methodological concept63жущего и бетона, так как не учитывается ове¬
ществлённая энергоёмкость компонентов бе¬
тонной смеси и оборудования. При углубля¬
ющейся специализащш производства необхо¬
димо учитывать не только прямые, но и ове¬
ществлённые затраты сырья, энергии и т. п.
Поэтому наиболее полно показатель расхо¬
да энергоресурсов выражается при учёте ове¬
ществлённой энергоёмкости компонентов.
Интегральная энергоёмкость бетона опреде¬
ляется отношением суммы энергозатрат по
всем компонентам и технологическим пере¬
делам, включая овеществлённую энергоём¬
кость, к единице объема бетона:где Э5 — интегральная энергоёмкость бето¬
на; Э, — энергозатраты по /-му технологи¬
ческому переделу, включая овеществлён¬
ную энергоёмкость компонентов; п — чис¬
ло технологических переделов; V — объем
бетона.При разработке новых изделий и конст¬
рукций, способов их изготовления показатель
интегральной энергоёмкости не всегда дос¬
таточно полно отражает все затраты энерго¬
ресурсов. Например, повышение прочности
бетона связано с применением более энерго¬
ёмких компонентов и способов их переработ¬
ки. Так, интегральная энергоёмкость высо¬
копрочных бетонов оказывается в 1,5—2 раза
выше енергоёмкости обычных. Поэтому в
качестве обобщенного критерия было бы пра¬
вильно принять показатель конструкционно¬
технологической энергоёмкости, равный от¬
ношению интегральной энергоёмкости к по¬
казателю качества (прочность, морозостой¬
кость и т. д.):где R — показатель качества бетона.П оказатель конструкцион но-технологи-
ческой энергоёмкости и интегральная энер¬
гоёмкость каждого системно-структурного
уровня позволяют привести в соответствиеbinder and concrete remains unknown since
the materialised power consumption of concrete
mix components and equipment is not taken
account of. While intensifying production spe¬
cialisation not only direct but materialised raw
materials, energy, etc. inputs should be account¬
ed for. That is why consumption of energy re¬
sources index is fully accounted for only when
taking into account materialised power con¬
sumption of components. Integrated energy re¬
quirement of concrete is defined as a ratio of the
amount of power inputs in terms of all compo¬
nents and technological limits, including ma¬
terialised power consumption, to the unit of vol -
ume of concrete:(2.2.2)where Э6 - integrated energy requirement
of concrete; Э; - power inputs for /' techno¬
logical limits, including materialised en¬
ergy consumption of components; n - num¬
ber of technological limits; V - volume of
concrete.While elaborating new produce and
constructions, production methods the in¬
dex of integrated power consumption does
not always adequately reflect all energy
resources inputs. For instance, concrete
strength increase is connected with the
application of more power-consuming
components and treatment methods.
Thus, integrated power consumption of
high strength concrete is 1.5-2 times as
much as that of usual ones. That is why
it would be more correct to use index of
structural-technological power consump¬
tion as a generalised criteria which is
equal to the ratio of integrated power
consumption to quality index (strength,
frost resistance, etc.):(2.2.3)where R - concrete quality index.Index of structural-technological power
consumption as well as integrated power
consumption of each system-structural level
allows to bring into line basic concrete prop-эб=£э,./у,/•=1/ R,
64Методологическая концепцияосновные свойства бетона на каждом этапе
анализа. С этих позиций и энергоёмкость вы¬
сокопрочных бетонов с пределом прочности
при сжатии 60—70 МПа оказывается не выше
енергоёмкости обычных.Анализ системы по рассмотренному кри¬
терию осуществляется в такой последова¬
тельности. На первом этапе определяются
овеществлённая энергоёмкость вяжущих,
заполнителей, добавок, в том числе доба¬
вок-наполнителей, активаторов, воды, а в
необходимых случаях и энергоёмкость при¬
готовления бетонной смеси, включающая
овеществлённую энергоёмкость оборудова¬
ния. На втором этапе рассчитывается ин¬
тегральная энергоемкость связующего и бе¬
тонной смеси. Интегральная энергоёмкость
бетона складывается из интегральной энер¬
гоёмкости бетонной смеси, энергозатрат на
её транспортирование, укладку, уплотнение
и твердение. Сопоставление интегральной
энергоёмкости бетона с его свойствами наи¬
более полно отражает эффективность как
рецептурно-технологических решений, так
и конструкции в целом.Таким образом, показатель конструкцион¬
но-технологической энергоёмкости бетона
аккумулирует энергозатраты по всем техно¬
логическим переделам, включая овеществ¬
лённую энергоёмкость, что является вполне
достаточным как для обобщения, так и деком¬
позиций системы, а также и ограничения за¬
дач исследования. Схема анализа рассмотре¬
ния бетона по показателю конструкционно¬
технологической энергоёмкости приведена
на рис. 2.2.1.Рассмотрение показателя конструкцион¬
но-технологической энергоёмкости конст¬
рукций, строительно-технологического и
строительно-эксплуатационного уровней
связано с выходом за пределы условной спе¬
циализации и может быть осуществлено при
междисциплинарном исследовании. Анало¬
гично может быть рассмотрена эффектив¬
ность различных ресурсосберегающих ме¬
роприятий и способов изготовления конст¬
рукций. Например, с позицией конструкци¬
онно-технологической энергоёмкости для
сжатых элементов конструкции при обыч¬
ных способах изготовления наиболее эф-erties on every stage of analysis. From this
standpoint power consumption of high
strength concrete with the limit of compres¬
sion strength of 60 - 70 MPa is not higher
than the power consumption of the usual ones.System analysis in terms of the criteria
considered above is carried out in the fol¬
lowing order. On the first stage materia¬
lised power consumption of binders, ag¬
gregates and additives are defined, includ¬
ing additive-fillers, activators, water, and
in some c^ses power consumption of con¬
crete mix makeup, including materialised
power consumption of equipment. On the
second stage, integrated power consumption
of the coupling agent and concrete mix is
calculated. Integrated power consumption
of concrete consists of integrated power con¬
sumption of concrete mix, power inputs for
its transportation, pouring, compaction and
hardening. Comparison of integrated pow¬
er consumption of concrete with its proper¬
ties fully reflects the efficiency of both for¬
mula-technological solutions and construc¬
tion as a whole.Therefore, index of structural-techno¬
logical power consumption of concrete ac¬
cumulates power consumption on all tech¬
nological limits, including materialised
power consumption, which is quite enough
both for generalization and system decom¬
position, as well as for restriction of re¬
search objectives. Concrete analysis
scheme in terms of structural-technologi¬
cal power consumption is presented in fig.2.2.1.Consideration of structural-techno¬
logical power consumption index of con¬
structions, construction-technological
and construction-operational levels is
stipulated by transgressing the bounds
of conditional specialization and might
be carried out only in the process of in¬
terdisciplinary research. In the same
way the efficiency of various resources-
economy events and production methods
can be considered. For instance, from
the structural-technological power con¬
sumption standpoint for compressed el¬
ements of construction B40 concrete is
Methodological concept65Я39003800370036003500340033003200310030001Рис. 2.2.1. Схема анализа конструк¬
ционно-технологической энергоёмкости
бетона:1 —зависимость интегральной энергоёмкос¬
ти бетона; 2 — зависимость показателя конст¬
рукционно-технологической энергоёмкости бе¬
тона; 3 — зависимость показателя конструкци¬
онно-технологической энергоёмкости бетона в
конструкции.фективен бетон класса В40, при использо¬
вании эффективных добавок — В45—В50,
а при комплексных методах, включающих
активацию связующего и применение доба¬
вок, — В60.Figure 2.2.1. Analysis scheme of con¬
struction-technological power consumption
of concrete:I — dependency of integrated concrete
power consumption; 2 — dependency of
construction-technological concrete power
consumption index; 3 — dependency of
construction-technological concrete power
consumption in constructions index.the most effective in case of regular produc¬
tion methods, B45—B50 - in case of effec¬
tive additives, and B60 - in case of compos¬
ite methods, including activation of coupling
agents and application of additives.
66Методологическая концепцияХотя показатель конструкциошю-техиоло-
гической энергоёмкости и имеет преимуще¬
ства перед другими по глубине анализа и
широте исследования процессов, обобщаю¬
щим критерием в системе товарно-денежной
оценки бетона и железобетона является себе¬
стоимость продукции.Себестоимость продукции может быть вы¬
ражена и по отношению к единице полезного
качества (прочности, морозостойкости, про¬
изводственной площади и т. п.).Последовательность анализа системно¬
структурных уровней бетона при выборе в950Though the structural-technological
power consumption index has advantage
over others in terms of analysis intensity
and range of research processes, cost price
of produce is the generalised criteria in
the system of commodity-money assess¬
ment of concrete and reinforced concrete.Cost price can be defined in terms of
ratio to the units of useful quality
(strength, freeze resistance, production
space, etc.)Sequence of structural-technological
levels of concrete analysis when selecting900850800750700650600S yen. ed. /м35000 .1,354800 ■■ 1,344600 •1,334400. 1,3242001,314000 .1,33800. 1,2936001,283400 .1,273200 .. 1,263000 .1,252800 .. 1,242600 •. 1,232400 .. 1,222200 .. 1,2110 11 12 13 14 15 16 17Puc. 2.2.2. Общая методологическая
схема анализа эффективности режимов
тепловой обработки бетона:I — расход цемента; 2 — энергоёмкость про¬
цесса; 3 — интегральная энергоёмкость; 4 — изме¬
няющаяся часть себестоимости.Fig. 2.2.2. General methodoligical
scheme of thermal treatment of concrete
efficiency analyses:1 — Cement consumption; 2 — Power
consumption of the process; 3 — Integrated power
consumption; 4 — Varying part of cost price.
Methodological concept67Таблица 2.2.1. Table 2.2.1.Обобщённые критерии эффективности Generalised criteria of system-structural
системно-структурных уровней levels efficiencyСистемно-структурныйуровеньSystem-structural levelИздержкипроизводстваProduction costsСодержание показателя издержек производства
Contents of production costs indexСтроительно¬эксплуатационныйConstruction-operationalsC3=£s?/v3Ci=lОтношение издержек производства конструкций,
включая издержки на эксплуатацию (s/3) , к
объему (площади и т. п.) здания или сооруженияК)Ratio of construction production costs, including
operational costs (sf ) to the volume (area, etc.) of
building or construction (Fi3C)Строительно¬технологическийConstruction-technologicalmscm =£sr /v3C
i=1Отношение издержек производства конструкций,
включая издержки на транспортирование имонтаж (S°m J, к строительному объему(площади и т. п.) здания или сооруженияRatio of construction production costs, includingtransportation and mounting costs (sf™) to buildingvolume (area, etc.) of erectionКонструкционныйConstructionalS*=f^S*/RK7=1Отношение издержек производства конструкций,
включая издержки на армирование (s* ), к
несущей способности )Ratio of construction production costs, including
reinforcement costs (s* ) to load-carrying
ability (Д JКомпозитныйCompositeК86=^?/Кб1=1Отношение издержек производства на
компоненты бетонной смеси, включая издержкипереработки (sf j, к показателю качествабетона, например, прочности, морозостойкости иТ П' (лв)Ratio of concrete mix components production costs,
including processing costs (sf j to concrete quality
index, e.g. strength, frost resistance, etc. (b }СвязующийCoupling8Sce = Y_lSi’ /R4
i=iОтношение издержек на связующие, включая
добавки, активаторы и затраты на переработку(sce ), к показателю качества связующего,например, прочности )Ratio of coupling agents costs, including additives,
activators, processing costs j to the coupling
agent quality index, e.g. strength )
68Методологическая концепциякачестве обобщающего критерия издержек
производства становится аналогичной рас¬
смотренной для показателя конструкционно¬
технологической энергоёмкости. Общая схе¬
ма комплексного анализа ресурсоёмкое™
бетона приведены на рис. 2.2.1., итабл. 2.2.1.
Такой же подход может быть использован при
оценке эффективности добавок, анализе эф¬
фективности составов бетона и режимов теп¬
ловой обработки железобетонных изделий и
конструкций и т. п. Пример общей методоло¬
гической схемы анализа режимов тепловой
обработки приведён на рис. 2.2.2.Таким образом, на основании анализа и
обобщения методов оценки эффективности бе¬
тона для дальнейшего рассмотрения приняты
следующие критерии и ограничения: основные
свойства бетонной смеси и бетона, показатель
конструкционно-технологической энергоёмко¬
сти и себестоимость продукции, вписывающи¬
еся в иерархию системно-с грукгурных уровней
объекта исследования и формирующие специ¬
фическую системно-структурную организацию
критериев эффективности от связующего до
строительно-эксплуатационной системы.2.3. Структурно-логическая схема
описания технологических
процессовТехнология бетона требует описания объек¬
та исследования как формирующейся, транс¬
формирующейся и развивающейся системы.
Если на первых этапах изучения вполне доста¬
точным является созерцательно-пояснительное
и параметрическое объяснение, то дальнейшее
развитие анализа связано с морфологическим
описанием объекта, т. е. определением взаимо¬
связи состава, структуры, свойств и отноше¬
ний в бетоне. Последующее углубление анали¬
за приводит к статистическому и функциональ¬
ному описанию основных закономерностей и
зависимостей. Методологическая особенность
этого этапа состоит в том, что рассмотрение эле¬
ментов и системно-структурных уровней про¬
водится на основе включения зависимостей ниж¬
них уровней в верхние с позиций критерия
эффективности верхнего. При этом место час¬
тных критериев отдельных элементов и систем¬
но-структурных уровней занимают объектив-production costs as generalised criterion
becomes similar to the examined one for
the index of structural-technological pow¬
er consumption. The scheme of concrete
power consumption complex analysis is
presented in the fig. 2.2.1. and table 2.2.1.
Similar approach might be used when eval¬
uating additives efficiency, analyzing con¬
crete mix efficiency as well as modes of heat
treatment for ferroconcrete products and
construction^, etc. Example of common meth¬
odological scheme of modes of heat treat¬
ment analysis is presented in fig. 2.2.2.Therefore, based on the analysis and
generalisation of evaluation methods the
following criteria and limitations are
selected for further consideration: basic
properties of concrete mix and concrete,
index of structural-technological power
consumption and cost price of produce,
fitting the hierarchy of system-structur¬
al levels of research and forming specif¬
ic system-structural criteria organisa¬
tion from coupling agents to construc¬
tion-operational system.2.3. Structural-logical scheme of
description of production
processesConcrete technology requires description
of a subject of enquiry as a system that is in
the process of formation, transformation and
development. Though on the initial stages
of investigation observational, explanatory
and parameter interpretation is enough, fur¬
ther analysis concerns morphological de¬
scription of the object, i.e. definition of cor¬
relation between the contents, structure,
properties and ratios in concrete. Further
intensification of analyses will result in statis¬
tical and functional description of major ten¬
dencies and dependencies. Methodological pe¬
culiarity of this stage is that examination of
elements and system-structural levels is con¬
ducted on the basis of inclusion of lower level
dependencies into the upper ones from the stand¬
point of efficiency criteria of the latter. In this
process objective criteria deriving from the
ultimate aims take the place of the par-
Methodological concept69ные критерии, исходящие из задач конечной
цели. По этим критериям происходит упорядо¬
чение многоаспектности показателей и зависи¬
мостей предыдущих этапов поуровневого ана¬
лиза. Стратегической задачей этой стадии
является синтез полученных закономерностей
и установление взаимосвязи отношений систем¬
но-структурных уровней бетона как в аспекте
свойств, так и расхода ресурсов, конструктив¬
но-технологической энергоёмкости и издержек
производства. На аналитико-синтетическом
уровне обобщаются результаты предыдущих
этапов анализа, выбираются наиболее эффек¬
тивные технологические решения. Такая схе¬
ма выражает постепенное усложнение подхода
к описанию технологии бетона, так как каж¬
дый последующий этап включает в себя все
предыдущие и решает возникающие новые за¬
дачи в соответствии с поставленной целью.При описании бетона могут использовать¬
ся идеальные и физические модели. Как изве¬
стно, теоретической основой моделирования
служит теория подобия, предполагающая на¬
личие физических и геометрических констант
и критериев подобия между структурами, бе¬
тоном образцов и конструкций, лабораторны¬
ми исследованиями и технологическим про¬
цессом. Одной из задач теоретического опи¬
сания является создание структурно-устойчи¬
вых математических моделей, отражающих
влияние основных факторов на свойства свя¬
зующего и бетона.На стадии параметрического, морфологи¬
ческого и функционального анализа ставит¬
ся задача математического описания свойств
бетона на различных системно-структурных
уровнях. Конечной целью разработки мате¬
матических моделей является получение мно¬
гоярусной иерархической системы адекват¬
ных количественных зависимостей на осно¬
ве единых представлений о технологическом
процессе.Наиболее привлекательной была бы раз¬
работка математических моделей на основе
положений теоретической физики, физичес¬
кой химии, физико-химической механики и
других фундаментальных наук. Однако прак¬
тическая реализация таких моделей в настоя¬
щее время затруднительна, а их использова¬
ние в ряде случаев приводит к излишней иде-ticular criteria of individual elements and
system-structural levels. Multifold indices
and dependencies of the previous stages of
levels of analysis are regulated according to
these criteria. Strategic objective of this
stage is the synthesis of tendencies obtained
and establishment of ratio of system-struc¬
tural concrete levels, both in terms of prop¬
erties and consumption of main resources,
constructive-technological power consump¬
tion and production costs.On analytical-syn¬
thetical level the results of the previous stag¬
es are generalised, the most efficient techno¬
logical solutions are selected. Such scheme
signals gradual complication of approach
towards description of concrete technology
since every successive stage includes all pre¬
vious ones and meets new challenges accord¬
ing to the ultimate objective.Ideal and physical models might be used
in the process of concrete description. As it
is known, similarity theory serves as a theo¬
retical basis for simulation. It suggests avail¬
ability of physical and geometrical constants
as well as similarity criteria between the
structures, concrete samples and construc¬
tions, laboratory research and production
process. Establishment of structurally sta¬
ble mathematical models reflecting the im¬
pact of basic factors upon the properties of
concrete and coupling agents is one of the
objectives of theoretical description.On the stage of parameter, morpholog¬
ical and functional analysis the issue of
mathematical description of concrete prop¬
erties on different system-structural levels
is challenged. The ultimate objective of
mathematical models is to obtain multi¬
layer hierarchical system of adequate
quantitative dependencies on the basis of
interconnected notions about production
process.Development of mathematical models on
the basis of regulations of theoretical phys¬
ics, physical chemistry, physical-chemical
mechanics and other fundamental sciences
might be the most fetching idea. However,
practical implementation of such models is
difficult nowadays, and their utilization
leads, in some cases, to the excessive ideali-
70Методологическая концепцияализации и неоправданному усложнению
объекта исследования. Стохастическая при¬
рода многих свойств бетона приводит к необ¬
ходимости использования в качестве основ¬
ных вероятностно-статистических моделей.
Поэтому для решения технологических задач
наиболее перспективно построение инженер¬
ных моделей в форме математических алго¬
ритмов и номограмм.Описание системно-структурных уровней
бетона ставит определённые требования и к
математическим моделям. Анализ современ¬
ных подходов к объекту исследования позво¬
ляет сформулировать следующие основные
требования к математическим моделям,
используемым в бетоноведении:• соответствие цели и задачам исследова¬
ния;• целостность и взаимосвязь с типологичес¬
ки различными системно-структурными уров¬
нями и средой;• возможность расширения, углубления и
надстройки без изменения основ построения;• относительная устойчивость и гибкость
для различного концептуального и методоло¬
гического подходов;• возможность соотношения нижних систем¬
но-структурных уровней с верхними;• возможность относительного вычлеиншя
пли обособления отдельных зависимостей;• простота, адекватность, гибкость и удоб¬
ство анализа.Этим требованиям наиболее полно отве¬
чают регрессионные модели. При описании
влияния основных факторов (xt, у() на свой¬
ства бетона (у. у2... Ym_x) и технико-эконо¬
мических показателей ( Ут)в форме уравнений
регрессии можно получить следующую си¬
стему, описывающую системно-структурные
уровни бетона и их взаимосвязи:zation and unwarranted complication of the
subject of inquiry. Stochastic nature of many
properties of concrete leads to the necessity
to use probabilistic-statistical models as the
basic ones. That is why in order to solve tech¬
nological objectives it is considered the most
prospective to create engineering models in
the form of mathematical algorithm and
alignment charts.Description of system-structural levels
of concrete demands much of mathemati¬
cal models. ‘ Analysis of modern approach¬
es to the subject of inquiry enables to for¬
mulate the following basic demands to the
mathematical models used in concrete stud¬
ies:• compliance with the tasks and objec¬
tives of the research;• integrity and correlation with different
system-structural levels and medium;• ability to expand, intensify and to build
on without changes to the background;• relative stability and flexibility for dif¬
ferent conceptual and methodological ap¬
proaches;• ability to correlate lower system-struc¬
tural levels with the upper ones;• ability to relatively isolate individual
dependencies;• simplicity, adequacy, flexibility and
comfort of analysis.Regressions fully meet those demands.
While describing the impact of basic fac¬
tors (xt, уon the properties of concrete
(i\, Y2... Ym_i) and technico-economic
indices in the form of regression equation
the following system describing system-
structural levels of concrete and their cor¬
relation might be obtained:f<k f<kY = ao + Yj a'xli + Jla“x'‘ +Yjaiix"x'j +■»=1 /-1 i<jk<n k<nY2 =b0 +bxyx +bny2x +2^,X2i + Yb"X2'+Hbyiy 1*2< +2AX2,X2j +-.i-2 i~2 m*n i<jm-1 m-1 n nYm = v0 +XV>-^ +XV'^2 + £У*й*«й +YjVVXmiXmj +-*=1 1=1 iVm i=m m*n i<j (2.3.1)
Methodological concept71При этом отдельные факторы верхних си¬
стемно-структурных уровней могут быть свой¬
ствами нижних. Например, при исследовании
влияния основных факторов на свойства бе¬
тона прочность связующего является факто¬
ром. В то же время на более низком системно¬
структурном уровне можно исследовать вли¬
яние основных факторов на прочность связу¬
ющего.Несмотря на кажущуюся, на первый
взгляд, сложность, эти зависимости доволь¬
но просты. Для непосвящённых в тонкости
математического моделирования напомним
из уроков алгебры средней школы уравнение
прямой:У = а оЕсли фактора два, то уравнение примет
соответственно виду = а0 4-ajx, +ИТ. д.Если зависимость нелинейная, например
квадратичная, тоAt the same time individual factors of the
upper system-structural levels might be the
properties of the lower ones. For instance,
when investigating the impact of major fac¬
tors on concrete properties, strength of the
coupling agent is a factor. At the same time
on the lower system-structural level one
might investigate the influence of major fac¬
tors on the strength of the coupling agent.Despite the apparent complexity, pri-
ma facie, these dependencies are quite
simple. For those not well-informed
about the nuances of mathematical sim¬
ulation we shall remind that the equa¬
tion of the straight line is as follows:
l-a,*, (2.3.2)If there are two factors, the equation
will look like this:(2.3.3)etc.In case of nonlinear dependence, for
instance, quadratic one:y = a0 + axxx + auxxУ ■и т. п.Для наглядности продемонстрируем эти
уравнения в виде известных графиков зави¬
симости прочности бетона (R) от активности
цемента (Ry) и цементно-водного отношения
(Ц/В) на рис. 2.3.1.ххх +а
etc.х-, +atlx,x22 212 1 2(2.3.4)(2.3.5)We shall illustrate these equations in
the form of well-known diagrams of de¬
pendence of concrete strength (R) on ce¬
ment activity (Rq) and water-to-cement ra¬
tion (W/C) in the fig. 2.3.1.C/WРис. 2.3.1. Методологический фрагмент
зависимости Y =cp (хрл:2)Fig. 2.3.1. Methodological segment of
dependence Y=q>(x px 2)
72Методологическая концепцияВ приведённой системе 2.3.1. одно из
свойств, например прочность цемента, может
на системно-структурном уровне оказаться
обыкновенным фактором х,, но так как оно
на предыдущем уровне обозначалось через у,
то в дальнейшем это обозначение сохраняет¬
ся без изменения.Непривычно в этой системе уравнение за¬
трат, но себестоимость бетона, как бы не хо¬
телось этого кому-то не заметить, тоже свой¬
ство, с которым необходимо считаться.Безусловно, регрессионные модели не ис¬
черпывают все возможности описания бето¬
на. Например, при обобщении регрессионных
моделей могут создаваться комплексные урав¬
нения. Характер зависимостей может быть
выражен и схемами, графиками, номограм¬
мами и т. д.Наряду с неоспоримыми преимуществами
необходимо отметить и ряд формально-логи¬
ческих несовершенств математического мо¬
делирования в бетоноведении. Эти недостат¬
ки проявляются в том, что некоторые мате¬
матические приёмы оказываются недостаточ¬
но строгими для такой системы, как бетон, а
в методах проверки адекватности не всегда
отражается физическая и технологическая
специфика объекта исследования. Например,
зависимость прочности бетона от основных
факторов выражается уравнениями третьего
или, в некоторых случаях, даже четвёртого
порядка. Однако реализация эксперименталь¬
ного плана такого построения связана с серь¬
ёзными техническими трудностями. При фор¬
мальной оценке адекватности математичес¬
ких моделей сопоставляется дисперсия вос¬
производимости, но не учитывается техноло¬
гическая значимость факторов и т. п.Таким образом, несмотря на отмеченные
несовершенства, описание объекта исследо¬
вания представляется возможным путём вклю¬
чения количественных зависимостей нижних
системно-структурных в верхние с позиций
критерия эффективности верхнего уровня с
последующим синтезом зависимостей поуров-
невого исследования в интегральное выраже¬
ние, характеризующее как физические и фи¬
зико-механические свойства бетона, так и его
экономические показатели.One of the concrete properties, in the
system presented in 2.3.1 for instance ce¬
ment strength, on the system-structural
level might become a simple factor xv
but since on the previous level it was
highlighted as y, marked this symbol will
remain without changes.Unusual in this system is the equation
of inputs, but the cost price of concrete is
another property and we should take it into
consideratiqn.No doubt, regression models do not
cover all means of concrete description.
For instance, while generalizing regres¬
sion models complex equation might be cre¬
ated. Character of dependency might be
expressed with the help of schemes,
graphs, nomograms, etc.Along with indisputable advantages
there is a number of normal-logical im¬
perfections of mathematical simulation in
concrete studies. The drawback is that
some mathematical methods are insuffi¬
ciently strict for such system as concrete,
and verification methods do not reflect
physical and technological character of
the subject of inquiry. For instance de¬
pendency of concrete strength on major
factors is expressed by equations of the
third, and sometimes even of the fourth
order. Implementation of experimental
plan of such formation is associated with
serious technical difficulties. In the pro¬
cess of formal evaluation of adequacy of
mathematical models reproducibility
dispersion is compared, but technologi¬
cal significance of the factors is not tak¬
en into account, etc.Thus, despite the above mentioned im¬
perfections, description of the subject of in¬
quiry is made possible by means of inclusion
of quantitative dependencies of lower sys¬
tem-structural levels into upper ones from
the standpoint of efficiency criterion of the
latter with the further synthesis of dependen¬
cies of levels of research into integral ex¬
pression, characterizing both physical,
physical-mechanical properties of concrete
and its economical indices.
Methodological concept732.4. Оптимальность технологических
решенийЕсли проанализировать процесс производ¬
ства и применения бетона, то можно выявить
возможность получения конструкций путём
реализации многих технологических решений
с использованием различных взаимозаменяе¬
мых ресурсов. Различные технологические
решения приводят к неодинаковым затратам,
а, следовательно, и издержкам производства.
Если затраты и результаты по всем вариан¬
там могут быть рассчитаны и сопоставлены,
то необходимо отобрать наиболее эффектив¬
ные. Окончательно эта задача сводится к вы¬
явлению единственного варианта технологи¬
ческого или конструктивного решения, кото¬
рый в принятых условиях эффективнее всех
остальных. По характеру поставленной за¬
дачи количество конкурирующих вариантов,
из которых нужно сделать выбор, как прави¬
ло, бывает очень большим. Это объясняется
тем, что конструкция с заданными требования¬
ми может быть запроектирована при многих ва¬
риантах сечений с различным характером ар¬
мирования и при использовании различных
классов бетона. В то же время требуемые свой¬
ства бетона могут быть получены при исполь¬
зовании многих видов и марок цемента, запол¬
нителей, добавок, различного соотношения
компонентов, способов изготовления. Так, на¬
пример, при применении дорогостоящих супер¬
пластификаторов составы бетона, обеспечива¬
ющие минимальный расход цемента, оказыва¬
ются, в ряде случаев, дороже, чем без добавок,
а выбор оптимальной продолжительности теп¬
ловой обработки по показателю себестоимос¬
ти приводит к значительному перерасходу це¬
мента, так как экстремум зависимостей дости¬
гается при кратковременной длительности про¬
цесса. Аналогичные сложности возникают и при
проектировании конструкций. С одной сторо¬
ны, применение тонкостенных конструкций ве¬
дёт к снижению материалоёмкости, а с другой— к увеличению издержек производства за счёт
использования более мелких заполнителей,
улучшения удобоукладываемости бетонной
смеси и повышения прочности бетона. Слож¬
ность выбора наиболее эффективных решений
не один раз приводила к ошибочным кон-2.4. Optimum technological
solutionsShould we analyze production pro¬
cess and application of concrete we
could single out possibility to obtain
constructions by means of implementa¬
tion of many technological solutions
with the assistance of various inter¬
changeable resources. Different techno¬
logical solutions lead to unequal inputs
and, subsequently, production costs.
Should we calculate and compare all
inputs and results of all variants we had
to select the most efficient ones. The task
comes to revelation of the sole variant of
technological or constructive solution,
which in the given conditions is the most
efficient, if compared to others. Due to
the nature of the task the number of com¬
petitive variants, as a rule, is very big. It
is explained by the fact that the construc¬
tion with the given requirements might
be designed with many variable sections,
different characteristics of reinforce¬
ment and with various concrete brands.
At the same time the required properties
of concrete might be obtained with the
help of many types and brands of con¬
crete, aggregates, additives with differ¬
ent ratio of components, production
methods. For instance, when applying
expensive plasticizers the concrete mix,
providing for minimum cement consump¬
tion, are in some cases more expensive
than without the additives; selection of
optimum period of thermal treatment, in
terms of cost price leads to the excessive
consumption of cement, since the extre¬
mum of dependencies is reached at dur¬
ing the short-term process. Similar diffi¬
culties appear during the design of con¬
struction stage. On the one hand, appli¬
cation of thin-walled structures reduces
the material capacity, but, on the other
hand, increases production costs at the
expense of application of fine aggregates,
improvement of workability of concrete
mix and increase of concrete strength.
Complexity of selecting the most efficient so-
74Методологическая концепцияцепциям или отрицанию вообще возможнос¬
ти нахождения оптимального результата.
Концептуальная ошибка многих научных
работ связана как с нечёткостью постановки
задачи, так и с попытками нахождения опти¬
мальных решений на основании идеальных
моделей пли сомнительных данных.Сложность выбора оптимальных решений
связана как с умением правильной постанов¬
ки задачи, так и её многокритериальностью.
Оптимальность конструктивных и технологи¬
ческих решений сложнее, чем экстремаль¬
ность математической функции. При проек¬
тировании типовых технологических процес¬
сов и конструкций обычно используются об¬
щие критерии и количественные зависимос¬
ти. В то же время при разработке технологи¬
ческих процессов для конкретных предприя¬
тий и условий производства, региональных и
внутризаводских мероприятий ресурсосбере¬
жения общие количественные зависимости не
будут адекватны реальным условиям из-за
различия свойств используемых материалов,
особенностей изготовления конструкций
и т. п. Применение выводов, полученных на
основе общего анализа, к конкретным усло¬
виям производства может оказаться таким же
ошибочным, как использование результатов
отдельного локального анализа для общих ре¬
комендаций.Следовательно, концепция оптимальнос¬
ти в рассматриваемом подходе является бо¬
лее широкой, чем в традиционном. Опти¬
мальность технологических решений рас¬
сматривается как наилучший вариант, обес¬
печивающий требуемые технические свой¬
ства бетонной смеси и бетона при наимень¬
ших издержках производства с учётом oipa-
ничений на ресурсы. Оптимальность конст-
рукциошюго, строительно-технологического
и строительно-эксплуатационного уровней
рассматривается с позиции выбора свойств
бетона, которые обеспечивают минимальную
себестоимость соответственно конструкции и
объекта с учётом их эксплуатации.Таким образом, на основе анализа и обоб¬
щения основных методологических направ-lutions led sometimes to erroneous concepts
or denial of the possibility to find the opti¬
mum result at all. Conceptual mistake of
many scientific works is connected both with
the vague tasks and attempts to find opti¬
mum solutions based on ideal models or re¬
jected observations.Complexity of selecting the optimum
solutions is connected both with the abili¬
ty to define the tasks correctly and with
their multicftterion nature. Optimum con¬
structive and technological solutions are
more difficult than extreme mathematical
functions. While designing standard en¬
gineering processes and constructions gen¬
eral criteria and quantitative dependencies
are used. At the same time when develop¬
ing engineering processes for specific en¬
terprises and manufacturing environment,
regional and intrafactory events of ener-
gy-economy general quantitative depen¬
dencies will not be adequate to the real
ones due to the different properties of ma¬
terials being used, certain production pe¬
culiarities, etc. Applying conclusions ar¬
rived at on the basis of the global analysis
towards specific manufacturing environ¬
ment might be erroneous as well as appli¬
cation of results of individual local analy¬
sis for general guidelines.Consequently, concept of optimality in
the approach in question is wider than in
the traditional one. Optimality of techno¬
logical solutions is considered as the best
variant, providing for required technolog¬
ical properties of concrete mix and con¬
crete at the minimum production costs tak¬
ing into consideration restrictions on re¬
sources. Optimality of constructive, con¬
struction-technological levels is consid¬
ered from the standpoint of selection of con¬
crete properties, which provide for mini¬
mum cost price according to the construc¬
tion and the object taking into consider¬
ation their operation.Thus, based on the analysis and gen¬
eralisation of main methodological ten-
Methodological concept75лений предложена системно-структурная кон¬
цепция, рассматривающая многоплановую и
взаимосвязанную иерархию системно-струк¬
турных уровней и критериев эффективности
в бетоне от связующего до строительно-эксп¬
луатационной систем, формирующихся,
трансформирующихся и развивающихся по
принципу “система в систему” в результате
целенаправленного энергетического воздей¬
ствия. На основе полисистемного подхода
представляется возможным описание бетона
путём построения открытой многоярусной
иерархической системы полиномиальных
уравнений. Существенным отличием пред¬
ложенной концепции от известных является
многоплановое рассмотрение объекта
исследования в процессе формирования и
развития.Список литературы1. Баженов Ю. М., Вознесенский В. А. Перспективы
применения математических методов и техноло¬
гии сборного железобетона. — М.: Стройиздат,
1974,— 192 с.2. Баженов Ю. М., Иванов Ф. М. Современные про¬
блемы бетоноведения //Бетон и железобетон. —
1988, — №1, — С. 4—6.3. Вовк С. Н. Методологические проблемы матема¬
тической теории эксперимента //Вопр. филосо¬
фии. — 1985. — №8. — С. 48—59.4. Вознесенский В. А., Выровой В. Н., Керш В. Я. и др.
Современные методы оптимизации композиционных
материалов. — К.: Будйвельник, 1983. — 144 с.5. Вознесенский В. А., Коваль С. В. Системология и
компьютерное решение задач оптимизации мо¬
дифицированных композитов.— К.: Знание, 1992.— 16 с.6. Грушко И. М., Сиденко В. М. Основы научных
исследований. — Харьков: Выща шк., 1983. —
223 с.7. Кафаров В. В. Методы кибернетики в химии и
химической технологии. — М.: Химия, 1976. —
464 с.8. Кафаров В. В., Дорохов И. Н. Системный анализ
процессов химической технологии (Топологи¬
ческий принцип формализации). — М.: Наука,
1979. — 394 с.9. Кикель П. Ф. Математизация научного знания. —Минск: Университетское, 1989. — 86 с.dencies we suggested the system-structur¬
al concept that considers multidimension¬
al and interrelated hierarchy of system-
structural levels and efficiency criteria of
concrete from coupling agent to construc¬
tion-operational system, which are in the
process of formation, transformation and
evolution according to the principle “sys¬
tem into system” as a result of purposeful
energy impact. Based on the polysystemic
approach it is considered possible to de¬
scribe concrete by means of open many-
tier hierarchical system of polynomial
equation. Multilateral examination of the
subject of inquiry in the process of forma¬
tion and evolution is a significant distinc¬
tion of the suggested concept in contrast
to all known ones.Bibliography10. Налимов В. В. Теория эксперимента. —
М.: Наука, 1971. — 208 с.И. Соломатов В. И. Технология полимербе-
тонов и армополимербетонных изделий. —
М.: Стройиздат, 1985. — 142 с.12. Соломатов В. И., Селяев В. П. Химичес¬
кое сопротивление композиционных стро¬
ительных материалов. — М.: Стройиздат,
1987. — 262 с.13. Рыбъев И. А. К вопросу соответствия
свойств материалов оптимальным струк¬
турам // Бетон и железобетон. —1984.—№11.— С. 27—29.14. Рыбъев И. А. Строительные материалы на
основе вяжущих веществ. — М.: Высш.
шк., 1978. — 310 с.15. Файнер М. Ш. Введение в математичес¬
кое моделирование технологии бетона. —
JlbBiB: Св1т, 1993. — 237 с.16. Файнер М. Ш. Методологические пробле¬
мы бетоноведения // Бетон и железобетон.— 1989. — №8. — С. 28—29.17. Файнер М. Ш. Квопроеу о критериях и прин¬
ципах оптимизации режимов тепловой обра¬
ботки бетона // Изв. вузов. Строшшьство и
архитектура. — 1979. — №10. — С. 72—78.18. Файнер М. 111. Концепция оптимального
проектирования бетона // Бетон и железо¬
бетон.— 1992. — №1. — С. 15—17.
76Методологическая концепция19. Файнер М. Ш. Системно-структурный под¬
ход к модификации бетона // Химические до¬
бавки и их применение в технологии произ¬
водства бетона и железобетона: Материалы
семинара. — М.: ЦРДЗ, 1992. — С. 96—100.20. Файнер М. Ш. Системно-структурный под¬
ход к анализу производства сборного же¬
лезобетона // Изв. вузов. Строительство и
архитектура. — 1988. —№6. — С. 78—81.21. Файнер М. Ш. Экономико-математичес¬
кий анализ производства сборного же¬
лезобетона II Там же. — 1978. — №5. —
С. 79—84.22. Цыганков И. И. Технико-экономический
анализ способов производства сборного же¬
лезобетона. — М.: Стройиздат, 1973. —
184 с.к
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕОСНОВЫБЕТОНОВЕДЕНИЯTHEORETICAL BASICS
OF CONCRETE
STUDIES
78Глава 3Теоретические
модели бетонной
смеси и бетон. Насколько они
близки к реальным?Что дает теоретическое
осмысление бетона
и технологических
процессов его производства?Прочность бетона
при сжатии или
на растяжение при сжатии?Морозостойкость бетона.Теоретический анализ.
Причины разрушения бетона
при попеременном замораживании
и оттаивании.Новое видение проблемы.Teoretical models of
concrete mix and
concrete. How close to
reality they are?What are the results of
theoretical comrehension
of concrete and its
production methods?Compression strengthof concrete or tensile strength atcompression?Frost resistance of concrete.
Theoretical analyses.Reasons of concretedeterioration at alternate freezinganddefrosting.New vision of the problem.
Chapter 379ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
БЕТОНОВЕДЕНИЯ3.1. Анализ теоретических моделей
бетонной смесиОдной из характеристик бетонной смеси
является формуемость (удобоукладывае-
мость), которая определяется ее однороднос¬
тью, транспортабельностью и способностью
приобретать заданную форму.Если отвлечься от многих второстепенных
факторов, то упрощенную модель бетонной
смеси можно представить в виде двух тел (за¬
полнителей), контактирующих через связую¬
щее, которое представляет собой своего рода
жидкостную смазку (рис. 3.1.1).Рис. 3.1.1. Упрощенная модель бетонной
смеси:I — заполнители; 2 — связующее; F — силы,
действующие на смесьНа практике между частицами бетонной
смеси возникает сложный комплекс явлений.
Как правило, поверхность зерен заполните¬
лей, а также цемента шероховата, и в зави¬
симости от концентрации связующего, жид¬
костной составляющей в связующем и степе¬
ни сближения частиц между ними может воз¬
никать не только жидкостное, но и сухое тре¬
ние. В зависимости от подъемной силы, воз¬
никающей в зазоре между частицами, про¬
является как гидродинамическое, так и эла-
стогидродинамическое трение, а в зоне кон¬
такта микронеровностей частиц — сухое
трение.В процессе приготовления, транспортиро¬
вания и хранения бетонной смеси как системыTHEORY OF CONCRETE
STUDIES3.1. Analyzing theoretical models
of concrete mixWorkability is one of the properties
of concrete mix defined by its
homogeneity, portability and ability to
take the transportability given shape.If we draw our attention away from
the secondary factors, then the
simplified model of concrete mix might
be presented in the form of two
aggregates contacting each other
through the with coupling agent in the
form of fluid lubrication (fig.3.1.1).Fig. 3.1.1. Simplified model of
concrete mix:1 - aggregates; 2 - couplin agent; F-forces
affecting the mixComplicated set of phenomena
emerges between the particles of concrete
mix. As a rule, the surface of aggregates
grains as well as of cement is rough and,
depending on coupling agent concen¬
tration, fluid constituent of the coupling
agent and degree of particle closeness, not
only lignid but Coulomb friction might
appear between them. Depending on
ascending force that emerge in the gap
between the particles, both hydrodynamic
and elastohydrodynamic friction develop,
and in contact zone of microasperity of
particles - Coulomb friction.In the process of preparation, transportation
and storage of concrete mix as a system
80Теоретические основы бетоноведенияпроисходят необратимые структурные изме¬
нения, связанные с различными физико-хи¬
мическими явлениями, в частности, для це¬
ментных связующих — с гидратацией вя¬
жущего. Поэтому можно утверждать, что в си¬
стеме взаимодействия “связующее — заполни¬
тель” находится третье вещество в виде про¬
дуктов гидратации, или твердения вяжущего.Предметом отдельного исследования
могло бы стать влияние шероховатости час¬
тиц на свойства бетонной смеси. Но так как
число параметров шероховатости (высота,
расположение, угол наклона, радиус округ¬
ления и т. д.) велико и навряд ли внесет но¬
вые знания в проблему, ограничимся имею¬
щейся информацией. Таким образом, основ¬
ными факторами, существенно влияющими
на свойства бетонной смеси, являются вяз¬
кость связующего, его объемное содержа¬
ние в смеси, вид и топография зерен вяжу¬
щего и заполнителей.Характерной чертой бетонной смеси яв¬
ляется относительно слабое сцепление меж¬
ду частицами. Основное условие обеспече¬
ния необходимой вязкости смеси — это сма¬
чиваемость частиц. В общем случае смачи¬
ваемость характеризуется граничным углом,
образующимся между смоченной поверхно¬
стью частицы и нормалью к поверхности ме¬
ниска смачивающей жидкости, проведенной
из точки контакта. Представленная на
рис. 3.1.2 общеизвестная схема хорошо ил¬
люстрирует изложенное.Рис. 3.1.2. Угол смачивания твердой частицы
хорошо смачивающей (а) и плохосмачивающей
жидкостями (Ь):I — жидкость; 2 — твердая частицаЗначение граничного угла смачивания за¬
висит от соотношения когезионных сил при¬
тяжения молекул жидкости, сил притяжения
молекул жидкости молекулами (ионами,irreversible structural changes associated
with different physical-chemical phenome¬
na, in particular hydration of the binder,
take place. That is why, we can contend that
in the system of interaction “coupling agent- aggregate” there is a third substance in
the form of the hydration derivatives or those
of hardening of the binder.Impact of roughness of particles on the
properties of concrete mix might become the
subject matter of a separate research. But
since the number of parameters of roughness
(height, location, degree of tilt, radius of
rounding, etc.) is quite big and will hardly
introduce any new knowledge, we shall
restrict ourselves to the available
information. Thus, the major factors,
affecting concrete mix properties are the
coupling agent viscosity, its volume content
in the mix, shape and topography of binders
and aggregates grains.Relatively weak cohesion between the
particles is the characteristic feature of
concrete mix. Viscosity of the mix is
conditioned on wettability of the particles.
In the general case, wettability is
characterized by the boundary angle,
formed between the wetted surface of the
particle and meniscus surface normal of the
wetting liquid, drawn from the point of
engagement. The scheme presented in fig.
3.1.2 is a good illustration of the above
mentioned.Fig. 3.1.2 Angle of wetting of solid
particle with well wetting (a) and poorly
wetting (b) liquid:1 - liquid; 2 - solid particleValue of boundary angle of wetting
depends on the ratio of cohesive attracting
forces of liquid molecules, forces attracting
liquid molecules with molecules (ions,
Theory of concrete studies81атомами) поверхностного слоя твердой ча¬
стицы, гравитационных сил, а также вне¬
шних сил, находящихся на расстоянии меж-
молекулярного взаимодействия контактиру¬
ющих зерен и капель жидкости. Точно вы¬
числить угол смачивания в такой системе,
как связующее или бетонная смесь, нереаль¬
но, но качественная оценка этого явления
очень важна (рис. 3.1.3).atoms) of a solid particle coating surface,
gravitational forces, as well as on external
forces, at a distance of intermolecular
interaction of contacting grains and drops
of liquid. It is not feasible to calculate the
angle of wetting in such system as coupling
agent or concrete mix; however quantitative
assessment of this phenomena is quite
important (fig. 3.1.3).Рис. 3.1.3. Общая схема межмолекулярного
взаимодействияПоле сил между частицами создается за¬
рядом контактирующих слоев их атомов
(ионов, молекул) и уменьшается с увеличе¬
нием расстояния между поверхностями. Эле¬
менты частиц могут иметь ковалентные свя¬
зи (атомы), молекулярное взаимодействие
(ван-дер-ваальсова сила), ионные (ионы) и
металлические (ионный газ, остовы атомов)
связи. С позиций бетоноведения наиболь¬
ший интерес для нашего предмета исследо¬
вания представляют связи между частицами,
а именно специфическое взаимодействие,
называемое ван-дер-ваальсовым.Цисперсионное (трокинетическое) взаи¬
модействие возникает в результате образо¬
вания диполей при движении электронов вок¬
руг ядра. Эти силы имеют ограниченную зону
действия, так как возникают при очень близ¬
ком контакте молекул. Конформация, т. е. из¬
менение электростатического поля отдельных
звеньев молекул, вызывает и определенное
межмолекулярное взаимодействие. Несмотря
на малые значения дисперсионных и конфор-
мационных сил, в случае больших молекул
(полимерное связующее) вместе они могутFig. 3.1.3. General scheme of inter¬
molecular interactionField of forces between the particles is
created by the charge of contacting layers
of their atoms (ions, molecules) and is
decreased while increasing the distance
between the surfaces. Elements of the
particles might have covalent links (atoms),
molecular interaction (Van der Waals
forces), ionic (ions) and metallic (ionic gas,
atom body) connections. From the
standpoint of concrete studies connections
between the particles, to be more specific -
Van der Waals interaction, is of great
interest as a subject of our research.Dispersion (trokinelic) interaction
appears as a result of dipole formation in
the process of the electron movement
around the nucleus. These forces have
restricted zone of infection, since they
appear only in case of close contact
between the molecules. Conformation, i.e.
modification of electrostatic field of
certain sections of molecules, causes
definite intermolecular interaction. Despite
the low value of dispersion and conformation
forces in case of big molecules (plastic
82Теоретические основы бетоноведенияоказаться весьма значимыми. Ориентаци¬
онные силы имеют электростатический ха¬
рактер и возникают между молекулами, яв¬
ляющимися постоянными диполями (несим¬
метричное расположение положительных и
отрицательных зарядов). В отличие от дис¬
персионных ориентационные силы очень
зависимы от температуры среды. Индукци¬
онные силы возникают при взаимодействии
постоянного и индукционного диполей.
Смещение зарядов в неполярной молекуле
при образовании индукционного диполя
вызывает электронную, атомную и ориен¬
тационную поляризацию.Все рассмотренные силы с определенной ус¬
ловностью можно отнести к когезионным, действие
которых формирует частицы с разным агрегатным
состоянием и соответственно с различными свой¬
ствами. Как правило, энергия межмолекулярных
ван-дер-ваальсовых связей составляет 4,1—8,4
кДж/моль, в том числе дисперсионных — 0,8—8,35,
электростатических — до 8,35 и индукционных до2 кДж/моль. Энергия ковалентной связи достигает
630 кДж/моль, ионной и металлической — 420, а
водородной —33,5 кДж/моль.Взаимодействие между частицами бетонной
смеси определяется молекулярными (молекулы,
ионы), поверхностными коллоидными (размер (0,1—
2) • 10~7мм), капиллярными (размер 0,1—1 мм) и ме¬
ханическими (размер 1—70 мм) явлениями.Силы взаимодействия между компонентами
бетонной смеси имеют различный механизм.
Так, взаимодействие между зернами заполни¬
теля практически ничтожно и только при при¬
ложении внешней нагрузки в этой системе мо¬
гут возникнуть такие явления, как, например,
внутреннее трение. С уменьшением же размера
частиц до 0,05 мм начинают проявляться силы
поверхностного взаимодействия. При этом
частицы коллоидных размеров взаимодействуют
уже через сольватную оболочку, т. е. жидкость,
адсорбционно связанную с поверхностью частиц.Под адсорбцией нами понимается присоедине¬
ние молекул жидкости или газа к поверхности час¬
тиц в результате действия ван-дер-ваальсовых сил.В результате физической адсорбции про¬
исходит механическое соединение молекул, а
химической (хемосорбции) — образование
химических соединений с поверхностью час¬
тиц. На наш взгляд, для цементных систем пра¬
вильнее было бы говорить о хемосорбции, так
как поверхность частиц вяжущего, обладаю-coupling agent) together they might be quite
significant. Orientation forces are of
electrostatic nature and are originated
between the molecules, which are constant
dipoles (non-symmetric arrange-ment of
positive and negative charges). In contrast
to dispersible forces the orientational ones
are dependent on the temperature of the
medium. Induction forces emerge during
interaction of constant and induction
dipoles. Displacement of charges in non¬
polar molecule in the process of induction
dipole generation causes electronic, atomic
and orientational polarization.All the forces in question can be
conditionally allocated to cohesive forces; the
action jf the latter forms particles of various
aggregative state and correspondingly with
different properties. As a rule the energy of
intermoiecular Van der Waals connections
equals to 4.1 — 8.4 kj/mol, including dispension
— 0.8 — 8.35, electrostatic - up to 8.35 and
induction up to 2 kJ/mol. Energy of covalent
link reaches 630 kJ/mol, ionic and meatlic -
420 kj/mol, and hydrogen - 33.5 kj/mol.Interaction between the particles
in concrete mix is determined by molecular
(molecules, ions,), surface colloid ((0.1—2) ■ 10'
7 mm), capillary (0.1—1 mm) and mechanical
(1—70 mm) phenomena.Interacting forces between the
components of concrete mix have differing
mechanism. Thus, interaction between the
grains of aggregate is so small that only
when applying external load such
phenomena as internal friction might be
generated. While decreasing the size of the
particles up to 0.05 mm forces of surface
interaction might emerge. At that colloidally
sized particles interact via solvation sphere,
i.e. liquid adsorptively connected with the
surface of the particles.Under adsorption we imply joining liquid
or gas molecules to the surface of the particles
as a result of Van der Waals forces.Of molecules takes place in the process
of physical adsorption; formation of
chemical compounds with the surface of
the particles takes place in the process of
chemosorption. In my opinion, we should
rather speak about chemosorption for
cement systems, since the surface of the
Theory of concrete studies83щая некомпенсированными молекулярными
силами, не только притягивает обладающую
большим дипольным моментом воду, но и хи¬
мически взаимодействует с ней.Рассмотрим реологические и реодинами-
ческие модели бетонной смеси.Элементарные понятия о реологических свой¬
ствах бетонной смеси и бетона можно получить при
изучении таких простых деформаций, как сдвиг и
удлинение.Как известно, материалы могут находиться в
твердом, жидком и газообразном состоянии. Отли¬
чительными характеристиками твердого состояния
являются форма и объем, жидкого — объем. Под
действием силы твердое тело деформируется упру¬
го, а жидкое — течет. Реологической характерис¬
тикой жидкого состояния является его вязкость (tj).
С позиций реологии бетонная смесь и бетон обла¬
дают характеристиками как жидкого, так и твердо¬
го состояния. Если к материалу приложить дефор¬
мирующее усилие F по касательной к неподвижно
закрепленной грани площадью S, то возникает внут¬
реннее касательное напряжение х = F/S. По закону
Гука касательное напряжение для упругой стадии
будет пропорционально модулю сдвиговой упруго¬
сти (G) и сдвиговой деформации (v), т. е. т = Gv, а
скорость сдвига (v7) будет равна v' = dv/dt. В вязкой
жидкости касательное напряжение будет прямо про¬
порционально скорости деформации и обратно про¬
порционально ее текучести (1/г/), т. е. х = т| у;.Так как
материал не находится в невесомости, то на его
состояние существенно влияют силы трения. По¬
нятно, что при касательных напряжениях, превы¬
шающих силу сухого трения, деформации сдвига
не происходят.Реологические модели бетонной смеси и
бетона рассматриваются как комбинации, со¬
четающие формализованные модели идеаль¬
но упругого, идеально вязкого и идеального
элементов сухого трения. Эквивалентом уп¬
ругих свойств обычно является спиральная
пружина, вязкого трения — поршень с отвер¬
стием в цилиндре с жидкостью, а сухого тре¬
ния (пластичности) — груз на твердой повер¬
хности (рис. 3.1.4).Комбинированные модели обычно состо¬
ят из нескольких идеальных эквивалентов, со¬
единенных параллельно, последовательно
или параллельно-последовательно между со¬
бой. Принцип распределения усилий и дефор¬
маций при таких сочетаниях аналогичен рас¬
пределению силы тока и напряжения в элект¬
рической цепи. Так, при последовательном co¬binder particles possessing uncompen¬
sated molecular forces, not only draws
water possessing heavy dipole moment,
but interacts with it chemically.Let us consider rheological and
rheodynamic models of concrete mix.Primitive concept about rheological
properties of concrete mix and concrete itself can
be obtained while investigating such simple
deformations as shear and stretching.As everybody knows, materials might be of
solid, liquid and gaseous state. Distinctive
features of solid state are form and volume; that
of liquid one - volume. Under the influence of
force solid deforms elastically, and liquid one is
leaking. Viscosity (ij) is the rheological
characteristic of the liquid state. From the
rheology standpoint concrete mix and concrete
possess the features of both solid and liquid
state. If we apply deforming force /'tangentially
to the fast fixed plane with the area of S, internal
tangential stress x = F/S is generated. According
to the Hooke’s law tangential stress for the elastic
stage will be proportionate to the modulus of
shear elasticity (G) and shear deformation (v), x
= Gv, and shear rate (vy) will be equal v1 = dv/dt.
In the viscous liquid tangential stress will be
directly proportional to deformation rate and
inversely proportional to its fluidity
(l/rj), i.e. x = r| v1. Since the substance does not
enjoy the state of zero-gravity, friction forces
affect its state significantly. It is obvious, that
under tangential stress exceeding the
Coulomb friction forces there is no shear
deformation.Rheological models of concrete mix
and concrete itself are examined as
combinations blending together formali¬
zed models of perfectly elastic, perfectly
viscous and perfect components of Coulomb
friction. Ciol spring is an equivalent of elastic
properties, piston with the aperture in the
cylinder filled the liquid — that of viscous
friction, load on solid surface — that of
Coulomb friction (plasticity) (fig.3.1.4.).Composite models usually consist of
several perfect equivalents, connected in
parallel, in series or series-parallel.
Principle of force and deformation
distribution in such combinations is
similar to distribution of current strength
and voltage in electric circuit. For
instance, in case of connection in series
84Теоретические основы бетоноведенияРис. 3.1.4. Теоретические эквиваленты мате¬
риалов:а — идеально упругого (закон Гука); b — иде¬
ально вязкого (закон Ньютона); с — идеально плас¬
тичного (закон Сен-Венана — Кулона).единении элементов полная деформация или
полная скорость деформации определяется
как сумма этих характеристик, т. е.ПF = V = ZV'/=1/=1Рассмотрим некоторые комбинации данных
элементов. Например, последовательное соеди¬
нение элементов с упругими и вязкими связями
дает модель упруговязкой жидкости Максвел¬
ла; (рис. 3.1.5, а), способную к релаксации. Па¬
раллельное соединение этих элементов дает эла¬
стичную вязкоупругую модель Кельвина —
Фойгта (рис. 3.1.5, Ь). Комбинация всех трех
рассмотренных элементов, в которых к парал¬
лельно соединенным пластичному и вязкому
элементам последовательно присоединен упру¬
гий, образует вязкопластичную модель Бинга¬
ма (рис. 3.1.5, с), проявляющую в зависимости
от напряжения упругие или вязкие свойства:F = FоFig.3.1.4. Theoretical equivalents of
materials:a - perfectly elastic (the Hooke’s law); b -
perfectly viscous (Newton’s law); с - perfectly
plastic (Saint Venant-Coulomb’s law).of elements full deformation or strain
rate is defined as sum of these
characteristics, i.e.= £v/ (3.1.1)/=iin case of parallel connection -iv = v, (3.1.2)Let us consider some combinations of
these elements. For instance, connection of
elements with elastic and viscous ties in series
creates the Maxwell model of elastoviscous
liquid (fig.3.1.5a) disposed towards
relaxation. Parallel connection of these
elements creates flexible visco-elastic
Kelvin-Voigt model (fig.3.1.5.b). Combina¬
tion of all three elements considered in which
elastic element is connected in series to
parallel connection of plastic and viscous
elements creates viscous-plastic Bingham
model (fig.3.1.5.c), displaying elastic and
viscous properties depending on voltage:+ ^ (3.1.3)при параллельном —F = V = V!И V
Theory of concrete studies85Рис. 3.1.5. Теоретические модели упруговяз¬
кого (а), вязкоупругого (h) и вязкопластичного
(с) тела, обобщенная модель Макосвелла — Шве¬
дова — Кельвина(d)Наряду с рассмотренными известны и
другие модели, например дилатантные, ха¬
рактеризующиеся более плавным и нелиней¬
ным изменением скорости деформации при
увеличении напряжения сдвига. Более реаль¬
но реологическая модель для цементных си¬
стем учитывает упруговязкие и эластичные
свойства. Наиболее полно к этим требова¬
ниям приближается модель Н. В. Шведова,
в которую введен параметр предельного на¬
пряжения сдвига.Рассмотрим некоторые аспекты физико¬
химических процессов, определяющих рео¬
логические свойства бетонной смеси и бе¬
тона и связанных с формированием его
структуры.Fig. 3.1.5. Theoretical models of elasto-
viscous (a), viscoelastic (b) and viscous-plastic
(c) solid, generalized model of Maxwell—
Shvedov—Kelvin (d).Along with the models considered
above other models are known, for
instance, dilatant, characterized by
smooth and non-linear variation of strain
rate while increasing shear voltage. Real
rheological model for cement systems
takes into consideration elastoviscous
and elastic properties. Only the Shvedov
model, in which parameter of critical
shear stress voltage is introduced, comes
close to these requirements.Let us consider some aspects of
physical-chemical processes defining
rheological properties of concrete mix and
concrete itself and connected to the
formation of its structure.
86Теоретические основы бетоноведенияКак известно, свойства дисперсной систе¬
мы зависят от формы, концентрации и взаим¬
ного расположения частиц в дисперсионной
среде. Если представить дисперсную систему
в напряженном состоянии, состоящую из па¬
раллельных слоев, то сдвиговое течение этих
слоев будет происходить по модели Е. Е. Би¬
бика с различной скоростью V] и У2. В иде¬
альном случае, при малой концентрации и
сферической форме частиц (рис. 3.1.6, а), дви¬
жение соседних слоев будет независимым
(кроме пристеночных областей).Рис. 3.1.6. Сдвиговое течение дисперсных
систем по Е. Е. БибикуПри игольчатой форме (рис. 3.1.5, Ь) про¬
исходят зацепление частиц и изменение ско¬
рости движения на величину AV, что создает
дополнительное сопротивление движению
слоя, пропорциональное числу частиц (п) в
слое, вязкости среды {rj) и радиусу (г): Д т =
бттг)2 ■ г\ У. Чем выше концентрация частиц
(рис. 3.1.6, с), тем выше сопротивление сколь¬
жению слоев. В цементных системах частицы
находятся в агрегатированном виде. Поэтому
в процессе движения слоев происходит не
только взаимопроникновение агрегатов, но
и их диспергирование (рис. 3.1.6, е). Еще боль¬
шее сопротивление оказывает пространствен¬
ный каркас из отдельных частиц и их агрега¬
тов. Такие каркасы образуются обычно на бо¬
лее поздних стадиях гидратации цементных
систем и в цементно-полимерных композици¬
ях. В последних рассмотренных случаях мы
имеем дело со структурированными дисперс¬
ными системами, в которых зависимости из¬
менения напряжения и скорости движения но¬
сят нелинейный характер, т. е. с возникнове¬
нием неньютоновских свойств.As it is known properties of dispersion
system depend on the form, concentration
and mutual arrangement of particles in
disperse medium. Should we imagine
dispersion system under stress consisting
out of parallel layers, then shear flow of
these layers will proceed according to the
E.E. Bibik model with varying speed F,
and Vr In ideal case, of low concentration
and spherical form of particles (fig. 3.1.6,
a), motion of adjacent layers will be
independent (except for parietal areas).Fig. 3.1.6. Shear flow of dispersion
systems according to E.E. BibikIn case of needle-shaped form mesh of
particles and change of rate of movement
by the value of AV take place. It creates
extra layer tractive resistance, proportio¬
nate to the number of particles (n) in the
layer, viscosity of the medium (rj) and
radius (г): Д т = 6nr\2 ■ r\V. The higher
concentration of particles the higher layer
tractive resistance is. In cement systems
particles are in aggregative state. That is
why not only mutual penetration of
aggregates but also their dispersion takes
place in the process of layers motion. Even
higher resistance is exercised by space
frame out of separate particles and their
aggregates. Such frames are created at the
later stages of cement systems hydration
and in cement-polymeric compositions. In
the latter cases considered we deal with
the structured dispersion systems, in which
dependencies of tension changes and rate
of movement have non-linear character,
i.e. with the generation of Newton
properties.4\)/о о о
„О о
о О о
о о
ООО\>о о
оО О\ /о о о
О о
о О о
о о
ОООVщООО
о о°о°\/\ \о о о
о оООО
О оо о оV”а b с d е
Theory of concrete studies873.2. Формирование структуры
бетонаРассматривая формирование структуры и
свойств бетона как процесс перехода от одно¬
го системно-структурного уровня к другому,
необходимо определить внутренние и внешние
движущие силы этой организации. Системно¬
структурный подход к объекту исследования
предполагает переход от классической схемы
исследования, включающей в себя изучение
влияния состава и структуры на свойства, к
анализу процессов их активного формирова¬
ния (рис. 3.2.1).3.2. Formation of concrete
structureInvestigating formation of properties and
strucutre of concrete as a process of
transformation from one system-structural
level to the other, it is necessary to define
internal and external driving forces of this
organization. System-strucutral approach
towards the subject of enquiry suggests
transition from classic scheme of investigation,
including study of contents and structure
influence on the properties, to the analysis
of the formation processes (3.2.1).Рис. 3.2.1. Общая схема анализа
процессовКак известно, синтез прочности цемент¬
ного камня представляется как процесс обра¬
зования гидратных цементирующих фаз и
межзерновой конденсации. На первых стади¬
ях ведущую роль играют структуры цемент¬
ных частиц и воды, избирательные взаимо¬
действия между ними и групповые поля этих
взаимодействий. Эти процессы сложной де¬
терминации, направляемые энергетическими
воздействиями на систему, оказываются и ос¬
новными источниками возникновения орга¬
низации системно-структурных уровней. При
этом начальная стадия процесса, как внут¬
ренний источник самодвижения, представля¬
ет собой взаимодействие гидратированных
частиц цемента. Дальнейшее же развитие си¬
стемы и усиление ее внутренних связей про¬
исходит вследствие относительно самостоя¬
тельного обособления процесса (дисперги¬
рование, самодиспергирование и выделениеFig. 3.2.1. General scheme of process
analysisAs it is known, synthesis of set strength
is presented as a process of hydrated
cementing phase and intragranular
condensation. At the initial stages the
leading role is played by strucutres of cement
particles and water, selective interactions
between them and group fields of these
interactions. These processes of composite
determination, driven by energy impact on
the system, turned out to be the major sources
of system-structural levels organization.
At that the initial stage of the process, as
internal source of self-movement
represents interaction of hydrated
particles of cement. Further development
of the system and strengthening of its
internal connections takes place as a
result of relatively independent isolation
of the process (dispersion, self¬
dispersion, secretion of new formations).
88Теоретические основы бетоноведенияновообразований). Процесс заканчивается
накоплением новообразований, их кристал¬
лизацией и последующей конденсацией.Поэтому интенсивность формирования струк¬
туры и прочность связующей системы в зна¬
чительной степени будут зависеть не только
от свойств вяжущего и дисперсионной среды,
но и от энергетических условий процесса.Характер связи частиц вяжущего, а сле¬
довательно, и свойства бетона определяются
как химико-минеральным составом, особен¬
ностями структуры поверхности цемента, хи¬
мической активностью среды, так и способом
организации энергетического воздействия.
Активность вяжущего во многом определяет¬
ся “предысторическим” состоянием поверх¬
ности частиц — наличием электронных, атом¬
ных и ориентационных дефектов, выходом
дислокаций и вакансий. Энергетическое воз¬
действие на систему приводит к генерации и
перегруппировке дефектов в структуре повер¬
хностного слоя частиц цемента, которые в
дальнейшем выступают как активные цент¬
ры системы и инициаторы реакций в локали¬
зованных зонах на границе раздела фаз.В процессе формирования структуры цемен¬
тного камня особая роль принадлежит части¬
цам надмолекулярной и субмикроскопической
фракций.Рассмотрим физико-химические аспекты
формирования структуры цементного кам¬
ня, для чего еще раз вернемся к анализу хи¬
мико-минерального состава клинкера. Как
уже отмечалось, в клинкере содержатся та¬
кие основные минералы:The final stage of the process ischaracterized
by the accumulation of new formations, their
crystallization and further condensation.That is why the intensity of structure
formation and strength of bonding system,
to a great extent, depend on both the
properties of the binder, dispersion medium
and power conditions of the process.Characteristics of binder particles
ties, and, consequently, the properties of
concrete are determined by chemical-
mineral consents, peculiarities of cement
surface structure, chemical activity of the
medium, as well as the mode of energy
impact organization. Binder activity is
determined by “prehistorical” state of the
particle surface - availability of electron¬
ic, atomic, and orientational defects, dis¬
location and vacancy yield. Power impact
on the system leads to generation and re¬
grouping of defects in the structure of the
cement particles blanket which further
serve as active centres of the system and
initiators of reactions in the local zones
on the phase boundary.Particles of supramolecular and
submicroscopic fractions play special role
in the process of cement stone structure
formation.Let us consider physical-chemical
aspects of cement stone structure formation.
For this purpose we shall once more turn
back to the analysis of the chemical-mineral
contents of the clinker. As it was mentioned,
clinker contains the following minerals:или упрощенно[C,S — ЗСаОor simply
Si02];Ca,Ca3Ca,Si04
Al2 o6
A1 FeO<[C,S — 2CaO ■ SiO,];[C.A — ЗСаОai203][C4AF-CaS04K2so4• 2H20
K3Caа также(С SH2), щелочные сульфаты
(S04)2, оксиды CaO и MgO.
Основными минералами, обеспечивающими
формирование прочности цементного камня, явля¬
ются C3S и C2S. С3А — высокоактивный минерал,
обеспечивающий формирование структурной проч¬
ности бетона на ранней стадии. При этом реакци--4СаО ■ А1203 • Fe203],as well as
CaS04 ■ 2H,0 (C SH2),(3.2.1)alkaline sulphatesK2S04, K3Ca (S04)2, oxides CaO и MgO.Major minerals providing for cement stone
strength formation are C3S and C2S. C3A is a
highly active mineral providing for the formation
of structural strength of concrete at the early
stage. At that reactivity of C3A is so large that
Theory of concrete studies89онная способность C3A настолько велика, что если
ее не замедлить введением гипсового камня, то про¬
цесс схватывания цементного теста резко ускорит¬
ся. C4AF — малоактивный минерал, хотя его влия¬
ние в сочетании с С3А и C3S на эксплуатационные
свойства бетона весьма существенно. Гипсовый
камень также влияет и на процессы гидратации C3S.
Общее содержание гидроксидов составляет обыч¬
но 0,5—0,8 % и существенно не влияет на эксплуа¬
тационные свойства бетона. Однако повышенное
содержание сульфатов и оксидов резко снижает
стойкость бетона в агрессивных средах и защит¬
ные свойства по отношению к металлу.Как известно, в цементном связующем
началом структурообразования является
взаимодействие поверхностных слоев вяжу¬
щего с водой. В процессе растворения, про¬
текающего в несколько стадий, в жидкую
фазу переходят продукты клинкерных ми¬
нералов. При этом наибольшей скоростью
растворения обладает С3А, а наименьшей
P-C,S. По мнению проф. А.Е.Шейкина, при
затворении цемента водой в раствор пере¬
ходят молекулы ЗСаО • SiO2, а затем
уже в жидкой фазе, от молекул ЗСаО • SiO,
отщепляется оксид кальция СаО, кото¬
рый затем гидратируется, образуя гидро¬
ксид кальция Са (ОН),. Остаток молекулы
2СаО ■ SiO, диссоциирует на ионы 2Са3+ и
[Si04]4', а затем вступает в реакцию с
водой:2Са2+ + [SiO/ + 4 (НОН)Избыток (ОН) приводит к повышению pH жид¬
кой фазы системы. Имеется мнение и об инкон-
груентном растворении C3S с преимуществен¬
ным переходом в жидкую фазу ионов Са2+
(проф. Ю. С. Малинин). Рассматриваются и
более сложные механизмы растворения клин¬
керных минералов, включающие в себя поэтап¬
ный отрыв гидратирующихся частиц в виде
ионных пар (проф. А.Ф. Полак). В результате
этих процессов наблюдается резкое повышение
вязкости цементно-водной суспензии и при дос¬
тижении предельной концентрации продуктов
растворения клинкерных минералов возника¬
ют первые зародыши новых гидратных фаз. Это
обычно гидроксиды, гидросиликаты и гидро¬
алюминаты кальция, образующиеся вблизи по¬
верхности зерен вяжущего, на них или на дру-should you not reduce it by way of introduction of
gypsum stone the cementation of mortar would
sharply accelerate. C4AF is a low-activity mineral,
though its impact, in combination with C3A and
C3S, on the operational properties of concrete is
significant enough. Gypsum stone influences the
processes of C3S hydration as well. Total contents
of hydroxides is approximately 0.5 -0.8% and does
not influences significantly the operational
properties of concrete. However, increased
contents of sulphates and oxides reduce concrete
resistance to corrosive medium and protective
properties with respect to metal.As it is known, interaction of binder coat¬
ing surface with the water is considered as a
start of structure formation in cement bind¬
er. In the process of dissolution proceeding
in several stages the products of clinker min¬
erals pass into liquid phase. C3S possesses
the highest rate of dissolution, whereas P-
C,S - the lowest one. According to profes¬
sor A.E. Sheikin while tempering cement
with water molecules of ЗСаО • SiO, pass on
to the solution, and later during the liquid
phase the molecules of calx CaO detach from
molecules of ЗСаО • SiO,. During the lignid
phase calx CaO from the molecule of ЗСаО• SiO,. It is later hydrated and forms the cal¬
cium hydroxide CaO(OH),. Residuum of
2CaO • SiO, molecule dissociates into the
ions of 2Ca2+ and [SiO,,]4-, and later react
with the water:—> 2Ca2+ + 4(OH)‘ + H,Si04. (3.2.2)Surplus of (OH) leads to increase of pH of
the liquid phase of the system. An opinion
exists about incongruent dissolution of C3S
with preffered transition of Ca2+ ions into
liquid phase (professor Y. S. Malinin). More
complex mechanisms of clinker minerals
dissolution are considered which include
step-by-step detachment of hydratable
particles in the form of ion pair (prof. A.F.
Polak). Sharp increase of viscosity of cement-
water suspension is observed as the result of
these processes; when reaching limiting
concentration of the products of dissolution
of clinker minerals first centers of hydrated
phase appear. These usually are hydroxides,
hydrosilicates and hydroaluminates of
calcium which are generated close to the
90Теоретические основы бетоноведениягой подложке, находящейся в су-спензии. Хоте¬
лось бы обратить внимание на эффект подлож¬
ки, наименее изученный в вопросах структуро-
образовашш бетонной смеси. Введением в со¬
став смеси ряда веществ в виде так называе¬
мой подложки можно существенным образом
регулирован, процесс структ урообразовашш,
добиваясь необходимых свойств бетонной сме¬
си и бетона. Вблизи поверхности зерен вяжуще¬
го и на подложке ускоряется протекание кол¬
лоидно-химических процессов, приводящих к
образованию гелей. Перекристаллизация кол¬
лоидных частиц в кристаллический сросток яв¬
ляется началом формирования прочности цемен¬
тного камня.Обладая большой удельной поверхностью,
заряженные положительным зарядом субмик¬
рокристаллы новых фаз притягивают отрица¬
тельные ионы, образуя двойной заряженный
слой (проф. В.И. Бабушкин), вследствие чего
возникает разность потенциалов между жидкой
фазой и условной поверхностью раздела. В ре¬
зультате образования сольватных оболочек
вокруг положительно заряженных коллоидов
последние резко увеличиваются в объеме (на¬
бухают) и образуют коагуляционные узлы.Рис. 3.2.2. Схема образования коагуляци¬
онных структур (по А. Е. Шейнину):а — цементно-водная суспензия; b — образо¬
вание коагуляционных контактов; 1 — зерно цемен¬
та; 2 — коагуляционные контактыОбразование коагуляционных структур
физически представляет собой процесс схва¬
тывания цементного теста. На ускорение это¬
го процесса оказывают влияние удельная по¬
верхность и концентрация вяжущего, темпе¬
ратура и содержание С-3А в клинкере.аsurface of the binders’ grains, either on them
or on other body in the suspension. We
would like to draw attention to the «body»
effect of substrate which is the least examined
one out of the issues of structure formation
of concrete mix. By doping some substances
in the form of the body into the mixtures one
can significantly regulate the process of
structure formation in order to reach the
desirable properties of concrete mix and
concrete itsejf. Passing of colloidal-chemical
processes resulting in gelation is accelerated
the close to the surface of binder grains and
on the body. Recrystallization of colloid
particles into crystallinejoints is a beginning
of cement stone strength formation.Positively charged submicrocrys¬
tals of new phases while possessing great
specitic surface draw negative ions
and create dilope layer (prof V.I. Babush¬
kin) resuling in potential difference between
liquid phase and conditional boundary
surface. As a resultof formation of solvation
spheres around positively charged colloids
the latter are expanded bluntly (swelled) and
create coagulation units.2Fig. 3.2.2. Scheme of coagulation
structures formations (by A. E. Sheikin):a - cement-water suspension; b - formation
of coagulation contacts: 1 - cement grains; 2 -
coagulation contactsFormation of coagulation structures in
terms of physics represents a process of
cement mortar setting. Specific surface and
concentration of binder, temperature and
contents of C3A in clinker affect the
acceleration of the process.
Theory of concrete studies91Как известно, в результате реакции As it is known, as a result of reaction3CaO • Al203 + 3(CaS04 • 2H,0) + 26H,04>3Ca0 • Al,0, • 3CaS04 • 32H,0ettringite is formed close to the cement
grains which crystallizes quite fast.
Gypsum stone in clinker, whileв непосредственной близости от цементных
частиц образуется эттрингит, который быст¬
ро кристаллизуется. Находящийся в клинкере
гипсовый камень, осмотически связывая воду,
существенно уменьшает образование геля гид¬
роалюминатов кальция и, тем самым, замед¬
ляя процесс схватывания, уменьшает тепловы¬
деление цементного теста.В то же время гидратация C3S сопровож¬
дается значительным тепловыделением.
В соответствии с теорией Р. Кондо—
М. Даймона (рис. 3.2.3), можно выделить 4
основных периода тепловыделения при гид¬
ратации вяжущего: прединдукцию (а), ин¬
дукцию (b), акселерацию (с) и деселера-
цию (d).ostmotically binding water, significantly
decreases gelation of calcium
hydroaluminate and, thus, while slacke¬
ning the rate of the setting, decreases
thermal flux of the cement mortar.At the same time hydration of C3S is
entailed by significant thermal flux.
According to R. Kondo-M. Daimen theory
(fig. 3.2.3.) four main periods of thermal
flux in the process of binder hydration
might be singled out: pre-induction (a),
induction (b), acceleration (c), dece¬
leration (d).ф
з
i
<D§ §■s С-0 —-QD (0О С§ 1a b сРис. 3.2.3. Характеристика стадий гидрата¬
ции цемента по тепловыделению, Время .^ Time 9ТFig. 3.2.3. Characteristics of stages of
cement hydration by thermal fluxСтадия прединдукции а длительностью
1 —10 мин, характеризуется ростом вокруг
зерен цемента оболочек геля и, соответ¬
ственно, интенсивным возрастанием темпе¬
ратуры, стадия индукции b — увеличением
ионов Са2+ в растворе и медленным высво¬
бождением тепла. На стадии акселерации с
снижается содержание ионов Са2+ в раство¬
ре и увеличивается содержание гелей. На
стадии деселерации d, которая длится дни и
годы, происходит медленное образование
геля. Уменьшение тепловыделения до вто¬
рого пика объясняется образованием и уп¬
лотнением экранирующих оболочек вокруг
зерен цемента, второй пик увеличения теп¬
ловыделения — с их разрушением. Необхо-Preinduction stage a lasting 1-10 min
is characterized by the growth of gel shell
around cement grains and, accordingly, by
intense temperature increase; induction
stage b - by expansion of Ca2+ in the mortar
and slow release of heat. At acceleration
stage с contents of Ca2+ ions in the mortar is
reduced and the contents of gels is increased.
At deceleration stage d, which might last
days or years, slow process of gel formation
takes place. Decrease of thermal flux before
the second peak is explained by the forma¬
tion and compacting of shield shielding
around the cement grains, second peak of
thermal flux increase - by their deteriora¬
tion. It should be mentioned that professor
92Теоретические основы бетоноведениядимо заметить, что проф. В. Лерчем обна¬
ружено три пика тепловыделения. Он же и
проф. Л.Коуплэндер считают, что первый
пик тепловыделения связан с гидратацией
С3А, а снижение тепловыделения — с обра¬
зованием гидросульфамината кальция.В ходе развития вяжущей системы,
связанной с протеканием химических
реакций и фазовых превращений (кри¬
сталлизация из пересыщенных раство¬
ров, самодиспергирование и обнажение
гидратирующихся частиц под действием
силовых полей и т. д), на фоне структур
с обратимыми коагуляционными формиру¬
ются структуры с фазово-стабильными кон¬
тактами, определяющими структурно-меха¬
нические свойства бетонной смеси и бето¬
на.По мнению проф. X. Ф. Тейлора, форми¬
рование структуры цементного камня в про¬
цессе гидратации вяжущего происходит по
схеме, представленной на рис. 3.2.4.Рис. 3.2.4. Развитие микроструктуры це¬
ментного камня в процессе гидратации цемен¬
та, по X. Ф. Тейлору:а — негидратированное зерно; b — гидратиро¬
ванное, 10 мин; с — то же 10 ч; d — то же 18 ч;
1 — гель; 2 — зародыши сульфоалюминатной фазы;
3— внешний слой CSH; 4—“стержни” эттрингита;
5 — внутренний слой CSH.По мнению проф. В. Б. Ратинова, стадию
процесса формирования первичного каркаса
будущей структуры цементной связующей сис¬
темы, протекающую в объеме коагуляционно¬
го образования, во многом определяет надмоле-V. Learch discovered three peaks of ther¬
mal flux. He as well as professor L. Cou-
plender consider that the first peak of
thermal flux is connected to the hydra¬
tion of C3A, and decrease of it - to the
formation of calcium hydrosulfominate.During the process of development of
cementing system connected to the chemical
reactions and phase transformation
(crystallization out of oversaturated
solutions, self-dispersion and exposure of
hydrated particles under the influence of
force fields, etc.) against the background of
structures with reversible coagulation
contacts the ones with stable phases contacts
are formed that determine the structural-
mechanical properties of concrete mix and
concrete.According to professor K. F. Teilor
formation of cement stone structure in the
process of binder hydration occurs according
to the scheme presented in the fig. 3.2.4.Fig. 3.2.4. Development of the cement
stone microstructure in the process of cement
hydration, according to K. F. Teilor:a - non-hydrated grains; b - hydrated
grains; с -10 hours later; d -18 hours later;1 - gel; 2 - grains of sulphoaluminate phase;3 - CSH facing; 4 - ettringite rods; 5 - CSH
inner ply.According to prof. V.B. Ratinov
formation process of the future cement
binding system structure proceeding
in the volume of coagulation formation
is, to a great extent, defined by
Theory of concrete studies93кулярныи уровень дисперсности частиц, характе¬
ризуемый размерами 2-Ю8—4-109м_|. Вэтотпери-
од возникают контакты между развивающимися
зародышами новой фазы. А сам процесс коагуля¬
ционного, у словно-коагуляционного и кристалли¬
зационного сгруктурообразования, формирования
порового пространства и контактов между части¬
цами определяется субмикроскопическими час¬
тицами, соответствующими дисперсности
Ю7 — 2 ■ Ю8 м—1.Свойства микроструктуры цементного
камня в значительной степени обусловлены
явлениями, протекающими между жидкой фа¬
зой и частицами, в зоне их контакта. Поэто¬
му, рассматривая жидкую фазу как один из
основных компонентов связующей системы,
необходимо отметить важность таких ее
свойств, как плотность, активная реакция,
жесткость, окисляемость, поверхностное на¬
тяжение, электропроводность, содержание
растворенных газов и примесей. По современ¬
ным представлениям, существует более 100
изотопных разновидностей воды. Из-за несим¬
метричности распределения электрических
зарядов ее молекулы обладают ярко выражен¬
ными полярными и доноро-акцепторными
свойствами. Особая роль воды в связующей
системе, как показано проф. М. М. Сычевым,
связана с Н-св протонированием, так как на¬
чало взаимодействия цемент — вода по меж-
фазной границе начинается с переноса проти-
воионов по образующейся Н-св. Следователь¬
но, регулируя свойства воды, можно активно
воздействовать на процесс формирования
структуры цементного камня.Несколько по другой схеме идет гидрата¬
ция минералов глиноземистого цемента:supramolecular level of particles
dispersion of 2 ■ 10s —4 • 109 nr1. During
this stage contacts between the
developing centers of new phase are
established. Process of coagulation,
conditional coagulation and
crystallization structure formation,
formation of pore space are defined by
submicros-copic particles, corresponding
to dispersion of 107 — 2 • 108 m"1.Properties of cement stone microstruc¬
ture are to a great extent determined by
phenomena taking place between the
phase and the particles, in the contact
zone. That is why while considering liq¬
uid phase as one of the main components
of the binding system we should underline
the importance of such qualities as densi¬
ty, active reaction, rigidity, oxidation,
surface tension, electroconductivity, con¬
tents of solute gases and additives. There
are more than 100 isotope varieties of the
water. Due to asymmetric distribution of
electric charges, its molecules possess pro¬
nounced polar and donor-acceptor prop¬
erties. Special role of the water in the bind¬
ing system as it was shown by prof. М. M.
Sychev is connected to Н-св and protona¬
tion since the beginning of cement-water
interaction on the phase boundary starts
with the transfer of gegenions on the Н-св
being formed. Consequently by way of reg¬
ulating the water properties one can influ¬
ence the process of cement stone structure
formation.Hydration of alumina cement minerals
proceed according to a different scheme:CaOAl203 + H20-> CaOIюн2о2CaO -A1203-8H20 + A1203Iaq3 CaO • A1203 • 6H20 + A1203 • aq.Вместе с тем эффект “подложки” не теряет
своей актуальности и здесь.Твердение бетонов на силикатных вяжу¬
щих связано с образованием объемного крем-
нийполимерного каркаса. Формирование же(3.2.3)At the same time the «body»effect of
“substrate”does not lose its topicality in this
process as well.Hardening of concretes based on lime
binders is associated with the formation of
94Теоретические основы бетоноведениямикроструктуры затвердевших органических
связующих происходит по совершенно дру¬
гим схемам. К примеру, при получении ас¬
фальтовых бетонов свойства смеси определя¬
ются структурно-механическими характери¬
стиками пленки битума, адсорбционно свя¬
занной с поверхностью минерального на¬
полнителя. Уже к моменту получения смеси
процессы образования поверхностных и ад¬
сорбционных слоев (структурирование плен¬
ки вяжущего на поверхности наполнителя)
практически закончены, поэтому дальнейшие
процессы при формировании структуры бето¬
на связаны с ориентацией молекул связующе¬
го на зернах заполнителя. В соответствии с
представлениями проф. Ю. С. Липатова, ко¬
торые отражены в работах проф. В. А. Зо¬
лотарева и проф. В. И .Братчуна, процесс
структурообразования в дегтеполимерных
связующих при введении в маловязкое дег¬
теполимерное вяжущее дисперсного напол¬
нителя связан с переходом полимера в бо¬
лее прочное состояние, а по мере повыше¬
ния дисперсности частиц наполнителя и его
содержания формируются коагуляционные
структуры через прослойки полимера, об¬
разуя трехмерную сопряженную сетку.Согласно представлениям проф. Н. Б.
Урьева и И. С. Дубинина, в формирующейся
связующей системе (и не только цементной)
можно выделить три основных типа структур
в соответствии с типами контактов между
ними (рис. 3.2.5).Коагуляционные структуры I типа, обра¬
зованные частицами твердой фазы и разделен¬
ные прослойками жидкой дисперсионной сре¬
ды, относительно слабы. Структуры II типа,
образуемые точечными атомными контакта¬
ми, намного прочнее. Как правило, структу¬
ры I и II типов преобладают на начальных
стадиях технологического процесса от при¬
готовления до формования бетонной смеси.
Наибольшую прочность имеют структуры III
типа — кристаллизационно-конденсацион¬
ные, характеризующие завершающую стадию
процесса твердения для цементных систем или
спекания для бетонов на обжиговых связую¬
щих.Проф. В. Д. Глуховский, рассматривая
процесс синтеза искусственного камня на ос-volumetric silicon polimeric frame. Forma¬
tion of microstructures of consolidated or¬
ganic binders proceeds according to a com¬
pletely different schemes. For instance, while
making asphalt concrete the concrete mix
properties are defined by structural-mechan¬
ical properties of bitum film, which is adsor¬
ptively connected to the surface of mineral
aggregates. By the time when the mix is pre¬
pared the processes of adsorption layers and
blankets formation (structuring of binder
film on the Surface of the aggregate) are al¬
most complete. That is why the processes of
concrete structure formation are associated
with the orientation of the binder molecules
on the aggregates grains. According to prof.
Y. S. Lipatov, depicted in the works of the
ideas of prof. V. A. Zolotarev, and prof. V.
I. Bratchun, the process of structure forma¬
tion in tar plastic binders while doping dis¬
persible aggregates into low-viscosity bind¬
er is associated with the transfer of polymer
into more solid state, and as far as aggre¬
gate particles dispersion and its contents are
increased the coagulation structures are
formed through the inlay, establishing three¬
dimensional conjugative net.According to prof. N.B. Uriev and I.
S. Dubinin three major types of
structures can be singled out in the
binding system being formed (not only
cement one) according to the types of
contacts between them (3.2.5).Coagulation structures of I type,
formed by the particles of solid phase and
divided by the layers of liquid disperse
medium are relatively weak. Structures ofII type formed by dot atomic contacts are
much more stronger. As a rule structures I
and II prevail on the initial stages of
engineering process from preparation till
concrete mix molding. Structuers of III
type are the strongest - crystallization-
condensation ones, intrinsic to the fi¬
nal stage of the hardening process
for cement systems or agglomeration
process for concrete based on calcining
binders.Prof. V. D. Hlukhovskoy while
examining the process of precast stone syn-
Theory of concrete studies95Атомные (“точечные”)в высокодисперсных
порошках
Atomic (“dot”) structure
in superfine powderAСила взаимо¬
действия
частиц
Interacting
force of
particlesFc = Ю'7
sio-9HКоагуляционныев суспензиях и пастах
Coagulation
in suspensions and pastes00Fc = 10‘9I 10'12HХимические и фазовые
превращения
Chemical and phase
transformationКристаллизация из пересы¬
щенных растворов,
полимеризация
Crystallization out of
oversaturated solutions,
polymerizationСпекание, пластическая
деформация
Agglomeration, plastic
deformationУдаление дисперсионной
среды (газовой или жидкой)
Removal of dispersion medium
(gas or liquid)Fc » 10'6H/Цементные бетоны]\
полимербетоны, метоны
Cement concretes, organic
concretes, метоныcso/'бетоны на керамичес^
ких и других обжиговых
связующих
Concrete based on ceramic
and other calcining binders^ Ьакуумированные и
волокнистые системы
Vacuum-treated and fibre
systemsРис.3.2.5. Тины контактов между частица¬
ми дисперсных фазнове теории конденсации и диспергирования
веществ, предложил классификацию физичес¬
кого состояния компонентов представленную
на рис. 3.2.6. На схеме опущены этапы состо¬
яний, не имеющих отношения к бетону.Образующийся в процессе твердения це¬
ментный камень является каниллярно-норис-
тым телом.Проф. А. Е. Шейкиным получена простая
формула пористости цементного камня (П):п = в/ц —где а — степень гидратации цемента;В/Ц — водоцементное отношение.В практических расчетах обычно, исполь
зуют зависимость:Fig. 3.2.5. Types of contacts between the
particles of dispersed phasesthesis based on the theory of condensation
and dispersion of substances suggested the
classification of physical state components
presented in the fig. 3.2.9. Stages of state
which are not related to concrete are omitted.Cement stone formed in the pro¬
cess of hardening is a capillar porous -
solid.Professor A. E. Sheikin obtained a
cement stone porosity formula (П):0,23 a, (3.2.4)where a - is a degree of cement hydration;
W/C - water-to-cement ratio.In practical calculations dependency of(3.2.5)Поры в цементном камне это тонкие кана¬
лы (капилляры), щели и сфероиды различной
формы и разных размеров. В зависимости от
размеров и характера образования поры под¬
разделяют на гелевидные, капиллярные, кон-
тракционные. Наряду с ними в цементномП = (В/Ц — 0,5 ос) Ц/10.is usually used.Pores in cement stone are thin canals
(capillary), chaps, and spheroids of vari¬
ous forms and dimensions. Depending on
dimensions and nature of formation the
pores are divided into gel-like, capillar,
and contractional. Along with them ce-
96Теоретические основы бетоноведенияФизическое состояние веществ Physsical state of the substancesИстинный раствор — атомы или ионы
Real solution - atoms or ionsКоллоидный раствор — молекулы (золь)
Colloid solution - molecules (sol)Структурированная коллоидная система —
мицеллы (гель)Structured colloid system - micella, (gel)Нестабильный субмикрокристаллический
гидратNon-stable submicrocrystalline hydrateСтабильный кристаллический гидрат
Stable crystalline hydrateДегидратированные (аморфизированные)
мицеллыDehydrated (amorphised) micellaНестабильная субмикрокристаллическая
безводная фазаNon-stable submicrocrystalline anhydrous phaseСтабильная кристаллическая безводная фаза
Stable crystalline water-free phaseМетамиктное состояние
(по В. С. Бреггелу) сос¬
тояние безводной фазы
Metamict state (according
to V. S. Bregell) state of
anhydrous phaseСтекловидная фаза
Vitreous phaseРасплавMeltГазGasНестабильная
субмикрокристал¬
лическая фаза
Non-stable submi¬
crocrystalline
phase5678910111213141516Гидратационное твердение
Hydrated hardeningКонтактное твердение Contact hardeningСпекание AgglomerationПлавление MeltingРис. 3.2.6. Физическое состояние веществ в
процессе формирования структуры материала,
по В. Д. Глуховскомукамне имеются и другие виды пор, каверн и
пустот.Как правило, плотность упаковки гидрат-
ных новообразований составляет 50-80 %.
Поровая структура цементного камня пред¬
ставляет собой хаотически расположенные
щели, капилляры и пустоты, размер которых
колеблется от 0,01 до 500 мкм. По мнению
проф. Ф. М. Иванова, в плотном цементном
камне при В/Ц, составляющем 0,22 - 0,25,
преобладают ультрамикропоры с радиусом
0,3-0,6 мкм.По классификации Р. Кондо и М. Даймо-
на, поры цементного камня можно условно
разделить на макропоры (более 100 нм), мезо-
поры (1,6—100 нм), микропоры, или капил¬
лярные поры (0,6—1,6 нм), ультракапилляр-
ные и межкристаллитные поры (менее 0,6 нм).Fig. 3.2.6. Physical state of substances in
the process of material structure formation
according to V.D. Hukhovskoyment stone has other types of pores, cavi¬
ties and vacuums.As a rule, the strength of hydrated
packing of new formations equals 50-80%.
Porous structure of cement stone represents
a randomly situated chaps, capillaries and
voids, the size of which ranges between 0.01
and 500 мт. According to prof. F.M. Iva¬
nov, in dense cement stone with water-to-ce-
ment ratio equal to 0.22 - 0.25, ultramicro¬
pores with the radius of 0.3 - 0.6 мт prevail.According to the classification of
R. Kondo and M. Daimon the pores of
cement stone can be conditionally divided
into macropores (more than 100 nm),
mesopores (1.6 - 100 nm), micropores
capillary pores (0.6-1.6 nm) ultracapillary
and intercrystal pores (less than 0.6 nm).
Theory of concrete studies97Одним из основных факторов, снижающих
прочность и долговечность бетона, является
капиллярная пористость. Капиллярная пори¬
стость цементного камня тем выше, чем боль¬
ше начальное В/Ц. В процессе гидратации це¬
мента капиллярная пористость цементного
камня снижается. Наилучшие показатели
прочности и долговечности бетона при про¬
чих сопоставимых условиях достигаются при
В/Ц менее 0,4.Важным показателем структуры цемент¬
ного камня являются поры геля. Поры геля
составляют примерно 25—30 % его объема, а
их радиус — от 1,5 до 3,0 нм. Если капилляр¬
ные поры, размер которых колеблется от 0,4
мкм до 0,1 см, диффузионно проницаемы, то
поры геля замкнуты и положительно влияют
на свойства бетона.В общем случае строение порового про¬
странства цементного камня характеризует¬
ся полной пористостью;П = 1 -где р° — средняя плотность цементного кам¬
ня; р — плотность цементного камня,
интегральной (кажущейся) пористостью (рис.3.2.7, а), представляющей собой отношение
суммарного объема открытых и сообщающих¬
ся пор (в том числе и капиллярных) к единице
объема цементного камня; дифференциальной
кривой распределения пор по радиусам (рис.3.2.7, Ь) и геометрическими параметрами рас¬
положения пор в объеме.Происхождение пор в цементном камне
объясняется вакансиями, образующимися вCapillary porosity is one of the main fac¬
tors decreasing strength and durability of
concrete. The higher starting water-to-ce-
ment ration the higher capillary porosity of
cement stones. Capillary porosity of cement
stone is decreasing in the process of cement
hydration. The best figures of strength and
durability under other similar equitable fig¬
ures are reached at in case of water-to-ce-
ment ratio less than 0.4.Gel pores are important figures of ce¬
ment stone. Gel pores makes up to 25-30%
of its volume, and its radius is ranging be¬
tween 1.5 to 3 nm. Whereas capillary
pores, the size of which is ranging between
0.4 мт and 0.1 cm, are diffusively perme¬
able, gel pores are closed and positively
affect concrete properties.In general case, structure of cement
stone pore space is characterized by; com¬
plete porosity:pVwhere p°- average cement stone density; p -
density of cement stone, with integral
(apparent) porosity (fig. 3.2.7, a) which
represents the ratio of total volume of open
and intercommunicating pores (including
capillary ones) to the unit of cement stone
volume; derived curve of pore distribution
on the radius (fig. 3.2.7, b) and geometrical
parameters of pores distribution in the
volume.Nature of pores in the cement stone
is explained by the holes, formed in theРис 3.2.7. Кривая распределения пор no Fig.3.2.7. Curve of pore distribu-
радиусам: a — интегральная; A — дифферен- tion on the radius: a - integral;
циальная b - derived
98Теоретические основы бетоноведенияместах растворения зерен цемента, испарени¬
ем воды, уменьшением объема продуктов гид¬
ратации, а также процессами перекристалли¬
зации высокодисперсных кристаллогидра¬
тов.По мнению всех исследователей, снижение
общей пористости цементного камня до 1—3 %
позволяет повысить его прочность в несколь¬
ко раз. Этот очевидный факт, к которому не¬
обходимо еще дополнить повышение одно¬
родности, не вызывает никакого сомнения.
Проблема в том, как, существенно не услож¬
няя технологию, экономически эффективно
это все осуществить?Представляет интерес рассмотрение рео¬
логических моделей бетона в процессе струк-
турообразования.В качестве одного из возможных вариан¬
тов реологической схемы, описывающей со¬
стояние бетона в процессе структурообразо-
вания, может быть принята модель
Я. И. Френкеля, включающая в себя упругие
элементы, эластичный элемент с вязкостью т) j
и пластичный с вязкостью -q, (рис. 3.2.8).places of cement grains dissolution, water
evaporation, volume decrease of hydration
derivatives in volume, as well as
recrystallization processes of superfine
crystall.According to the existing opinion,
decrease of general porosity of cement
stone to 1-3% allows to increase its
strength by several times. This obvious
fact, which increases homogeneity as
well, does not raise doubts. The problem
is how to carry out this technology from
the standpoint of economic efficiency
without making it too complicated?Examination of rheology concrete
models in the process of structure
formation is of interest.Model designed by Y. I. Frenkel and
including elastic elements, plastie elements
with viscosity r| j and plastic element with
viscosity t|2, might be considered as a
possible rheological scheme describing the
state of concrete in the process of structure
formation (fig. 3.2.8).Рис. 3.2.8. Реологическая модель
упругости Я. И. ФренкеляКомплексный модуль такой модели может
быть описан уравнениемFig. 3.2.8. Rheological elasticity model
by Y. I. FrenkelComplex modulus of such model might
be described by the following equation.(Г)И. М. Грушко и А. Г. Ильиным предложена
реологическая модель структурной ячейки бе¬
тона, включающая в себя упругие кристалли-
зационые, вязкие коагуляционные и вибраци¬
онно-вязкие связи сухого трения (рис. 3.2.9). В
этой модели параллельно соединены упругий
(Н-эл.), упруго-вязкий (М-эл.) и упруговибро-
вязкий (W-эл.) элементы. Узел вибропластичес-
кой вязкости (модель Бингама) представляет со¬
бой совокупность микротрещин и других дефек-UE=llEi + ll(E2 + r\lF)+ 1/Т|2Я (3.2.6)М. Hrushko and A. Iljin suggested the
model of structural concrete cell including
all elastic crystalline, viscous coagulation
and vibrating-viscous ties of Coulomb fric¬
tion (fig.3.2.9). In this model springing ele¬
ment (Н-эл), elasto-viscous (М-эл) and elas-
tic-vibroviscous (W-эл) elements are con¬
nected in parallel. Vibroplastic viscosity
(Bingham model) represents an aggregate
of microfissures and other defects of concrete
Theory of concrete studies99tob структуры бетона. При действии статичес¬
кой нагрузки деформация W-эл. — упруга, а
при многократно повторяющейся — пластичес¬
кая. При длительно действующей постоянной на¬
грузке напряжения в М-эл. релаксируются, а на¬
пряжения перераспределяются между Н- и W-эл.Необходимо заметить, что
вопросам формирования мик¬
роструктуры цементного кам¬
ня в научной литературе уде¬
ляется довольно много внима¬
ния. В то же время многие тео¬
ретические вопросы макро¬
структуры не затрагиваются.Теоретические модели бетон¬
ной смеси неправомерно рас¬
сматривать без заполнителей,
плотности их упаковки, пус-
тотности, и контактной зоны.В теоретических исследова¬
ниях процесс формирования пу-
стотности заполнителей рас¬
сматривают как модель фиктив¬
ного грунта (С. Слихтер), состо¬
ящего из шаров, эллипсоидов и
других фигур. Так, по данным
проф. И.Н. Ахвердова, плот¬
ность упаковки шаров одинакового диаметра
(Dm) зависит от угла, образованного гранями
ромбоэдра в пустотах (в):кая модель структурной
ячейки бетона И.М.
Грушко и А.Г. ИльинаFig. 3.2.9. Rheological
model of structural cell of
concrete by I.M. Hrushkostructure. In case of static load the deforma¬
tion of W-elements is elastic, and in case of
multiple repeated one - is a plastic one. In
case of sustained dead load the stress of M-
эл is relaxed, and the stress is distributedbetween W-эл and Н-эл.It should be mentionedthat significant attention is
drawn to the issues of ce¬
ment stone microstructure
formation. At the same time
theoretical issues of macro¬
structures are not touched
upon. Theoretical models
of concrete mix should not
be considered without the
aggregates, packing densi¬
ty, voids, and contact
zone.Process of voids forma¬
tion in aggregates is consid¬
ered as a model of fictitious
soil (S.Slikhter) consisting of
sphere, ellipsoids and other
figures. Thus, according to
prof. I. N. Akhverdova den¬
sity of sphere packing withand A.H. Iliynsimilar diameter (DJ depends on the angle
between the facets of rhombohedron in the voids
(0):D - n/6 (1 - cos 9) Vl+2cos 0. (3.2.7)Если в этой модели между крупными ша¬
рами расположить без раздвижки более мел¬
кие, то наиболее плотная упаковка достига¬
ется в том случае, когда диаметр каждого пос¬
ледующего шара будет меньше предыдуще¬
го в 7 раз.В соответствии с формулой проф.
Фуллера наиболее плотная упаковка запол¬
нителей обеспечивается при соотношенииShould we place small spheres with¬
out separation into the large one, the
most dense packing would be obtained
in case when the diameter of each suc¬
cessive sphere will be 7 times less than
that of the previous one.According to the formula determined by
prof. Fuller the most dense packing of aggre¬
gates is obtained in case of the following ratioY.= 100 ШЬ,(3.2.8)где Kj — число фракций, проходящих через
сито с ячейкой диаметром /;D — диаметр наибольшей фракции;d- — диаметр промежуточной фракции.В теоретических моделях профессоров
Д.И. Штаермана, Н.П. Блещика, В.Н. Шми-
гальского и других исследователей формиро¬
вание пустотности заполнителей рассматри¬
вается в их уплотненном состоянии. С такимwhere Y-t - number of fractions passing the
sieve with the cell diameter of /;D - diameter of the biggest fraction;d-x - diameter of the intermediate fraction.Theoretical models of D. I. Staerman,
N.P. Bleshik, V. N. Smihalskiy and many
others consider the voids formation in the
aggregates in the consolidated condition.
We might have agreed with such approach,
100Теоретические основы бетоноведенияподходом можно было бы согласиться, если
бы между зернами не было раздвижки и в них
учитывалось бы соотношение диаметра зерен
и сечения конструкций.Следовательно, проблема механизма
формирования пустотиости заполнителей
является нерешенной на теоретическом
уровне. Именно поэтому во многих случа¬
ях не решаются практические вопросы вы¬
бора оптимального соотношения между
мелким и крупным заполнителями, опера¬
тивного регулирования составов и повыше¬
ния качества бетона. Например, из опыта
практической деятельности известно, что
даже при выполнении всех рекомендуемых
требований по подбору и корректированию
состава бетона бетонную смесь получают с
избыточным или с недостаточным содержа¬
нием кр упного заполнителя. Первый случай
обычно связан с изготовлением тонкостенных
и густоармированных конструкций, второй —
с изготовлением массивных конструкций. Ис¬
следователи и практики в таких ситуациях,
не находя теоретического объяснения, воле¬
вым решением увеличивают или уменьшают
расход мелкого заполнителя.В то же время теоретическое объяснение этого
явления имеется. Практически во всех опублико¬
ванных научных работах бетонную смесь моде¬
лируют упаковкой шарами или другими геомет¬
рическими фигурами. Взаимосвязь плотности упа¬
ковки с пустотностью смеси не вызывает никаких
сомнений. Однако, анализируя вывод основных
зависимостей, можно обнаружить, что получен¬
ные данные оказываются справедливыми толь¬
ко тогда, когда поперечное сеченне элементов
модели бесконечно мало по сравнению с разме¬
рами сосуда, в котором они находятся, или со¬
суд бесконечно велик по сравнешпо с элемен¬
тами модели. Вместе с тем размер зерен крупно¬
го заполнителя соизмерим с размерами попереч¬
ного сечения конструкции. Поэтому из-за на¬
рушения кратности укладки и трения зерен меж¬
ду собой и стенкой формы пустотность смеси
оказывается намного выше. В результате в тон¬
костенных конструкциях фактическая пустот¬
ность крупного заполнителя оказывается на¬
много выше, чем теоретическая или экспери¬
ментально определенная в стандартном сосу¬
де. Следовательно, пустотность заполнителей
необходимо рассматривать во взаимосвязи с се¬
чением и высотой конструкции, а также с гус¬
тотой армировашш.if there wold be no separation between the
grains and it took into consideration the
correlation between the beads diameter
and section of constructions.Therefore, the problem concerning the
mechanism of voids formation in the
aggregates is unsettled at the theoretical
level. That is why in many cases practical
issues of trade off between fine and coarse
aggregates, operational regulation of
mixtures and improvement of concrete
properties a^e not settled. For instance, it
is well known that the concrete mix might be
obtained with the excessive or insufficient
contents of coarse aggregates even in the case
all the necessary recommendations towards
assortment and adjustment of the concrete
mix contents were considered. Excessive
contents is usually obtained in case of thin-
walled and densely reinforced construction,
insufficient contents is intrinsic to massive
construction. Both researchers and experts
in such cases, while unable to theoretically
explain it, take a strong-willed decision to
increase or to decrease the consumption of
fine aggregate.At the same time there is a theoretical
explanation to this fact. In almost all
scientific works concrete mix is simulated
with sphere packing or other geometrical
figures. There is no doubts concerning
correlation between the packing density
and voids in the mix. However, while
analyzing main dependencies, one can
observe that the data obtained are true only
in case when the cross-section of the model
elements is infinitely small as compared
to the size of the vessel or the vessel is
infinitely large as compared to the
elements of the model. At the same time
the size of the coarse aggregate grains is
comparable with the dimensions of the
cross-section of the structure. That is why
due to the breach of packing and friction
order voids of the mix is quite higher. As a
result, actual voids of the coarse aggregate
is much higher in the thin-walled
constructions than theoretical or observed
quantity in the standard vessel. Therefore,
voids of the aggregates should be
considered as interconnected with the
section and the height of construction, as
well as reinforcement density.
Theory of concrete studies101Рассмотрим формирование оптимального
гранулометрического состава заполнителей
с позиций подобия модели и конструкции. В
анализируемых теоретических моделях до¬
пускается одна существенная неточность —
модель не адекватна сечению конструкции.И эта неточность оказывается решающей при
определении оптимального соотношения
фракций заполнителя, так как все расчеты для
бесконечно большого объема теряют свое зна¬
чение при соизмеримости диаметра зерен с се¬
чением конструкции.Рассмотрим модель укладки зерен запол¬
нителя, представленного шарами, при гек¬
сагональной упаковке в емкость с основа¬
нием 0,05 • 0,05 м и высотой 0,17 м. Макси¬
мальную крупность шаров примем d{ = 0,02
м. При такой схеме в каждом ряду между
стенкой и шарами максимальной крупно¬
сти укладываются шары диаметром:d2 = [5 - dx V 3/2] /2 =При этом на четыре шара диаметромприходится 3 шара диаметром d2 и 2
шара d}. В рассматриваемой емкости уме¬
стится не менее 32 шаров диаметром dy,
24 + 6 шаров — dj и 16 + 9 (в верхнем
ярусе) шаров — dy Приняв объем шара
7cd3/6 и одинаковую среднюю плотность,
получим следующее соотношение шаров
по массе dx : d2 : d^ = 1 : 0, 183 : 0, 075.
Зависимость же по диаметрам составит
1 : 0, 633 : 0,5. Пустотность при этом ока¬
зывается не ниже 60 %. Аналогичное со¬
отношение получается и при другой схе¬
ме расположения шаров, а также при за¬
мене шаров эллипсоидами. Полученные
результаты не соответствуют ни одному
из выводов всех опубликованных ранее
работ. Однако вывод из приведенно¬
го примера следует один: оптимальный
гранулометрический состав не может
быть установлен без связи с формой сосу¬
да, т. е. без связи с формой сечения и гус¬
тотой армирования конструкции. Изло¬
женное хорошо иллюстрировано на
рис. 3.2.10.По данным проф. И. Н. Ахвердова, пус¬
тотность смеси при кубической укладке
составит 47,64, при гексагональной —
29,95 % при соотношении диаметров
1:0,143:0,02.Let us consider formation of optimum
granulometric composition of aggregates
from the standpoint of model and construc¬
tion similarity. One significant inaccuracy
is committed in theoretical models being an¬
alyzed, that is, the model is not adequate to
the section of construction. This inaccuracy
turns out to be decisive one while determin¬
ing optimum aggregates fraction correlation
since all calculations for infinitely large vol¬
ume dwindle at commensurability of grains
diameter with the section of construction.Let us examine the model of placement of
aggregate grains represented by spheres with
hexagonal packing in capacity with the base
of 0.05 • 0.05 m and height of 0.17 m. Let us set
the maximal sphere size at d} = 0.02 m. In this
case in every row between the wall and the
sphere of maximal size one might pack the
spheres with the diameter of:0,01268 m; d3 = dJ2. (3.2.9)At that for four spheres with the diameter
of dj there are 3 spheres with the diameter of d,
and 2 spheres with the diameter of d<. In the
vessel being analysed not less than 32 spheres
with the diameter d;, 24+6 spheres with the
diameter d2, and 16+9 (on the upper level)
spheres with the diameter d} might fit. If we set
the volume of the sphere as itd3/6, average den¬
sity being equal, we should obtain the follow¬
ing correlation of spheres according to the
mass d{: dd} = 1:0, 183:0.075. Dependency
according to the diameter would be
1:0.633:0.5. Voids in this case will be less than
60 %. Similar correlation would be obtained
in another scheme of sphere placement, as well
as in case we should replace the spheres with
ellipsoids. Results obtained do not correspond
to any of the conclusions published before.
However, a conclusion might be drawn from
the above mentioned example: optimum gran¬
ulometric composition cannot be determined
without the association with the form of the
vessel, i.e. without the association with the sec¬
tion and reinforcement density of the construc¬
tion. The above stated is well illustrated in the
fig. 3.2.10.According to prof. I. N. Akhverdova, voids of
the mix in case of cubic placement will be equal
to 47.64 %, in case of hexagonal - 29.95 %corre-
lation of diameters set as 1:0.143:0.02.
102Теоретические основы бетоноведенияРис. 3.2.10. Формирование пустотности
крупного заполнителя:£>!—Da — диаметры сосудов; Н(—Я4— вы¬
сота сосудов /с; b — коэффициенты, зависящие
от формы заполнителейЧто касается известных выводов, то
они, вполне возможно, справедливы для
массивных конструкций.Макроструктура бетона наряду с плот¬
ностью упаковки заполнителей определя¬
ется и толщиной их обмазки связующим.
Как известно, толщина обмазки зависит от
структуры связующего и характера уплот¬
нения смеси. Следовательно, критерий ми¬
нимальной пустотности смеси заполните¬
лей не является достаточно полным, так
как не учитывает свойства связующего и
технологию формования бетонной смеси.Свойства бетонной смеси определяют¬
ся как гранулометрическим составом за¬
полнителей, так и объемом и свойствами
связующего. Объем связующего для плот-Fig. 3.2.10. Formation of voids of the
coarse aggregate:D] - Z)4 - diameter of the vessels; II, - //4
height of the vessels k\ b - coefficients depending
on the form of aggregatesAs to the already known conclusions they
are, quite possibly, true for massive
constructions.Macrostructure of the concrete along with the
packing density of aggregates is determined by
the thickness of their plastering with the coupling
agent. As it is known the thickness of the plastering
depends on the structure of the binder and the
character of mix consolidation. Consequently,
the criterion of minimal voids of the aggregate
mix is not complete since it does not take into
consideration the properties of the binder and
concrete mix formation technology.Properties of concrete mix are
determined both by granulometric
composition and the volume and properties
of the binder. The volume of the binder for
Theory of concrete studies103ного бетона из расчета на 1м3 определяется
по упрощенной зависимости, как разница
между 1 м3 и абсолютным объемом заполни¬
телей:dense concrete per 1 m3 is determined
according to simplified dependency as a
difference between 1 m3 and absolute
volume of aggregates:i=1(3.2.10)где 3; — масса заполнителей;Ръ\— средняя плотность зерен заполни¬
телей;п — число фракций заполнителей.Если условно разделить заполнитель на
крупный (фракция более 5 мм) и мелкий
(фракция менее 5 мм), то физически задача
выбора состава бетона сведется к опреде¬
лению объема связующего и соотношения
мелкого и крупного заполнителя, обеспечи¬
вающих требуемые свойства бетонной сме¬
си и бетона. Если же связующее двухком¬
понентное, как, например, цементное, то не¬
обходимо еще выбрать соотношение между
вяжущим и водой (Ц/В). Для придания бе¬
тонной смеси требуемой удобоукладывае¬
мости (вязкости) и связности соотношение
компонентов выбирается не произвольно, а
по определенным закономерностям. Наибо¬
лее простой способ установления соотноше¬
ния между мелким и крупным заполнителя¬
ми — определение значения доли мелкого
заполнителя в общем объеме заполнителей.
Однако, на наш взгляд, более удачно исполь¬
зование коэффициента раздвижки зерен (а),
предложенного проф. Б. Г. Скрамтаевым и
Ю. М. Баженовым. Этот коэффициент имеет
ярко выраженный физический смысл.Вместе с тем значение коэффициента раз¬
движки зерен уже заранее определено пустот-
ностью крупного заполнителя и объемом свя¬
зующего, т. е. статически. Так как эффектив¬
ная макроструктура бетона может быть дос¬
тигнута только при использовании однород¬
ной бетонной смеси, то коэффициент раздвиж¬
ки зерен должен не только определять геомет¬
рическое соотношение растворной составля¬
ющей и крупного заполнителя, но и обеспечи¬
вать связность смеси в процессе приготовле¬
ния, транспортирования и уплотнения. Сле¬
довательно, одним из существенных факто-where 3; -mass of aggregates;Ръ\- average density of beads of
aggregates;n - number of fractions of aggregates.If we conditionally divide aggregate into
coarse (fraction of more than 5 mm) and fine
(less than 5 mm) the task of selecting a
concrete mix will come to defining the volume
of the binder and correlation of fine and
coarse aggregates providing for the required
properties of concrete mix and concrete itself.
In case of the binary binder, for example,
cement one, we should select correlation
between the binder and the water (W/C). In
order to impart the required workability
(viscosity) and cohesion to the concrete mix
the correlation of components should not be
chosen at random but according to definite
regularities. The simplest way to determine
the correlation between the fine and coarse
aggregates is to define the value of fine
aggregate share in the total volume of the
aggregates. However, in our opinion,
the most successful is the utilization of
grains separation coefficient (a),
suggested by prof. Y. M. Bazhenov,
B.H. Skramtaev. This coefficient has a
pronounced physical meaning.At the same time the meaning of the
grains separation coefficient is determined
beforehand by the voids of the coarse
aggregate and the volume of the binder, i.e.
statically. Since efficient macro-structure of
concrete might be reached only in case of
homogeneous concrete mix utilization, the
grains separation coefficient should not only
determine geometrical correla-tion of mortar
component and coarse aggregate, but to
provide for mix coheren-ce during the process
of preparation, trans-portation and
consolidation. Consequen-tly, the value of
104Теоретические основы бетоноведенияAccording to Y.Bazhenov-
V. Sizov
По Ю.М. Баженову —В. П. СизовуNewНоваяш£оо>Sо- оа> 8ф I
о Е
с а:
о щ
о 5
ч- ф
О 3¬
с SС (И3 ло “э
> О200250Рис. 3.2.11. Определение коэффициента
раздвижки зеренров, определяющих коэффициент раздвижки
зерен, должен быть показатель реологических
свойств смеси.Критически оценивая понятие “опти¬
мальность структуры”, отметим, что в ко¬
нечном счете наиболее эффективное соот¬
ношение фракций заполнителя и значение
коэффициента раздвижки зерен будут опре¬
деляться не только минимальной пустотно-
стью смеси и объемом связующего, но и тре¬
буемыми техническими свойствами бетона
при минимальных издержках производства
с учетом ограничений на ресурсы.На рис. 3.2.11 приведены известная и
установленные нами новые зависимости ко¬
эффициента раздвижки зерен. Сравнитель¬
ный анализ показывает, что существенным
отличием предложенных зависимостей яв¬
ляется учет не только объема связующего,
но и технологических свойств бетонной сме¬
си. Различие проявляется и в численных
значениях.Fig. 3.2.11. Definition of grains
separation coefficientrheological properties of the mix should
be among important factors defining the
grains separation coefficient.While critically evaluating the notion of
“optimum structure” we should mention
that, in the long run, the most efficient corre¬
lation of aggregates fractions and the value
of grainseparation coefficient will be deter¬
mined not only by the minimum void of the
mix and the volume of the coupling agent
but by the required technical properties of
concrete at the minimal production costs ta¬
king into consideration resources limitations.In the fig.3.2.11 the already known
dependency of grains separation coefficient
of the beads and the one we have determined
are presented. Comparative analysis of both
of them shows that they differ significantly
in terms of the volume of the coupling agent
and technological properties of concrete
mix. The difference becomes apparent in
numerical valuesas well.
Theory of concrete studies1053.3. Анализ технологических
процессов производства бетонаСтруктура бетонной смеси, начиная с про¬
цесса ее перемешивания, находится в постоян¬
ном развитии. Одна из особенностей смесей, со¬
держащих в качестве связующих дисперсные
системы, где дисперсионной средой является
вода, — это необходимость постоянного разру¬
шения флокул зерен вяжущего и равномерного
распределения их в объеме. Такое распределе¬
ние обеспечивается турбулентными потоками,
подчиняющимися законам гидродинамики.
Проф. А. А. Афанасьев, рассматривая смеше¬
ние в различных режимах течения, пришел к
выводу, что модель процесса может быть опи¬
сана уравнением гидродинамического внешне¬
го обтекания частиц вяжущего потоками жид¬
кости. В упрощенной форме процесс может быть
описан с помощью критериев Рейнольдса (Re)
и Фруда (Fr):где g — ускорение силы тяжести;/ — геометрический параметр;
v — скорость движения;
р—плотность;77 — динамическая вязкость.Как уже отмечалось, особое место в про¬
цессе смешения отводится силам внутренне¬
го и внешнего трения между частицами. Внут¬
реннее трение возникает внутри агрегатов ча¬
стиц и в самой дисперсионной среде, внешнее— между компонентами бетонной смеси.
Внешнее трение между частицами смеси ха¬
рактеризуется в общем виде двойственной
атомно-молекулярной и механической мо¬
делями. Молекулярная составляющая силы
внешнего трения (F%) по И.В. Крагельско-
му — Ф. Боудену пропорциональна каса¬
тельному напряжению (т) и характеристике
контакта поверхностей (S)?< =Механическая составляющая зависит от
давления и формы поверхности контакта ча¬
стиц.3.3. Analysis of concrete
production processesStructure of concrete mix starting with
the process of its preparation is in constant
development. The necessity of constant
destruction of aggregate beads floccula and
their equal distribution in the volume is one
of the peculiarities of the mixes containing
dispersion systems as a binder, and in which
the water is the dispersion medium. Such
distribution is provided for by the turbulent
streams obeying the hydrodyna-mics laws.
Prof. A. A. Afanasiev, while considering
displacement in different modes of streams,
came to the conclusion that the model of the
process might be described by the equation
of hydrodynamical external flow of the
particles of the binder with the streams of
liquid. In the simplified form the process
might be described with the help of the
Reynolds (Re) and Froude (Fr) criteria.(3.3.1)(3.3.2)where g - acceleration of gravity;I - geometric parameter;v - rate of movement;p - density;77 - dynamic viscosity.As it was mentioned before, special role
in the process of blending is assigned to the
forces of internal and wall friction between
the particles. Internal friction is generated
inside of aggregate of particles and in the
dispersion medium itself, wall friction -
between the components of concrete mix.
External friction between the particles of the
mix in general case is characterized by dual
atomic-molecular and mechanical models.
Molecular component of viscous force (F)
according to I. V. Kragelskiy - A. Bouden
is proportionate to tangential stress (x) and
characteristics of surface of contact (5)rS (3.3.3)Mechanical component depends on the
pressure and the form of surface area of
the particles.Rr=v//Ti
Fr = gl/w2
106Теоретические основы бетоноведенияГомогенность смеси достигается различ¬
ными способами, обеспечивающими дезаг¬
ломерацию частиц и частичное их диспер¬
гирование. До смешения моделью бетонной
смеси является механическая смесь агло¬
мератов, после смешения — относительно
однородная система. Необходимо заметить,
что смешение компонентов бетонной смеси
представляет собой не только механичес¬
кий, но и физико-химический процесс, ко¬
торый сопровождается тепловыми эффекта¬
ми, механохимическими реакциями и гидра-
та-цией вяжущего.Главные условия управления процессом
смешения — максимально возможная дезаг¬
ломерация частиц, снижение вязкости сме¬
си и повышение ее однородности. Это дос¬
тигается различными способами объемного
разрушения как агрегатов и флокул, так и
образующихся в процессе смешения коагу¬
ляционных контактов между частицами вя¬
жущего. Так как свойства бетонной смеси
определяются соотношением силы взаимо¬
действия частиц и интенсивностью внешних
воздействий, то выбор наиболее эффек¬
тивной технологии заключается в способах
воздействия и изменения этих составляю¬
щих.При смешении связующего и заполните¬
лей формируется конгломератная структура
бетона, обладающая свойствами системы и
подчиняющаяся основным закономерностям
адгезионного взаимодействия (образование
непосредственного контакта между связую¬
щим и заполнителем,проявление сил,обеспе¬
чивающих их сцепление, формирование кон¬
тактной структуры и т. п.).В настоящее время нет единого мнения о
механизме и природе сил, действующих меж¬
ду связующим и заполнителем. В ряде работ
отмечается, что взаимодействие связующей
системы и заполнителей обусловленно специ¬
фической адгезией, объясняемой с позиций ад¬
сорбционной, электрической и диффузионной
гипотез. На наш взгляд, основой образова¬
ния прочной связи между цементным связую¬
щим и заполнителем является механическое
зацепление частиц в стесненных условиях под
действием механических сил. Адсорбционные
же, диффузионные и электрорелаксацион-
ные процессы играют при этом роль допол-Homogeneity of the mix is achieved
with the help of various methods providing
for disagglomeration of the particles and
their partial dispersion. Mechanical mix
of agglomerates is the model of concrete
mix before the displacement, while after
displacement it is relatively homogeneous
system. It should be mentioned that
displacement of concrete mix components
is both mechanical and physical-chemical
process, which accompanied by calorific
effects, mevchanochemical reactions and
binder aquation.Key conditions of displacement process
control is the highest possible dis¬
agglomeration of particles, reduction of
mix viscosity and increase of its homoge¬
neity. This can be achieved with the help
of various methods of bulk failure of both
aggregates, floccula and coagulation
contacts between the particles of the binder
generated in the process of displacement.
Since the properties of concrete mix are
determined by correlation of particles
interacting forces and rate of exposure the
choice of the most efficient technology lies
in the modes of impact and modification
of these components.Conglomerate concrete structure is
formed in the process of blending binder and
aggregates. It possesses the properties of the
system and obey the major laws of adhesive
contact (formation of immediate contact
between binding agent and aggregate,
manifestation of forces guaranteeing their
adhesion, formation of contact structure,
etc.).At present there is no universal opinion
on the mechanism and the nature of forces,
acting between the binder and the aggregate.
In some works it is said that interaction of
binding system and aggregates is made
conditional upon specific adhesion
explained from the standpoint of adsorption,
electric, and diffusion hypothesis. In our
opinion, mechanical mesh of particles in
restricted conditions under the influence of
mechanical forces is the basis for formation
of strong connections between cement
binder and an aggregate. Adsorption,
diffusion and electrical relaxation process
Theory of concrete studies107ННЮ1ЦИХ. Прочность связи между частица¬
ми прямо связана с характером механичес¬
кого зацепления, которое определяется со¬
стоянием поверхности заполнителей и свой¬
ствами связующего, а также их соотноше¬
нием.Термодинамическая направленность
процессов структурообразования определя¬
ется как внутренними источниками самоор¬
ганизации системы, так и энергетическими
условиями приготовления, формования и
твердения бетонной смеси. С рассмотрен¬
ных позиций наибольшая результативность
процесса может быть достигнута при опти¬
мальных параметрах гомогенизации бетон¬
ной смеси, эффективного уплотнения и прес¬
сующего давления при твердении.Требование эффективной гомогенизации
бетонной смеси связано не только с обеспече¬
нием высокого качества бетона, но и с его
стабильностью по всему объему конструкции.
Высокая однородность бетонной смеси дос¬
тигается обычно интенсификацией процессов
и увеличением времени смешения. В соответ¬
ствии с действующими нормативными доку¬
ментами, влияние прочности и однородности
бетона на несущую способность железобетон¬
ных конструкций взаимосвязано. Следова¬
тельно, улучшение однородности бетона ве¬
дет к снижению материалоемкости и повыше¬
нию надежности конструкций.Вместе с тем повышение однородности
бетонной смеси за счет увеличения времени
и интенсификации процессов смешения при¬
водит к повышению энергоемкости процес¬
са. Поэтому оптимальность способов и па¬
раметров процесса смешения может быть оп¬
ределена соизмерением энергетических за¬
трат на приготовление бетонной смеси и
свойств бетона (рис. 3.3.1).Бетонная смесь до ее уплотнения представ¬
ляет собой относительно макронеоднородную
среду, находящуюся в конденсированном со¬
стоянии, и пустоты. При воздействии поля ме¬
ханических напряжений происходит течение
смеси и заполнение пустот, т. е., пустоты за¬
плывают связующим и растворной составля¬
ющей, увеличивая площадь контакта между
частицами. Следовательно, процесс формова¬
ния связан с уменьшением свободной повер-are of supplemental character. Strength of
connection between the particles is directly
associated with the nature of mechanical
grip which is determined by the state of
aggregate surface and properties of the
binder as well as their ratio.Thermodynamic orientation of structure
formation processes is determined both by
internal sources of system self-organization
and energy conditions of concrete mix
preparation, molding and hardening. From
the above mentioned points of view the
highest possible efficiency of the process might
be achieved in case of optimum parameters
of homogenization of concrete mix, effective
consolidation and compression pressure at
hardening.Requirement of efficient homogenization
of concrete mix is associated with the necessity
to provide for the high quality of concrete and
its stability along the whole volume of
construction. High homogeneity of concrete
mix might be achieved by intensification of
the processes and increase of blending time.
According to the acting standards impact of
strength and homogeneity of concrete on
load-carrying ability of ferroconcrete
constructions is interrelated. Consequently,
improvement of concrete homogeneity leads
to reduction of material capacity and
improvement of design reliability.At the same time increase of concrete mix
homogeneity as the expense of increase of
blending time and stimulation of the process
itself result in increase of energy consump¬
tion of the process. That is why optimum
methods and parameters of the blending process
might be determined by comparing energy
consumption in order to prepare concrete mix
and properties of concrete (fig. 3.3.1).Before consolidation concrete mix
represents relatively macroheterogeneous
medium in condensed state and voids.
Under the influence of mechanical stress
field mix flow and packing of voids occur,i.e. the interstices are covered by the binder
and mortar component, increasing the
contact area between the particles.
Therefore, the process of molding is
associated with reduction of free surface
108Теоретические основы бетоноведенияРис.3.3.1. Общая схема анализа эффек¬
тивности смешения бетонной смеси:1 — прочность бетона; 2 — коэффициент вариа¬
ции; 3 — энергоемкость процесса; 4 — себестои¬
мость 1м3 бетона при сопоставимых показателях
качествахности и поверхностной энергии. Понятно,
что это упрощенное описание формования бе¬
тонных и железобетонных изделий. В то же
время это весьма сложный процесс, который
строго описывается законами физики, физи¬
ко-химической механики и других фундамен¬
тальных наук.В соответствии с классификацией проф.
О.А. Савинова и Е. В. Лавринович, процесс
формования состоит из трех стадий: переупа¬
ковки компонентов, сближения и осаждения
частиц, компрессионного уплотнения. Разви¬
вая работы проф. Н. Б. Урьева в соответствии
с периодами изменения эффективной вибро¬
вязкости, можно выделить пять стадий фор¬
мования:— изменение объема смеси без су¬
щественного проявления тиксотропных
свойств;— преобладание процесса изменения фор¬
мы, сопровождающееся разрушением агломе¬
ратов, образованием газообразной фазы и те¬
чением смеси;— разрушение коагуляционных структур,
сопровождающееся тиксотропными изменени¬
ями;— выделение газообразной фазы;— окончательное формообразование,
включающее в себя водоотделение и усадку
свежеотформованной смеси.Fig.3.3.1. Outline of analysis for concrete
mix blending efficiency:1 - strength of concrete; 2 - coefficient of
variation; 3 - power-consuming of the process;4 - cost price of lm3 of concrete in case of
comparable values of qualityand surface energy. It is clear to be a
simplified description of concrete and
ferroconcrete constructions molding. At
the same time it is very complicated
process which is strictly described with the
laws of physics, physical-chemical
mechanics and other abstract sciences.According to classification of prof. O.
A. Savinov and E. A. Lavrinovich, the
process of molding consists of three stages:
repacking of components, binding and
precipitation of particles, compression
seal. Based onthe works of prof. N. B.
Uriev, five stages of molding can be
singled out according to the periods of
efficient viscosity modification:- modification of mix volume without
significant manifestation of thixotropic
properties;- prevalence of deformation process,
accompanied by deterioration of
agglomerates, formation of gas phase and
mix flow;- deterioration of coagulation
structures accompanied by thixotropic
changes;- isdation of gas phase;- final forming including water
segregation and shrinkage of the quick-
molden mix.
Theory of concrete studies109Профессоры Б. В. Гусев и В. Г. Зазимко
считают этот процесс более сложным и рас¬
сматривают его как последовательное фор¬
мирование макро- и микроструктуры. Анали¬
зируя бетонную смесь как модель с пласти¬
ческими свойствами, они приходят к выводу
о необходимости на первой стадии уплотне¬
ния преодоления сил сцепления и сухого тре¬
ния смеси путем низкочастотной вибрации с
большой амплитудой при симметричных н
асимметричных режимах.На процесс уплотнения оказывают влия¬
ние не только динамические характеристики
колебаний, но и их продолжительность, мес¬
то приложения и динамическое давление.
Так, при поверхностном уплотнении основ¬
ное влияние на качество процесса оказыва¬
ют давление и градиент давления, что, напри¬
мер, при импульсно-роликовом формовании
выражается в мгновенном появлении центра
скоростей течения слоев бетонной смеси.Необходимо отметить, что в анализируе¬
мых работах механизм уплотнения рассмат¬
ривается, в основном, без учета состава и вяз¬
кости бетонной смеси. На наш взгляд, меха¬
низм уплотнений высокоподвижных и литых
бетонных смесей существенно отличается от
рассмотренных. Различия в механизме про¬
цесса наблюдаются и в зависимости от плот¬
ности заполнителей, содержания газообраз¬
ной фазы и других факторов. Так, в литых
бетонных смесях стадия формирования мак¬
роструктуры оказывается очень малой по
сравнению с жесткими и реализуется, в ос¬
новном, на этапе укладки. Основная задача
уплотнения состоит здесь в обеспечении од¬
нородности, уменьшении миграции влаги и
увеличении миграции воздуха. Следователь¬
но, повышение гидродинамического давле-
1шя и увеличение частоты колебаний на пер¬
вой стадш! процесса приведут к уменьшению
водоотделения, а повышение амплитуды на
заключительном этапе — к удалению газо¬
образной фазы. Аналогичная ситуация будет
иметь место в тех случаях, если плотность
компонентов бетонной смеси существенно
различается, например, при использовании
керамзитового или пенополистирольного за¬
полнителя.Наименее изучен вопрос о влиянии дли¬
тельности уплотнения на свойства бетона. Ре¬
гулируя время приложения вибрационных воз-Professors В. V. Hureev and V.H.
Zazimko consider this process even more
complicated and regard it as successive
formation of macro- and microstructure.
Analysing concrete mix as a model with
plastic properties they come to the con¬
clusion about the necessity to overcome the
cohesive attraction and Coulomb friction
at the first stage by means of low-frequency
vibration with large amplitude at
symmetrical and a-symmetrical modes.Dynamic properties of oscillation and
their duration, application point and
dynamic pressure affect the process of
consolidation. For instance, in case of
surface hardening pressure and pressure
gradient affect the quality of the process
which, in its turn, in case of pulse-roller
molding is manifested in momentary
appearance of layer flow velocity center
in concrete mix.It should be mentioned that in the works
being analysed consolidation mechanism
is considered without taking into
consideration the contents and viscosity of
concrete mix. In our opinion, the
consolidation mechanism of high-
workability and flow concrete differ
significantly from the considered ones.
Mechanism of the process differs in terms
of aggregate density, contents of gas phase
and other factors. For instance, in flow
concrete mixes the stage of macrostructure
formation is quite small as compared with
the dry concrete and is carried out at the
stage of placement. Key objective of the
placement is to provide for homogeneity,
to reduce moist migration and to increase
air migration. Therefore, increase of
hydrodynamic pressure and increase of
oscillation frequency at the first stage of
the process lead to reduction of water
segregation, and increase of amplitudes at
the final stage - to removal of gas phase.
Similar situation might be observed in
cases when the density of components in
concrete mix varies significantly, for
instance, when utilizing claydite or foam
polystyrene as an aggregate.The isssue of consolidation duration on
concrete properties is less studied. By
regulating application time of vibration
110Теоретические основы бетоноведениядействий, можно существенно влиять не толь¬
ко на процессы уплотнения, но и на структу-
рообразование бетона. Многими исследовани¬
ями установлено, что интенсивность гидрато-
образования в значительной степени зависит
от времени приложения вибрации. При этом
максимальная степень гидратации достигает¬
ся при длительном вибрировании. Исследова¬
ния показывают, что увеличение гидратных
новообразований может быть достигнуто при
повторной вибрации. В то же время оптималь¬
ный период приложения поворных вибровоз¬
действий не установлен. В одних исследова¬
ниях это второй экстремум на кривой элект¬
ропроводности цементного теста, в других —
начало охватывания, в третьих — конкрет¬
ные цифры от 1 до 6 ч и т. п. Следует заме¬
тить, что неудачный выбор времени повтор¬
ного вибровоздействия может вызвать нару¬
шение сцепления связующего с заполнителем.Различные формы модификации бетонных
смесей, и прежде всего добавками ПАВ, по¬
зволяют повысить эффективность виброуплот¬
нения бетонной смеси, так как на фоне меха¬
нических воздействий происходят не только
ослабление сцепления и нивелирование час¬
тиц, но и разрушение структур алгомератов,
интенсификация проникания модификаторов
вглубь частиц вяжущего.Обеспечение оптимальной структуры бе¬
тона — поэтапный процесс, требующий, на¬
ряду с выбором компонентов, их соотноше¬
ний и методов смешения, разработки систе¬
мы управления структурообразованием бе¬
тонной смеси при укладке и уплотнении. В
технологии изготовления конструкций наи¬
большее распространение получили методы
вибрационного уплотнения. По разным
представлениям, бетонная смесь в процессе
уплотнения моделируется в виде упруговяз¬
кой двухфазной среды, где связующая си¬
стема с заполнителем принимается как жид¬
кая, а эмульгированный и защемленный воз¬
дух — как газообразная фаза. Целью управ¬
ления структурообразованием в процессе
уплотнения бетонной смеси является обес¬
печение максимальной плотности бетона.
Анализ объемоизменения бетонной смеси
при уплотнении показывает, что поставлен¬
ная цель достигается выбором оптимально-impact one can influence both
consolidation and structure formation of
concrete. Numerous research proved that
intensity of hydrating depends, to a great
extent, on the application time of vibration.
Maximum degree of hydration is
achieved at sustained vibration.
Investigations show that increase of
hydrate new formation might be achieved
at repeated vibration. Optimum period
of application of repeated vibration,
however, is not determined. Some prove
it to be the second extremum of cement
mortar electro-conductivity curve, others- beginning of connection, still others -
specific numbers from 1 till 6, etc. It
should be mentioned that unsuccessful
choice of repeated vibration duration
period might cause disturbance of binder
and aggregate cohesion.Different forms of concrete mix
modification, first of all, with surface active
agent additives, allow to increase vibration
compaction efficiency since slowed cohesion,
grading of particles and deterioration of
agglomerates structures, intensification of
modifiers penetration deep into the binder
particles take place against the background
of mechanical effects.Maintenance of optimum concrete
structure-is a step-by-step process, requiring,
along with the choice of components, their
correlation and displacement methods,
elaboration of concrete mix structure
formation control system at placement and
consolidation. Methods of vibration
compression gained grounds as the
construction production methods. According
to different opinions, concrete mix in the
process of compression is modeled in the form
of elastoviscous biphase medium, where the
bbinding system with the aggregate is
accepted as a liquid phase, and emulsified
and entrapped air - as a gas phase. The
objective of structure formation control in
the process of concrete mix compression is
to provide for maximum density of concrete.
Analysis of volume modification of concrete
mix in the process of compression proves that
the objective put by is achieved by selecting
Theory of concrete studies111го соотношения приложения амплитуды и
частоты колебаний. При этом наибольшая
трудность связана с удалением эмульгиро¬
ванной газообразной фазы из бетонной сме¬
си. Этот этап во многом определяет энерго¬
емкость процесса и прочность бетона.По своей природе и свойствам растворы
газов в бетонной смеси существенно не отлича¬
ются от газожидкостных растворов. Наруше¬
ние структуры бетонов в процессе формования
происходит вследствие выделения пузырьков
воздуха и газообразного водорода. Возникно¬
вение газообразной фазы бетонной смеси свя¬
зано с формированием зародышей и развитием
очагов новой фазы, обусловленных превыше¬
нием химического потенциала выделяющегося
компонента в связующей системе и затратами
энергии на образование поверхности раздела.
При этом наличие свободного железа в цемен¬
те приводит к самопроизвольному образованию
газообразной фазы в связующей системе. Для
выделения пузырьков газообразной фазы необ¬
ходимо наличие так называемых газовых цент¬
ров. Эти центры представляют собой эмульги¬
рованные пузыри воздуха, мельчайшие части¬
цы пыли, а также газообразные образования на
стенках формы.Можно предположить два основных меха¬
низма развития газообразной составляющей в
бетонной смеси: кавитационный, вызванный
механическим уплотнением, и флуктуацион-
ный, связанный с изменением температурных ус¬
ловий формования. Снижение газосодержания
бетонной смеси может быть достигнуто деаэра¬
цией ее компонентов, вакуумированием в про¬
цессе смешения и формования, а также регули¬
рованием температуры. Однако реализация
этих приемов не всегда технически осуществи¬
ма и энергетически эффективна. По-видимому,
наиболее эффективно направление, связанное
с удалением газообразной составляющей в про¬
цессе виброуплотнения бетонной смеси. Анализ
закономерностей распространения колебаний
в многофазной среде, одной из фаз которой яв¬
ляется газообразная, показывает, что интенси¬
фикация газовыделения может быть достигну¬
та путем уменьшения толщины слоя, повыше¬
ния выталкивающей силы и снижения сил вяз¬
кого и инерционного сопротивления бетонной
смеси. Опыт показывает, что всплывшие на по¬
верхность бетонной смеси газовые пузыри приthe optimum correlation of amplitude
application and oscillation frequency. The
most difficult is to reduce emulsified gas
phase out of concrete mix. This stage, in
many respects, determines power-consuming
of the process and the strength of concrete.Gaseous solutions in concrete mix do not
differ significantly from gas-liquid solutions
in terms of nature and properties.
Disturbance of structure of concrete in the
process of molding takes place as a result of
air and gaseous hydrogen bubbling.
Generation of gas phase in concrete mix is
connected to the formation and development
of centers of new phase conditioned by excess
of chemical potential of evolved components
in the binding system and energy
consumption in order to create boundary
surface. At the same time availability of free
ferrum in cement leads to spontaneous
formation of gas phase in the binding system.
Presence of the so-called gas centers is
necessary for bubbling in the gas phase.
These centers represent emulsified air
bubbles, the finest particles of dust, as well
as gaseous formations on the walls of the
form.Two main mechanisms of gaseous
component development in concrete mix
might be suggested: cavitation, caused
by mechanical compression, and fluc¬
tuating, caused by modifications of
temperature conditions of molding.
Reduction of gas content in concrete mix
might be achieved by deaeration of its
components, vacuumization in the
process of blending and molding, as well
as temperature adjustment. However,
fulfillment of these techniques is not
always feasible and efficient energy-
wise. It seems that the reduction of gas
component in the process of concrete mix
vibration compaction is the most
efficient. Analysis of oscillation
distribution in polyphase medium, one
of the stages being the gas phase, proves
that intensification of gas release might
be achieved by means of layer depth
reduction, increase of forces and
reduction of upthrust of viscous and
inertial resistance. The surfaced gas
112Теоретические основы бетоноведениявибрации могут затем вновь вовлекаться в про¬
цесс течения. Поэтому наряду с выбором оп¬
тимальных параметров виброуплотнения
важное значение приобретают установление
пауз для перехода газовых пузырей в режим
покоя, уменьшение их избыточной энергии и
анигиляции. Следовательно, оптимальный
режим формования бетонной смеси, способ¬
ствующий максимальному удалению газооб¬
разной фазы, должен вестись полициклично
с кратковременными паузами, с постоянно
возрастающей амплитудой и уменьшающей¬
ся частотой.Анализ процессов виброуплотнения под¬
тверждает возможность описания упругих ко¬
лебаний бетонной смеси упруговязкой моде¬
лью сопротивления:holes at vibration might be involved in
the process of flow again. That is why,
along with the choice of optimum
parameters of vibration compaction
setting pauses for transition of gas holes
into quiescent condition, reduction of
excessive energy and annihilation gain
in importance. Therefore, optimum
concrete mix molding mode contributing
to maximal removal of gas phase should
be cyclic in nature with short-term
pauses and1 all-time increasing amplitude
and digressive frequency.Analysis of vibration compaction pro¬
cesses analysis endorses the possibility to
describe elastic vibrations of concrete mix
by means of elastic-viscous model of resistance:o = E6c + k0de/dt(3.3.4)где £6c — эффективный модуль упругости
бетонной смеси;s— относительные деформации;
к0 — коэффициент вязкого сопротивления.
Представляет интерес рассмотрение те¬
оретической модели вибропрессования бе¬
тонных смесей по аналогии с моделью сжи¬
маемости грунтов. С этих позиций анало¬
гия миграции влаги в грунте и процесса уда¬
ления избыточного содержания жидкой и га¬
зообразной фаз из бетонной смеси по
Г. 3. Лохвицкому, описывается уравнения¬
ми:е — /п +(Е о ~ О ((where Е6с - effective modulus of elasticity
of concrete mix;s - relative deformations;
k0 - coefficient of viscous resistance.
Investigation of theoretical model of
concrete mix vibration compaction by
analogy with the model of soil
compressibility is of great interest. From this
standpoint analogy of migration of moisture
in soil and process of removal of excessive
liquid and gas phases from concrete mix
according to H. Z. Lokhvitskiy is described
with the following equations:Г;,p°/p5 = (s0-/0)/(l + E0)|(/-pVp)24(3.3.5)(3.3.6)где e — коэффициент пустотности при внеш¬
нем давлении Р;8 — относительная объемная деформациясжатия;р° — наименьшее давление, при котором
начинается вытеснение жидкости с коэффи¬
циентом пустотности v0;v0 — начальный коэффициент пустотности;
/0 — коэффициент, зависящий от геомет¬
рической формы;к — коэффициент, характеризующий свой¬
ства связующего.Теоретический анализ показывает, что эф¬
фективность формования бетонной смеси мо-where г - void-solid ratio at external
pressure of P\5 - relative cubic strain of
compression;p° - the least pressure at which fluid
displacement with the air void ratio of v0
starts;
v.u initial void-solid ratio;
l0- coefficient depending on
geometrical configuration;к - coefficient characterizing the
properties of the binder.Theoretical analysis shows that the
efficiency of concrete mix molding might
Theory of concrete studies113жет быть повышена при сочетании различных
видов воздействия, например вибрации, прес¬
сующего давления и температуры, вибрации
и карбонизации, вибрации и магнитно-им¬
пульсной обработки и т. д.Один из основных технологических про¬
цессов — твердение бетона. Благоприятные
температурно-влажностные условия тверде¬
ния бетона обеспечиваются начиная с перво¬
го часа после окончания формования путем
предохранения от высыхания, прямых солнеч¬
ных лучей, ветра, атмосферных осадков и про¬
мерзания. Для бетонов на вяжущих гидрата-
ционного твердения особое значение имеет
обеспечение необходимой влажности и поло¬
жительной температуры. В то же время зна¬
чительное тепловыделение цемента в массив¬
ных конструкциях при положительных темпе¬
ратурах окружающей среды может вызвать
неуправляемый саморазогрев бетона и при¬
вести к трещинообразованию.Для ускорения процессов производства
бетона на вяжущих гидратационного тверде¬
ния используют различные методы, одним из
которых является тепловая обработка. Для
цементных бетонов тепловую обработку про¬
водят при атмосферном давлении и темпера¬
туре до 100 °С, для силикатных — при давле¬
нии 0,8—1,6 МПа и температуре до 180 °С.Как показывают многочисленные исследо¬
вания, при температуре тепловой обработки
бетона до 100° С, независимо от вида теплоно¬
сителя, фазовый состав цементного камня су¬
щественно не изменяется. Вместе с тем вид теп¬
лоносителя и условия тепломассообмена не мо¬
гут не оказывать существенного влияния на
формирование капиллярно-пористой структу¬
ры, а следовательно, и на свойств бетона. По¬
этому при любом виде теплоносителя структу¬
ра и свойства бетона будут определяться спо¬
собом подвода тепла и режимом тепловой об¬
работки. Согласно принципу соответствия
проф. О. П. Мчедлова-Петросяна, наиболее эф¬
фективная структура бетона формируется при
режимах тепловой обработки, которые согла¬
сованы со структурообразованием, обуслов¬
ленным термодинамической направленностью
процесса. Анализ форм кривых структурообра-
зования и тепловыделения цемента свидетель¬
ствует о том, что наиболее эффективен прин-be increased at combination of various
types of impacts, for instance, vibration,
compression pressure and temperature,
vibration and carbonization, vibration
and magnetic-pulse processing, etc.Hardening of concrete - is one of the
major technological processes. Favourable
temperature-humidity conditions of concrete
hardening are secured starting from the first
hours of molding completion by means of
preservation against insiccation, direct
sun rays , wind, precipitation, and frezing.
Maintenance of the required humidity and
positive temperatures is of great im¬
portance for concrete on binder with
hydration hardening. At the same time sig¬
nificant thermal flux of cement in massive
constructions at positive temperatures of
environment might cause uncontrollable
backheating of concrete and result in
cracks formation.In order to accelerate production of
concrete based on binders of hydration
hardening various methods are used,
cooking being one of them. Cooking for ce¬
ment concrete is conducted at the
atmospheric pressure and temperature of
100° C, for those based on lime binders - at
the pressure of 0.8 - 1.6 MPa and
temperature of 180°C.During cooking at the temperature of
100° С despite the type of heat carrying
agent, phase contents of cement stone do
not change significantly. At the same
time the type of heat carrying agent and
conditions of heat exchange affect the
formation of capillary-porous structure,
and therefore, the properties of concrete.
That is why in any type of heat carrying
agent the structure and properties of con¬
crete will be determined by means of heat
supply and cooking mode. According to
conformity principle of prof. O. P.
Mchedlov-Petrosyan the most efficient
structure of concrete is formed at cook¬
ing modes which are adjusted with the
structure formation, and conditioned by
thermodynamic nature of the process.
Analysis of structure formation and ther¬
mal flux of cement curves proves that
114Теоретические основы бетоноведенияцип теплового воздействия с постоянно воз¬
растающей температурой подъема и отвода
тепла при пике тепловыделения. Представля¬
ют интерес и процессы, включающие в себя
длительную выдержку отформованного бето¬
на с дальнейшей тепловой обработкой. Воз¬
можные варианты режимов тепловой обра¬
ботки бетона приведены на рис. 3.3.2.Т, °Сthermal action with the all-time increas¬
ing temperature of flood and heat ab¬
straction on the peak of thermal flux is
the most efficient principle. The process¬
es including sustained post-molding
stage with further cooking is of great
interest as well. Possible variants of cook¬
ing modes are presented in the fig. 3.3.2.T, °CT, °C
100 +Цлитепьность твердения ц
Duration of hardening, hours ’Рис. 3.3.2. Возможные варианты режимов
тепловой обработки бетонаОдним из основных деструктивных факто¬
ров при тепловой обработке является газооб¬
разная составляющая, расширяющаяся в про¬
цессе нагрева бетона. Уменьшить отрицатель¬
ное влияние этого фактора можно только мед¬
ленным подъемом температуры и прессующим
давлением на начальной стадии процесса.Если с твердением цементных бетонов
при температуре выше 10°С нет особых про¬
блем, то с понижением температуры, в том
числе и при отрицательных ее значениях,
обеспечение требуемых свойств конструк¬
ций становится проблематичным. Как изве¬
стно, формирование структуры бетона в на¬
чальный период связано с объемным фор¬
моизменением компонентов при гидратацииFig. 3.3.2. Possible variants of
concrete cooking modes.Gas component expanding in the
process of concrete heating, is one of the
main destructive factors during cooking.
To reduce negative impact of this factor is
possible only by means of slow increase of
temperature and compression pressure at
the initial stage of the process.There is no problems with cement
concrete hardening at the temperatures
above 10°C, though with the temperature
pulldown and at its negative values,
maintenance of the required properties of
the construction becomes problematic. As
it is known concrete structure formation
at the initial stage is associated with
volume deformation of components during
Theory of concrete studies115цемента, колебаниями температуры и влаж¬
ности среды. В соответствии с законами
массопереноса (проф. А.В.Лыков), при от¬
рицательных температурах происходит ин¬
тенсивное перемещение влаги из внутрен¬
них слоев (с более высокой температурой)
к наружным. Влагоперенос к наружным сло¬
ям приводит к перенасыщению их жидкой
фазой с последующим фазовым превраще¬
нием в лед. В дальнейшем влага перемеща¬
ется уже во внутренние слои бетона. Миг¬
рация влаги и расширение компонентов со¬
здают внутреннее давление в бетоне, вызы¬
вая растягивающие напряжения. Следует от¬
метить, что для бетонов на пористых запол¬
нителях этот механизм носит несколько иной
характер вследствие возникающего самова-
куумирования системы. Вместе с тем из-за
резкого снижения активности воды и степени
гидратации цемента во всех случаях тверде¬
ние бетона замедляется.Нам хорошо известны работы проф.
И. А. Кириенко и проф. Д. Уайлея по тверде¬
нию бетона при отрицательных температурах.
Известны и рекомендуемые проф. X. Скфил-
дом, проф. М. Нисом и другими преложения
по необходимой длительности твердения бе¬
тона при положительных температурах и при
замораживании. Не углубляясь в проблему и
не завязывая бесплодные дискуссии, отметим
одно: теоретические споры по вопросу твер¬
дения бетона при отрицательных температу¬
рах во многом беспредметны, так как в ана¬
лизируемых работах замалчиваются или не
приводятся многие исходные данные, в част¬
ности характеристика цементов и их тепло¬
выделение, температура бетонной смеси,
объем бетонного массива, площадь открытой
поверхности и т. п. Поэтому вывод таков: це¬
ментный бегон — материал теплолюбивый, и
хотя гидратация цемента продолжается и при
отрицательных температурах, ее величина
настолько ничтожна, что ею можно пренеб¬
речь. Только обеспечение необходимой ми¬
нимальной (критической) прочности бетона
до замораживания любыми известными спо¬
собами (вяжущие с высоким тепловыделени¬
ем, предварительный разогрев смеси, про¬
грев, протнвоморозные добавки в сочетании
с ускорителями твердения, избыточное дав¬
ление в процессе твердения и т. п.) может га¬
рантировать надежность конструкции.cement hydration, temperature fluctua¬
tions and humidity of the environment.
According to the laws of mass transfer
(prof. А.У. Lykov) at negative temperatu¬
res intensive moisture migration from inner
layers (with higher temperature) to the
outer ones occurs. Moister migration to
the outer layers results in their
supersaturation with liquid phase with
further phase transformation into ice.
Later on moister is transferred to the inner
layer of concrete. Moisture migration and
expansion of components create internal
pressure resulting in tensile stress. It
should be mentioned that for concrete
based on porous aggregates this
mechanism is of somewhat different nature
owing to self-vacuumization. At the same
time due to sharp decrease of water activity
and cement hydration degree the hardening
of concrete is slowing down in all cases.We are well aware of the works of prof.I. A. Kirienko and prof. D. Wyley
concerning concrete hardening at negative
temperatures. Recommendations of prof. H.
Skfild and prof. M. Niece as well as the other
concerning the required duration of concrete
hardening at positive temperatures and
freezing. While neither going in-depth nor
starting fruitless discussions we should
only state that theoretical arguments
concerning the issue of concrete hardening
at negative temperatures are mostly
objectless since input data of many works
being analysed are either concealed or not
cited, particularly concrete characteristics
and their thermal flux values, temperature
of concrete mix, volume of concrete body,
exposed surface, etc. That is why the
conclusion is as following: cement
concrete is a heat-loving material, though
cement hydration is going on at negative
temperatures as well; its value is so
negligibly small that one can neglect it.
Only maintaining necessary minimal
(critical) concrete strength before freezing
by means of all known methods (binders
with high thermal flux, preheating of the
mix, antifreeze additives in combination
with early-strength hardeners, excessive
pressure in the process of hardening, etc.)
one might guarantee design reliability.
116Теоретические основы бетоноведения3.4. Теоретические модели
бетонаБетон является твердым капиллярно-порис¬
тым телом со специфической конгломератной
структурой. Основными элементами структу¬
ры бетона являются затвердевшее связующее,
заполнитель и поры, в отдельных случаях и дис¬
персные волокна. В зависимости от содержа¬
ния эмульгированного воздуха и пустот в бе¬
тонной смеси выделяют следующие структуры
(рис. 3.4.1). Обычно в затвердевшем бетоне за¬
щемлено 1—3 % воздушных пор, которые об¬
разуются в процессе перемешивания и вследствие
недостаточного уплотнения бетонной смеси.3.4. Theoretical models of
concreteConcrete is a capillary-porous solid
with specific conglomerate structure.
Consolidated binder, aggregate and pores,
in some cases disperse fibers, are the main
elements of concrete structure. Depending
on the contents of emulsified air and voids
in concrete mix the following structures
are singled, out (fig. 3.4.1.). As a rule 1¬
3% of air pores formed in the process of
blending and as a result of insufficient
packing of concrete are entrapped in
consolidated concrete.d вРис. 3.4.1. Типы макроструктур бетона:а — поризованная с плотной упаковкой заполни¬
телей; b — ячеистая; с — крупнопористая (крупнопу¬
стотная) с недостатком связующего; d — с плотной
упаковкой заполнителей; е — со свободно располо¬
женным (плавающим) заполнителем; / — дисперсно-
армированная; 1— связующее; 2 — заполнитель;3 — мелкие поры; 4 — ячейки; 5 — пустоты; б —
дисперсные волокнаВ то же время с целью уменьшения массы и
снижения теплопроводности, а также повыше¬
ния морозостойкости и некоторых других
свойств бетона специально в бетонную смесь
вводят воздухововлекающие добавки, генери¬
руемую пену или вещества, образующие в ре¬
акции с гидрооксидом кальция газообразные
продукты. Если для повышения морозостойко-Fig. 3.4.1.
macrostructures:fTypesof concretea - porous with density packing of
aggregates; b - cellular; с - macroporous with
the shortage of binder; d - with density packing;
e - floating aggregate; f - reinforced-dispersed;
1 - binder; 2 - aggregate; 3 - small pores; 4 -
cells; 5 - voids; 6 - disperse fiberAt the same time in order to reduce the
mass and heat conductivity as well as to
increase frost-resistance and some other
properties of concrete air-entraining
additives, generated foam or substances
isolating gas products as a result of
reaction with calcium hydroxide, are
doped into concrete mix on purpose. If
Theory of concrete studies117сти бетона достаточно 3,5—6 % эмульгирован¬
ного воздуха, то для получения облегченных и
особолегких бетонов содержание воздушных
пор может достигать 80 %. Поризованные бе¬
тоны содержат обычно поры малых диметров,
а ячеистые — крупные поры. Пустоты в круп¬
нопористом (крупнопустотном) бетоне обра¬
зуются из-за недостатка растворной состав¬
ляющей.При формировании структуры бетона
стремятся получить такую структуру, кото¬
рая обеспечивает минимально возможное
расстояние между зернами крупного запол¬
нителя (рис. 3.4.1 a, d). Однако с позиций
улучшения формуемости смеси, а в ряде слу¬
чаев для уменьшения расхода крупного за¬
полнителя как дорогостоящего компонента
формируют структуру со свободно распо¬
ложенными крупными зернами (рис. 3.4.1, е)
или вообще без них (мелкозернистый бетон).
Хотя следует заметить, что уменьшение со¬
держания крупного заполнителя при обыч¬
ных методах уплотнения бетонной смеси
резко снижает практически все свойства бе¬
тона. Увеличение же содержания крупного
заполнителя сверх оптимального приводит
к расслоению смеси и ухудшению формуе¬
мости.Рассмотрим теоретические модели бетона,
наполняя поэтапно идеальные схемы реаль¬
ным содержанием.Как известно, теоретическая прочность
твердых тел (Rmm) может быть описана
уравнением Орована—Келли:Лпгде Е —модуль упругости;Р — поверхностная энергия;
а — межатомное расстояние.3.5 - 6% is enough to increase frost-
resistance of emulsified air, the contents
of air pores in order to create light or extra
light concrete might reach 80%. Porous
concrete contains, as a rule, pores of small
diameter, and cellular one - coarse pores.
Voids in macroporous concrete are created
due to the lack of mortar component.While forming concrete structures
one tries to obtain a structure providing
for the least possible distance between
the grains of coarse aggregates (fig.
3.4.la,d). However, from the standpoint
of improving mix moldability and in
some cases in order to reduce
consumption of coarse aggregate as an
expensive component a structure with
freely located coarse grains (fig. 3.4.1,
e) or without them at all (fine concrete)
is formed. Though it should be mentioned
that the reduction of coarse aggregate
contents at regular methods of concrete
mix compaction sharply decreases
practically all properties of concrete.
Increase of coarse aggregate contents in
excess of optimum one results in concrete
desintegration and deterioration of
moldability.Let us consider theoretical models of
concrete, filling the ideal schemes with the
real contents.As it is known, theoretical strength of
solid (Rmax) might be described by Orovan-
Kelly equation:= yj%EP/a, (3.4.1)where E - modulus of elasticity;P - surface energy;
a ~ interatomic spacing.Согласно представлениям Грифитса—
Инглиса, рассматривавших напряжения в
материале, отвечающее началу роста
трещины, прочность может быть выражена
зависимостьюAccording to Grifits - Inglis, who
regarded that stress in material
stipulated crack growth, the strength
might be expressed by dependencyЯпna,(3.4.2)В настоящее время разработано насколь¬
ко теорий прочности: феноменологическая,
структурная, статистическая, молекулярная
и др. Некоторые из них носят гипотетическийAt present several theories of strength
have been elaborated: phenomenological,
structural, statistical,molecular,etc. Some
of them are hypothetical in nature, they
118Теоретические основы бетоноведенияхарактер, не связаны с внутренними процесса¬
ми и не отражают реальные явления в бетоне.Проф. Н. Н. Круглицкий и другие иссле¬
дователи, рассматривавшие расчетную мо¬
дель бетона как плоскость, ослабленную под¬
крепленными отверстиями, пришли к выво¬
ду, что в бетоне под действием нормальной
силы (N) и усилий, воспринимаемых части¬цами заполнителейИi=iвозникает нор¬мальное усилие (N:), приводящее к его раз¬
рушению. При расстоянии между частица¬
ми заполнителя меньше 1,6 диаметра (D) и
незначительной разности в модулях упру¬
гости компонентов все усилия воспринима¬
ются заполнителем. Общее уравнение, вы¬
ражающее эту зависимость, имеет вид:are unconnected to inner processes and do
not reflect real phenomena in concrete.Prof. N. N. Kruhlitskiy and other
scientists who considered design model of
concrete as a plane, relaxed by flanged hole
came to conclusion that under the influence
of normal force (N{) and strains perceivedПby particles of aggregates an efforti=iis generated (N2) resulting in its
deterioration. In case of the distance between
the particles of the aggregate set as less 1.6
diameter (D) and insignificant difference
between the modulus of elasticity of
components all strains are perceived by the
aggregate. General equation expressing this
dependency looks like this:- Nx -^a£>[l/1 -ц + £CB /£’3) + 1/12(3-8(хЕсв /ЪЕг), (3.4.3)i=iгде £(Вир — соответственно модуль упру¬
гости и коэффициент Пуассона связующе¬
го;£3— модуль упругости заполнителя.Проф. А. Е. Десов на основании анализа
модели напряженного состояния вблизи боль¬
шой и малых неоднородностей (пор) М. Да-
вина исследовал напряженное состояние за¬
полнителя. В теоретической модели принима¬
лось, что диаметр большой поры равен 1 мм,
а малые поры расположены на расстоянии,
очень малом по сравнению с диаметром боль¬
шой поры. Исследование показало, что хотя
вблизи малых неоднородностей локальные
напряжения увеличиваются в 6—9 раз по срав¬
нению со средним сжимающим, они не могут
привести к разрушению бетона. Напряжен¬
ное состояние в заполнителе (а) в форме шара
(рис. 3.4.2) описывается следующими коли¬
чественными зависимостями:по диаметру АВwhere Е and ц - modulus of elasticity
and Poisson’s ratio of the binder,
respectively;- modulus of elasticity of the
aggregate.Prof. A. E. Desov investigated the stressed
state of the aggregate on the basis of analysis
of M. Davin model of stress close to big and
small heterogeneities (pores). In the
theoretical model the diameter was set as 1
mm and small pores located at the short
distance as compared with the diameter of
the pore. Investigation has proved that
though the local stress close to small
heterogeneity increase 6-9 times as
compared to average compressive stress they
cannot result in deterioration of concrete.
Stress in the aggregate (<r) in the form of the
sphere is described by means of the following
quantitative dependencies:in terms of quantitative diameter AB
IP/Tld [1 - 4c/4 / (cP + 4x2)2],a = 2P/Tld [1 -d2x2 / [1 - (/74 + x2)2];(3.4.4)по диаметру CDin terms of diameter CDctx = IP/nd,■ 2P/ltd [1 - /4 - y2)3];(3.4.5)а
Theory of concrete studies119с учетом перпендикулярного поперечного I taking into consideration perpendicu-
расширения растягивающее напряжение ' lar transverse expansion tensile stressap = 2Plnd(\ + ц)(1 + 2ц). (3.4.6)Рис. 3.4.2. Теоретическая модель напря¬
женного состояния заполнителя по
А. Е. ДесовуВ работах Э.Р.Пинуса, Т.Ю.Любимовой,
О. В. Кунцевича, А. М. Викторова, И.И.Пет-
ренас, А.М.Невиля и других отмечается су¬
щественное влияние на прочность бетона меж-
фазного слоя связующее-заполнитель. Проф.
П.Г.Комохов и Т.М.Петрова рассматрива¬
ют оптимальную модель структуры бетона,
включающую в себя демпфирующие элемен¬
ты.Проф. Ю.С.Липатов, В.Ф.Бабич и
Г.П.Святенко, рассматривавшие аналогич¬
ную задачу для полимерных композитов, пред¬
ставляют их теоретическую модель в виде
куба из связующего, в центре которого нахо¬
дится меньший куб из наполнителя, покрытый
однородным межфазным слоем. Рассмотрим
эту модель, представив ее разверткой в плос¬
ком сечении связующего, в котором находит¬
ся заполнитель, покрытый межфазным слоем
толщиной (6 ). В этом случае площадь раз¬
вертки связующая система — межфазный слой— заполнитель будет равна 1, ширина раз-Fig. 3.4.2. Theoretical model of the
stress in the aggregate according to A.
E. DesovIn the works of E. R. Pinus, T. Y.
Liubomova, О. V. Kuntsevich, A. M.
Viktorova, I. I. Petrenas, A. M. Nevil and
others significant impact on the strength
of concrete boundary layer of binder -
aggregate is underlined. Prof. P. H.
Komokhov and T.M. Petrov examine
optimum model of concrete structure
including shock-absorbing elements.Prof. Y. S. Lipatov, V. F. Babich andH. P. Sviatenko, who examined similar task
for polymeric composite, presented their the¬
oretical model in the form of cube consisting
of the binder in the center of which smaller
cube of aggregate is located covered by ho¬
mogeneous boundary level. Let us consider
this model presenting it as a scan in plane
section of the binder, in which aggregate cov¬
ered with theboundary layer (5CJ) thick is
located. In this case area of scan binding
system - boundary level - aggregate will be
equal to 1, width of scan of plane model of
120Теоретические основы бетоноведениявертки плоской модели заполнителя объемом
К3 и площадью S3 - а} = ^К353, ширина плос¬
кой модели заполнителя с межфазным сло¬
ем я3 + 26сз = VFySj + 25сз. Осуществив пре¬
образование в модель Такаянаги (рис. 3.4.3)
и преобразовав полученные авторами зави¬
симости, получаем следующие уравнение
модуля упругости для заполнителя с меж-aggregate with the volume of V3 and area of
S3 - a3 = W3S3, width of plane model of
aggregate with boundary level a3 + 25c3 =
=V VySj + 25C3. Having transformed it into
the Takayanag (fig. 3.4.3) model as well
as dependencies obtained by the authors
we receive the equation of the modulus of
elasticity for an aggregate with boundary
stratum (E ).фазной прослойкой (£зс):Ex = {1 - {V}SJ(4vJ} + 25q)2} Ea + K35,/(V^ + 25Q)(3.4.7)x {[1 - + 25сз)]/£сл + + 25a)£,}■'и для бетона and for concreteEt = [ 1 - (Vf^ + 250)2] £ + (Vf^ + 25a)2] • {[I - (Vf^ + 25a)]/£ + (V^ + 25a)/£ }-'(3.4.8)Взаимосвязь прочности бетона (Rg) с проч¬
ностью межфазного слоя (Лзс) и когезионной
прочностью связующего (Л ) примет вид:Correlation of concrete strength (Л5)
with the strength of boundary layer (Лзс) and
cohesive resistance (Rc) would look like this:Rt = RJ^KV^ + 2 5 Y+Rc {1 - [ + 2 5 )2]}.(3.4.9){ОPvs?.41х.,=к35з/(^7+;Sc)X= 0h3<?3 + 25 и )1 - XРис. 3.4.3. Теоретическая модель бетона с
учетом межфазной прослойкиОбладая рядом преимуществ, рас¬
смотренная модель не учитывает капилляр¬
но-пористую структуру бетона, хотя при¬
уроченность трещин хрупкого разрушения
к системе капиллярных пор очевидна.В качестве альтернативы рассмотренным
схемам представляет интерес анализ теорети¬
ческой модели бетона как хрупкого сыпучего
тела, состоящего из отдельных зерен, связан¬
ных вязкими элементами, обеспечивающих
сцепление между частицами. Вязкий элемент ха¬
рактеризуется бесконечно малым модулем сдви¬
га, и касательные напряжения в нем не возни-Fig. 3.4.3. Theoretial model of concrete
with boundary stratumPossessing a number of advantages the
model considered does not take into
conside-ration capillary porous structure
of the con-crete though, obviously, cracks
of unstable failure are confined to the
system of capillary pores.Analysis of theoretical model of concrete
as a fragile granular material consisting of
separate grains, bound by viscous elements,
providing for cohesion between the particles
is an alternative. Viscous element is charac¬
terized by infinitely small shearing modu¬
lus; shearing stress does not occur in it. At
Theory of concrete studies121кают. В то же время в хрупком элементе они
существенны. Такой подход оправдан нео¬
братимыми изменениями в бетоне при крити¬
ческих нагрузках. Необратимое формоизме¬
нение модели под нагрузкой происходит в ре¬
зультате разрыва вязких связей между части¬
цами от растягивающих напряжений. При пе¬
реходе модели в более пластичное состояние
под действием сдвигающих напряжений, пре¬
вышающих критическое напряжение сдвига,
происходит ее необратимое формоизменение.Следовательно, при одноосном сжатии раз¬
рушение бетона происходит при приведенных
растягивающих напряжениях (нормальных и
касательных), выше критических. Так как мак¬
симальные касательные напряжения составляют
1/3 - 2/3 максимально нормальных, разрушение
будет происходить под неболыш м углом к направ¬
лению сжатия. Дополнительные сдвигающие на¬
пряжения, возникающие при трении между бето¬
ном и поверхностью, будут увеличивать этот угол.Таким образом, на основашш анализа тео¬
ретической модели бетона как твердого дефор¬
мированного тела можно прийти к выводу о
том, что его разрушение происходит в резуль¬
тате двух взаимосвязанных процессов: а) вяз¬
кого трения вследствие действия касательных
напряжений, проявляющихся в виде микро¬
взрывов и микросдвигов; б) нормальных рас¬
тягивающих напряжений, проявляющихся в ра¬
стрескивании и разрыхлешп! бетона. Следова¬
тельно, двойственность неупругих деформаций
бетона вызвана объективным состоянием бето¬
на под нагрузкой, когда одновременно прояв¬
ляются свойства хрупкости и текучести.Близкой к рассмотренной является модель
проф. М. М. Холмянского (рис. 3.4.4), пред¬
ставляющего структуры бетона в виде “стол¬
биков зерен”, контакты которых испытывают
продольные и поперечные сжимающие усилия.
Сами зерна соединены поперечными связями,
испытывающими растягивающие напряжения.Бетон по этой схеме, представляет систему
столбиков зерен, соединенных поперечными свя¬
зями подвергаясь сжатию без трения двумя жест¬
кими плитами, разрушается из-за накопления по¬
вреждений в виде микротрещин. Преобладающее
продольное расположение микротрещин свиде¬
тельствует о поперечных растягивающих напря¬
жениях. Вследствие внутризернового сдвига в
этой модели может возникнуть и поперечное сжа¬
тие.the same time in the fragile solid they are
significant. Such approach is justified by
irreversible changes in concrete under
critical loading. Irreversible deforma¬
tion of the model under loading takes
place as a result of release of between
the particles caused by tensile stress. Ir¬
reversible deformation takes place dur¬
ing the model transition to more plastic
state under the influence of shearing
stress exceeding the critical one.Therefore, at uniaxial compression
concrete disintegration occurs at reduced
tensile stress (both normal and tangential)
in excess of the critical one. Since maxi¬
mum tangential stress equal to 1/3 - 2/3 of
the maximum normal ones disintegration
would take place at a small angle to com¬
pression direction. Supplemental shearing
stress generated during friction between
concrete and the surface will increase this
angle.Thus, based on analysis of the theoret¬
ical model of concrete as a strained solid
one might come to the conclusion that its
disintegration takes place as a result of
interrelated processes: a) viscous friction
as a result of tangential stress, manifested
in the form of micro explosion; b) micro¬
displacement and normal tensile stress
manifested in bursting and loosening of
concrete. Subsequently, duality of no¬
nelastic deformations is caused by objec¬
tive state of concrete under loading when
the properties of brittleness and fluidity
are manifested simultaneously.The model of prof. М. M. Kholmianskiy
(fig. 3.4.4.), presenting concrete in the form
of “columns of grains”, the contacts among
which enjoy and transverse longitudinal
compression, is close to the above mentioned
one. The grains themselves are connected
by cross-linkage enjoying tensile stress.According to this scheme, concrete, pre¬
senting the system of columns of grains, con¬
nected by means of transverse slabs under¬
going friction-free compression, is disinte¬
grated due to accumulation of damages in
the form of microcracks. Arrangement of mi¬
crocracks in series testifies to transverse tensile
stress. As a result of intragrain shear transverse
compression might appear in this model as well.
122Теоретические основы бетоноведенияРис. 3.4.4. Макроструктура бетона по
М.М.Хол минскому:а — схема дефектов; Ь — модель псевдозерни-
стой структуры; с — межзерновой сдвиг;
1 — зерна; 2 — связиНеобходимо заметить, что получаемые в
результате теоретического анализа идеаль¬
ные модели бетона далеки от реальности.
Вместе с тем их рассмотрение позволяет глуб¬
же понять механизмы, определяющие свой¬
ства материала. Более реальны модели, пред¬
ставляющие физические образцы бетона. При
этом не следует забывать, что и эти модели
являются всего-навсего моделями.Реальный бетон — неоднородный матери¬
ал, и напряжения в нем концентрируется, в
первую очередь, в наиболее слабых местах
(вокруг пор, пустот и трещин) и на части¬
цах с большим модулем упругости (т. е. бо¬
лее жестких), вследствие чего в зоне кон¬
такта заполнителей со связующим возника¬
ют усилия, разрушающие эту связь. По мне¬
нию проф. Л. А. Гвоздева, неоднородная
структура бетона на первых этапах нагру¬
жения сдерживает микрЪтрещинообразова-
ние. Но при достижении нагрузки до 30—
35 % от разрушающий именно начальные
микротрещины, поры и неоднородности яв¬
ляются очагом зарождения силовых трещин.
Фактически при сжатии образцов возника¬
ют как сжимающие, так и поперечные рас¬
тягивающие напряжения. Разрушение об¬
разцов происходит поэтапно (рис. 3.4.5), на¬
чиная с образования микроскопических тре¬
щин, расположенных параллельно действию
нагрузки, до слияния их в магистральные.
Общеизвестная схема напряженного состо¬
яния образца при сжатии приведена на
рис. 3.4.5.Fig. 3.4.f. Macrostructure of concrete
according to M.M. Kholmianskiy:a - defectogram; b - model of pseudo-
granular structure; с - intergranular shear; 1 -
grains; 2 - connectionsIt should be mentioned that ideal
models obtained as a result of theoretical
analysis are wide of the mark. At the same
time their investigation allows for in-depth
understanding of the mechanisms
determining the properties of material.
Models presenting physical samples of
concrete are more realistic. However, we
should not forget that these are still models.Real concrete is a heterogeneous
material; stress in itris concentrated, first
of all, in the weakest points (around pores,
voids and cracks) and in the particles with
the large modulus of elasticity (i.e. more
dry). Consequently, strains destroying this
connection are generated in the contact
zone of aggregates and binders.
According to prof. L. A. Hvozdev,
heterogeneous structure of concrete at the
first stages of loading restrain formation
of microcracks. However, when the
loading approaches 30-35% of the
ultimate one, initial microcracks, pores
and heterogeneities are the centers of
crack nucleation. In the process of
compression of samples both compressive
and transverse tensile stress is generated.
Disintegration of samples takes place step-
by-step, starting with formation of
microscopic cracks placed parallel to the
loading, until their in coalescence into
trunk ones. Well-known scheme of stress
of the sample under compression are
provided in the fig. 3.4.5.
Theory of concrete studies123Рис. 3.4.5. Последовательность разрушения
образцов бетона:1 — заполнитель; 2 — поры (каверны); 3 — свя¬
зующее; 4 — трещиныКак видно из рис. 3.4.6, образец даже в
условиях сжатия находится в сложном на¬
пряженном состоянии, о чем свидетельству¬
ет наложение первичных и вторичных на¬
пряжений.Fig. 3.4.5. Sequence of concrete samples
disintegration:1 - aggregate; 2 - pores (cavity); 3 -binder;4 - cracksAs it is shown in the fig. 3.4.6. the
sample under pressure is in a complex
stress of which superposition of
primary and secondary stress is an
evidence.Рис. 3.4.6. Схема напряженного состояния
образца при сжатииНетрудно заметить, что характер разру¬
шения и фактическая прочность бетона зави¬
симы как от формы и размеров, так и от со¬
стояния поверхностей образцов, воспринима¬
ющих нагрузку (рис. 3.4.7 и 3.4.8). К этим же
выводам можно прийти, рассматривая иде¬
альные модели.Немаловажное значение имеет и масш¬
табный фактор. Чем меньше размер образ-Fig. 3.4.6. Scheme of stress in the sample
under pressureIt is not difficult to note that the nature of
disintegration and real strength of concrete
depend on form, dimensions and state of the
sample surface reacting to a load (fig. 3.4.7.
and 3.4.8). One might come to these
conclusions while examining ideal models.Factor of scale is of no small importance.
The less the scale of samples the higher their
temporal resistance. How can this phenom-a = o.a= a,
124Теоретические основы бетоноведенияR/RnL-LJL-L-LJ» ч<Т~Т Т/ГТ т~та1111I I IТьПРис. 3.4.7. Зависимость временного со¬
противления (R) сжатию от соотношения
высоты и ширины основания образцов
{Rg _ h/b = 1):a — h/b = 0,5; b — h/b = 1,5; с — h/b = 4; d —
общий характер зависимости; 1 — трещины; 2 —
касательные напряженияцов, тем выше их временное сопротивление.
Чем можно объяснить это явление? Мень¬
шим количеством неоднородностей и дефек¬
тов? Но в единице объема однородной сме¬
си их должно быть одно и то же число! Ги¬
потез много, убедительных объяснений, к
сожалению, нет.Рис. 3.4.8. Характер разрушения образ¬
цов-кубов:a — при трении по опорным плоскостям;Ь — при отсутствии существенного трения по
опорным плоскостям;1 — трещины;—» «— 2 — касательные напряжения.Еще более сложны реальные модели проч¬
ности бетона при осевом растяжении и растя¬
жении при изгибе. Наиболее удачной, на наш
взгляд, физической моделью для оценки проч¬
ности бетона при осевом растяжении являетсяFig. 3.4.7. Dependency of temporal
resistance to compression (/?) on
correlation of height and width of sample
base (R„ — h/b = 1):a - h/b=0.5; b - h/b= 1.5; c- h/b/ =4; d-
general dependency; I - cracks; 2 - tangential
stressenon be explained? Can it be explained it
with the help of less quantity of heterogene¬
ities and defects? But there should be the
same number per unit of volume of homoge¬
neous mixture. There are lots of hypotheses
but, unfor-tunately, there are no sound ex¬
planations.Fig. 3.4.8. Nature of cubic samples
disintegration:a-during friction along planes of reference;b - at the absence of significant friction along
planes of reference;I — cracks;—*«— 2-tangential stress.Real models of concrete under axial
tensile stress and tensile stress at bend¬
ing bend are even more complex. The
most successful physical model for as¬
sessment of concrete strength at axial
Theory of concrete studies125призма при отношении высоты к ширине ос¬
нования 3... 4:1. Утверждения в научной ли¬
тературе о том, что такие образцы при прове¬
дении испытаний характеризуются разными
значениями показателей, связаны, скорее все¬
го, с техникой эксперимента. Используемый
для этих целей метод раскалывания не может
более адекватно моделировать характер раз¬
рушений при растягивающих напряжениях.
Испытания образцов-балочек на изгиб пока¬
зали, что они более близки к реальному на¬
пряженному состоянию бетона в конструкци¬
ях. Взаимосвязь сопротивления бетона осево¬
му растяжению и кубиковой прочности (R) оп¬
ределяют по формулеtension, to our mind, is prism with the
height and width of base correlation set
as 3...4:1. Statement cited in the liter¬
ary that such samples are characterized
by different values during tests are most
likely associated with the experiments
technique. Methods of splitting used for
this purpose can not more adequately
simulate the nature of disintegration at
tensile stress. Bend tests of sample beams
proved that they are closer to the real
stress of concrete in the structures. Cor¬
relation of concrete resistance to axial
tension and cube strength (Л) is deter¬
mined by the formulaRb= 0,23 V/?2,(3.4.10)а взаимосвязь с разрушающим моментом
прямоугольной бетонной балки (М) по
формулеand correlation with the breaking moment
of rectangular concrete beam (M)
according to the formulaRbt= 3,5 M/bh2.(3.4.11)Наиболее сложны реальные модели бето¬
на, связанные с изменением температуры.
Формоизменение бетона, происходящее при
нагревании или охлаждении, называют тем¬
пературной деформацией. На напряжения,
связанные с изменением температуры, накла¬
дываются и явления ползучести, т. е. измене¬
ния неупругих деформаций при постоянно дей¬
ствующей нагрузке. Капиллярные явления,
роль которых возрастает при градиентах тем¬
ператур, перераспределение напряжений меж¬
ду гелевой структурной составляющей, кри¬
сталлическим сростком цементного камня и
заполнителем и другие явления — серьезные
препятствия для создания теоретической моде¬
ли бетона, адекватной реальному его состоя¬
нию в процессе эксплуатации конструкций.Температурные деформации бетона (sBT)
определяют по ориентировочной зависи¬
мости:The most complicated real models of
concrete are associated with the changes of
temperature. Concrete deformation
occurring at heating or freezing is called
thermal deformation. Phenomenon of creep
of concrete, i.e. changes of nonelastic
deformations at sustained load, are
superimposed on tensions associated with
changes of the temperatures. Capillary
phenomena the role of which grows at
termal gradients, redistribution of tensions
between gel structure component,
crystalline joint of cement stone and
aggregate as well as other phenomena are
serious obstacles to creation of theoretical
model of concrete adequate to its real state
in the process of construction operation.Thermal deformation of concrete (eBT)
is determined according to the
approximate dependency:s =a (T-TXbt bt v 0y ’(3.4.12)где аи—коэффициент линейного расширения
бетона;Т — температура бетона в процессе
эксплуатации (испытаний);Т — начальная температура бетона.where авт - linear expansion coefficient
of concrete;T - temperature of the concrete in the
process of operation (testing);T0 - initial temperature of concrete.
126Теоретические основы бетоноведенияПри равномерном нагревании или охлаж¬
дении бетона его свободные деформации и не¬
значительные изменения температуры вызы¬
вают наибольшие температурные напряже¬
ния. Так, коэффициент линейного расшире¬
ния цементного бетона при изменении темпе¬
ратуры от ~30 до +60 °С не превышает 1,2 >
*10 5°С 1. В то же время неравномерное рас¬
пределение температуры и ограничения по пе¬
ремещению отдельных компонентов и элемен¬
тов конструкции могут вызвать температур¬
ные напряжения, приводящие к образованию
трещин. Различия в коэффициентах темпера¬
турного расширения затвердевшего связую¬
щего, заполнителей, дисперсных волокон и
арматуры вызывают дополнительные, а в ряде
случаев и необратимые изменения, приводя¬
щие к разрушению конструкций.При нагревании бетона на портландцемент-
ном связующем до температур, превышаю¬
щих 100 °С, происходит существенное изме¬
нение его свойств. В водонасыщенном бето¬
не под действием высоких температур усили¬
ваются процессы миграции влаги, приводя¬
щие к его высыханию и образованию микро¬
трещин. Вследствие значительных усадочных
и температурных деформаций (коэффициент
температурного расширения увеличивается в1,3—3,5 раза) прочность бетона резко снижа¬
ется. При нагревании бетона проявляются
три основных эндотермических эффекта с пи¬
ками в интервалах температур 110—170 °С,
500—550° С и 760—820 °С, что свидетель¬
ствует о дегидратации сульфатсодержащих
фаз и гидроксида кальция, а также декарбо¬
низации поверхностных слоев. При темпера¬
туре 800 °С начинается обезвоживание гид¬
росиликатов. В огнеупорных вяжущих обра¬
зование свободного оксида кальция при де¬
гидратации Са (ОН), используют для введе¬
ния в вяжущее кремнеземистых и алюмосили-
катных компонентов, образующих с СаО ус¬
тойчивые при нагревании силикаты и алюми¬
наты кальция.При отрицательных температурах опреде¬
ляющее влияние на свойства бетона, при про¬
чих одинаковых условиях, оказывают водо-
поглощение, значение температуры и циклич¬
ность ее изменения. В условиях заморажива¬
ния—оттаивания бетона наблюдаются су¬
щественные деформации, характеризующиеAt the balanced heating or freezing of
concrete free deformations of the latter and
insignificant changes of the temperature
might result in the extensive thermal stress.
For instance, linear expansion coefficient
of cement concrete at temperature changes
from -30°C to +60° С does not exceed 1.2*
•10"50C'1. At the same time uneven
distribution of the temperature and
limitations on travel of individual
components and elements of construction
might causevthermal stress which in its turn
cause cracks. Difference in the coefficients
of temperature expansion of consolidated
binder, aggregate, dispersive fibers and
armature cause supplemental, and in some
cases, irreversible changes causing
construction disintegration.While heating portland cement
concrete up to the temperatures exceeding
100°C significant changes of its properties
occur. In the water-saturated concrete
under the high temperatures processes of
water migration are intensified. This leads
to its insiccation and formation of
microcracks. As a result of significant
shrinking and thermal deformations
(coefficient of temperature expansion is
increased 1.3-3.5 times) concrete strength
is sharply decreased. At concrete heating
three main endothermal effects are
manifested with peaks in the range of 110 -
170°C, 500 - 550°C, and 760 - 820°C, which
testifies to hydration of sulphate containing
phases and calcium hydroxide, as well as
decarbonization of blankets. At the
temperature of 800°C dewatering of
hydrosilicate takes place. In refractory
binders formation of free calx at dehydration
Ca (OH)2 is used for doping siliceous and
silica-alumina components (in combination
with CaO they form stable at heating
silicates and potassium aluminate) into the
binder.At negative temperatures defining impact
on the properties of concrete, all other
parameters being equal, is exerted by water
absorption, temperature and its cyclic
alteration); in the process of freezing -
defrosting of concrete significant
deformations are observed characterizing
Theory of concrete studies127развитие деструктивных процессов. Вместе с
тем в достаточно плотном бетоне гидроста¬
тическое давление, вызванное образованием
льда в порах, приводит к увеличению степе¬
ни гидратации вяжущего и, соответственно,
к повышению прочности и увеличению моду¬
ля упругости бетона.В соответствии с общепринятыми пред¬
ставлениями теоретическая модель бетона при
периодическом замораживании и оттаивании
рассматривается как капиллярно-пористое
тело с активными, пассивными и контракци-
онными капиллярами. В активных капилля¬
рах происходит замерзание воды, и под дей¬
ствием на их стенки гидростатического дав¬
ления воды, отжимаемой льдом (объем льда
больше объема воды на 8—10 %), возникают
растягивающие напряжения, вызывающие де¬
структивные процессы в бетоне. В пассивных
(очень тонких) капиллярах вода практически
не замерзает. Контракционные капилляры, по
общепринятым представлениям, являются воз¬
душными амортизаторами, в которые выдав¬
ливается вода при ее замерзании в крупных ка¬
пиллярах. Следует заметить, что автору неиз¬
вестны убедительные научные данные, кото¬
рые экспериментально доказывают буферный
эффект контракционных пор и капилляров.Идея о существенном влиянии резервных
пор на морозостойкость бетона была выска¬
зана в свое время проф. С. В. Шестоперовым.
Не отрицая убедительности этой идеи, ее мож¬
но рассматривать лишь как научную гипоте¬
зу. Вместе с тем, несмотря на недостаточную
полноту и адекватность явлениям разруше¬
ния бетона в условиях периодического замо¬
раживания и оттаивания, эта гипотеза заслу¬
живает всестороннего рассмотрения.Как известно, взаимодействие цемента с
водой вызывает контракцию цементного кам¬
ня из-за уменьшения объема новообразований
по сравнению с абсолютными объемами ком¬
понентов связующего, вступающих в химичес¬
кую реакцию. Усадка бетонной смеси, в том
числе пластическая, в первые часы тверде¬
ния вызвана, наряду с испарением воды, так¬
же контракцией связующего. В результате
контракции в затвердевшем связующем и кон¬
тактной зоне с заполнителями образуется сеть
мелких замкнутых пор и капилляров. Обла-development of disintegration processes. At
the same time in quite dense concrete
hydrostatic pressure caused by formation of
ice in the pores leads to increase of degree of
binder hydration, and consequently, to
increase of strength and modulus of elasticity
of concrete.According to existing conceptions of
concrete theoretical model of concrete at
cyclical freezing and defrosting is consid¬
ered as capillary-porous solid with active,
passive and contraction capillaries.
Freezing of water takes place in active
capillaries; tensile tension causing disin¬
tegration processes in concrete is generat¬
ed due to hydrostatic pressure of the wa¬
ter, squeezed by ice, on its walls (volume
of ice is more than volume of water by 8¬
10%). In passive capillaries (very thin
ones) water practically does not freeze.
Contraction capillaries, according to the
existing notions, are air shock-absorbers
in which the water is pressed in after freez¬
ing in big capillaries. It should be men¬
tioned that the author does not know
persuasive scientific data, which might
empirically prove the buffer effect of
contraction pores and capillaries.The idea about significant influence of
reserve pores on frost-resistance of con¬
crete was, in due time, expressed by prof.
S. V. Shestoperov. However, it might be
considered only as a hypothesis. At the
same time, despite the insufficiency and
adequacy to the phenomena of concrete
disintegration under conditions of period¬
ical freezing and defrosting this hypothe¬
sis deserves comprehensive consideration.As it is known interaction of concrete
with the water result in compression of
cement stone due to reduction of the new
formations volume in comparison with
absolute volume of binder components
reacting. Shrinkage of concrete mix, in¬
cluding plastic one, during the first hours
of the hardening is caused, along with
the water evaporation, by compression
of the binder. As a result of compression
of the consolidated binder and in con¬
tact zone with aggregates the network
128Теоретические основы бетоноведениядая большим капиллярным потенциалом, эти
поры поглощают воду из более крупных пор
и трещин. Наряду с контракционными в про¬
цессе приготовления бетонной смеси образу¬
ются и более крупные замкнутые поры за счет
воздухововлечення и газообразования. Под
действием гидростатического давления в
процессе роста кристаллов льда в крупных
капиллярах и трещинах еще не замерзшая
вода отжимается в резервные поры, в резуль¬
тате чего снижаются растягивающие напря¬
жения в кристаллическом сростке и контакт¬
ной зоне цементного камня с заполнителем.
Следовательно, при прочих равных услови¬
ях морозостойкость бетона будет тем выше,
чем больше в нем резервных замкнутых пор.Очевидно, что не только объем резервных
пор влияет на морозостойкость бетона. Боль¬
шое значение имеет их равномерное распре¬
деление в бетонном массиве. К примеру, в
процессе уплотнения бетонной смеси воздух
как более легкий компонент стремится к от¬
крытой поверхности. Скапливаясь в наруж¬
ных слоях бетона, поры резко снижают
прочность цементного камня, вследствие
чего в результате гидростатического дав¬
ления происходят локальные разрушения
еще до отжатия воды в резервные поры.
Ясно, что морозостойкость бетона тем
выше, чем меньше в нем открытых капил¬
лярных пор и чем прочнее контакт связую¬
щего с заполнителем. Несмотря на высокую
морозостойкость заполнителей и минималь¬
ное содержание в вяжущем наполнителя в
виде неморозостойких компонентов как,
(шлак, трепел и т. п), низкая капиллярная
пористость может быть достигнута только
при уменьшении водосодержания бетонной
смеси, а повышение прочности контактной
зоны цементного камня с заполнителем —
при условии улучшения топографии зерен
и повышения чистоты их поверхности.Наряду с этим для понимания процессов,
происходящих при замораживании и оттаи¬
вании бетона, представляет интерес рас¬
смотрение других гипотез и схем. Так, тео¬
ретическую модель бетона можно рассмат¬
ривать как систему, состоящую из отдель¬
ных микрообъемов, по аналогии с идеаль¬
ными моделями прочности. В этом случае
одной из причин разрушения являются раз-of small closed pores and capillaries is
established. Possessing great capillary
potential these pores absorb water from
larger pores and cracks. Along with the
compressive pores, larger closed ones are
formed at the expense of air entraining
and gas formation. Under the hydrostat¬
ic pressure, in the process of ice crystals
growth water in large capillaries and
cracks is pressed into reserve pores re¬
sulting in reduction of tensile stress in
crystalling joint and contact zone of ce¬
ment stone and the aggregate. Conse¬
quently, all other conditions being
equal, the bigger number of reserve pores,
the higher frost-resistance.It is obvious that not only the volume of
reserve pores influences the frost-resistance
of concrete. Even distribution of pores in
concrete body is of great importance. For
instance, in the process of concrete mix con¬
solidation air as the lightest components
seeks after open surface. Accumulating in
the facing of concrete the pores reduce the
strength of cement stone, consequently, as a
result of hydrostatic pressure local disinte¬
gration occur before the release of water into
reserve pores. It is clear, that the less num¬
ber of open capillary pores and the stronger
the contact between the aggregate and the
binder is, the higher the frost-resistance of
concrete. Despite high frost -resistance of
aggregates and minimal contents of the one
in the form of non-frost-resisting components
in the binder (such as slag, tripolite, etc.)
low capillary porosity might be achieved
only by means of reduction of water con¬
tents in the concrete mix; and increase of
strength of contact zone of cement stone and
aggregate - only on the assumption of im¬
provement of stone topography and surface
finish.Along with it in order to understand
processes taking place during freezing
and defrosting of concrete it is interesting
to examine other hypotheses and schemes.
For instance, theoretical model of con¬
crete might be considered as a system con¬
sisting of individual micro volumes by anal¬
ogy with ideal models of strength. In this
case different deformations of aggregate
Theory of concrete studies129личные деформации заполнителя и затвер¬
девшего связующего при знакопеременных
температурах. Такое разрушение наблюда¬
ется, к примеру, во многих полимербетонах.and consolidated binder at alternating
temperatures are among the reasons of dis¬
integration. Such disintegration might be
observed in organic concrete.Рис. 3.4.9. Обобщенная схема теоретической
модели морозостойкости бетонаПредставляет интерес и причинно-фено¬
менологический подход к моделированию
морозостойкости бетона, предложенный
проф. А. М. Подвальным и проф. А. Е. Шей-
киным (рис. 3.4.9). Исследователи, по ана¬
логии с автором, использовали системно¬
структурный подход к проблеме, хотя и с
других позиций. Суть их подхода состоит в
том, что цепь основных явлений и процес¬
сов, происходящих при периодическом за¬
мораживании и оттаивании бетона, состо¬
ит из следующих элементов:— физических и физико-химических явле¬
ний, вызывающих изменение объема жидкой
и твердой фаз, заполняющих поры гидрати¬
рованного связующего;— давления, передающегося на элементы
кристаллического каркаса цементного кам¬
ня и заполнителя;Fig. 3.4.9. Generalized scheme of
theoretical model of concrete frost-resistanceCausal-phenomenological approach
towards frost-resistance of concrete
modeling suggested by prof. A. M. Podval-
nyi and prof. A. E. Sheikin (fig. 3.4.9.) is of
great interest. Scientists, by analogy with
the author of this book, applied system-
structural approach towards the problem,
though from other standpoint. The essence
of this approach lies in the fact that the chain
of major effects and processes occurring
during cyclical freezing and defrosting of
concrete consists of the following elements:- physical and physical-chemical
effects, causing change of volume during
liquid and solid phase, filling pores of
hydrated binder;- pressure, transmissible to the
elements of crystalline frame of cement
stone and aggregate;■C fOта »a0101
1
I5оЯ4)=3£- о
О ГОdeformations
Собственные
деформацииIntrinsic tension
Собственные
напряженияOrigin and accumulation
of defectsВозникновение
и накопление
дефектов
130Теоретические основы бетоноведения—деформации компонентов на различных
системно-структурных уровнях;— собственных напряжений в бетоне и раз¬
личных деформаций компонентов;— трещин, концентрирующихся в облас¬
ти максимальных напряжений;— структурных разрушений, достигаю¬
щих предельных значений вследствие накоп¬
ления рассеянных по объему бетона повреж¬
дений и микротрещин.С учетом сложности проблемы теории мо¬
розостойкости и гипотетичности автор пред¬
лагает свою гипотезу разрушения бетона. Не
отрицая влияния таких факторов, как откры¬
тая капиллярная и резервная пористость, сле¬
дует учитывать и деформацию микрообъемов,
состоящих из затвердевшего связующего и за¬
полнителя. По нашему мнению, при прочих
равных условиях разрушение бетона про¬
исходит по механизму, действующему при
многократно повторяющихся циклических
нагрузках вследствие растягивающих на¬
пряжений, возникающих в контактной зоне
затвердевшего связующего и заполнителя,
превосходящих предел выносливости.
Имешю накопление деформаций в контакт¬
ной зоне приводит к разупрочнению бетона
и его разрушению (рис. 3.4.10).Ярким доказательством этой гипотезы
служит наличие мозаики на поверхности бе¬
тона, повторяющей очертания зерен запол-- deformation of components at
different system-structural levels;- intrinsic tensions of concrete and
different deformations of components;- cracks concentrated in the area of
maximum tensions;- structural disintegration reaching
critical values as a result of accumulation
of damages and microcracks distributed
all over the volume of concrete.Taking into consideration complexity
of the subject matter of theory of frost-
resistance the author suggests his own
hypothesis of concrete disintegration.
Taking into consideration such factors as
open capillary and reserve porosity we
should also bear in mind deformation of
microvolumes, consisting of consolidated
binder and aggregate. However, in our
opinion, all other conditions being equal,
disintegration of concrete takes place by
means of mechanism acting at cycling
repeated load as a result of tensile tensions
generated in the contact zone of consoli¬
dated binder and aggregate in excess of
fatigue limit. Accumulation of deformations
in the zone results in weakening of concrete
and its disintegration (fig. 3.4.10).Availability of mosaic structure on the
surface of concrete similar to the outlines of
grains of the aggregate is a definite proof ofPuc. 3.4.10. Характер зависимости иапря- Fig. 3.4.10. Nature of stress-deformation
жения—деформации при периодическом замо- dependency under cyclical freezing -
раживании — оттаивании бетона defrosting of concrete
Theory of concrete studies131нителя. При этом на начальных этапах замо¬
раживания и оттаивания происходит упроч¬
нение бетона, а затем по мере роста неупру¬
гих деформаций — его хрупкое разрушение.
Интересно отметить и тот факт, что разруше¬
ние в этом случае происходит в результате
гидростатического давления воды, но не в ка¬
пиллярных порах цементного камня, а в зоне
контакта связующего с заполнителем.Более сложными и неиодцающимися четкой
формализации являются модели проницаемос¬
ти бетона. В соответствии с общими представ¬
лениями, механизм газонепроницаемости объяс¬
няется молекулярной диффузией, вязкостным
(пуазейлевским) и молекулярным (кнудсенов-
ским) потоками. По данным Е. Викке, возмо¬
жен переход вязкостного потока в молекулярный.Механизм фильтрации жидкости через бе¬
тон имеет несколько иной характер. Проф. Ю.
В. Чеховским установлен двухфазный меха¬
низм фильтрации в форме жидкости, а затем в
виде паров этой жидкости. При этом течение
паров жидкости происходит под действием пар¬
циальных давлений и подчиняется закону Пуа-
зейля. В соответствии с моделью О. Е. Власо¬
ва, скорость движенга влаги (Fw) в материале
(капиллярно-диффузионный поток) определяет¬
ся зависимостьюvw = (a/2bmr\Vthis hypothesis. Strengthning of concrete
takes place at the initial stages of freezing- defrosting, later on as far as nonelastic
deformation grows - its unstable failure.
It is interesting to note that disintegration
in this case takes place as a result of
hydrostatic pressure of the water, not in
the capillary pores of cement stone, but in
contact zone of binder and aggregate.Models of concrete permeability are
more complex and defy clear definition.
According to existing conceptions
mechanism of gas impermeability is
explained by molecular diffusion, frictional
(Poiseuille) and molecular (Knudsen) flows.
According to E. Vicet transition of frictional
flow into molecular one is possible.Mechanism of fluid filtration through
concrete is of somewhat different charac¬
ter. Prof. Y. V. Chekhovskiy determined
two-phase filtration mechanism in the form
of fluid and then in the form of the steam of
this fluid. Steam flow takes place under
the influence of partial pressure and obey
the law of Poiseuille. According to the
model of О. E. Vlasov, rate of moisture
movement (Vw) in material (capillary-dif-
fusion flux) is determined by dependency)dw/dx, (3.4.13)где а/2ЬтГ\— коэффициент капиллярной диф¬
фузии;й[Ш — характеристические коэффициен¬
ты жидкой фазы;о — поверхностное натяжение жидкости;
w — влажность материала;77 — вязкость жидкости;
х — толщина материала.Наиболее сложны теоретические модели
химического и механохимического сопротив¬
ления бетона. Чаще всего бетон подвергает¬
ся химической и механохимической эрозии в
сочетании с попеременным замораживанием-
оттаиванием и увлажнением-высыханием. В
первую очередь необходимо заметить, что
даже капли чистой воды при многократных
ударах могут вызвать не только отдельные
каверны, но и разрушение бетона. Например,
капля воды диаметром 1—2 мм при скоростиwhere о!2ЬтГ\ - coefficient of capillary
diffusion;b{m - characteristic coefficient of
liquid phase;ct - surface tension of liquid;
w - humidity of material;77 - fluid viscosity;
x - width of material.Theoretical models of chemical and
mechano-chemical resistance of concrete are
the most complex. Often concrete is exposed
to chemical and mechano-chemical erosion
in combination with alternating freezing-
defrosting and wetting-insiccation. First of
all, we should mention that even the drops of
clean water under multiple strikes might
cause both individual crevices and disinte¬
gration of concrete. For instance, a drop of
l-2mm in diameter under the rate of move-
132Теоретические основы бетоноведениядвижения 500—600 м/с может вызвать разру¬
шение не только бетона, но и стали.Наиболее полную теоретическую модель
эрозии могла бы дать взаимосвязь кривой изна¬
шивания поверхности в зависимости от пара¬
метров жидкости и абразива, силы ударов и
свойств бетона. Общая теория эрозии А. Зайру-
венгейдема, объясняющая этот процесс схло-
пыванием пузырьков и ударом капель, предпо¬
лагает, что энергия, высвобождаемая при схло-
пывании пузырьков или ударе капель, накап¬
ливается в материале в виде энергии дефор¬
мации до некоторого критического значения.
Г. С. Спрингером на основании теории куму¬
лятивного усталостного разрушения предло¬
жена модель нестационарной эрозии, выра¬
жающая зависимость прочности (R) от пре¬
дельно растягивающего напряжения (<т) и ко¬
эффициента Пуассона (|i):R =4а(Ь-1)(1где b — числовая константа, зависящая от
свойств жидкости и материала.Одной из разновидностей эрозионного изно¬
са является кавитационная эрозия. Теоретичес¬
кая модель кавитационной эрозии, по
К. М. Прису и Т. Б. Беньямину, основана на том,
что при высоком градиенте скорости движения
жидкости ее контакт с поверхностью или при¬
ближение к преграде вызывает асимметричное
схлопывание пузырьков, вызывающее растяги¬
вающие напряжения в материале. Вместе с тем
эрозионное разрушение поверхности происхо¬
дит и в результате постоянного гидродинами¬
ческого давления струй жидкости. Следует за¬
метить, что кавитация в жидкости возникает
при падении местного давления ниже давления
насыщенного пара. Эти пики возникают на кри¬
волинейных границах бетона, а также во внут¬
ренних областях жидкости при больших турбу¬
лентных потоках. Наличие в жидкости таких
твердых абразивов, как песок, и даже таких
мягких частиц, как глина и ил, вызывающих
локальную турбулентность потока и динами¬
ческое воздействие на поверхность, увеличи¬
вают эрозионный износ и при сравнительно низ¬
ких скоростях потока.Процесс разрушения бетона усиливает¬
ся, когда жидкость химически реагирует
с компонентами бетона. Проф. В. И. Со-ment of 500 - 600 m/s might cause not only
disintegration of concrete but of steel as well.Conrrelation of surface wear curve de¬
pending on parameters of the liquid and abra¬
sive, strength of blow and properties of con¬
crete can provide the most comprehensive
theoretical model of erosion. General theo¬
ry of erosion by A. Zayruvenheidem, ex¬
plaining this process by collapse of bubbles
and blows of drops, suggests that the energy
released under the collapse of bubbles or the
blow of the drops is accumulated in the ma¬
terial in the form of the energy of deforma¬
tion until a critical value. H. S. Springer,
based on the theory of cumulative endurance
rupture, suggested the model of nonstation-
ary erosion, expressed by the dependency of
strength (R) on extreme tensile stress (a) and
Poisson’s ratio (|i)- 2ц), [н/м2],(3.4.14)where b - numeric constant, depending on
the properties of the liquid and materialCavitation erosion is one of the variet¬
ies of erosive wear. Theoretical model of
cavitation erosion according to К. M. Pris
and Т. B. Benjamin is based on the fact
that at high velocity gradient of the liquid
its contact with the surface or approach to
the obstacle causes a-symmetrical col¬
lapse of bubbles resulting in tensile stress
in the material. At the same time erosion
damage of the surface takes place as a re¬
sult of sustained hydrodynamic pressure
of sheets of liquid as well. It should be
mentioned that that cavitation in the liq¬
uid is generated as a result of local pres¬
sure decrease below the pressure of satu¬
rated vapor. These peaks are generated at
the curvelinear concrete boundary as well
as in the interior of the liquid domain un¬
der strong turbulent flows. Presence of
such solid abrasives as sand, and even such
soft particles as clay or silt in the liquid
causing local turbulence flow and dynam¬
ic impact on the surface increase erosive
wear at relatively low flow rate.Process of concrete disintegration is in¬
tensified when the liquid chemically reacts
with the concrete components. Prof. V. Solo-
Theory of concrete studies133ломатов и В. П. Селяев, изучая взаимодей¬
ствие среды и полимербетона, пришли к вы¬
воду, что скорость распада химических свя¬
зей под действием агрессивной среды (va)
определяется зависимостьюmatov and V. Seliaev while studying inter¬
action of environment and organic concrete
came to the conclusion that the decay rate of
chemical bonds under the influence of cor¬
rosive medium (vH) is expressed by the fol¬
lowing dependency(va) = - k0 ■ Cc" C„(3.4.15)где Cc и Cnсоответственно концентрации
агрессивной среды и полимера;
п и т — порядок реакции;
к0 — константа скорости химической реак¬
ции.Кроме агрессивной жидкости на бетон воз¬
действует смесь газов, содержащих СО, С02,
СН4, H2S, S02 и др. Химический состав и аэро¬
динамические свойства газов не только вы¬
зывают коррозию бетона, но и влияют на про¬
цесс эрозии.В соответствии с классификацией проф.
В. В. Кинда, коррозионные процессы в бето¬
не при действии жидких агрессивных сред раз¬
деляет на пять видов:— выщелачивания;— кислотную;— углекислую;— сульфатную;— магнезиальную.Объединив несколько видов коррозии
в кислотную, проф. В. М. Москвин пред¬
ложил следующую классификацию:♦ коррозия I вида. Под действием воды (осо¬
бенно с малой жесткостью) происходит выщелачи¬
вание гидроксида кальция. Растворимость Са(ОН),
в воде составляет l, 15— 1,2 г/л (в пересчете на СаО),
а при фильтрации под давлением, действии потока
жидкости в присутствии ионов S042-, Cl— и других
увеличивается еще в 1,2—1,5 раза, вследствие чего
происходит его вымывание из цементного камня,
образуются дополнительные поры и начинается раз¬
ложение гидросиликатов, а затем и гидроалюмина¬
тов кальция;♦ коррозия II вида. При действии агрессивной
среды в виде водных растворов солей и кислот про¬
текают обменные реакции с основными компонен¬
тами цементного камня, приводящие к образованию
слаборастворимых инертных аморфных масс и лег¬
корастворимых соединений. Наиболее уязвимый
компонент в цементном камне здесь — гидроксид
кальция. При действии агрессивной среды в виде
растворов хлоридов, сульфидов и сульфатов обра¬
зуются хлорид кальция и рыхлые аморфные массыwhere Сс and Cn - concentration of corrosive
medium and polymer, correspondingly;
n and in - reaction order;
kn - constant of rate of chemical reaction.Besides corrosive liquid, mixture of
gases containing CO, C02, CH4, H2S,
S02, etc., affect the concrete. Chemical
contents and aerodynamic qualities of
gases not only cause corrosion of concrete
but influence the process of erosion itself.According to the classification of prof.
V. V. Kind corrosion processes in concrete
under the influence of corrosive media
might be divided into 5 types:- maceration;- acid;- carbon;- sulphate;- magnesian;Having combined several types of cor¬
rosion into acid corrosion prof. V.M. Moskvin
suggested the following classification:♦ type I corrosion. Under the influence of
the water (especially low harshness) leaching of
calcium hydroxide takes place. Water solubility
of CA(OH)2 equals 1.15- 1.2 g/1 (evaluated in
CaO); during pressure filtration, impact of fluid
flow in the presence of S042' and Cl' ions and
others is increased 1.2 - 1.5 times resulting in
washing out of cement stone, formation of
additional pores and disintegration of
hydrosilicates and later - of calcium
hydroaluminates;♦ type II corrosion. Under the influence of
corrosive medium in the form of aqueous saline
solutions and acids exchange reaction with the basic
components of cement stone take place; it leads to
formation of slightly soluble inertial amorphous
mass and easily soluble compounds. The most
vulnerable component in the cement stone is
calcium hydroxide. Under the influence of
corrosive medium in the form of chloride, sulphide
and sulphate solutions calcium chloride and loose111
134Теоретические основы бетоноведениятипа Fe(OH)3, А1(ОН)3, mSi(OH)n, а также сернис¬
тый газ;♦ коррозия III вида. При действии агрессив¬
ных сред (обычно сульфатов) в порах накаплива¬
ются и кристаллизуются вещества, объем кото¬
рых значительно превышает емкость пор, что при¬
водит к возникновению внутренних напряжений и
разрушению цементного камня. К примеру, при
взаимодействии Са(ОН), с сульфат-ионами обра¬
зуется двуводный гипс, который в реакции с вы¬
сокоактивными алюминатами кальция образует
эттрингит (ЗСаО ■ А1,03 • 3CaS04 • 32Н,0), увели¬
чивающийся в объеме в 4—5 раз. При уменьше¬
нии концентрации Са(ОН)2, что достигается по¬
нижением содержания C3S, а также введением
гидравлических добавок в цемент, связываю¬
щих Са(ОН),, сульфатостойкость бетона повы¬
шается.В рассмотренных схемах и методах оцен¬
ки коррозионной стойкости бетона, особен¬
но касающихся коррозии I и II видов, есть
один недостаток: они не учитывают темпе¬
ратуру и гидродинамику агрессивной сре¬
ды, а также кинетику деминерализации це¬
ментного камня. Так, при циркуляции в
морской воде бетон разрушается в 1,5-3
раза быстрее, чем в обычных условиях.
Реакции выщелачивания и обмена уско¬
ряются при повышении температуры ок¬
ружающей среды.Представляет интерес эффект адапта¬
ции бетона к условиям агрессивной среды,
установленный проф. В. JI. Чернявским.
Проведенные нами совместные исследова¬
ния показывают, что при введении в бетон¬
ную смесь добавок сульфатов повышается
стойкость бетона в сульфатных средах.Несмотря на большую актуальность про¬
блемы, до сих пор недостаточно изучены тео¬
ретические основы долговечности бетона при
длительном действии нейтронного потока.
Общие рекомендации по повышению средней
плотности ядерного бетона путем использо¬
вания связующего с низким В/Ц и особо тяже¬
лых заполнителей, а также модификации
структуры добавками типа карбида бора се¬
годня не соответствуют уровню науки о бе¬
тоне. Очевидно, что при длительном действии
нейтронного потока происходят обезвожива¬
ние и постепенное старение гелевидной со¬
ставляющей цементного камня, а также пере¬
кристаллизация гидросульфатлюмината каль¬
ция, что приводит к росту собственных Ha-amorphous mass of FE(OH),, Al(OH)3, mSi(OH)n
type are formed as well as sulfur dioxide;♦ type III corrosion. Under the influence of
corrosive media (as a rule sulphates) substances
accumulate in the pores which are later
crystallized. The volume of these substances is much
more than the capacity of the pores; consequently,
internal stress is generated, which in its turn leads
to cement stone disintegration. For instance, during
interaction of Ca(OH), with sulphate-ions gypsum
dihydrate is formed, which reacting with high-
activity calcium aluminate forms ettringite(ЗСаО • Al,63 • 3CaS04 • 32H,0) expanding4-5 times. While reducing the concentration of
Ca(OH)2 пропуск as well as introducing
hydraulic additives to cement, which binds
together Ca(OH)2, we increase the
sulphateresistance of concrete.There is still a drawback in the schemes
and methods of concrete corrosive resistance
assessment considered, especially of types I
and II: they do not account for the tempera¬
ture and hydrodynamics of corrosive medi¬
um, as well as the kinetics of demineraliza¬
tion of cement stone. For instance, during
sea-water circulation concrete is disintegrat¬
ing 1.5-3 times faster than under regular
conditions. Reactions of leaching and met¬
athesis are accelerated at environment tem¬
perature increase.Effect of adaptation of concrete to the
conditions of corrosive medium determi-ned
by prof. V. L. Chemyavskiy is of great in¬
terest. Joint investigations conducted shows
that at introduction of sulphate additives into
concrete mix resistance of concrete to sul¬
phate media is increased.Despite topicality of the issue theoreti¬
cal basics of concrete durability under sus¬
tained influence of neutron flux is insuffi¬
ciently investigated. General recommenda¬
tions concerning increase of average densi¬
ty of kernel concrete by means of utilization
of binder with low water-to-cement ratio and
heavy aggregate, as well as modification of
structure by means of additives such as bo¬
ron carbide do not correspond to the level of
concrete science development. It is obvious,
that under sustained influence of neutron flux
dehydration and gradual aging of gel com¬
ponent of cement stone take place, as well as
recrystallization of calcium hydrosulfate
aluminate which leads to the growth of in-
Theory of concrete studies135пряжений и повышению пористости цемент¬
ного камня. Следовательно, обычный цемен¬
тный бетон не может длительно выполнять
функции защиты от нейтронного потока. Из
этого следует вывод о нецелесообразности
применения вяжущих гидратационного твер¬
дения для изготовления «ядерных» бетонов.
По-видимому, здесь более целесообразно ис¬
пользование бетонов на керамических или
других безводных связках.Таким образом, теоретический подход по¬
зволяет достаточно глубоко рассмотреть
природу основных закономерностей в бето-
новедении, провести качественное и количе¬
ственное исследование механизмов структу-
рообразования и разрушения бетона. Вместе
с тем мы не даем конкретных практических
рекомендаций, так как задача теоретическо¬
го исследования состоит в познании природы
и механизмов процессов. Рассмотренные те¬
оретические модели не могут быть механи¬
чески перенесены на реальный бетон.Не отрицая важности чисто теорети¬
ческих знаний, следует отметить, что для
бетоноведения предпочтителен эксперимен¬
тально-теоретический путь познания.Список литературы1. Афанасьев А. А. Возведение зданий и сооруже¬
ний из монолитного железобетона. — М.: Строй-
издат, 1990. — 379 с.2. Ахвердов И. Н. Основы физики бетона. — М.:
Стройиздат, 1981. — 464 с.3. Бабушкин В. И., Матвеев Г. М., Мчедлов-Петро-
сян О. П. Термодинамика силикатов. — М.: Строй¬
издат, 1972.4. Бабушкин В. И. Физико-химические процессы
коррозии бетона и железобетона. — М.: Стройиз¬
дат 1968. —186 с.5. Бабушкин В. И., Новикова С. П. О роли коллоид¬
но-химических явлений в объемных изменениях
цементного камня и бетона // Тр. ВНИИВОДГЕО.— М., 1973.— С. 133—144.6. БаженовЮ. М. Технология бетона. — М.: Высш.
шк„ 1987.— 416 с.7. Байков В. Н., Сигалов, Э. Е. Железобетонные кон¬
струкции. Общий курс. — М.: Стройиздат, 1991.— 778 с.trinsic tensions and increase of cement stone
porosity. Consequently, regular cement con¬
crete cannot act as a protection against
neutron flux for a long period of time. It
appears from this that application of hy¬
dration hardening cements for production
of “kernel” concrete is not expedient. Ap¬
parently, it is more advisable to use con¬
crete based on ceramic or other arid
binders.Thus, theoretical approach allows for
in-depth consideration of the nature of basic
regularities in concrete studies,
quantitative and qualitative analysis of
structure formation mechanisms and
disintegration of concrete. Besides, we do
not make recommendations since the
objective of theoretical investigation is to
perceive the nature and mechanisms of the
processes. Theoretical models considered
cannot be mechanically transferred to real
concrete.While not rejecting the importance of
theoretical knowledge it should be mentio¬
ned that for concrete studies empirical-
theoretical perception is preferable.Bibliography8. Берг О. Я., Щербаков Е. Н., Писанко Г. Н.
Высокопрочный бетон. — М.: Стройиздат,
1979.— 214 с.9. Блещик Н. П. Структурно-механические
свойства и реология бетонной смеси и прес-
свакуумбетона. — Минск: Наука и техни¬
ка, 1977. — 232 с.10. Братчун В. И., Золотарев В. А. Модифи¬
цированные дегти и дегтебетоны повы¬
шенной долговечности. — Макеевка,1998. — 226 с.11. Виноградов Б. Н. Влияние заполнителей
на свойства бетона. — М.: Стройиздат,
1979. — 224 с.12. Глуховский В. Д. Избранные труды.—
Киев: Буд1вельник, 1992. — 208 с.13. ГолышевА.Б., БачинстйВЛ., Полищук В.П.
и др. Проектирование железобетонных
конструкций: Справ, пособие. — Киев:
Буддвельник, 1990. — 544 с.
136Теоретические основы бетоноведения14. Гольдштейн Р. Я, Хадыгин В. М., Осипенко Н.
М. Модель разрушения слабопористого мате¬
риала при сжатии и расширении // Физико-тех¬
нические проблемы разработки полезных ис¬
копаемых. — 1974. — № 1.— С. 3—13.15. Гордон С. С. Структура и свойства тяжелых бе¬
тонов на различных заполнителях. — М.: Строй¬
издат, 1969. — 152 с.16. Десов А. Е. Вибрированный бетон. — М.: Гос-
стройиздат, 1956. — 230 с.17. Залесов А. С., Кодыш Э. II, Лемыш Л. А. и др.
Расчет железобетонных конструкций по проч¬
ности, трещиностойкости и деформациям. — М.:
Стройиздат, 1988. — 320 с.18. Зайцев Ю. В. Строительные конструкции завод¬
ского изготовления. — М.: Высш. шк., 1987. —
352 с.19. Замятин С. Р., Пургин А. К., Хорошоваин
Л. Б. и др. Огнеупорные бетоны: Справочник.—
М.: Металлургия, 1982. — 192 с.20. Запорожец Н. Д., Окороков С. Д., Парийский
А. А. Тепловыделение бетона.— М.: Стройиз¬
дат, 1966. — 126 с.21. Лермит Р. Проблемы технологии бетона. — М.:
Госстройиздат, 1959.22. Ли Ф. М. Химия цемента и бетона. — М.: Гос¬
стройиздат, 1961. — 462 с.23. Липатов Ю. С. Физическая химия наполненных
полимеров. — М.: Химия, 1977. — 314 с.24. Миронов С. А. Теория и методы зимнего бетони¬
рования.— М.: Стройиздат, 1975. — 701 с.25. Миронов С. А, Малинина Л. А. Ускорение твер¬
дения бетона. — М.: Госстройиздат, 1961. —
224 с.26. Пауэрс Т. Физические свойства цементного кам¬
ня // Тр. IV Междунар. конгр. по химии цемента.— М.: Стройиздат, 1965. — С. 65—69.27. Пащенко А. А., Мясникова Е. А., Гумен В. С. и др.
Теория цемента. — Киев: Бу/йвельник, 1991. —
168 с.28. По лак А. Ф. Твердение мономинеральных вяжу¬
щих. — М.: Стройиздат, 1966.— 208 с.29. ПунагшВ. М., Caein Л. С., Хасанов Б. Б., Шишкт
О. О. Фпико-аналп ичний метод проектування
складу бетону. — Дншропетровськ: НВО «За-
хист», 1993. — 156 с.30. Саталкин А. В., Сенченко Б. А. Раннее
нагружение бетона и железобетона в мо¬
стостроении. — М.: Автотрансиздат,
1956. — 216 с.31. Сватовская Л. Б., Сычев М. М. Активиро¬
ванное твердение цементов. — М.: Строй¬
издат, 1983. — 160 с.32. Соломатов В. И., Выровой В. Н., Дорофе¬
ев В. С., Сиренко А. В. Композиционные
строительные материалы и конструкции
пониженной материалоемкости. — Киев:
Будавельник, 1991. — 145 с.33. Тейлор X. Ф. У. Гидросиликаты кальция /
Химия цементов. — М.: Стройиздат, 1969.— С. 104—166.34. Уръев Н. Б., Михайлов Н. В. Коллоидный
цементный клей и его применение в стро¬
ительстве. — М.: Госстройиздат, 1967. —
175 с.35. Ушеров-Маршак А. В. Тепловыделение
цемента. — М.: ВНИИЭСМ, 1980. — 68 с.36. Файнер М. Ш. Введение в математичес¬
кое моделирование технологии бетона. —
Львов: Cbit, 1993. — 237 с.37. Фере Р. Технология строительных вяжу¬
щих материалов. — СПб., 1902.38. Фрейсине Э. Переворот в технике бето¬
на.— ОНТП, 1918.39. Холмянский М. М. Контакт арматуры с
бетоном. — М.: Стройиздат, 1981.— 184 с.40. Чернявский В.Л., Файнер М.ГЦ., Рой А. И.
Влияние натриевых сульфосодержащих
добавок на эксплуатационные свойства
бетона / Будшельш конструкци. MaTepi-
али И наук.-техн. конф. — К.: ДНД1БК,1999. — С. 442—444.41. Шейкин А.Е., Чеховский Ю.В., Бруссер М.И.
Структура и свойства цементных бето¬
нов. — М.: Стройиздат, 1979. — 344 с.42. Шестоперов С. В. Технология бетона. —
М.: Высш. шк., 1977. —432 с.43. Штаерман Ю. Я. Виброактивация цемен¬
та. — Тбилиси: Техника эа шрома, 1957.
ЗАКОНОМЕРНОСТИ
ВЛИЯНИЯ ОСНОВНЫХ
ФАКТОРОВ НА
СВОЙСТВА БЕТОНАINFLUENCE
OF MAIN FACTORS
UPON THE CONCRETE
PROPERTIES •
138Глава 4Почему при одинаковых значениях Ц/В и
активности цемента прочность бетона от¬
личается на 20-50 % ?Why, C/W and cement activity being
equal, concrete strength differs by
20-50%?Как влияет химико¬
минералогический и
вещественный со¬
став цемента на мо¬
розостойкость бе¬
тона? Какова коли¬
чественная взаимо¬
связь капиллярной
пористости цемен¬
тного камня с моро¬
зостойкостью и во¬
допроницаемостью
бетона на цементах
с различным химико¬
минералогическим и
вещественным со¬
ставом?Зависимость прочности бетона от Ц/В
Concret strength ependence on, C/WIn what way does
chemical-mineralogi-
cal and substantial
contents of cement in¬
fluence the frost resis¬
tance of concrete?
What is the quantita¬
tive correlation be¬
tween capillary po¬
rosity of cement stone
with frost resistance
and water require¬
ment of concrete on
cement with various
chemical-mineralogi-
cal and substantial
contents?Золотая середина в бетоне — фантазия ав-The golden mean in concrete — fantasyтора или реальностьvConcentration of binder, C_,0.5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15
Водо-цементное отношение, В/Ц
Water-to-cement ratio, W/C
Зависимость прочности цементного камня от концентрации
вяжущегоDependence of cement stone strength on concentration of binder
Цу — расход цемента no абсолютному объему
Сч — consumption of cement in terms of absolute volume
В — значение во до со держания
W — value of water requirement
Chapter 4139ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЛИЯНИЯ
ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ НА
СВОЙСТВА БЕТОНА4.1. Обеспечение сопоставимости и
достоверности экспериментальных
данныхКак известно, достоверность получаемых
зависимостей в значительной степени зависит
от принятой методики испытаний материалов.
Для получения достоверных результатов ме¬
тодика испытаний должна обеспечивать не
только объективность получаемых данных, но
и их сопоставимость. Например, несопостави¬
мость многих экспериментальных данных о
влиянии модуля крупности песка на водопот-
ребность бетонной смеси объясняется не не¬
совершенством методики определения моду¬
ля крупности, а самим подходом к оценке
свойств мелкого заполнителя, так как водопот-
ребность бетонной смеси определяется не
крупностью песка, а его водопотребностью.
Несовершенство методики испытания цемен¬
та ставит под сомнение основной закон проч¬
ности бетона, а унификация способа оценки
насыпной плотности крупного заполнителя
приводит к нарушению четкой взаимосвязи
при оценке его пустотности и, следовательно,
к ошибкам в определении оптимального со¬
отношения мелкого и крупного заполнителей.
И таких примеров в бетоноведении немало.Сопоставимость и достоверность экспери¬
ментальных данных обеспечиваются как доб¬
росовестностью исполнителей, так и самой
методикой и техникой проведения экспери¬
мента. Учитывая, что техника проведения экс¬
перимента достаточно полно излагается в нор¬
мативных документах, остановимся только на
методических вопросах.Во-первых, для того чтобы технологичес¬
кое исследование имело научную и практичес¬
кую ценность, необходимо всегда оговаривать
условия проведения эксперимента. Например,
если не оговорить условие, что исследование
проводилось на быстротвердеющих цементах
при Ц/В = 3 и длительных режимах тепловой
обработки, то можно прийти к выводу, что до¬
бавка JICT дает во всех случаях существенный
положительный эффект. В то же время приме-INFLUENCE OF MAIN
FACTORS UPON THE OF
CONCRETE PROPERTIES4.1. Providing for compatibility
and reliability of empirical
dataAs it is known, authenticity of
dependencies obtained depends, to a great
extent, upon the test procedures adopted. In
order to obtain reliable information the test
procedures should provide both for
objectivity of the evidence obtained and their
comparability. For instance, disparity of
empirical data about the influence of Abram’s
fineness modulus on water requirement of
concrete mix is explained not by imperfection
of technique for determination of the former,
but by the approach towards assessment of
the properties of fine aggregate itself, since
water requirement of concrete mix is defined
not by sand size but its water requirement
index. Imperfection of cement test procedures
questions the organic law of concrete strength.
Unification of coarse aggregate bulk density
assessment technique leads to violation of
distinct interconnection while evaluating its
air void and, thus, causes mistakes while
defining minimal correlation between fine
and coarse aggregate. There is a great deal
of similar examples in concrete studies.Comparability and authenticity of
empirical data is provided for both by
conscientiousness of those who perform the
testing and the techniques and methods of
tests themselves. Taking into consideration
that the test procedures are expounded in
the normative documents we should dwell
upon the issues of methodology.First, in order to secure scientific and
practical value of investigation the
experiment conditions should be clearly
stated. For instance, in case we do not state
that experiment was conducted on high-
early-strength concrete with water-to-
cement ratio (C/W) set as 3 and sustained
periods of thermal treatment, one might
come to the conclusion that JICT additive
have positive effects in all cases. At the
140 Закономерности влияния основных факторов на свойства бетонанение этой добавки на медленнотвердеющих це¬
ментах и при коротких режимах тепловой об¬
работки может дать существенный отрицатель¬
ный эффект.Так, представители двух признанных
научных школ, пытаясь угодить заказчику,
путем манипуляции методикой эксперимен¬
та пытались доказать, что использование
смеси сульфидов и сульфатов натрия позво¬
ляет придать бетонной смеси противомороз-
ные свойства при температуре до —20 °С.
Другой не менее известный специалист на
страницах одного из самых авторитетных
отраслевых журналов аналогичным спосо¬
бом доказывал, что В/Ц не влияет на проч¬
ность бетона.Во-вторых, для обеспечения сопостави¬
мости результатов необходимо четко опре¬
делить критерии и принципы оценки свойств
исходных материалов и бетона. Например,
показатели водонепроницаемости бетона
могут оказаться разными только потому,
что в одних случаях они оценивались по
максимальным значениям, а в других — по
средним, в одних случаях измерения прово¬
дились перпендикулярно к уложенным сло¬
ям бетонной смеси, а в других — параллель¬
но. Аналогичная ситуация возникает и при
оценке других свойств.В-третьих, для обеспечения достоверности и
сопоставимости данных необходима высокая
метрологическая культура. Самое интересное
исследование, выполняемое одновременно в раз¬
ных лабораториях, может быть испорчено не¬
исправностью измерительных приборов, разны¬
ми условиями их эксплуатации, необоснованны¬
ми допусками и т. п. Так, даже если проводить
испытания прочности цемента при пропарива¬
нии согласно нормативным документам, то
можно получить различные значения только в
зависимости от выбраннях температурных ус¬
ловий — нижней или верхней границы темпе¬
ратуры. Несопоставимые и недостоверные ре¬
зультаты часто получаются и при сборе дан¬
ных разных заводов. Наиболее достоверные
данные исследователь обычно получает, про¬
водя испытания самостоятельно, хотя и не все¬
гда это удается.При технико-экономических исследова¬
ний, основанных на экспериментальных дан¬
ных для оценки достоверности результатов не-same time application of this additive in
case of low-early-strength cement and
during short-term thermal treatment might
have significant negative effect.Thus, representatives from two
acknowledged schools, in order to play up
to the customer, tried to prove, by means
of wangling the test procedures, that
application of mixtures of sodium sulphide
and salt cake allows to impart antifreezing
properties to the concrete mix at the
temperatures of up to —20°C. Another
well-known specialist on the pages of an'
authoritative trade magazine tried to prove
in similar way that C/W does not influence
the strength of concrete.Second, in order to secure comparability
of results the criteria and principles of
assessing properties of source materials and
concrete should be clearly defined. For
instance, the coefficient of concrete water
permeability might be different only because
in some cases it was assessed according to
upper bounds while in others - according to
average ones; in some cases measures were
taken athwart to layered concrete mix, while
in others — they were taken in parallel.
Similar situation might be observed while
assessing other properties.Third, in order to provide for
comparability and authenticity of the data
high culture of metrological testing is
required. The most interesting investigation
conducted simultaneously in different
laboratories might be spoiled by disrepair
of measuring instrument, different service
conditions, unfounded tolerances, etc. For
instance, should the tests on cement
strength under steam curing be conducted
according to the normative documents,
different results might be obtained only due
to temperature mode - its lower or upper
bound. Incomparable and invalid data quite
often is obtained while collecting it on
different works. Hard data might be obtained
while conducting investigation by the
scientist himself, though it is not always
possible.In order to assess the authenticity of
results during technical-economical
investigation based on empirical data, the
Influence of main factors upon the concrete properties141обходимо обеспечение их сопоставимости по
свойствам применяемых материалов, удобоук¬
ладываемости бетонной смеси, условиям твер¬
дения и физико-механическим показателям
бетона.Наиболее существенными факторами, вли¬
яющими на качество бетона, являются свой¬
ства связующей системы, в частном случае
системы цемент—вода или цемент—вода—
модификатор. Общепринято определять за¬
висимость прочности бетона от цементно¬
водного отношения, основываясь на законе
Ц/В. Однако экспериментальное изучение
связи между Ц/В и прочностью бетона по¬
казывает, что при использовании цементов
разных заводов-изготовителей во многих
случаях отмечается слабая корреляция, из-
за чего и взят под сомнение сам закон. Вме¬
сте с тем многие исследователи объясняют
его с рядом оговорок. Несопоставимые дан¬
ные о влиянии Ц/В на прочность бетона при¬
водят к необходимости выяснения причин
такого несоответствия.Основная причина низкой корреляции
прочности бетона и Ц/В для общих закономер¬
ностей заключается, по-видимому, в несопос¬
тавимости методик экспериментальной оцен¬
ки свойств связующей системы. В настоящее
время прочность связующей системы опреде¬
ляется по прочности цемента в цементно-пес¬
чаном растворе при соответствующем расплы-
ве конуса на стандартном встряхивающем сто¬
лике. При этом В/Ц и абсолютный объем ра¬
створа могут существенно изменяться в зави¬
симости от свойств применяемых цементов. К
примеру, один и тот же расплыв конуса мо¬
жет быть обеспечен для одного цемента при
В/Ц цементно-песчаного раствора, равном
0,45, а для другого — 0,3. В то же время изме¬
нение водопотребности раствора повлечет и
изменение его абсолютного объема. В этом
случае два цемента, имеющие равную проч¬
ность при испытаниях в растворе, будут иметь
различную прочность в бетоне.Рассмотрим такое положение на конкрет¬
ных примерах, для чего отберем цементы, су¬
щественно различающиеся водопотребнос-
тью, и изготовим из них бетонные смеси при
Ц/В, равном 1,5; 2 и 2,5. Параллельно прове¬
дем испытания цементов при постоянном В/Цcomparability according to the properties
of materials being used, workability of
concrete mix, hardening conditions and
physical-mechanical parameters of concrete
should be secured.Properties of the bonding system, in
particular cement-water or cement-water-
modifier systems, are among the most
significant factors affecting concrete quality.
Regularly, concrete strength dependency on
the water-to-cement ratio is determined
according to the law of C/W. However,
empirical study of connections between Cl
W and concrete strength shows that weak
correlation among them is observed while
utilizing cement from different
manufacturing works. That is why the law
of C/W is called into question. At the same
time many scientists explain it with some
reservations. Incomparability of the data
about C/W influence on the strength of
concrete stipulate the necessity to clear up
the reasons of such disparity.Major reason of low concrete strength
and C/W correlation lies, probably, in
incomparability of techniques for
experimental assessment of the bonding
system properties. At present, strength
of the bonding system is defined by the
strength of cement in the compo under
appropriate slump on the standardjointing
table. At the same time, C/W and
absolute volume of the mix might change
significantly depending on the properties of
cements being used. For instance, the same
slump might be secured for one type of
cement with the C/W of the compo equal
to 0.45, and that of another one equal to
0.3. Modification of water requirement
of the mix would result in changes of its
absolute volume. In this case two
cements of equal strength during testing
in the mix will have different strength in
concrete.Let us illustrate this statement. In order
to do this we shall select cements that vary
in terms of water requirement and prepare
concrete mixes with the C/W equal to 1.5
and 2.5. At the same time we shall conduct
testing of cements with the fixed C/W equal
Таблица 4.1.1 Table 4.1.1Прочность бетона при сжатии при различных способах Compression strength of concrete at different test techniquesиспытания цемента14)№ партии
цементаNumber of
concrete
batchСпособ определения прочности цемента
Technique for concrete strength determinationЦ/В бетон¬
ной смесиC/W of conc¬
rete mixПрочность
бетона при
сжатии, МпаCompres¬sionstrength,MPaОтношение прочности бетона при сжатии
к прочности цемента при сжатииCorrelation of concrete compression strength
and cement compression strengthпо ГОСТ 310. 4—81
According to Standard 310.4 - 81по исследуемой методике
According to technique being testedпри оценке прочности
цемента по ГОСТ
310.4—81while assessing
concrete strength
according to the
Standard 310.4 - 81при оценке
прочности цемента
по исследуемой
методикеwhile assessing the
technique being
testedВ/Ц раствора
W/C of the mixПрочность цемента
при сжатии, МПаCompression strength,
MPaВ/ЦраствораW/C of the
mixПрочность цемента
при сжатии, МПаCompression strength,
MPa0,3270,20,4249,71,524,80,3530,4990,3270,20,4249,7238,70,5510,7790,3270,20,4249,72,549,20,7010,990,3651,90,4243,21,523,50,4530,54420,3651,90,42' 43,2234,10,6570,7890,3651,90,4243,22,5470,9061,0880,461,80,4258,31,525,40,4110,436з0,461,80,4258,3240,80,660,70,461,80,4258,32,552,30,8460,8970,4550,80,4254,41,528,30,5570,520,4550,80,4254,4244,60,8780,820,4550,80,4254,42,558,21,1461,070,4633,10,4236,51,521,90,6620,60,4633,10,4236,5230,10,9090,8250,4633,10,4236,52,544,91,3561,23Закономерности влияния основных факторов на свойства бетона
Influence of main factors upon the concrete properties143раствора, равном 0,42 при абсолютном объе¬
ме смеси 959 см3.Для каждого состава бетона предваритель¬
но определим соотношение между мелким и
крупным заполнителем, обеспечивающим ми¬
нимальную водопотребность при сопостави¬
мой удобоукладываемости бетонной смеси.
Согласно данным табл. 4.1.1, причиной низ¬
кой однородности показателей прочности бе¬
тона при испытаниях по общепринятой мето¬
дике является несопоставимость результатов
испытаний цемента. Количественная оценка
однородности показателей приведена в
табл. 4.1.2.Таблица 4.1.2К оценке результатов однородности бетона
при различных методиках
испытания цементаКритическая оценка стандартных методов
испытания дает основание для сомнения в воз¬
можности сопоставления данных испытаний
цементов, различающихся средней плотнос¬
тью зерен, так как при этом будет изменяться
и объемная составляющая связующего как в
растворе, так и бетоне. Например, средняя
плотность зерен цементов, в том числе сме¬
шанных, может изменяться от 2 до 3,5 г/см3, а
следовательно, объемная часть вяжущего — в1,3—1,6 раза, что составляет 5—10 % объема
раствора или бетона. Для проверки данной
гипотезы отберем пять партий цемента, раз¬
личающихся средней плотностью зерен, и
определим его прочность на сжатие и изгиб
при пропаривании по стандартной и иссле¬
дуемой методикам с постоянными значени¬
ями В/Ц и абсолютного объемам смеси ра¬
створа. Результаты испытаний приведены в
табл. 4.1.3.Предварительно определив соотношение
между мелким и крупным заполнителями,
обеспечивающее минимальную водопотреб-to 0.42, absolute volume of the mix being
equal to 959 cm3.We shall define correlation between the
fine and coarse aggregates for each concrete
mix. This correlation should provide for
minimal water requirement, workability of
concrete mix being comparable.
According to the data presented in the
table 4.1.1. incomparability of concrete
test results is the reason of low uniformity
of concrete strength indices during tests
according to the standard method.
Quantitative assessment of uniformity of
indices is presented in the table 4.1.2.Table 4.1.2
Assessment of concrete homogeneity test
results according to different cement test
proceduresCritical evaluation of standard test
procedures casts doubts on the possibility to
compare test data on cements with different
average density of grains since the volume
component of the binder both in the mortar
and concrete itself will vary. For instance,
average density of cement grains, including
mixed cements, might range from 2 to 3.5 g/
cm3, consequently the volume component of
the binder will vary 1.3 — 1.6 times or 5 -
10% of the concrete or cement volume. In
order to test this hypothesis we shall select
five batches of cement that vary in terms of
average density of the grains and define its
compression strength and bending strength
during steam curing according to the
standard method and technique being tested
with the constant C/W ratio and absolute
volume of the mortar. Test results are presented
in the table 4.1.3.Having previously defined the correlation
between the fine and coarse aggregate, which
provides for minimal water requirement ofЦ/ВКоэффициент вариации прочности бетона при сжатии, %
Coefficient of compression strength of concrete variation, %W/CОбщепринятая методика
Standard methodsИсследуемая методика
Technique being tested1,525,211,6221,26,4326,211,7
Таблица 4.1.3 Table 4.1.3Сравнительная оценка прочности цементов при различных Comparative assessment of cement strength according toметодиках испытаний different test procedures№ партии
исследуе¬
мого
цементаПлотностьзеренцемента,г/см3В/Ц раствора
при испыта¬
ниях по ГОСТ
310.4—81Постоянное В/Ц
по массе (ис¬
следуемая
методика)В/Ц no
абсолютному
объему (иссле¬
дуемаяПрочность цемента при пропаривании, МПа
Cement strength at steam curing, MPaNumber of
batch
being
testedDensity of
concrete
grains, g/cm3W/C of the
mortar during
tests according
to the State
Standard
310.4-81Constant W/C to
mass re¬
lationship
(technique being
tested)методика)W/C to absolute
volume
(technique being
tested)Испытания по ГОСТ
310.4—81Tests according to State
Standard 310.4 - 81Испытания по исследуемой методике при
постоянных В/Ц и абсолютном объёме раствораExperiments according to technique being tested at
constant W/C and absolute volume of mortarприизгибепри сжатиипо массепо абсолютному объемуat bendingat compres¬
sionmassabsolute volumeпри изгибе
at bendingпри сжатииat compres¬
sionпри изгибе
at bendingпри сжатииat compres¬
sion13,0810,40,421,34,4326,54,2124,74,272522,6250,340,421,35,9839,84,3225,25,0630,733,0020,390,421,34,528,74,3326,84,6228,543,1960,430,421,34,6129,84,7730,94,3927,252,840,370,421,35,5636,24,2124,34,6128,6144 Закономерности влияния основных факторов на свойства бетона
Influence of main factors upon the concrete properties145Таблица 4.1.4Оценка сопоставимых показателей прочно¬
сти бетона по рассмотренным
способам испытания цементаность бетонной смеси, изготовим на данных
цементах по три серии образцов бетона при
расходе цемента 300, 400 и 500 кг/м3. Тепло¬
вую обработку образцов осуществим по режи¬
му (2)+3+8+2 при температуре изотермичес¬
кой выдержки 85 °С. Результаты испытаний
приведены в табл. 4.1.4.Анализ полученных данных свидетельству¬
ет о том, что испытание цемента при постоян¬
ных значениях В/Ц по абсолютному и сопоста¬
вимому объему цементно-песчаного раствора
позволяет снизить межпартионный коэффици¬
ент вариации прочности цемента при постоян¬
ном Ц/В бетонной смеси с 10—12 до 3—5 %.Таким образом, главная причина большого
разброса результатов испытаний зависимости
Ц/В — прочность бетона кроется в несопоста¬
вимости методик испытания цемента. Исследу¬
емая методика позволяет повысить точность
испытаний в 3—4 раза.Table 4.1.4.
Assessment of comparable indices of
concrete strength according to the cement
test procedures consideredconcrete mix, we prepare three sets of
concrete samples of with cement
consumption 300, 400, 500 kg/m2. Thermal
treatment of samples will be conducted
according to the (2) + 3 + 8+ 2 mode at the
temperature of isothermal storage of 85 °C.
Test results are presented in the table 4.1.4.The analysis of the data obtained
testifies to the fact that the absolute and
relative volume of the compo tests on
cements with constant C/W allow to reduce
coefficient of concrete strength variation at
constant C/W of concrete mix from
10—12% to 3—5%.Therefore, the main reason of test results
spread for C/W - concrete strength
dependency lies in incomparability of
concrete test procedures. The technique that
was tested enables to increase the
measurement accuracy 3—4 times.№ пар¬
тии це¬
ментовNumberofconcretebatchРасходцемента,кг/м3Consumpt
ion of
cement,
kg/m3Ц/ВC/WПрочность бе¬
тона при
сжатии после
тепловой
обработки, МПаCompressive
strength of
concrete after
thermal
treatment, MPaОтношение прочности бетона при сжатии
к прочности цемента при сжатииCorrelation of concrete compressive strength and cement
compressive strengthпри оценке
прочности цемента
по ГОСТ 310. 4—81At the strength
assessment of
cement according to
the State Standard
310.4-81при оценке прочности цемента по
исследуемой методике при
постоянном В/ЦAt the cement strength assessment
according to the test procedure
being tested at constant W/Cпо массе
massпо абсолютному
объемуabsolute volume13001,512,50,4720,5060,523001,514,80,3720,5870,48233001,513,40,4670,50,4743001,5130,4360,4210,47853001,514,60,4030,6010,5114001,95119,10,7210,7730,76424001,95121,90,550,8690,71434001,95120,30,7070,7570,71244001,95119,80,6640,6410,72854001,95120,70,5720,8520,72415302,1227,21,0261,1011,08825302,1231,90,8021,2661,03935302,12311,081,1571,08845302,1229,810,9641,09655302,1231,70,8761,3051,108
146 Закономерности влияния основных факторов на свойства бетонаОдной из основных, без преувеличения,
проблем в бетоноведении является воспроиз¬
водимость результатов исследований, в част¬
ности экспериментальных данных. Весьма ча¬
сто результаты исследований, приведенные в
научных статьях и описаниях изобретений,
почему-то не всегда удается воспроизвести. И
здесь недалеко от представления желаемого за
действительное. Например, в СССР в 1960—
1970-х годах на страницах научных журналов
приводились высокие значения прочности бе¬
тона. Вместе с тем в стране не было налажено
массовое производство конструкций из бето¬
нов прочностью 50 МПа и выше на обычных
цементах марок 400—600. Это было связано с
тем, что в лабораторных исследованиях ис¬
пользовались только жесткие и особо жесткие
смеси, а образцы малых размеров оказывались
неадекватными бетону конструкций. А какие
только показатели морозостойкости не дости¬
гались благодаря так называемым авторским
методам подбора составов бетона и обыкно¬
венным добавкам, но бетон разрушался (и раз¬
рушается до сих пор) через 5—8 лет эксплуа¬
тации. К примеру, в журнале “Буд1вництво
Украши” № 5 за 2000 г. опубликованы данные
о добавке, представляющей собой механичес¬
кую смесь поглотительного раствора сероочи¬
стки коксового газа и технических лигносуль-
фонатов, которая якобы позволяет получить
водоредуцирующий эффект бетонной смеси на
уровне известных суперпластификаторов
“Майти”, С-3 и “Дофен” и повысить проч¬
ность бетона в проектном возрасте в 2—3
раза. Ни при каких условиях эти данные не
воспроизводятся. В начале 1990-х годов ши¬
роко рекламировалась так называемая бес-
пропарочная технология, по которой при ис¬
пользовании обычных добавок на обычных
цементах, марок 400 и 500, выпускаемых в
Украине, уже через 16—20 ч после приготов¬
ления должна достигаться прочность бето¬
на 60—80% проектной при применении бе¬
тонных смесей с осадкой конуса 3—8 см. Это
уже не ошибки воспроизводимости, а эле¬
ментарное шарлатанство!Но результаты эксперимента довольно ча¬
сто не воспроизводятся даже в добросовест¬
ных исследованиях. И здесь причина, безус¬
ловно, только в методике. Заметим, что не вос-Literally, reproducibility of test results,
of empirical data in particular, is one of the
main problems in concrete studies. Quite
often test results cited in the articles and
descriptions of inventions cannot be
reproduced. This is a wishful thinking. For
instance, big values of concrete strength
were cited in the 1960s and 70s in the trade
magazines in the USSR. At the same time,
mass production of concrete constructions
with the strength of 50 MPa and higher based
on regular dement brands 400 - 600 was not
set up in the country. This was due to the
fact that only harsh mixes and extra harsh
mixes were used in laboratory research;
samples of small size turned out to be not
adequate to the concrete used in the
constructions. Incredible indices of frost
resistance were achieved owing to the so-
called “author’s methods” of selecting
concrete mix and regular additives, but
concrete keeps on disintegrating in 5 - 8
years of operation. For instance, data on
the additive representing a mechanical
mixture of absorption solution of coke-oven
gas desulfurization and industrial
lignosulphonate were published in the trade
journal “Construction in Ukraine” №5,
2001. According to the article it allowed to
achieve water-reducing effect of concrete
mix on the level of well-known plasticizers
“Mighty”, S-3, and “Dofen” as well as to
increase concrete strength during the
service life 2-3 times. However, these
results are not reproducible under any
conditions. The so-called non-steam
curing technology was widely advertised
at the beginning of the 1990s. Its
application with the regular additives and
cements of brand 400 and 500 produced
in Ukraine allowed to achieve in 16-20
hours after preparation the strength of 60
-80% of the design one while applying
concrete mixes with the slump of 3-8 cm.
These are not the mistakes of
reproducibility, but a plain quackery!Test results are quite often not
reproducible even in thorough
investigations. The reason is not only the
methodology. We should note that, for
Influence of main factors upon the concrete properties147производятся, к примеру, решения тысячи
опубликованных уравнений регрессии основ¬
ных свойств бетонной смеси и бетона, так как
не зафиксированы и не учтены основные ис¬
ходные данные, упущены основные факторы
и прочее. Различаются и результаты таких не¬
хитрых, на первый взгляд, испытаний, как, на¬
пример, определение насыпной плотности
крупного заполнителя и прочности бетона при
сжатии в одних и тех же условиях, так как ще¬
бень насыпался с разной высоты, с разной ско¬
ростью, нагружение образцов также осущест¬
влялось с разной скоростью. Довольно пест¬
рые результаты получаются в оценках прони¬
цаемости при разных значениях влажности
бетона.Следовательно, методика эксперимента,
порой сочетающаяся с без1рамотиостью и не¬
добросовестностью исполнителей, довольно ча¬
сто создает предпосылки не только для невос¬
производимое™ результатов исследований, но
и для манипуляции ими.4.2. К закономерностям влияния
основных факторов на свойства
бетонной смесиСвойства бетонной смеси и бетона в зна¬
чительной степени зависят от водопотребно-
сти заполнителей. Как известно, оценка запол¬
нителей по крупности не дает достаточно до¬
стоверные результаты. Методика определения
водопотребности заполнителей, предложен¬
ная в работах проф. К).М. Баженова, заклю¬
чается в приготовлении цементно-песчаного
раствора при контрольном расплыве конуса
на встряхивающем столике, подборе В/Ц бе¬
тонной смеси состава Ц:П:Щ (цемент, мелкий
заполнитель, крупный заполнитель) в соотно¬
шении 1:2:3,5 с удобоукладываемостью, рав¬
ной удобоукладываемости приготовленного
цементно-песчаного раствора, и последующим
вычислении искомых характеристик. Недоста¬
ток методики состоит в том, что соотношение
компонентов наперед задано и определяется
по массе. Так как заполнители обладают раз¬
ными свойствами, то наперед заданное их со¬
отношение может оказаться неоптимальным.
Кроме того, из-за различной плотности сум¬
ма абсолютных объемов компонентов будет вinstance, solutions of thousands regression
equations on main properties of concrete
mix and concrete are not reproducible
since the input data are not registered and
accounted for, major factors are omitted,
etc. Results of such plain investigations as,
for instance, determination of bulk density
of coarse aggregate and compression
strength of concrete under the same
conditions vary since crushed stone was
poured in at different height, with a
different speed, loading of samples was
carried out with a different speed as well.
Quite various results are obtained while
evaluating permeability under various
concrete humidity values.Consequently, test procedures in
combination with illiteracy and
carelessness of those who conduct the
experiments quite often give grounds to
both irreproducibility of results and to
manipulation.4.2. Influence of main factors
on the properties
of concreteProperties of concrete mix and concrete
itself depend, to a great extent, on the water
requirement of aggregates. As it is known,
assessment of this aggregate in terms of
the size does not provide for reliable
results. Method for aggregate water
requirement determination devised by
prof. Y. M. Bazhenov suggests
preparation of the compo with the
reference slump on jointing table, selection
of C/W of concrete mix consisting of
cement - fine aggregate - coarse aggregate
in correlation of 1:2:3.5, with the
workability equal to the workability of the
compo prepared and further calculation
of the target characteristics. The drawback
of this method is that correlationbetween
components is set in advance and is
calculated in terms of the mass. Since the
aggregates possess various properties their
correlation being set in advance might not
be an optimal one. Besides, due to diverse
density, the sum of absolute volumes of
148Закономерности влияния основных факторов на свойства бетонакаждом конкретном случае существенно раз¬
личаться.Для обеспечения сопоставимости получа¬
емых результатов представляется более це¬
лесообразным определение водопотребности
мелкого (Вп) и крупного (Вщ) заполнителей
при постоянных абсолютных объемах смесей,
соотношении компонентов по абсолютному
объему и доле мелкого заполнителя в круп¬
ном, обеспечивающем минимальную водопот¬
ребность при сопоставимой удобоукладыва¬
емости бетонной смеси. В этом случае харак¬
теристики водопотребности определяют по
формуламВа=[(В/Ц)-(В/Ц)components in each case will vary
significantly.In order to provide for comparability of
obtained results, it seems reasonable to
determine water requirement of fine (Bn) and
coarse (Вщ) aggregates at constant absolute
volumes of the mixes, correlation between
components in terms of their absolute
volumes and the share of fine aggregate in
the coarse one, which ensures the minimal
water requirement at comparable workability
of concrete mix. In this case water requirement
characteristics are determined according to the
following formula:J ■ 100/77; (4.2.1)Вщ=[(ВЩ)5-(ВЩ) ]■ 100/271,(4.2.2)водопотребность мелкого заполни¬те Вш
теля;Вщ — водопотребность крупного заполни¬
теля;(В/Ц) — водоцементное отношение цемен¬
тно-песчаного раствора по абсолютному объему;(В/Ц) — водоцементное отношение це¬
ментного теста по абсолютному объему, со¬
ответствующее нормальной густоте цементно¬
го теста;(В/Ц)ь — водоцементное отношение бе¬
тонной смеси по абсолютному объему при
удобоукладываемости, равной контрольной;П— расход мелкого заполнителя в долях
абсолютного объема от расхода цемента в це¬
ментно-песчаном растворе;Щ — расход крупного заполнителя в до¬
лях абсолютного объема от расхода цемента
в бетонной смеси.Рассмотрим определение водопотребности
по принятой и исследуемой методикам в слу¬
чае различных цементов и заполнителей. Для
этого используем песок из гравийно-песчаной
смеси Мк = 2,94, песок кварцево-полевошпа¬
товый с Мк = 2,18 и песок кварцевый речной с
Мк = 1,17. Результаты испытаний приведены
в табл. 4.2.1.Согласно данным табл. 4.2.1, при суще¬
ственных различиях в свойствах цементов и
заполнителей предложенное решение позво¬
ляет повысить точность определения водо-
потребносги заполнителей в 2—3,6 раза иwhere 7?п - water requirement of fine
aggregate;Вщ - water requirement of coarse
aggregate;(В/Ц) - water-to-cement ratio of the
compo to absolute volume;(В/Ц) -water-to-cement ratio of the
cement paste to absolute volume,
corresponding to regular density of cement
paste;(В/Ц)ь - water-to-cement ratio of
concrete mix to absolute volume at
workability equal to the reference one;П - consumption of fine aggregate in
parts of absolute volume against cement
consumption in the compo;Щ- consumption of coarse aggregate
in parts of absolute volume against
consumption of cement in concrete mix.Let us define the water requirement
according to accepted method and the
one being tested, cements and aggregates
being different. For this we shall use the
sand from gravel-sand mix MK = 2,94 with
Mk=2.18 and the quartz bank sand with
Mk = 1.17. The results are presented in the
table 4.2.1.According to the data presented in the
table 4.2.1, properties of cement and
aggregates being significantly different, the
suggested solution enables to increase the
water requirement measurement accuracy
Таблица 4.2.1 Table4.2.1Сравнительная оценка результатов но методикам определения Comparative assessment of test results according to variousводопотребностизаполш!телей aggregates water requirement test proceduresХарактеристикаматериаловCharacteristics of
materialsВодопотребность заполнителя, %
Water requirement of aggregate, %Коэффициент
раздвижки зеренSeparation
coefficient grainsВодопотребность
беЧонной смеси при
сопоставимой
удобоу клады вае мости,
л/м3Water requirement of
concrete mix at compa¬
rable workability, I/m3Отклонение от среднего для одних и тех же
материалов, %Abmodality for the same materials, %Мелкого
Fine AggregateКрупного
Coarse AggregateНормальная
густота
цементного
теста, %Regular
density of the
cement
paste, %Модулькруп¬ностипескаSandgrada¬tionfactorОбще¬приня¬таяAccep¬tedtechni¬queИссле¬дуемаяTechuniqueunderconside¬rationОбще¬приня¬таяAccep¬tedtechni¬queИссле¬дуемаяTechuni¬queunderconside¬rationОбще¬приня¬тыйAccep¬tedtechni¬queИссле¬дуемыйTechuni¬queunderconsi¬derationОбще¬принятаяAcceptedtechniqueИссле¬дуемаяTechuni¬
que under
conside¬
rationМелкий заполнитель
Fine AggregateКрупный заполнитель
Coarse aggregateОбще¬принятоеAcceptedtechniqueИссле¬дуемоеTechuni¬
que under
conside¬
rationОбще¬принятоеAcceptedtechniqueИссле¬дуемоеTechuni¬
que under
conside¬
ration2,949,2622,42,318,961,391,482031973,40,512,81,122,22,187,3220,23,169,051,391,431991954,80,23,23,31,1731,98,168,161,391,312202077,51,35,42,72,949,0621,98,438,431,391,482031981,21,69,14,924,52,187,0220,78,678,671,391,422001960,52,47,411,1730,28,658,651,391,32212080,2412,13,12,948,5422,59,29,21,391,492042004,61,13,83,826,82,186,6219,88,568,561,391,422031985,22,210,62,31,1732,38,358,351,391,32242107,352,717,50,4Среднее отклонениеStandard deviation3,91,89,12,5Influence of main factors upon the concrete properties 149
150Закономерности влияния основных факторов на свойства бетонадает возможность улучшить воспроизводи¬
мое ть опытов.Одна из основных задач в выборе составов
бетона состоит в определении оптимального
соотношения мелкого и крупного заполните¬
лей.Вопросу выбора соотношения между мелким
и крупным заполнителем посвящено много ра¬
бот, однако этот параметр исследователю и
практику каждый раз приходится определять са¬
мостоятельно экспериментальным путем. Учи¬
тывая отсутствие единой методики эксперимен¬
тального определения оптимального соотноше¬
ния между мелким и крупным заполнителем,
рассмотрим этот вопрос подробнее, не касаясь
ошибок в работах отдельных авторов.Наиболее рациональным в настоящее вре¬
мя считается определение оптимального соот¬
ношения между мелким и крупным заполни¬
телями по коэффициенту раздвижки зерен (а):2 - 3.6 times as well as to improve the
reproducibility of the tests.Measurement of optimum fine and
coarse aggregate correlation is among
the major tasks when selecting concrete
mix.A lot of works deal with the issues of fine
and coarse aggregate correlation. However,
every time scientists and experts have to
determine this parameter empirically.
Taking into consideration the lack of unified
test procedure for empirical measurement of
optimum fine and coarse aggregates
correlation we shall consider this issue in
details.At present, determination of optimum
fine and coarse aggregate correlation
according to the grain separation coefficient
is considered to be the most efficient (a):a:: (l00-ZZ( / Рщ)Рщ /Упрщ(4.2.3)где Щ — расход крупного заполнителя,
кг/м3\рщ— средняя плотность зерен крупного
заполнителя;Рщ— насыпная плотность крупного
заполнителя;vn— пустотность крупного заполнителя,
определяемая по формулеvn =1Ориентировочные значения коэффициен¬
та раздвижки зерен обычно сводят в табли¬
цы, но при проведении эксперимента возни¬
кают вопросы, как, например, по результа¬
там опытов привести полученные данные в
сопоставимый вид, так как значение а, опре¬
деленное при одном В/Ц, не будет оптималь¬
ным при другом. При этом оно будет изме¬
няться вследствие колебаний удобоуклады-
ваемости бетонной смеси и расхода цемента.Для приведения данных испытаний по на¬
хождению оптимального соотношения между
мелким и крупным заполнителями в сопоста¬
вимый вид представляется целесообразным
определение этого показателя совместно с во-
допотребностью бетонной смеси. Так как во-
допотребность (ВГк) и удобоукладываемость
(У) коррелируютсн, то зависимость коэффи¬
циента раздвижки зерен можно выразить че-where Щ - consumption of coarse
aggregate Kg/м3,рщ - average density of grains of coarse
aggregate;Рщ - ^ulk density of the coarse aggre¬
gate;vn - air void of the coarse aggregate,
determined according to the formulaи /0
■рщ P ЩApproximate values of grains
separation coefficient are usually
tabulated. However, during the experiment
the following questions might arise, for
instance, how to compare the obtained
results since value of a determined for
specific W/C will not be optimal for
another one. At the same time it will change
as a result of modifications of concrete mix
workability and consumption of cement.In order to compare the obtained data on
optimal fine and coarse aggregate
correlation it seems reasonable to measure
this index in combination with the water
requirement of concrete mix. Since the water
requirement (B6c) and workability(Y) are
correlated the dependency of grains
separation coefficient might be expressed
as a workability and water requirement
Influence of main factors upon the concrete properties151рез отношение удобоукладываемости к водо-
потребности (У/В1к) при постоянных значени¬
ях водопотребности бетошюй смеси.Рассмотрим это предложение на конкрет¬
ном примере. Для проведения опытов отберем
гранитный щебень фракции 5—20 мм и песок
кварцево-полевошпатовый с модулем крупно¬
сти 2,54. Расходы цемента 220, 300, 400 и 500
кг/м3 при водосодержании бетонной смеси 180,
200 и 220 л/м3. Для каждого состава определя¬
ем значение а, обеспечивающее нерасслаива-
емую бетонную смесь наилучшей удобоукла¬
дываемости. Результаты испытаний приведе¬
ны втабл. 4.2.1 и 4.2.2.Таблица 4.2.2Результаты опытов но определению коэффи¬
циента раздвижки зерен(У/В6с) correlation at constant values of
water requirement of concrete mix.Let us illustrate this suggestion. We shall
select crushed stone with the fraction of 5 -
20 mm and quartz feldspar sand with the
Adams’s fineness modulus equal to 2.54.
Consumption of cements equal to 220, 300,
400 and 500 kg/m3 at water content of
concrete mix equal to 180, 200 and 220
1/m3. For each mix we shall define a
providing for unstratified concrete mix with
the best workability. Results of the tests are
presented in the tables 4.2.1. and 4.2.2.Table 4.2.2.Grains separation coefficient test
results№ опытаNumber of
the testВодосодержание бетонной
смеси, л/м3Water content of concrete
mix, I/m3Расход цемента,
кг/м3Consumption of
cement, kg/m3Осадка конуса
бетонной смеси, смConcrete mix slump,
cmКоэффициент
раздвижки зеренGrain separation
coefficient118022031,325218030021,313318040011,306418050001,281520022071,431620030061,404720040041,376820050021,389220220111,53110220300101,5021122040081,4741222050061,459Обработка приведенных данных методом
наименьших квадратов дает возможность по¬
лучить, общее уравнение коэффициента раз¬
движки зерен:Having processed the obtained data by
means of the least-squares method we shall
receive the grains separation coefficient
equation:a = a + 2,52 (У/В ) + 0,003 В(4.2.4)где a0 = 0,70—0,73 для песков среднезер¬
нистых и 0,62—0,66 —для мелкозернистых.Анализ полученых данных свидетель¬
ствует о возможности определения коэффи¬
циента раздвижки зерен без учета объема
цементного теста, что никак не связано с
ранее проводимыми исследованиями других
авторов. В то же время представляет инте¬
рес сравнение полученных данных с ана¬
логичными некоторых авторитетных
работ.where a0 = 0.70 - 0.73 for medium sand
a0 = 0.62 - 0.66 for fine sand.The analysis of the data obtained tes¬
tifies to the possibility to define the grains
separation coefficient without taking into
consideration the volume of cement paste
that is not connected to the previous tests
conducted by other authors. At the same
time the comparison of the data obtained
with the similar results of other authorita¬
tive works is of great interest.
152Закономерности влияния основных факторов на свойства бетонаТаблица 4.2.3
Сравнительные результаты определения
коэффициента раздвижки зерен при
использовании щебня и песка средней
крупностиНетрудно убедиться в достоверности и
объективности приведенных данных, срав¬
нив, к примеру, по два состава бетонной
смеси с осадкой конуса 14—15 см при во-
досодержании 190 кг/м3 и расходе цемента
250 кг/м3. По данным Б. Г. Скрамтаева и
Ю. М. Баженова, такая смесь расслоится.
По расчетам научно-исследовательского
института бетона и железобетона бывше¬
го Госстроя СССР (НИИЖБ), малопод¬
вижные и жесткие смеси при водосодержа-
нии более 180 кг/м3 содержат повышенное
содержание песка, а по данным В. П. Си¬
зова — заниженное.Определив экспериментальные соотно¬
шения между мелким и крупным заполните¬
лями, можно перейти к изучению количе¬
ственных зависимостей влияния основныхTable 4.2.3
Comparative results of grains
separation coefficient for crushed stone
and medium sandOne can easily make oneself sure that the
results are reliable and objective, having
compared, for instance, two concrete mixes
with the slump of 14 - 15 cm at water content
of 190 kg/m3 and cement consumption of 250
kg/m3. According to the В. H. Skramtaev and
Y. M. Bazhenov data such mix should flake.
According to the calculations of research
institute of ferroconcrete items of the former
State Construction Agency (RIFCI) low-slump
concrete mix at the water content of 180 kg/m3
contain excessive amount of sand, and
according to V. P. Sizov - insufficient amount
of sand.Having defined empirically the
correlation between fine and coarse
aggregates it seems reasonable to pass on to
the study of the quantitative dependenciesВодосодер-жаниебетоннойсмеси,л/м3Water
content of
concrete mix,
I/m3Расходцемента,кг/мConsumpti
on of ce¬
mentkg/mКоэффициент раздвижки зеренGrains separation coefficientПо данным
Б.Г.Скрамтаева,
Ю.М.БаженоваAccording to В. Н.
Skramtaev, Y. М.
Bazhenov dataПо данным
В.П.СизоваAccording to
V. P. SizovПо данным
НИИЖБAccording to
k the
Research
Institute of
ferrocon¬
crete itemsПо исследуемым
даннымAccording to the data
under considerationОсадка конуса, см
Slump, cmОсадка конуса, см
Slump, cm381538152001,241,161,331,461,231,251,331,443001,331,161,331,461,261,251,331,441604001,41,181,351,481,251,251,331,445001,451,231,411,531,241,251,331,446001,511,281,451,581,261,251,331,442001,321,161,331,461,351,331,41,493001,41,161,331,461,371,331,41,491904001,441,181,351,481,371,331,41,495001,51,231,411,531,361,331,41,496001,541,281,451,581,341,331,41,492001,391,161,331,461,461,411,481,563001,441,161,331,461,451,411,481,562204001,51,181,351,481,451,411,481,565001,521,231,411,531,471,411,481,566001,551,281,451,581,491,411,481,56
Influence of main factors upon the concrete properties153факторов на удобоукладываемость или водо-
иотребность бетонной смеси.В целом влияние
этих факторов достаточно глубоко изучено, по¬
этому практическая задача состоит в уточне¬
нии и систематизации количественных зависи¬
мостей и приведении их к виду, удобному для
воспроизводства и автоматизированных расче¬
тов.Такая форма выражения коэффициента раз¬
движки зерен позволяет не только приводить
данные испытаний в сопоставимый вид, но и
осуществлять оперативное корректирование
состава бетонной смеси с обратной связью.Ряд вопросов связан с определением пус-
тотности крупного заполнителя. Значение это¬
го показателя, который существенно влияет на
соотношение мелкого и крупного заполните¬
ля, зависит от методики определения насып¬
ной плотности. Общепринятая методика пре¬
дусматривает определение насыпной плотно¬
сти в стандартном сосуде. Но так как эта ха¬
рактеристика изменяется в зависимости от гео¬
метрических размеров емкости, то пустот-
ность крупного заполнителя, определенную в
сосуде одних геометрических размеров, нельзя
автоматически переносить на эту характерис-
туку в изделии или конструкции. Поэтому оп¬
тимальное соотношение между мелким и круп¬
ным заполнителями, определенное стандарт¬
ными методами, приводит к повышенным рас¬
ходам крупного заполнителя для тонкостен¬
ных и густоармированных конструкций, фор¬
муемых в вертикальных формах, и запесочен-
ным смесям для крупноразмерных плоских
конструкций, формуемых горизонтально.Для оценки влияния формы емкости на
пустотность крупного заполнителя проведем
сравнительные экспериментальные исследо¬
вания, использовав цилиндры различных
геометрических размеров. В первой серии эк¬
сперимента применяем портландцемент со
средней плотностью зерен 3,08 г/см3, гранит¬
ный щебень фракции 5—40 мм со средней
плотностью зерен 2,724 г/см3, кварцевый пе¬
сок с Мк = 2,1, со средней плотностью
2,62 г/см3, пластификатор С-3. Состав бето¬
на: цемент — 350 кг/м3; вода — 165 л/м3; С-3— 0,6 % массы цемента; воздухововлечение— 2,8 %. Во второй серии опытов: расход це¬
мента — 520 кг/м3; воды — 173 л/м3; С-3 —
0,6 % массы цемента, воздухововлечение —of basic factors impact upon the workability
or water requirement of concrete mix. In
general impact of these factors is quite well
studied; that is why the practical task is to
specify and systematize quantitative
dependencies and to put them into
appropriate form suitable for reproduction
and automated calculations.This form of grains separation coefficient
allows both to set them into comparable state
and to carry out real-time corrections of
concrete mix with an appropriate feedback.A number of issues are connected to
definition of coarse aggregate void. The
value of this index, which influences the
correlation of fine and coarse aggregate,
depends to a great extent on the bulk
density test procedures. The accepted
procedure suggests bulk density test in the
vessel. However, due to the fact that this
index varies depending on the geometry of
the vessel, value of void of coarse
aggregate defined in the vessel of certain
geometry cannot be considered as a valid
characteristic of the whole construction or
item. The optimum correlation between the
fine and coarse aggregate determined by
way of standard procedures leads to
increased consumption of coarse aggregate
for thin-walled, densely reinforced
constructions formed in the vertical moulds
and oversand mixes for large-size flat
constructions moulded horizontally.Tet us conduct empirical research in order
to assess the impact of the shape of the vessel
on the void of concrete mix. We shall use
cylinder of different geometry for this
purpose. At the first stage of the test we shall
utilize portland cement with the average grain
density of 3.08 g/cm3; crushed granite with
fraction of 5 - 40 mm and average grain
density of 2.724 g/cm3; quartz sand with
Mt = 2.1 and average density of 2.62 g/cm3;S-3 plasticizer. Concrete mix: cement -
350 kg/m3, water - 165 1/m3; S-3 - 0.6% of
cement mass; air-entrainment-2.8%. At the
second stage of the tests: cement consumption— 520 kg/m3; water - 173 1/m3; S-3 - 0.6%
of cement mass; air-entrainment - 2.8%. At
the third stage of the tests: cement
154Закономерности влияния основных факторов на свойства бетона2,8 %. В третьей серии опытов: расход це¬
мента — 280 кг/м3, воды — 186 л/м3, С-З —
0,5% от массы цемента, щебень из гравия
фр. 5—20 мм, воздухововлечение — 3%. Ре¬
зультаты испытаний приведены в
табл. 4.2.4.Таблица 4.2.4Сравнительная оценка методик определения
насыпной плотности и пустотности крупно¬
го заполнителяАнализ полученных данных свидетель¬
ствует о том, что методика определения на¬
сыпной плотности заполнителей существен¬
но влияет на состав бетона. Тот факт, что для
тонкостенных густоармированиых конструк¬
ций требуется большее содержание песка, а
для крупноразмерных — меньшее, известен
из литературы и практики. Обычно лабора¬
торный состав и уточнялся в процессе произ¬
водства. Однако объяснение и теоретическое
обоснование этого явления не известно. По¬
этому установленная в проводимом нсследо-
ваннп причина явления имеет не только тео¬
ретическое, но и практическое значение. На
основании опыта исследований для тонко¬
стенных густоармированиых конструкций ре¬
комендуется определять насыпную плотность
крупного заполнителя в емкости диаметром
0,025—0,15 м и высотой 0,3—0,5 м, а для плос¬
ких и крупноразмерных — диаметром 0,4—
0,5 м и высотой 0,1—0,15 м.Анализ экспериментальных методик требу¬
ет пересмотра общепринятого способа коррек¬
тирования расхода заполнителей в зависимо¬
сти от их гранулометрического состава. Стан¬
дартный метод корректирования состава бе¬
тона в зависимости от гранулометрическогоconsumption - 280 kg/m3; water - 186
1/m3; S-3 - 0.5% of cement mass; air-
entrainment - 3%, gravel with the fraction
of 5 - 20 mm. Results of the tests are presented
in the table 4.2.4.Table 4.2.4
Comparative assessment of test
procedures for bulk density and air void
of the coarse aggregateThe analysis of the data obtained
testifies to the fact that the aggregate bulk
density test procedure impacts the concrete
mix significantly. The fact that for thin-
walled, densely reinforced construction
more sand is required and for large-size
one less is well known in the literature and
pracrice. Regularly the laboratory mix
was adjusted in the production process as
well. However, explanation and
theoretical justification of this
phenomenon is unknown. That is why the
reason specified in this research has both
theoretical and practical meaning. It is
recommended to determine coarse
aggregate bulk density for thin-walled,
densely reinforced constructions in the
vessels of 0.025 - 0.15 m in diameter and
0.3 - 0.5 m in height whereas for flat,
large-size ones - in the vessels of 0.4 - 0.5
m in diameter and 0.1 - 0.15 m in height.The analysis of empirical procedures
proves that the accepted methods of
aggregates consumption adjustment should
be revised based on the granulometric
composition. Standard procedures of
concrete mix adjustment depending on№ опытаNumber
of the
testРазмеры емкости, мDimensions of the
vessel, mНасыпная плотность
крупного заполнителя,кг/м3Bulk density of coarse
aggregate, kg/m3ПустотносЬъкрупногозаполнителяVoid of the
coarse
aggregateРасход заполнителей,
кг на 1м3 бетонаConsumption of aggregates,
kg/m3 of concreteдиаметрdiameterвысотаheightщебень
crushed stoneпесокsand1.10,2940,2941,4450,4712616051.20,130,351,3690,49711497122.10,2940,2941,4450,4711705272.20,4140,1051,5060,4412424573.10,2340,2341,430,46612555903.20,0250,4731,270,5261097744
Influence of main factors upon the concrete properties155состава крупного и мелкого заполнителя по
ГОСТ 27006—86 предусматривает предвари¬
тельное определение содержания зерен мелко¬
го заполнителя в крупном и зерен крупного — в
мелком с последующим вычислением расхода
мелкого (Я) и крупного (iff) заполнителей.Такой подход вполне оправдан, когда
существенно не изменяется крупность мел¬
кого заполнителя, а средняя плотность круп¬
ного и мелкого заполнителей близка или
одинакова. Если же эта разница существен¬
на, то при высоких содержаниях мелкого
заполнителя в крупном или крупного в мел¬
ком изменяется оптимальное соотношение
компонентов и нарушается постоянство аб¬
солютного объема бетонной смеси. Поэто¬
му для повышения точности корректирова¬
ния, по-видимому, необходимо учитывать
среднюю плотность заполнителей, т. е. про¬
водить корректирование по абсолютному
объему компонентов по формуламgranulometric composition of coarse and
fine aggregates according to the State
Standard 27006-86 suggest preliminary
definition of the contents of fine aggregates
grains in the coarse one and vice versa with
further calculation of fine aggregate ( П )
and coarse aggregate (щ) consumption.Such approach isjustified when coarseness
of the fine aggregate is relatively constant and
average density of the coarse aggregate neigh¬
bours or equals to that of the fine one. If the
difference is quite significant the optimum
correlation of components changes and
constancy of the absolute volume of concrete
mix is broken in case of high contents of fine
aggregate in the coarse one or vice versa. In
order to increase accuracy of adjustment
average aggregate density should probably be
accounted for, i.e. adjustment according to
absolute volume of the components should be
conducted according to “the formulae:Щ = р°щ /ЮОрщ -Щп /р° )]/(l-Лщ/Ю0-Щп /Юо) (4.2.5)П = р° |л(1-/7ш /100р° -Пщ /р° )]/(l-Лщ /100-Ща /ЮО) (4.2.6)где Щ, U — соответственно расход крупного
и мелкого заполнителей без учета фракций ме¬
нее и более 5 мм;Дщ — содержание мелкого заполнителя в
крупном;Щп — содержание крупного заполнителя
в мелком.Рщ — средняя плотность зерен крупного
заполнителя;р® — средняя плотность зерен мелкого за¬
полнителя.Рассмотрим простой пример. Номиналь¬
ный состав бетона без учета содержания мел¬
кого заполнителя в крупном и крупного в
мелком: цемент — 312 кг/м3, вода — 198
л/м3, щебень из гравия — 1159 кг/м3, песок -
607 кг/м3, добавка С-3 — 0,6% массы цемен¬
та. Осадка конуса бетонной смеси — 18 см.
Коэффициент раздвижки зерен а — 1,482;
средняя плотность зерен песка — 2,52 г/см3;
щебня — 2,684 г/см3. В процессе лаборатор¬
ных исследований или в производстве ис-where Щ, П — consumption of coarse and fine
aggregate accordingly, with out the accounting
for fraction of more or less than 5 mm;Пщ — contents of fine aggregate in the
coarse one;Щп — contens of coarse aggregates in
the fine one;Рщ — average density of c.oarse
aggregate grains;p® — average density of fine aggregate
grains.Let us consider a simple example.
Nominal concrete mix without taking into
consideration the contents of the fine
aggregate in the coarse one and vice versa:
cement - 312 kg/m3, water -1981/m3, crushed
granite - 1159 kg/m3, sand - 607 kg/m3, S-3
additive - 0.6% of cement mass. Slump of
concrete mix - 18 cm. Grain separation coef¬
ficient a - 1.482; average sand grains
density - 2.52 g/cm3; crushed stone - 2.684
glcm3. The same materials are used in the
156Закономерности влияния основных факторов на свойства бетонапользуются те же материалы, но содер¬
жание зерен песка в щебне составляет 18,9
%. Это приведет к тому, что в общей сме¬
си заполнителей крупность песка суще¬
ственно изменится. По стандартной ме¬
тодике расход песка и щебня составляет
соответственно П = 371 кг/м3 и Щ = 1429
кг/м3. Если же с учетом изменения грану¬
лометрического состава пересмотреть
оптимальное соотношение между мелким
и крупным заполнителями, то коэффици¬
ент раздвижки зерен примет значение
1,53, а водопотребность бетониой смеси
составит 183 л/м3. Пересчет значений
расхода песка и щебня дает такие значе¬
ния: П = 451 кг/м3 и Щ = 1401 кг/м3. Как
видим, увеличение расхода песка на 80
кг/м3 и уменьшение расхода щебня на 28
кг/м3 довольно существенно.Таким образом, на основании прове¬
денных исследований уточнены и установ¬
лены ранее не известные зависимости вли¬
яния основных факторов состава на соот¬
ношение компонентов и свойства бетонной
смеси.4. 3. Закономерности влияния
основных факторов на прочность
бетонаВлияние основных факторов на проч¬
ность бетона хорошо изучено, и повторе¬
ние этих исследований показалось бы не¬
благодарной работой, которая навряд ли
может увенчаться научной новизной. Вме¬
сте с тем противоречивость многих данных,
в том числе авторитетных институтов и
специалистов, а также представленный в
главах теоретический и методический ана¬
лиз показывают, что не все закономернос¬
ти влияния основных факторов на проч¬
ность бетона раскрыты достаточно полно.Первое сомнение вызывает довольно ши¬
рокий разброс значений влияния прочности
цемента и Ц/В на прочность бетона. То, что
на одних и тех же заполнителях при одина¬
ковой прочности цемента при сжатии (актив¬
ности) и одинаковом Ц/В прочность бетона
может отличаться на 30—50 %, известно дав¬
но. Объяснение только ошибкой опыта та-process of laboratory research and in
manufacture, but the contents of sand grains in
the crushed stone equals to 18.9%. This will
lead to the fact that in the mix of aggregates
coarseness of the sand will change significantly.
According to the standard procedure
consumption of sand and crushed stone equals
to П = 371 kg/m3, and Щ = 1429 kg/m3. Should
we revise optimum correlation between the fine
and coarse aggregate taking into consideration
changes of the granulometric composition the
grains separation coefficient will be equal to1.53 and water requirement of concrete mix -
183 1/m3. Having converted consumption of
sand and crushed stone we shall obtain the
following results: П =451 kg/m3 and Щ =1401
kg/m3. As we see, increase of sand consumption
by 80 kg/m3 and decrease of crushed stone
consumption by 28 kg/m3 is quite significant.Therefore, based on the research
conducted all unknown earlier dependencies
of main factors of the mix influence upon the
correlation of components and properties of
concrete mix were ascertained and
determined.4.3. Influence of main
factors upon the strength
of concreteInfluence of main factors on the strength
of concrete is quite well studied and
repetition of this study might seem an
ungrateful work, which can hardly bring
something new from the scientific point of
view. At the same time contradictions of the
data, including that of authoritative
institutes and specialists, as well as
theoretical and methodological analysis
presented in this paper prove that not all
regularities of influence of main factors on
the strength of concrete are n fully revealed.Wide spread of values of influence of
cement strength and C/W on cement
strength gives rise to doubts. It has been
known for a long time that under the
same aggregates and compression
strength of cement as well as C/W
concrete strength might vary by 30 -
50%. Explaining this spread as a mistake
Influence of main factors upon the concrete properties157кого разброса не убеждает и самих авторов.
Следовательно, почти целый век достаточно
убедительного объяснения этому явлению не на¬
ходилось. Одна из причин разброса, связанная
с несопоставимостью методов испытаний цемен¬
та, установлена и описана нами в гл. 4.1. На
основании теоретического анализа бетона как
твердого деформированного тела можно пред¬
положить, что существенное влияние на проч¬
ность бетона при сжатии оказывает прочность
цемента при растяжении. Попытаемся исследо¬
вать это явление при постоянном Ц/В и сопос¬
тавимых условиях испытаний на различных ма¬
териалах.Уже предварительная подготовка к про¬
ведению эксперимента выявила различия от¬
дельных цементов в прочности при изгибе
даже на одном и том же заводе. Так, по дан-
нным табл. 4.3.1, взаимосвязь прочности
цементов при изгибе (Rц ) и сжатии (Яц ),
характеризующая дефектность структуры,
может количественно влиять на свойства
бетона.Таблица 4.3.1Взаимоотношение прочности цемента нрц^
сжатии и нзшбеonly does not satisfy the authors
themselves. Therefore, for almost a
century there was no sound explanation
to this fact. One of the reasons of the
spread is connected to incompatibility
of cement test procedures (see 4.1).
Based on theoretical analysis of
concrete as a deformed solid one might
suggest that tensile strength
significantly influences the compression
strength of concrete. Let us examine this
phenomenon under constant C/W and
compatible test conditions of various
materials.Preliminary preparation of the
experiments revealed differences of
individual cements in terms of bending
strength even at the same works. Therefore,
according to the data cited in table 4.3.1.
interdependence of bending strength ( R" )
and ) characteri-zing imperfection of the
structure might quantitatively influence the
properties of concrete.Table 4.3.1Correlation of compression and bending
strength of concrete№Прочность цемента
при пропариванииStrength of concrete at steamingПрочность цемента в
возрасте 3 сутStrength of concrete at 3 daysПрочность цемента в возрасте
28 сутStrength of concrete at 28 daysпри сжатии,припри сжатии,припри сжатии,приcompres¬изгибе,R4"/R4Ccompres¬изгибе,R4“/R4CМПаизгибе,RflRfsionbendingsionbendingcompres¬bendingMPaMPaMPaMPasionMPaЗдолбуновский шлакопортландцемент марки 400Zdolbunov Portland blast-furnace (slag) cement, brand 4001.21,94,20,19218,13,80,2142,86,80,1592.24,84,0,16122,34,30,19346,55,80,1253.21,23,90,18419,53,70,1944,75,90,132Ольшанский портландцемент с минеральными добавками марки 400Olshanskiy portland cement withmineral additives,brand 4001.26,64,30,16223,24,10,17741,75,60,1342.27,54,10,14925,54,20,16543,35,50,127Для получения количественной зависимо¬
сти прочности бетона при сжатии от прочнос¬
ти цемента при сжатии и изгибе выразим ее в
форме уравнения регрессииIn order to obtain quantitative
dependence of compression strength of
concrete on bending strength let us express
it in the form of a regression equation(4.3.1)
158Закономерности влияния основных факторов на свойства бетонаПри проведении экспериментальных ис¬
следований было отобрано по девять партий
цемента шести заводов-изготовителей. Це¬
менты были рандомизированы и сгруппиро¬
ваны по три партии в каждую серию экспе¬
римента. В процессе экспериментов исполь¬
зовались одинаковые заполнители в каждой
серии. Во всех опытах было принято Ц/В = 2,5.
Использовались материалы: портландце¬
мент, портландцемент с минеральными до¬
бавками, сульфатостойкий портландцемент
и шлакопортландцемент Здолбуновского,
Николаевского, Каменец-Подольского, Ам-
вросиевского, Ивано-Франковского и Кри¬
ворожского цементных заводов, щебень гра¬
нитный фракции 5—20 мм Клесовского ка¬
рьера и кварцевый песок Полянского карье¬
ра Мк = 1,85, щебень гранитный фракции 5—
20 мм Гниваньского щебнезавода и кварце¬
вый днепровский песок Мк = 1,34, гравий
самборский фракции 5—20 мм и песок ясинец-
кий Мк = 1,19. Образцы размером 10 • 10 • 10
см испытывались в возрасте 28 сут нормаль¬
ного твердения. Результаты эксперимента
приведены в табл. 4.3.2.Усреднив и унифицировав полученные
данные, получаем уравнение зависимости
прочности бетона от прочности цемента при
сжатии и изгибе:R=а(кWhile conducting empirical research we
have selected 9 batches of cement from 6
manufacturing plants. Cements were
randomized and classified in three batches
for each stage of experiment. Identical
aggregates were used at each stage of the
experiments. In all tests C/W was set equal
to 2.5. The following materials were used:
portland cement, portland cement with
mineral additives, sulfate-resistant portland
cement and Portland blast-furnace (slag)
cement from Zdolbunov, Nikolaev,
Kamenets-Podolskiy, Amvrosievskiy,
Ivano-Frankovsk and Krivoy Roh cement
works, crushed granite with fraction of 5 -
20 mm from Klesovskiy open-cast mine and
quartz sand from Polyanskiy sand-pit
Mk = 1.85, crushed granite with fraction of 5- 20 mm from Hnivanskiy works and quartz
Dnieper sand Mk = 1.34, Samborskiy gravel
with fraction of 5-20 mm and Yasinetskiy
sand Mk = 1.19. Samples of 10-10-10 cm size
were tested at 28 days of normal
hardening.Test results are presented in the
table 4.3.2.Having averaged out and unified the
data obtained we shall receive an equation
of concrete strength dependency on
compression and bending strength:+ kuRuu) (4.3.2)где ku = 8,2. where кu = 8.2.Если обозначить (R° +kuR") как ком- Should we express №' + kB Я “) as anплексный показатель прочности ( R* ) integrated strength indicator (rk) cementцемента andя;=(r‘+*„*“) (4.3.3)го общеизвестная формула Боломея—
Скрамтаева—Баженова зависимости проч¬
ности бетона от основных факторов при ус¬
ловии сопоставимости методов испытания
цемента и учета прочности цемента при из¬
гибе наполнится большим физическим смыс¬
лом и технологическим содержанием:the well-known formula of Bolomey-
Skramtaev-Ba/.henov of concrete strength
dependence on main factors under condition
of compatibility of cement test procedures
and taking into account bending strength of
concrete would acquire physical meaning
and technological contents:R = AR*(L(/B + K) (4.3.4)Однако для утверждения новой законо¬
мерности необходимо дополнительное под¬
тверждение полученных данных при Ц/В, от¬
личных от 2,5, при.применении заполнителейHowever, in order to prove this
regularity additional confirmation of the
data obtained at C/W different from 2.5
and more fine and coarse aggregates as
Influence of main factors upon the concrete properties159Таблица 4.3.2
Исследование взаимосвязи прочности
цемента и прочности бетона при сжатииTable 4.3.2Correlation of compression and bending
strength of concrete№опытаNumber
of the
testСерия 1 Series 1Серия 2 Series 2Серия 3 Series 3Прочность
цемента, МПаStrength of
concrete, MPaПрочностьбетона,МПаConcreteStrength,MPaПрочность
цемента, МПаStrength of
concrete, MPaПрочностьбетона,МПаConcreteStrength,MPaПрочность
цемента, МПаStrength of
concrete, MPaПрочностьбетона,МПаConcreteStrength,MPaприсжатииcompres¬sionприизгибеbendingприсжатииcompres¬sionприизгибеbendingприсжатииcomp¬ressionприизгибеbending128,74,8634,142,45,9344,651,56,4448,4235,64,2236,650,57,1552,743,76,2543,2361,86,2956,333,14,9133,5465,8140,8460,17,5860,959,26,2252,930,65,1734,7545,45,334545,76,484854,26,6345,9650,36,6452,137,65,1438,560,47,7656,47446,7249,851,86,150,250,85,5243,2853,76,7250,747,96,9751,838,95,6737,8942,16,2448,254,56,7153,442,5640,11049,75,546.440,45,8843,958,46,1148,31139,15,1240,551,65,9346,549,15,3741,61243,46,0747,362,37,1556,836,35,335,71355,26,6657,730,84,6632,140,76,1439,51441,44,9841,6425,7742,443,26,7243,11543,35,9246,344,26,8550,731,54,5833,61652,45,8447,349,95,8146,555,66,3351,41750,57,1154,537,34,9839,341,95,8942,31843,25,5944,250,66,2351,335,85,6738,1R//V= 0,538+3,82 R4U/R4CR/R4C = 0,472+4,12 R47R4°R/R4C= 0,435+3,85 R4U/R4Cболее мелких и более крупных, других усло¬
виях твердения бетона. Поэтому попытаемся
установить количественную зависимость
прочности бетона от основных факторов. Для
удобства обработки данных методом наи¬
меньших квадратов выразим зависимость в
форме уравнения регрессииr/r;=c огде К = аа/а{; а, = А.При проведении эксперимента были ис¬
пользованы материалы, различающиеся по
своим основным свойствам. Изготавливались
образцы со стороной ребра 0,1 м. Тепловая
обработка проводилась в лабораторной про¬
парочной камере. Длительность предвари¬
тельного выдерживания составляла для ма-well as other hardening conditions is
required. That is why we shall try to establish
quantitative concrete strength dependency
on main factors. In order to make data
processing by way of least squares method
more convenient we shall express this
dependency as a regression equation+ a1(/_|/£) (4.3.5)where К - a0/a]; a, = A.During this experiment materials with
different basic characteristics were used.
Samples with the edge of 0.1 mm were
prepared. Thermal treatment has been
done in steam kiln. Duration of
preliminary storage of low-slump and
harsh concrete mixes equaled to 2 h, whereas
160Закономерности влияния основных факторов на свойства бетоналоподвижных и жестких бетонных смесей 2 ч,
а для высокоподвижных — 2,5 ч.Анализ полученных данных (рис. 4.3.1)
подтверждает существенное влияние проч¬
ности цемента при изгибе на прочность бе¬
тона при сжатии. Поэтому представляет ин¬
терес продолжить эксперимент с целью ус¬
тановления коэффициентов расчетной фор¬
мулы.for высокоподвижная бетонная смесь -2.5 h.The analysis of the data obtained (fig.
4.3.1) verifies significant influence of
bending strength of concrete on the
compression strength. It seems quite
reasonable to continue the experiment in
order to define coefficients of design
equation.30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60Прочность цемента при сжатии R, МПа
Compressive cement of concrete, R, MPaРис. 4.3.1. Зависимости прочности бетона
при сжатии от прочности цемента при изгибе
и сжатии при Ц/В = 2,5Учитывая некоторую неопределенность в
оценке качества заполнителей, условимся,
что под высококачественными будем пони¬
мать фракционированный гранитный ще¬
бень с максимальной крупностью до 40 мм
и формой, близкой к правильному много¬
граннику, и песок мелкий, крупный или сред¬
ней крупности (водопотребность по уточ¬
ненной методике проф. Ю. М. Баженова 7—
8 %) с общим средним содержанием глинис¬
тых и пылевидных примесей до 1%. Заполни¬
тели среднего качества — гранитный и из¬
вестняковый щебень, щебень из гравия с мак¬
симальной крупностью до 40 мм с содер-Fig.4.3.1. Compression strength of
concrete dependency on bending and
compression strength of cement at C/W=2.5Taking into consideration
uncertainty concerning aggregate
quality assessment let us settle that under
high-quality we should imply graded
crushed granite with maximal size of up
to 40 mm and the shape close to regular
polyhedron and fine, medium or coarse
sand (water requirement according to
improved method of Y. M. Bazhenov 7 -
8%) with overall average contents of
argillaceous and powder-like admixture
equal to 1%. Aggregates of average
quality are crushed granite and crushed
limestone, gravel with the maximal size
Influence of main factors upon the concrete properties161жанием глинистых и пылевидных частиц до2 %, зерен игловатой и пластинчатой фор¬
мы до 30 %, песок средней крупности, круп¬
ный или мелкий с содержанием глинистых
и пылевидных частиц до 3 %. Заполните¬
ли удовлетворительного качества — гра¬
вий или щебень из гравия с содержанием
глинистых и пылевидных частиц до 3 %
или гранитный щебень с содержанием зе¬
рен пластинчатой и игольчатой формы до
45 %, песок мелкий или очень мелкий с со¬
держанием глинистых и пылевидных час¬
тиц до 5 %. Прочность заполнителей выше
прочности бетона не менее чем в 1,5 раза.
Такое разделение, конечно, условное и не
очень точное, но при отсутствии интег¬
рального показателя качества заполните¬
лей другой, более простой классификации
просто нет.Как эталонные примем заполнители
высококачественные: мытый фракциони¬
рованный гранитный щебень Клесовско-
го карьера фракции 5—20 мм, славутский
песок с Мк = 2,26 водопотребностью 7,4
%; среднего качества: щебень из гравия Не-
полоковского карьера фракции 5—20 мм с
содержанием глинистых и пылевидных при¬
месей до 1 % и гранитный щебень Гниваньс-
кого щебзавода фракции 5—20 мм с содер¬
жанием зерен пластинчатой и игольчатой
формы до 30 %, глинистых и пылевидных
примесей до 2 %, кварцево-полевошпатный
песок Неполоковского карьера с Мк = 2,64
водопотребностью 7,9 %, содержанием гли¬
нистых и пылевидных примесей до 2 % и
кварцевый днепровский песок с Мк = 1,36,
содержанием глинистых и пылевидных ча¬
стиц до 2 %; удовлетворительного качества— гравий самборский фракции 5—40 мм с
содержанием глинистых и пылевидных час¬
тиц до 2,5 %, щебень из доломитизирован-
ного известняка Каменец-Подольского ка¬
рьера с содержанием глинистых и пылевид¬
ных примесей до 4 %, кварцевый песок По¬
лянского карьера с Мк = = 1,02 (водопот-
ребность 8,8 %) и содержанием глинистых и
пылевидных частиц до 3 % и кварцевый яси-
нецкий песок с Мк = =1,17 (водопотребность
10,3%), содержанием глинистых и пылевид¬
ных частиц до 3%.of up to 40 mm, the contents of argillaceous
and powder-like admixture equal to 2%, that
of needle-shaped and platelet-shaped grains
up to 30%, medium, coarse or fine sand with
the contents of argillaceous and powder-like
admixture equal to 3%. Aggregates of
satisfactory quality are the one containing
gravel or crushed gravel with the contents of
argillaceous and powder-like admixture equal
to 3%, or crushed granite with the contents of
needle-shaped and platelet-shaped grains of
up to 45%, fine or super fine sand with the
contents of needle-shaped and platelet-shaped
grains of up to 5%. Strength of aggregate is
higher than that of concrete 1.5 times. Such
division is conditional and not quite accurate;
however, in the absence of integral aggregate
quality figure there is no other, simpler
classification at all.We shall define high-quality aggregates as a
reference ones: washed graded crushed granite
from Klesovskiy open-cast mine with fraction of 5- 20 mm, slavutskiy sand Mk=2.26 and water
requirement 7.4%; average quality aggregates:
crushed gravel from Nepolokovskiy open-cast
mine with fraction of 5 - 20 mm, contents of
argillaceous and powder-like additives being less
than 1%, crushed granite from Hnivanskiy
works with fraction of 5 - 20 mm, contents of
needle-shaped and platelet-shaped grains of up to
30%, argillaceous and powder-like additives of
up to 2%, quartz feldspar sand from
Nepolokovskiy open-cast mine with Mk = 2.64
and water requirement of 7.9%, contents of
argillaceous and powder-like additives of up to
2% and quartz dnieper sand with Mk = 1.36 and
contents of argillaceous and powder-like
admixtures of up to 2%. Aggregates of
satisfactory quality: samborskiy gravel with
fraction of 5 - 40 mm with the contents of
argillaceous and powder-like additives of up to
2.5%, crushed dolomitic limestone from Kamenets-
Podilskiy open-pit with the contents of argillaceous
and powder-like additives of up to 4%, quartz sand
from Polyanskiy open-cast mine with Mk = 1.02
(water requirement 8.8%) and contents of
argillaceous and powder-like additives of up to
3% and quartz yasinetskiy sand with Mk=1.17
(water requirement 10.3%), contents of argillaceous
and powder-like particles of up to 3%.
162Закономерности влияния основных факторов на свойства бетонаДля упрощения приведения данных в со¬
поставимый вид исследовались цементы Здол-
буновского и Николаевского заводов, а за¬
тем уточнялись выборочные данные для це¬
ментов других заводов. На основании обра¬
ботки экспериментальных данных получены
ориентировочные значения коэффициентов к
расчетной формуле (табл. 4.3.3).Преимущество описанного исследования
состоит в том, что его результаты легко вос¬
производятся по предложенной методике и для
других материалов и условий твердения бето¬
на с уточнением всех коэффициентов. Необ¬
ходимо еще раз подчеркнуть, что приведенные
в табл. 4.3.3 коэффициенты, безусловно, ори¬
ентировочны, так как получены путем интер¬
поляции, округления и унификации значений
на основании обработки различных групп дан¬
ных методом наименьших квадратов. Кроме
того, любое исследование не может охватить
все многообразие материалов и условий твер¬
дения, поэтому значения коэффициентов А и
К так же изменчивы, как и свойства применя¬
емых материалов и условий твердения. Цель
нашего исследования — получение не строго
определенных значений коэффициентов (такая
работа актуальна только для определенного
предприятия или региона), а установление за¬
кономерностей и их ориентировочная оценка
для наиболее массовых материалов и условий
твердения.Сравнительный анализ показывает, что по¬
лученные зависимости и результаты опытов в
целом хорошо корреспондируются с данными
проф. Ю. М. Баженова при высоких значениях
прочности цемента при изгибе, а с данными
бывшего Всесоюзного научно-исследовательс¬
кого института железобетонных конструкций и
изделий (ВНИИЖелезобетон) — при низких.
При Ц/В > 2,6 расхождения с данными ВНИИ¬
Железобетон, по-видимому, связаны с исполь¬
зованием заполнителей различной прочности и
принятым масштабным коэффициентом для
образцов со стороной ребра 0,1 м. Расхождения
с данными НИИЖБ и ВНИИЖелезобетон при
тепловой обработке объясняются также несопо¬
ставимостью показателей прочности цемента
при изгибе. Вместе с тем углубленный анализ по¬
казывает и существенные расхождения в пока¬
зателях прочности бетона в возрасте 28 сут, чтоIn order to make it easier to put the data
into compatible state cements from
Zdolbunovskiy and Nikolaevskiy works
were investiga ted. Later on selected data
for cements from other works were specified.
Based of the empirical data processing
estimated coefficients for design formulae
were acquired (table 4.3.3).The advantage of the research described
lies in the fact that its results are easily
reproducible according to suggested method
for other 'materials and hardening
conditions, adjustment of coefficients being
possible. It should be stressed again that the
coefficients cited in the table 4.3.3. are
approximate since they are obtained by way
of interpolation and unification of values
based on the processing of various groups of
data by means of the least-squares method.
Besides, any research cannot cover the
diversity of materials and hardening
conditions; that is why values of coefficients
A and К are inconstant as well as the
properties of materials being used and
hardening conditions. The objective of our
research is to determined approximate values
of coefficients (it is essential for specific
enterprise or region), determine the
regularities and their approximate
assessment for the most popular materials
and hardening conditions.Comparative analysis shows that the
dependencies obtained and test results in
general correspond to the data of prof. Y.
M. Bazhenov under haigh values of bending
strength of concrete, and with the data of the
former all-Union Research Institute of
ferroconcrete constructions (AURIFCC) -
at low values. At C/W being more than 2.6
the divergency with the results of AURIFC
are, probably, connected to application of
aggregates with various strength and
assumed scale parameter for samples with
the edge of 0.1 m. Discrepancy between the
data of RIFCI and AURIFCC under thermal
treatment might be explained by the
incompatibility bending strength values. At
the same time in-depth analysis confirms
significant difference in values of concrete
strength at 28 days, which might be
Influence of main factors upon the concrete properties163Таблица 4.3.3
Ориентировочные значения коэффициен¬
тов А (над чертой) и К (под чертой)
зависимости прочности бетона при сжатии
от основных факторовTable 4.3.3Approximate values of coefficients A (over the
line) and К (below the line) of compressive
strength of concrete dependency on main
factorsХарак¬терис¬тиказапол¬ните¬лейChara¬
cteristics
of the
aggre¬
gatesКоэффициенты А (над чертой) и К (под чертой) при условиях твердения
Coefficients A (over the line) and К (below the line under hardening conditionsНор¬
маль¬
ное
твер¬
дение
28 сут,
А/КRegu¬
lar
harde¬
ning,
at 28
days,
А/КТепловая обработка при общей длительности, ч
Thermal treatment duration, h79111316608595608595608595608595608595Высоко¬качест¬венныеHigh-quality0,23-1-0,90,32-0,850,25-0,90,31-0,80,33-0,750,26-0,850,32-0,70,34-0,850,27-0,80,33-0,850,34-0,80,28-0,750,34-0,60,34-0,60,265-0,5Средне¬
го каче¬
стваMediumquality0,22-1,050,28-0,95QJ-0,90,24-0,95-0,850,31-0,80,25-0,90,31-0,750,32-0,70,26-0,80,32-0,70,33-0,650,27-0,750,33-0,650,33-0,650.25-0,5Удовле¬
твори-
тельно¬
го каче¬
стваSatisfactoryquality0,21-1,10,27-10,26-0,960,22-10,29-0,9-0,850,23-0,9(L3-0,80,31-0,750,24-0,80,31-0,750,32-0,70,25-0,750,32-0,70,32-0,70.23-0,5можно объяснить разным качеством запол¬
нителей. Однако, как показывает сравнение,
такие расхождения наблюдаются только с
последними данными НИИЖБ, которые про¬
тиворечат их же аналогичным данным бо¬
лее ранних исследований.Таким образом, на основании наших ис¬
следований установлено, что при сопоста¬
вимых методах испытания цемента зависи¬
мость прочности бетона от основных фак¬
торов (в том числе и при тепловой обработ¬
ке) может быть выражена уточненной фор¬
мулой Боломея—Скрамтаева—Баженова:explained by different quality of the
aggregates. However, comparison shows
that such discrepancies are observed only
when considering the RIFCI data, which
contradicts similar data based on their
earlier tests.Therefore, based on our investigation
we can state that at compatible concrete test
procedures dependency of concrete strength
on main factors (in the process of the thermal
treatment as well) might be expressed by
improved Bolomey- Skramtaev-Bazhenov
formula:R= A (R цс + kuR;)(U,/B + K),(4.3.6)
164Закономерности влияния основных факторов на свойства бетонагде А и К —экспериментальные коэффициен¬
ты, зависящие от свойств заполнителей и ус¬
ловий твердения бетона;Лцс, V — прочность цемента при сжатии
и изгибе;ки — коэффициент взаимосвязи прочности
цемента при сжатии и изгибе;к = 7,9—8,5 (ориентировочно ки = 8,2);Лц° + ки Яци = КЦК— комплексный показа¬
тель прочности цемента.По результатам экспериментальных иссле¬
дований была сделана попытка установить
влияние основных факторов состава на проч¬
ность бетона при осевом растяжении. Проти¬
воречий по этим данным в литературе почти
нет, что объясняется не столько их отсутстви¬
ем, сколько небольшими объемами иссле¬
дований.Для уточнения влияния основных факто¬
ров на прочность бетона при осевом растяже¬
нии использованы те же материалы, что и для
исследований прочности при сжатии.После обобщения и систематизации ре¬
зультатов экспериментальных исследований,
округления и унификации коэффициентов по¬
лучена зависимостьДР = APRnuсогласно которой для высококачественных
заполнителей Ар = 0,16, К = 0,55; среднего
качества — Ар = 0,14, К = 0,5; удовлетвори¬
тельного качества — Ар - 0,12, К = 0,45.При этом к заполнителям удовлетвори¬
тельного качества в данном случае относился
не только гравий, но и щебень с максималь¬
ной крупностью более 30 мм, щебень с содер¬
жанием зерен игольчатой и пластинчатой фор¬
мы более 30 %.Анализ данных показывает, что основны¬
ми факторами, влияющими на прочность бе¬
тона при осевом растяжении, являются проч¬
ность цемента при изгибе и общая площадь
контакта растворной составляющей с круп¬
ным заполнителем. С увеличением крупности
крупного заполнителя более 20 мм прочность
бетона при осевом растяжении снижается, а
при уменьшении крупности до 10 мм — незна¬
чительно увеличивается. Эти результаты в
общем, не касаясь конкретных величин, со¬
ответствуют выводам многих работ. Вместеwhere A and К - are trial coefficients
depending only on the properties of
aggregates and hardening conditions;R;, Rnu - compression and bending
strength of cement;k - correlation coefficient of compression
and bending strength of cement;k = 7.9 - 8.5 (approximate ku =8.2);/у + ku Ruu = RuK - compiex cement
strength indicator.An atterppt has been done to determine
the influence of main factors of concrete mix
on the axial tensile strength of concrete based
on the results of the experimental
investigation. There are no contradiction in
the literature concerning this data which is
explained not so much by their absence as by
the small-scale nature investigations.In order to ascertain the influence of the
main factors on axial tensile strength of
concrete the same materials have been used
as for compression strength test.Having generalized and systematized the
obtained results of experimental investigation,
rounded off and unified the coefficients we
received the following equation:(Ц/В + К), (4 3 7)according to which for high-quality
aggregates Ap=0A6, K= 0.55; for medium
quality Ap=0A4, K=0.5; and satisfactory
quality - Лр=0.12, A=0.45.At the same time, to aggregates with
satisfactory quality we allocate gravel and
crushed stone with maximal size of more
than 30 mm, with the contents of needle¬
shaped and platelet-shaped grains more
than 30%.The analysis of the data shows that the
main factor affecting the axial tensile
strength of concrete are bending strength
of cement and overall contact area of
mortar component with coarse aggregate.
The axial tensile strength of concrete is
going down while increasing the size of
the coarse aggregate to more than 20 mm,
whereas it goes significantly up while
decreasing the size of the coarse aggregate
to 10 mm. These results in general
correspond to the conclusions drawn in lots
Influence of main factors upon the concrete properties165с тем отсутствие в литературе многих исход¬
ных данных не позволяет провести достаточ¬
но полно сравнительный анализ результатов
экспериментального исследования.Нами установлено, что между прочностью
бетона нрн осевом растяжении и сжатии нет
строгой взаимосвязи. Поэтому принятые в нор¬
мативных документах по проектированию же¬
лезобетонных конструкций данные требуют су¬
щественного уточнения в сторону уменьшения
нормативных и расчетных характеристик проч¬
ности бетона при осевом растяжении для бето¬
на на ipaBini, крупном заполнителе с макси¬
мальной крупностью более 30 мм и при со¬
держании зерен пластинчатой и игольчатой
формы более 30 %.of other articles. At the same time the
absence of input data in the literature does
not allow for comprehensive comparative
analysis of test results.We have defined that there is no distinct
correlation between the axial tensile strength
and compression strength of concrete. That
is why the data assumed hi the normative
documents oil structural design of
ferroconcrete constructions should be
reduced as well as the design performance of
axial tensile strength of concrete based on
gravel and coarse aggregate with the
maximal size of 30 mm and with the
contents of needle-shaped and platelet¬
shaped grains more than 30%.Puc. 4.3.2 Зависимость прочности бетона
o r Ц/ВТаким образом, на основании проведенных
исследований установлено и эксперименталь¬
но подтверждено существенное влияние на по¬
казатели прочности бетона методики испыта¬
ния цементов и прочности цементов при изгибе,
что наглядно иллюстрируется рис. 4.3.2.Несмотря на неоспоримую новизну прове¬
денного исследования, оно было бы неполным
без более глубокой связи с рассмотренными в
главе 3 теоретическими моделями бетона.Fig. 4.3.2 Concret strength ependence
on C/WTherefore, based on the tests
conducted significant impact of cement
and bending strength of cement test
procedures on the index of concrete
strength, which is illustrated in the fig.
4.3.2.Despite the indisputable novelty of
investigation conducted it would not be
complete without the close coupling with the
models of concrete examined in the chapter 3
166Закономерности влияния основных факторов на свойства бетонаХотя и цементно-водное отношение, и по¬
казатели прочности цемента являются до¬
вольно представительными факторами для
прогнозирования прочности бетона, они не¬
достаточно полно отражают физическую мо¬
дель объекта исследования. На наш взгляд,
влияние основных факторов на прочность
бетона следовало бы, в соответствии с тео¬
ретической моделью, рассматривать через
объемную составляющую и прочность связу¬
ющего, в частном случае цементного, а проч¬
ность связующего — через объемную состав¬
ляющую в нем вяжущего. С этих позиций пред¬
ставляет интерес следующий эксперимент.Для его проведения использовался порт¬
ландцемент Каменец-Подольского цементно¬
го завода. Опыты дублировались при сопос¬
тавимых составах бетона и на других цемен¬
тах. Как показано ниже, влияние цемента за-
вода-изготовителя в данном эксперименте не
играет существенной роли. На первом этапе
исследований изучалось влияние доли связу¬
ющего по абсолютному объему на прочность
цементного камня. Выяснилось, что макси¬
мальная прочность цементного камня дости¬
гается при содержании вяжущего в связующем
60—65 % по абсолютному объему, т. е. при
В/Ц = 0,2. На эти результаты, можно было бы
и не обратить внимания, если бы ни одно об¬
стоятельство...Попытаемся исследовать: как влияет объем
связующего в бетоне на его прочность? Резуль¬
таты испытаний приведены в табл. 4.3.4.Следует заметить, что 9—11 серии опы¬
тов при содержании связующего по абсо¬
лютному объему 38% нами были поставле¬
ны специально в соответствии с выдвину¬
той гипотезой. И только теперь, когда она
подтвердилась, можно утверждать, что
максимальная прочность бетона достигает¬
ся нрп содержании в нем связующего по аб¬
солютному объему примерно 38 % общего
объема и доле вяжущего в связующем при¬
мерно 62 %, т. е. налицо правило “золотой
середины”.Является ли данное утверждение открыти¬
ем? Трудно поверить, что за тысячелетия при¬
менения бетона такую закономерность не за¬
метили ранее. Вполне возможно, что автор
“изобрел велосипед"; и проанализировав сот¬
ни литературных источников, не заметил в ка-Though both C/W and index of concrete
strength are representative enough for the
purpose of concrete strength prediction, they
do not fully reflect the physical model of the
subject of inquiry. In our mind, impact of
main factors on the strength of concrete
should, according to the theoretical model,
be considered in terms of volume component
and binder strength, in this case of cement
one, whereas the strength of the coupling
agent should be considered in terms of
astringent volume component. From this
standpoint the following example is of interest.In order to conduct this experiment we
made use of the protland cement produced
at Kamenets-Podolskiy cement works. Tests
have been duplicated on other cements,
concrete mixes being compatible. As it is
shown below impact of cement from certain
manufacturing plant has no significance at
all. At the first stage the influence of binder
proportion in terms of absolute volume on
concrete stone strength has been studied. It
was determined that the maximal strength of
cement stone is achieved at the binder
contents in the coupling agent equal to 60 -
65% in terms of absolute volume, i.e. at
C/W = 0.2. We might not pay attention to
this, but for one fact...Let us examine the influence of coupling
agent volume in concrete on its strength. Test
results are presented in the table 4.3.4.It should be mentioned that test series 9 -11 at the contents of the coupling agent in
terms of absolute volume equal to 38% were
inserted on purpose according to the
hypothesis stated. Now when it was confirmed
we can state that the maximal strength of
concrete is achieved when the contents of the
coupling agent in terms of absolute volume
equals approximately to 38% of the total
volume and the share of binder in thecoupling
agent is approximately 62%, i.e. the rule of
“the golden mean” is available.Is that statement open-ended? One
can hardly believe that for thousands of
years of concrete application this
regularity was not noticed earlier. It is
quite possible that the author “devised a
bicycle"; having analyzed hundreds of
Influence of main factors upon the concrete properties167Таблица 4.3.4Влияние Ц/В на прочность бетона при различ¬
ной концентрации связующегоком-то старом трактате такое важное откры¬
тие. Но если это так, то почему о нем замалчи¬
вали в учебных пособиях и современных моно¬
графиях по бетоноведению. Если в течение 100
лет исследователи не смогли объяснить, поче¬
му при равных значениях В/Ц и активности це¬
мента прочность бетона отличается на 30—60
% и почему при правильно откорректирован¬
ном составе бетона бетонная смесь в одних слу¬
чаях запесочена, в других — содержит много
крупного заполнителя, то почему они должны
были заметить эту закономерность?Первые два открытия принадлежат, без со¬
мнения, автору, о чем свидетельствуют первые
публикации и патенты на изобретения. Автор¬
ство же последнего оставим под вопросом. В
конце концов, вполне возможно, что новым
может оказаться хорошо забытое старое.Table 4.3.4
C/W I influence on concrete strength at
different contents of the binderliterary sources he didn’t noticed this
important discovery in the ancient treatise.
However, if it is really so why it was silenced
in the manuals and articles on concrete
studies. If in the course of 100 years the
scientists could not explain why at similar
values of CAV and cement activity concrete
strength varies by 30 - 60% and why at
correctly adjusted concrete mix in some
cases it is oversanded while in the others
contains too much coarse aggregates, then
why should they have noticed this regularity?First two discoveries, no doubt, belong
to the author, of which first publications
and patents is an evidence. Authorship of
the latter we shall leave undecided. After
all it is quite possible, that new thinge are
well forgotten old ones.№серииопытовNumbe
r of test
seriesОбъем
связую¬
щего, %Bindervolume,%Расход
цемента/
расход водыCementconsumption/waterconsumptionПрочность бетона при сжатии при использовании цементов заводов
Compressive strength of concreteКаменец-ПодольскогоKamenets-
Podilskiy
cement worksЗдолбунов-скогоZdolbunovski
у cement
worksНиколаев¬скогоNikolaevskiy
cement worksДнепродзер¬жинскогоDneprodzerz
hinskiy
cement worksБалаклей-скогоBalakleiskiy
cement works12530015233,434,530,632,836,223036018231,632,929,329,533,433041216545,846,542,743,548,643548318343,143,239,840,945,953553017756,257,852,352,158,864060620252,553,749,147,656,474065318766,268,362,160,768,384573521061,163,357,354,066,293864816875,779,872,473,381,7103876013260,559,356,257,460,5113871914396,9100,688,385,1104,3
168 Закономерности влияния основных факторов на свойства бетона4.4. Исследование влияния основных
факторов на проницаемость и
противоморозные свойства бетонаПрежде чем перейти к изложению резуль¬
татов исследований, еще раз оговорим основ¬
ные термины и понятия. Под проницаемостью
нами понимается газо- (в том числе и возду¬
хопроницаемость), а под противоморозными
свойствами — свойства свежеотформованно-
го бетона и его морозостойкость в стандарт¬
ных понятиях и определениях.Влияние основных факторов на прочность,
проницаемость и морозостойкость бетона изу¬
чено достаточно полно. Вместе с тем отдель¬
ные аспекты этой проблемы недостаточно
конкретизированы и ясны, а количественные
зависимости довольно расплывчаты. Чтобы
не повторять ранее опубликованные нами и
другими авторами исследования, обобщим
известные положения и выводы.Во-первых, попытаемся четко ответить
на вопрос: как влияет тепловая обработка на
прочность, морозостойкость и водонепрони¬
цаемость бетона, и попытаемся еще раз оп¬
ровергнуть общеизвестное отрицательное
мнение. Проведенные нами и другими авто¬
рами исследования дают однозначный ответ:
в условиях мягких режимов тепловлажност-
нои обработки (предварительное выдержнва-
ние 3-6 ч, скорость подъема температуры не
более 12—15 °С/ч, температура изотермичес¬
кой выдержки не выше 72 °С) при Ц/В бетон¬
ной смеси более 2 на низко- и среднеалюми-
иатиых цементах прочность и морозостой¬
кость бетона но сравнению с бетоном, твер¬
деющим в условиях нормального твердения,
не снижается. А для малоподвижных и жест¬
ких бетонных смесей при Ц/В >2,5 при ис¬
пользовании низкоалюминатных цементов
наблюдается существенное (на 10—25%) по¬
вышение прочности и морозостойкости по
сравнению с бетоном нормального тверде¬
ния. Отклонения же проницаемости находят¬
ся в пределах ошибки опыта, и в запроект-
ном возрасте в условиях естественного твер¬
дения не наблюдается существенной разни¬
цы. Приведенные в табл. 4.4.1 фрагменты эк¬
спериментальных данных подтверждают из¬
ложенное.4.4. Study of the main factors
impact on permeability and
antifreezing properties of concreteBefore passing on to expounding
the test results let us agree to the basic
terms and notions. Under permeability we
understand gas- (including air-)
permeability; and antifreezing properties
are the properties of concrete as-formed and
its frost-resistance in standard notions and
definitions.vIn fluence of main factors on strength,
permeability and frost resistance of
concrete is studied quite well. At the same
time some aspects of this issue are not
defined concretely and quantitative
dependencies are quite vague. In order not
to repeat the research published by others
and me before I shall generalize all known
statements and conclusions.First, we shall try to an answer the
question in what way thermal treatment
influences the strength, frost resistance and
impermeability to water; we shall try to deny
once more well known negative opinion.
Research described in this monograph and
many others give unambiguous answer:
under conditions of mild thermal and
humidity processing modes (preliminary
exposure during 3 - 6 h, rate of temperature
increase not more than 12 - 15°C/h,
temperature of isothermal exposure not
higher than 72°C) at C/W ratio of concrete
mix (based on low-aluminate and medium
aluminate cements) more than 2, strength and
frost- resistance of concrete, as compared to
concrete hardening under regular conditions,
does not decrease. For low-slump and harsh
concrete mix at C/W ratio more than 2.5,
significant (by 10 - 25%) increase of strength
and frost resistance is observed while utilizing
low aluminate cements as compared to the
concrete with regular hardening. Deviations
of permeability range within the error of the
test and at the age beyond the design one no
significant deviations are observed under
conditions of regular hardening. Fragments
of empirical data presented in the table 4.4.1
prove the above mentioned statement.
Таблица 4.4.1
Влияние тепловлажностной обработки на основные
свойства бетонаTable 4.4.1Influence of thermal and humidity processing upon the main
properties of concreteХарактеристика цемента
Characteristics of cementЦ/ВC/WПоказатели основных свойств бетона в возрасте 28 сут при твердении
Indices of basic properties of concrete at 28 days at hardeningЗавод-изготовитель,видManufacturing plantСодер¬жаниеСзА, %
Contents
of СзА,%В нормальных условиях
Under regular conditionsПри тепловлажностной обработке по режиму
(3) +4+4+3 при 70 °С
Under thermal and humidity processing
according to the (3)+4+4+3 mode at 70 СПрочность при
сжатии, МПа
Compression
strength, MPaМорозо¬стойкостьFrostresistanceВодонепрони¬
цаемость, МПа
Impermeability to
water, MPaПрочность при
сжатии, МПа
Compression
strength, MPaМорозо¬стойкостьFrostresistanceВодонепроницае¬
мость, МПа
Impermeability to
water, MPaВоскресенский портландцемент
марки 500Voskresenskiy portland cement, brand 5009,61,523,4500,221,8500,2357,62001,660,12001,6Здолбуновский портландцемент марки
500Zdolbunovskiy portland cement brand 5005,81,522,8750,224,11000,2354,83001,661,53001,6Кам.-Подольский портландцемент
марки 500
Kamyanets-Podilskiy portland cement,
brand 5008,41,521,3500,221,5500,2355,93001,657,83001,2Николаевский портландцемент с
минеральными добавками марки 400
Nikolaevskiy protland cement with mineral
aditives, brand 4008,91,520,7500,220,3500,2346,52001,648,12001,2Днепродзержинский шлакопорт¬
ландцемент марки 400
Dneprodzerzhynskiy Portland blastfurnace
(slag) cement, brand 4008,21,519,1250,219,7250,2347,81001,649,91001,2Старооскольский
шлакопортландцемент марки 400
Starooskolskiy Portland blastfurnace (slag)
cement, brand 4008,51,518,4——19,4——345,3751,244,2751,2«3Influence of main factors upon the concrete properties
170Закономерности влияния основных факторов на свойства бетонаСложившееся мнение о более низком ка¬
честве бетона, подвергнутого тепловлажно¬
стной обработке, скорее всего, относится к
бетонам, изготовленным на высокоалюминат-
ных цементах при высоком В/Ц и твердевшем
в условиях форсированных режимов прогре¬
ва. Вместе с тем рассмотренное относится к
условиям твердения бетона при низкой отно¬
сительной влажности и электропрогреве. В
этих условиях, действительно, все показате¬
ли свойств тяжелых бетонов на плотных за¬
полнителях по сравнению с твердевшими в
условиях нормального твердения ниже на
10—30%, а проницаемость и морозостойкость
в отдельных случаях — в 2—3 раза.Весьма интересен вопрос твердения бето¬
на при отрицательных температурах. До сих
пор в мировой научной литературе идут об¬
суждения результатов исследования проф.
И.А.Кириенко и его зарубежных коллег, вы¬
полненных в 20—30-х годах XX в. Выводы
проф. И.А.Кириенко и многих других иссле¬
дователей однозначны: при благоприятных (?— Авт.) условиях отрицательные температу¬
ры для растворов и бетонов с высоким В/Ц не
только не приводят к понижению, а наоборот,— улучшают качество бетона. При всем ис¬
креннем желании подтвердить эти выводы и
даже попытаться выдвинуть свою научную ги¬
потезу труд автора оказался безрезультатным:
все образцы, замороженные при температуре
ниже —10 °С, через 28 сут после оттаивания
рассыпались в руках. Причем тем легче, чем
выше В/Ц раствора и бетона. В то же время
образцы, твердевшие при давлении выше 0,1
МПа, показывали обнадеживающие результа¬
ты. Может, старшие коллеги автора об этом
умолчали или в их лабораторных и производ¬
ственных условиях были другие “благоприят¬
ные” условия, пока остается загадкой. Безус¬
ловно, феномен твердения цементных бетонов
и растворов при отрицательных температурах
должен быть в дальнейшем изучен более глу¬
боко в связи с вещественным составом цемен¬
тов и их тепловыделением, массивностью кон¬
струкций и другими факторами. Однако по
данным наших исследований можно утверж¬
дать, что раннее замораживание бетона без до¬
полнительных мер (разогрев, противомороз-
ные добавки и т. п.) приводит к резкому сни-Current opinion about low quality of
concrete that underwent thermal and
humidity treatment refers mostly to concrete
produced on the basis of high aluminate
cement with high C/W being hardened under
conditions of forced warming-up practices.
At the same time this does not refer to
conditions of concrete hardening at low
relative humidity and electric curing. Under
these conditions, indeed, all indices of
properties of heavy-weight concrete on dense
aggregates are lower by 10 - 30%, and
permeability and frost resistance, in some
cases, 2-3 times less than that of the ones
hardened under regular conditions.The issue of concrete hardening at
negative temperatures is of special interest.
Results of the tests conducted by prof. I.
A. Kirienko in the 20s - 30s of the XX c.
are still hotly debated. The conclusions
drawn by prof. I. A. Kirienko as well as by
many others are unambiguous: under
favourable conditions (? - author) for mixes
and concrete with high C/W, negative
temperatures do not only reduce but also,
on the contrary, improve the quality of
concrete. All the attempts by the author of
this monograph to confirm these
conclusions and even to state his own
hypothesis turned out to be in vain: all
samples frozen at the temperature of-10°
С after 28 days of defrosting fell to pieces.
The higher the C/W of concrete mix and
the mortar the easier it was. At the same
time the samples hardened under the
pressure of 0.1 MPa and higher showed
encouraging results. It might happen that
elder colleagues silenced it or there were
other “favourable” conditions during
laboratory tests and working environment.
No doubt, phenomenon of cement concrete
hardening under negative temperatures
should be studied in-depth in view of
substantial contents of cements and their
thermal flux, massivenes of construction
and other factors. However, according to
data obtained during our investigation it
is possible to state that early freezing of
concrete without additional measures
(warming-up, antifreezing additives, etc.)
Influence of main factors upon the concrete properties171жению его качеств, особенно, морозостойко¬
сти и проницаемости. При этом отрицатель¬
ный эффект тем выше, чем больше водосодер-
жание бетонной смеси (табл. 4.4.2).Таблица 4.4.2Влишше раннего замораживания на оснонпые
свойства бетонаТаким образом, во всех случаях преждев¬
ременное замораживание бетона при темпера¬
туре ниже —10 °С более 6 ч ведет к снижению
его прочности на 15—55 %, а морозостойкос¬
ти и водонепроницаемости — в 2—4 раза. При
хранении же образцов при температуре—20 °С
18 ч происходят необратимые структурные из¬
менения в свежеотформованном бетоне, при¬
водящие к его разрушению уже при 10—15
циклах испытаний на морозостойкость. Кро¬
ме того, резко снижается прочность бетона
при осевом растяжении и сцепление с армату¬
рой.leads to sharp decline of its properties
especially frost resistance and permeability.
The higher the water content of concrete
mix the higher negative effect is (table 4.4.2).Table 4.4.2
Early freezing impact on basic
properties of concreteTherefore, in all cases early freezing of
concrete at the temperature below -
10° С for more than 6 hours leads to
reduction of its strength by 15 - 55% and
frost resistance and impermeability to water
-2-4 times. During storage of samples at
the temperature of-20°C for 18 h irreversible
structural changes take place in the concrete
as-formed, resulting in its disintegration
during 10-15 frost resistance test cycles.
Besides, concrete strength at axial tensile
strength and cohesion with ferro-concrete
reinforcement sharply decreases.Вид цемента
Type of cementВ/Цбето¬наW/Cofconc¬reteТемпе¬ратура,°CTempe¬rature,°CВыдержка при
отрицательной
температуре
в образцах, чExposure under
negative tempe¬
rature of the
samples, hПоказатели основных свойств бетона по сравнению
с твердением в нормальных условиях, %Indices of basic properties of concrete as compared to
the hardening under regular conditions, %Прочность при сжатии
Compression strengthМорозо¬стойкостьFrost resis¬
tanceВодонепрони¬цаемостьImpermeability
to waterПортланд¬цементPortlandcement0,67-10686,266,7501276,8500-20664,95001252,633,300,4-10692,31001001282,366,775-20'679,466,7501259,15025Портландце¬
мент с содер¬
жанием ми¬
неральной
добавки (шлак)
до 30%Portland ce¬
ment with the
contents of mi¬
neral additives
(slag) of up to
30%0,67-10681,366,7501271,3500-20652,25001242,75000,4-10684,775751271,15050-20663,850251245,337,525
172Закономерности влияния основных факторов на свойства бетонаВ связи с изложенным возникает вопрос о
так называемой критической прочности бето¬
на, при которой он может быть заморожен без
ущерба для качества. Нашими исследования¬
ми установлено, что эта величина составляет
не менее 12 МПа. Полученные результаты рас¬
ходятся со многими ранее опубликованными
данными других исследователей. У автора нет
сомнений в достоверности результатов иссле¬
дований других авторов. Скорее всего, расхож¬
дении связаны со свойствами применяемых це¬
ментов ннрншпом В/Ц бетона. К примеру, опуб¬
ликованные в нормативных и методических
документах бывшего Госстроя СССР дашиле
характерны для портландцемента с минераль¬
ными добавками, содержащими до 15 % шла¬
ка, в настоящее же время портландцемент II
типа содержит до 35 % минеральных добавок.
Кроме того, основные исследования за рубе¬
жом и в НИИЖБ Госстроя СССР проводились
на тонкомолотых цементах с высоким тепло¬
выделением, при этом использовались образцы
со стороной ребра 20 см или цилиндры диамет¬
ром 15 см и высотой 15 см. Немаловажны так¬
же значения В/Ц и место измерения температу¬
ры — в образцах или в морозильной камере?Следовательно, проведенное исследова-
inie, хотя и не отличается особой орипшаль-
ностью и научной новизной, но поставило
“все точки над i” и устранило туманность и
расплывчатость ряда известных положений
и выводов.Необходимо ясно представлять, как влия¬
ют основные факторы на морозостойкость и во¬
донепроницаемость бетона. В настоящее время
установлено, что бетоны на высокоалюминат-
ных цементах менее морозостойкие, чем на низ-
коалюминатных. Можно ли из этого делать вы¬
вод, что для получения бетона, к примеру мар¬
ки F100, необходим портландцемент с содер¬
жанием С 3 А менее 5 %? Понятно, что минераль¬
ные добавки в цементе, например опока, шлак
и т. п., в количестве более 10 % снижают моро¬
зостойкость, но повышают коррозионную стой¬
кость и водонепроницаемость бетона. Но мож¬
но ли на основании таких знаний устанавли¬
вать требования к цементам для бетонов с раз¬
личными показателями морозостойкости и во¬
донепроницаемости? Неизвестно, насколько же
снижают морозостойкость бетона повышенноеDue to the above-mentioned the question
arises about the so-called critical strength
of concrete at which it might be frozen
without any damage to the quality. During
our investigations it was determined that this
value equals to 12 MPa. The obtained results
conflict with the ones published earlier by
other scientists. Probably, the difference is
caased by the properties of cement being used
and adopted C/W ratio of concrete. For
instance, the data published in the normative
and methodology documents of the former
State Construction Agency of the USSR is
characteristic of portland cement with
mineral additives containing up to 15% of
slag, whereas at present type II portland cement
contains up to 35% of mineral additives.
Besides, basic research both abroad and at the
RIFCI of the State Construction Agency were
conducted on finely graded cements with high
thermal flux; samples with the edge of 20 cm or
cylinders of 15 cm in diameter and 15 cm of
height were used. Value of C/W and the place
where temperature measures were made are
also of great importance - either in samples or
in the freezing room.Consequently, the research conducted,
though does not differ in originality and
scientific novelty, but it dotted one’s «i’s» and
crossed one’s «t’s». It eliminates obscurity' and
vagueness of some well known regulations and
conclusions.One should have a clear idea about how
basic factors impact frost resistance and
impermeability to water of concrete. At
present it is determined that concrete based
on high aluminate cement is less frost-
resisting than those based on low aluminate
ones. Is it possible to make a conclusion that in
order to produce concrete of the brand FI 00, a
portland cement with the contents of C3A less
than 5% is required? It is obvious that the mineral
additives in cement, for instance, flask, slag,
etc. in the volume of more than 10% decrease
frost resistance but increase corrosion
resistance and impermeability to water. Can
we set the requirements towards cement for
concrete with different values of frost resistance
and water impermeability based on this
knowledge? It is unknown how much increased
Influence of main factors upon the concrete properties173содержание С 3 А в клинкере и минеральных до¬
бавок в цементе. Поэтому нельзя подходить с
одними и теми же мерками, например, к цемен¬
там для аэродромного бетона марки F300 и
бетона общестроительного назначения марки
F200!Итак, как же влияют содержания С3А в
клинкере и минеральных добавок в цементе
на морозостойкость и водонепроницаемость
бетона в конкретных измерениях? В табл. 4.4.3
и 4.4.4 приведены результаты испытаний вось¬
ми цементов, различающихся содержаниями
С3А и минеральных добавок в цементе.В табл. 4.4.4 и в последующих, чтобы не
загромождать информацию, приводится не¬
полный перечень исследованных автором
всех цементов и составов. Вместе с тем их
представительность вполне достаточна. По
результатам наших экспериментальных ис¬
следований при использовании для приготов¬
ления бетона гранитного щебня фракции 5—
20 мм и речного кварцевого песка с Мк =
1,41 можно сделать следующие выводы:contents of С3А in the clinker and mineral
additives in cement decrease the frost resistance.
That is why, it is impossible to approach using
the same measures, for instance, cement for
airfield grade concrete of brand F300 and
general purpose concrete of brand F200!Thus, in what way does the contents of
C3A in clinker and mineral additives in cement
influence the frost resistance and
impermeability to water of concrete in specific
cases? In table 4.4.3 and 4.4.4. test results of
8 cements with different contents of C3A and
mineral additives in cement are cited.Incomplete list of cements and mixes
being investigated is cited in the table
4.4.4 and subsequent ones in order not to
overload the information. At the same time
their representative value is quite high.
According to the results the following
conclusions might be drawn while utilizing
crushed granite of fraction5 - 20 mm and
bank quartz sand with Mt=1.141 for
preparing concrete:Таблица 4.4.3 Table 4.4.3Химико-минеральный и вещественный Chemical-mineral and substantial contents
сое гав цементов of cementsКодCodeЗавод-изготовитель
Manufacturing plantМаркаBrandХимико-минеральный состав
клинкера, %Chemical-mineral contents of clinker, %Минеральные добавки
(шлак) в цементе, %Mineral additives (slag)
in cement, %C3AC3SC2SC4AF1Каменец-ПодольскийKamenets-Podolskiy5008,459,114,913,2—2БалаклейскийBalakleiskiy5008,561,313,814,3—3АмвросиевскийAmvrosievskiy5005,858,517,914,1—4ЗдолбуновскийZdolbunovskiy5007,160,215,312,855ДнепродзержинскийDneprodzerzhynskiy4008,758,516,714,6106ДнепродзержинскийDneprodzerzhynskiy4008,758,516,714,6467КриворожскийKrivorozhskiy4008,959,415,315,1208НиколаевскийNikolaevskiy4009,657,116,213,720
174Закономерности влияния основных факторов на свойства бетонаТаблица 4.4.4.Влияние химико-минерального и веществен¬
ного составов цемента на
морозостойкость и водонепроницаемость
бетонаПримечание. В связи с разной плотностью зерен
цемента сопоставимый объем бетона корректиро¬
вался содержанием песка.♦ при большой капиллярной пористости
(В/Ц > 0,7) ни пониженное содержание С3А,
ни отсутствие минеральных добавок не улуч¬
шают морозостойкость и водонепроницае¬
мость бетона;♦ наличие минеральных добавок действи¬
тельно существенно снижает морозостой¬
кость бетона, но для бетонов с маркой мо¬
розостойкости F100 и F150 совсем ие обяза¬
тельно применять чисто клинкерный порт¬
ландцемент;♦ повышенное содержание С 3 А в клинкере
действительно снижает морозостойкость бе¬
тона, но только при его очень высоких марках
и при больших значениях водопотребности бе¬
тонной смеси.Таким образом,нами конкретизированые и
уточнены известные основные положения о
влиянии химико-минерального и веществен¬
ного состава цемента на морозостойкость бе¬
тона, что позволило сделать такие научно¬
практические выводы:♦ для получения высокоморозостойкнх бе¬
тонов с маркой до F500, в том числе дорож¬
ных и аэродромных с маркой до F200, мриTable 4.4.4
Impact of chemical-mineral and
substantial contents of cement on
concrete frost resistance and
impermeability to waterNote: Due to various density of cement
grains the volume of concrete was adjusted
according to the contents of sand.• In case of high capillary porosity
(C/W > 0.7) neither reduced contents of
C3A nor absence of mineral additives
improve concrete frost resistance and
impermeability to water;• Presence of mineral additives
significantly reduces frost resistance of
concrete, indeed; however, for concrete with
frost resistance brand F100 and F150
application of clinker portland cement is
not mandatory;• Increased contents of C3A in clinker
decreases frost resistance of concrete but
only in case of high brands and at high
values of water requirement of concrete
mix.Therefore, we have specified adopted
regulations about the impact of chemical-
mineral and substantial contents of
cement on frost resistance of concrete. It
allows us to draw the following
conclusions:• in order to produce high frost resistance
concrete of brand up to F500, including road
and airfield-grade concrete of brand up toСостав бетона, кг/м3Марка бетона no морозостойкости (F) и водонепроницаемости (W)
при использовании цементовConcrete mix, kg/mBrand of concrete according to frost resistance (F) and impermeability to
water (W) while utilizing cementsЦементВодаЩебеньПесок12345678CementWaterCrush
ed stoneSandFWFWFWFWkFWFWFWFW260190119073625—25225—252———2———2380192118262515041504150415041004504100410045201981160539500125001260012500123001215016200122001229621611227174452251110576100410041504150445425475475460022811164303001240012400124001220081001215081508
Influence of main factors upon the concrete properties175водосодержании бетонной смеси до 200 кг/
м3 не обязательно использовать низкоалю-
минатные цементы, содержание С3А в клин¬
кере до 8,5 % вполне допустимо;• для бетонов общестроительного назна-
чення с маркой но морозостойкости до F200
включительно при водосодержании бетон¬
ной смеси не более 200 кг/м3 могут быть нс-
пользованы цементы с содержанием С, А в
клинкере до 8,5 и минеральных добавок до
20 %;♦ отрицательное влияние повышенного со¬
держания С , А в клинкере (более 8 %) и мине¬
ральных добавок в цементе (более
20 %) проявляется в смесях с повышенным во-
досодержанием н при высоких марках но мо¬
розостойкости (выше F300).Существенным отличием проведенного ис¬
следования от известных является конкрети¬
зация отрицательного влияния содержания
С,А и минеральных добавок на морозостой¬
кость бетона. Относительно водонепроница¬
емости новые выводы при исследовании не
получены.Остается не до конца понятным следую¬
щий вопрос. Если основное влияние на мо¬
розостойкость бетона оказывает капилляр¬
ная пористость цементного камня, веще¬
ственный и химико-минеральный состав це¬
мента, то при достаточно морозостойких за¬
полнителях следовало бы ожидать одинако¬
вых результатов. Однако всем известно, что
морозостойкость бетона, приготовленного
на гравии, даже достаточно морозостойком
(есть и такой!), оказывается намного ниже,
чем на гранитном щебне, несмотря на то, что
при сопоставимой удобоукладываемости бе¬
тонной смеси и постоянном расходе цемен¬
та капиллярная пористость цементного кам¬
ня в бетоне, приготовленном на гравии, не¬
сколько меньше.Результаты наших экспериментальных
исследований, подтверждают выдвинутую
автором в гл. 3 гипотезу о том, что разру¬
шение бетона при многократном (в прово¬
димых исследованиях более 200 циклов) за¬
мораживании и оттаивании происходитF200 with the water contents of concrete mix
up to 200 kg/m3, application of low
aluminate cements is not mandatory,
contents of C,A in clinker not more than
8.5% is permissible;• in order to produce common purpose
concrete with the frost resistance brand up
to F200 inclusive with the water contents of
concrete mix less than 200 kg/m3, cements
with the C,A contents in clinker up to 8.5% and
mineral additives up to 20% might be used;♦ negative impact of increased contents
of C, A in clinker (more than 8%) and mineral
additives in cement (more than 20%) is
manifested in concrete mixes with high water
contents and in high frost resistance brands
(higher than F300)Current investigation differs from all
known ones in the way that it specified
negative influence of C,A and mineral
additives contents on frost resistance of
concrete. However, new conclusions
concerning water impermeability were not
drawn.The following issue is still not quite
clear. If capillary porosity of cement
stone, substantial and chemical-mineral
contents of cement have a major impact
on frost resistance of concrete then at
frost-resisting aggregates we might have
expected similar results. However,
everybody knows that the frost resistance
of concrete based on gravel even with a
high frost-resistance (there is one!) is
significantly lower than of that based on
crushed granite, despite the fact that at
comparable workability of concrete mix
and constant consumption of cement
capillary porosity of cement stone in
concrete, based on gravel, is somewhat
lower.Current test results support the
hypothesis stated in chapter 3, saying
that disintegration of concrete at
repeated (in the current research there
were more than 200 cycles) freezing and
defrosting takes place due to excessive
176Закономерности влияния основных факторов на свойства бетонавследствие избыточного гидростатического
давлении воды в контактной зоне цементно¬
го камня с заполнителем из-за недостаточнойпрочности их сцепления. Эта гипотеза под¬
тверждается и появлением мозаики на поверх¬
ности бетона, повторяющей очертания зерен
крупного заполнителя. Более наглядный при¬
мер разрушения контактной зоны можно наблю¬
дать при совместном действии периодического
замораживания и оттаивания с многократно по¬
вторяющейся динамической нагрузкой.Много лет ведутся дискуссии о взаимо¬
связи прочности бетона при сжатии, его мо¬
розостойкости и водонепроницаемости. Бе¬
зусловно, при изготовлении бетона на одних
и тех же материалах такая, хотя и не очень
высокая, корреляция есть. В то же время ут¬
верждение об общей взаимосвязи прочнос¬
ти, морозостойкости, а тем более водонеп¬
роницаемости бетона, закрепленное в насто¬
ящее время в нормах проектирования желе¬
зобетонных конструкций, ошибочно. В этом
нетрудно убедиться, сравнив, к примеру, мо¬
розостойкость равнопрочных бетонов, изго¬
товленных на портландцементе и шлако-
портландцементе. Наличие, например,
небольших раковин в бетоне, изготовлен¬
ном из жестких бетонных смесей, при¬
водит к снижению его прочности на
5—15 %, а водонепроницаемости — в 2—3
раза.Во всех научных публикациях отмечается
повышение морозостойкости и водонепроница¬
емости бетона во времени. При этом по данным
разных работ показатели увеличиваются в 2—
5 раз в возрасте бетона 180 и 365 сут по сравне¬
нию с 28-суточным. Нашими исследованиями
подтверждаются факты повышения морозостой¬
кости и водонепроницаемости бетона во време¬
ни, но лишь в 1,2—1,8 раза, причем при хране¬
нии образцов во влажных условиях. При хра¬
нении же образцов в воздушно-сухих условиях
и относительной влажности 40—60 % в некото¬
рых случаях отмечалось снижение этих показа¬
телей в 1,5—3 раза.Отдельный вопрос, выходящий за рамки
данного исследования, — методы выбора тре¬
бований, а также оценки морозостойкости иhydrostatic pressure of the water in the
contact zone of cement stone with the
aggregate owing to insufficient bond
resistance. This hypothesis is endorsed
by mosaic pattern on the surface of
concrete which copies the contours of
coarse aggregates grains. More obvious
case of contact zone disintegration might
be observed in the process of joint action
of cyclical freezing and defrosting under
repeated cfynamic load.Discussion about association between
compressive strength of concrete, its water
permeability and frost resistance is going on
for a long period of time. No doubt, while
producing concrete on the basis of the same
materials there is such correlation, though it
is insignificant. At the same time, the state¬
ment about general correlation between
strength, frost resistance and especially water
permeability of concrete adopted at present
in design normative documents of ferroconc¬
rete constructions is erroneous. One can easily
made himself sure by comparing, for
instance, frost resistance of full-strength
concrete produced on portland cement and
Portland blast-furnace (slag) cement. The
availability of, for instance, small bubbles
in concrete pro-duced on harsh concrete
mixes result in strength reduction by 5 - 15%,
and that of water permeability 2-3 times.Increase of frost resistance and water
permeability of concrete in time is stressed
in all scientific publications. According to
different investigations these values
increase 2-5 times at 180 and 365 days
as compared at 28 days. Our investigation
proved the fact that frost resistance
and water permeability increase in
time but only 1.2 - 1.8 times while sto¬
ring samples in the humid conditions.
In the process of air storage and rela¬
tive humidity of 40 - 60% in some
cases these values went down 1.5-3
times.Another issue exceeding the bounds of
our research is the method of requirements
selection as well as assessment of frost
Influence of main factors upon the concrete properties177водонепроницаемости бетона. Образцы-кубы
как физическая модель бетона в конструкции
с небольшой погрешностью отражают объек¬
тивные показатели прочности, между тем
связь между морозостойкостью и водонепро¬
ницаемостью в образцах и конструкциях не
всегда прослеживается и слабовоспроизводи¬
ма. Например, различия прочности бетона в
образцах и конструкциях составляют
10—30 %, а морозостойкости и водоне¬
проницаемости — 1,5—3 раза. Неизвестна так¬
же степень представительности образцов, от¬
бираемых по неизвестным правилам один раз
в шесть месяцев. В то же время установленные
отклонения в образцах, подвергаемых испы¬
таниям, соизмеримы с ошибкой опыта.До сих пор не ясно, по каким критериям
оценивается водонепроницаемость бетона.
Отбраковка отдельных образцов, не выдер¬
жавших испытание, не понятна как по ста¬
тистическим, так и физическим соображени¬
ям. В конечном счете, течь в конструкции
распространится по наиболее слабому сече¬
нию, и перераспределение напряжений, как
в случае с прочностью, использование сред¬
него показателя водонепроницаемости здесь
не помогут. Сомнительна польза и от дли¬
тельных испытаний морозостойкости и во¬
донепроницаемости бетона, которые не мо¬
гут повлиять ни на готовые изделия и кон¬
струкции, ни на технологический процесс.Один из серьезных недостатков оценки
долговечности бетонов — неопределенность
и путаница понятий, критериев и методов.
Такие понятия, как гидротехнический, до¬
рожный бетон и т. п., на наш взгляд, долж¬
ны отражать только его назначение, а не ме¬
тоды оценки морозостойкости и водонепро¬
ницаемости, долговечности конструкций.
Чем, например, по этим критериям гидротех¬
нический бетон по условиям эксплуатации
отличается от общестроительного, подвер¬
гаемого периодическому замораживанию и
оттаиванию? Почему методы оценки моро¬
зостойкости шпал относятся к дорожным,
хотя по ним никто машинами не ездит, а
трамвайных плит — к обычным, зачем про¬
водят испытания одних бетонов в воде, аresistance and water permeability of
concrete. Cubic samples as a physical model
of concrete in construction reflect obj ective
indices with a minor error. Meanwhile,
correlation between water permeability and
frost resistance in samples and constructions
is not always observed and is poorly
reproduced. For instance concrete strength
in samples and constructions varies by 10 —
30%, frost resistance and water permeability1.5-3 times. The degree of sample
representativeness selected according to
unknown rules once every six months is
unknown as well. At the same time deviations
determined in the samples that undergo
testing are comparable with an error.It is not quite clear so far which criteria
are used while evaluating water
permeability of concrete. Screening of
individual samples that did not stand the
test is unclear both in terms of statistical
and physical findings. In the long run,
construction leak will spread along the
weak section and load transfer, as in the
case with the strength, and application of
average index of water permeability would
not help. Advantage of the long-run frost
resistance and water permeability tests that
cannot influence on neither complete
product and construction nor engineering
process is doubtful.Uncertainty and confusion of terms,
criteria and methods are among significant
drawbacks of concrete durability
assessment. Such terms as hydraulic, road
concrete, etc. in our opinion, should reflect
its purpose only, and not the methods of
frost resistance and water permeability as
well as constructions durability
assessment. For instance, in what way does
the hydraulic concrete differ from the
common purpose one, subjected to cyclical
freezing and defrosting, in terms of the
above mentioned criteria? Why the
evaluation methods of frost resistance of
rail ways refer to the road ones, though
nobody drives on them, while those of
tram slabs - to the regular methods; why
178Закономерности влияния основных факторов на свойства бетонадругих — в растворе хлорида натрия? Коль
показатель морозостойкости все равно ус¬
ловный, так почему бы не проводить все ис¬
пытания в растворе хлорида натрия: быст¬
рее же?! И почему бы не оценивать на одних
и тех же материалах морозостойкость и во¬
донепроницаемость бетона в конструкции
по сопротивлению проходжению воздуха,
отражающего капиллярную пористость бе¬
тона не хуже, чем стандартные методы ис¬
пытания образцов? На эти и многие анало¬
гичные вопросы пока нет убедительных от¬
ветов ни в мировой науке, ни в мировой
практике.В настоящее время на самых серьезных
строительных объектах прогнозирование мо¬
розостойкости бетона осуществляется по ме¬
тоду полувековой давности — содержанию
эмульнированного воздуха в бетонной смеси.
Но это только один фактор и, причем, не са¬
мый важный.И, наконец, какая связь морозостойкости
и водонепроницаемости бетона с его долговеч¬
ностью, как на основании испытаний бетона
в конструкции прогнозировать этот важный
показатель?Нами, на основании крупномасштабных
исследований (патент Украины на изобрете¬
ния №35688 А, 1997) установлена взаимосвязь
долговечности бетонных изделий и конструк¬
ций с сопротивлением прохождению воздуха
в бетоне:testing of some types of concrete is conducted
in water, while that of others - in the sodium
chloride solution? Since the index of frost
resistance is conditional one why not conduct
all tests in the sodium chloride solution: isnit
it faster?! Why not assess frost resistance and
water permeability of concrete in
construction against air flow resistance,
reflecting capillary porosity of concrete not
worse than standard methods of sample
testing, on t^ie same materials? There are no
sound answers to these and many other
similar questions either in science or in
practical work.At present forecasting of frost
resistance of concrete on construction
sites is conducted according to the same
method as half century ago - contents of
emulsified air in concrete mix. But this is
only one aspect; it is not the most
important not.And finally what is the connection
between frost resistance and water
permeability of concrete and its durability;
how we can forecast this important index
based on the concrete tests?Based on the large-scale investigation
(patent of Ukraine № 35688A, 1997) we
determined the correlation between the
durability of concrete items and
constructions and air flow resistance in
concrete:L=Fl/\1 + 10A(a0+Oi'(4.4.1)где L — прогнозируемый срок эксплуатации
бетона конструкции, годы;FL — проектный срок эксплуатации кон¬
струкции по показателю ее морозостойкости;а0, <зj — коэффициенты, зависящие от
свойств материалов (а0 * 0,7...0,8;
а, = —0,09... —0,11);тс — сопротивление бетона прохождению
воздуха, с/см3.Натурные исследования, проведенные с
помощью этого способа, показывают, что, не¬
смотря на высокие показатели образцов поwhere L - forecasted service life of concrete
construction, in years;Fl - design service life according to
frost resistance index;<7, - coefficients depending on the
properties of material (a0 и 0.7...0.8;
al = —0,09...—0.11;in - resistance of concrete to air flow,С ’c/cm3Full-scale study conducted according
to this method shows that, despite the high
indices of samples according to the
Influence of main factors upon the concrete properties179стандартным методам испытания, долговеч¬
ность многих изделий и конструкций суще¬
ственно отличается от проектной. Так, про¬
гнозируемый срок эксплуатации до 90 %
тротуарных плит и плиток не превышает 6
лет, 60 % дорожных плит — 12 лет и т. п.
Безусловно, химико-минеральный состав
юл шкера использованного цемента играет важ¬
ную роль, но причины здесь совсем другие.На основании проведенных нами иссле¬
дований установлено, что основной причи¬
ной разрушения многих изделий и конструк¬
ций при эксплуатации в условиях поперемен¬
ного замораживания и оттаивания является
не повышенное содержание С3А в клинкере,
а плохое качество уплотнения бетонной сме¬
си, повышенное содержание минеральных
добавок в цементе и высокая капиллярная
пористость цементного камня. Не отрицая
важности химико-минерального состава
клинкера для бетонов высокой морозостой¬
кости, необходимо обратить внимание на
критерии и методы оценки морозостойкости
и соблюдение технологического регламен¬
та при производстве изделий и конструкций.
При выполнении элементарных условий,
обеспечивающих применение качественных
заполнителей и хорошее уплотнение бетон¬
ной смеси, использовании портландцемента
без минеральных добавок и обычных плас¬
тификаторов типа технических лигносуль-
фонатов либо модифицированной после-
спиртовой или последрожжевой барды, по¬
лучение бетонов морозостойкостью до F300
и водонепроницаемостью до W12 не пред¬
ставляет серьезных трудностей.Если воспользоваться приближенной за¬
висимостью морозостойкости и водонепро¬
ницаемости бетона от капиллярной порис¬
тости (П ):Я = (В/Цто для цементов, содержащих в клинке¬
ре С3А до 8,5 %, можно установить
ориентировочную связь этих показателей
(табл. 4.4.5).standard test procedures, durability of many
items and constructions differs significantly
from the design one. For instance, forecasted
service life of up to 90% of slabs and tiles do
not exceed 6 years, that of 60% of pavement
slabs - 12 years, etc. No doubt, chemical-
mineral contents of clinker in cement being
used play important role, however, the
reasons are different.Based on current investigation it was
determined that the main reason of
disintegration of many items and
constructions during operation under
conditions of cyclical freezing and defrosting
is not an increased contents of C3A, but a
poor quality of concrete mix compaction,
increase contents of mineral additives in
cement and high capillary porosity of cement
stone. While taking into consideration the
importance of chemical-mineral contents of
clinker for high frost resistance concrete we
should pay attention to the criteria and
evaluation methods of frost resistance, as
well as maintaining operating practices
during production of items and
constructions. Maintenance of elementary
conditions providing for application of
qualitative aggregates and appropriate
compaction of concrete mix with portland
cement without mineral additives, regular
plasticizers of industrial lignosulphonates or
modified послеспиртовая или последрож-
жевая барда, cause no significant difficulties
while producing concrete with the frost
resistance of up to F300 and water
permeability of up W12.Should we make use of approximate
frost resistance and water permeability
dependency on capillary porosity (Пк):0,25) Zj/10, (4.4.2)then for cements containing up to 8.5% of
C3A in clinker approximate correlation of
these indices might be established
(table 4.4.5).
180Закономерности влияния основных факторов на свойства бетонаТаблица 4.4.5Взаимосвязь морозостойкости и водонепрони¬
цаемости бетона с открытой капиллярной
пористостьюДанные табл. 4.4.5 о взаимосвязи пока¬
зателей морозостойкости бетона при испы¬
таниях в воде и растворе хлорида натрия
несколько отличаются от установленных в
нормативных документах, однако это, наш
взгляд, не принципиально, так как дискус¬
сия о том, что в государственных стандар¬
тах при ускоренных методах испытаний по¬
лучаются более высокие результаты, здесь
не уместна.Следует подчеркнуть, что проблема долго¬
вечности (а правильнее, на наш взгляд, ресурса)
бетона намного шире. Бетон эксплуатируется не
только в сухих или влажных условиях и услови¬
ях знакопеременных температур. Чаще всего,
как, например, для дорожных и аэродромных бе¬
тонов, конструкций морских гидротехнических,
канализационных и других сооружений, в про¬
цессе эксплуатации попеременное заморажива¬
ние и оттаивание сопровождаются увлажнени¬
ем — высыханием, действием агрессивных жид¬
костей и динамических нагрузок. Так, эксплуа¬
тации бетона морских портов, очистных соору¬
жений сопутствует, как правило, механохими-
ческая эрозия, которая, к сожалению, до сих пор
изучена очень мало. Конструкции мостов, зда¬
ний железнодорожных вокзалов испытывают
постоянные динамические нагрузки в сочетании
с замораживанием и оттаиванием, увлажнени¬
ем — высыханием, фильтрацией жидкостей. А
проницаемость бетона газгольдеров, оболочекTable 4.4.5
Correlation of frost resistance and water
permeability of concrete with open
capillary porosityData cited in table 4.4.5 about
correlation between the indices of concrete
frost resistance during tests conducted in
water and sodium chloride solution is
somewhat different from that cited in the
normative documents. However, in our
opinion, it is not so important since the
discussion about the fact that in the state
standards, due to accelerated test procedures,
higher results are obtained is inappropriate.It should be stressed that the
durability issue (or rather structural
strength) is much wider. Concrete is
exploited not only under dry or humid
conditions at alternating temperatures.
Mostly, during the service life alternating
freezing and defrosting is accompanied by
insiccation, influence of corrosive liquids
and dynamic loads as, for instance, in case
of road and air-filed graded concrete,
maritime and collecting system works, etc.
Thus, exploitation of concrete in ports,
waste disposal plants, as a rule, is
accompanied mechanochemical corrosion,
which is, unfortunately insufficiently
studied. Bridges, buildings, railway stations
experience constant dynamic loads in
combination with freezing and defrosting,
moistening - insiccation, fluid filtration.
Concrete permeability of gasholders, casing
of nuclear power reactors is directlyОткрытая
капиллярная
пористость, %Open capillary
porosity, %Морозостойкость бетона, циклы
Frost resistance of concrete, cyclesВодонепроница
емость, МПаWaterpermeability,MPaПри испытании в воде
In waterПри испытании в растворе хлорида натрия
In sodium chloride solution1425——1250— k0,210150500,48200750,864001501,246003001,6
Influence of main factors upon the concrete properties181реакторов АЭС связана непосредственно с тем¬
пературой окружающей среды и конструкций.Чтобы установить четкие значения вли¬
яния этих факторов на долговечность бето¬
на, необходимы соответствующие простые
и в то же время адекватные происходящим
процессам методики, которых практически
нет. В настоящее время при изготовлении
железобетонных конструкций высокой дол¬
говечности руководствуются общеизвест¬
ными рекомендациями по оценке коррози¬
онной стойкости, морозостойкости и водо¬
непроницаемости бетона, которые сводят¬
ся, в основном, к использованию бетонов с
низким В/Ц и сульфатостойких цементов.
Однако и здесь не обходится без серьезных
противоречий: чисто-клинкерные цементы,
содержащие С3S не более 50 % и С3А до 5 %,
очень медленно твердеют. Введение мине¬
ральных добавок в цемент, казалось бы,
решает проблему их коррозионной стойко¬
сти, но тут же создает не менее серьезную
проблему с морозостойкостью.Хотелось бы обратить внимание еще на
одну серьезную научную проблему: в пос¬
ледние годы появились резко противореча¬
щие друг другу научные работы по корро¬
зионной стойкости бетона. В одних работах
подтверждаются результаты ранее проводи¬
мых исследований и ставятся еще более же¬
сткие требования к технологии получения
долговечных бетонов, в других (это каса¬
ется в большей степени Украины), наобо¬
рот, наметилась либерализация, а в ряде
случаев — и недостаточно обоснованная
ревизия основных положений бетоноведе-
ния по вопросам коррозионной стойкости
бетонов. К примеру, ранее ограничивалось
содержание сульфат- и сульфид- ионов даже
в воде, теперь же для повышения долго¬
вечности бетонов рекомендуются сульфат-
и сульфидсодержащие компоненты в коли¬
чествах, несколько раз превышающих нх в
стандартах на воду для приготовления бе-connected to the temperature of
environment and constructions.In order to determine clear-cut data
concerning influence of basic factors on
concrete durability appropriate simple and
at the same time adequate test procedures
are required which are simply lacking. At
present in the process of production of
ferroconcrete constructions of high
durability well-known guidelines concerning
corrosive resistance, frost resistance and
water permeability of concrete are followed.
The lie in application of concrete with low
C/W ratio as well as utilization of sulphate-
resistant cement. However considerable
contradiction might be observed here as well:
it takes too long for a pure neat concrete
with the contents of C3S not more than 50%
and C3A of up to 5% to harden. It might
seem that bringing mineral additives in
cement might settle the problem of their
corrosive resistance, however it creates
another serious problem concerning frost
resistance.We would like to draw your attention
to another serious scicntific problem:
contradictory scientific works on
corrosive resistance of concrete
appeared lately. One of them support the
test results of the previous investigations
and even more rigid requirement towards
long-lived concrete technology are made;
in others (this mostly concerns Ukraine)
a liberalization, and in some cases
unfounded revision of all basic
regulations on corrosive resistance in
concrete studies might be observed. For
instance, earlier the contents of sulphate-
and sulphide-ions was restricted even in
the water, whereas now iii order to
increase the durability of concrete they
are recommended in the quantities
several times higher than those in the
standards on water for production of
182 Закономерности влияния основных факторов на свойства бетонатонных смесей. Автор с сомнением относится
к таким метаморфозам.Таким образом, результаты проведенных
исследований дали возможность:• установить новые, ранее неизвестные за¬
кономерности вливший прочности цемента при
изгибе на прочность бетона при сжатии и оп¬
ределить область действия закона Ц/В;• разработать методики определения
свойств заполнителей н прочности цементов,
позволяющие повысить точность проведения
испытаний и приближающие их к реальным
условиям производства;• установить ранее неизвестные законо¬
мерности формирования иустотности запол¬
нителей в бетоне в зависимости от разме¬
ров конструкций, позволяющие с большей
точностью определять оптимальное соотно¬
шение между мелким и крупным заполни¬
телем;• определить количественные значения ко¬
эффициента раздвижки зерен заполнителей в
зависимости от реологических свойств бетон¬
ной смеси, позволяющие оперативно управ¬
лять технологическим процессом;• установить правило “золотой середины”
в определении составов бетона максимальной
прочности;• экспериментально уточнить и получить
количественные зависимости влияния хими¬
ко-минерального состава клинкера и веще¬
ственного состава цемента на нротнвомороз-
ные свойства бетона;• предложить новый способ определения
морозостойкости бетона в конструкциях, на
основании которого разработана методика
прогнозирования ресурса материала;« выполнить критический анализ научных
работ по коррозионной стойкости и конкре¬
тизировать неясные вопросы проблемы дол¬
говечности бетона, эксплуатирующегося в
условиях совместного действия знакопере¬
менных температур, механо-хнмической эро¬
зии и динамических нагрузок.concrete mix. The author has doubts as
to such metamorphosis.Therefore, results of investigations
conducted allowed us to:♦ determine new, previously unknown
regularities of flexural strength influence
on the compressive strength as well as the
scope of the C/W law;• elaborate aggregates and concrete
strength test procedures allowing to
increase the accuracy of the tests and
approximate them to the real manu¬
facturing environment;• determine unknown earlier
regularities of air void formation in the
aggregates depending on dimensions of
constructions, which in its turn, allowed
to determine optimum correlation
between the fine and coarse aggregate
with the higher accuracy;♦ determine quantitative values of
grains separation coefficients depending
on rheological properties of concrete mix
providing for real-time management of
engineering process;• determine “the golden mean” rule in
order to define maximal strength of
concrete mix;♦ empirically specify and obtain
quantitative equations describing
influence of chemical-mineral contents
of cement on antifreezing properties of
concrete;• suggest new frost resistance test
procedure for concrete in constructions,
which in its turn, served as the basis for new
resources prediction technique for materials;♦ conduct critical analysis of
scientific works on corrosive resistance
and specify unclear issues of durability
of concrete, exploited under conditions
of joint influence of alternating
temperatures, mechanocliemical erosion
and dynamic loads.
Influence of main factors upon the concrete properties183Список литературы1. АхвердовИ. Н. Основы физики бетона. — М.:
Стройиздат, 1982. — 464 с.2. Баженов Ю. М. Технология бетона. — М.:
Высш. шк., 1987. — 416 с.3. Баженов Ю. М., Комар А. Г. Технология бе¬
тонных и железобетонных изделий. — М.:
Стройиздат, 1984. — 672 с.4. Гершберг О. А. Технология бетонных и желе¬
зобетонных изделий.— М.: Стройиздат, 1971.— 360 с.5. Горяйнов К. Э., Сорокер В. И., Коняев Б. В.
Проектирование заводов железобетонных из¬
делий. — М.: Высш. шк., 1970. — 392 с.6. Конопленко А. И. Технология бетона. — Киев:
Высш. шк., 1975. — 247 с.7. Берг О. Я., Щербаков Е. Н., Писанко Г. Н. Вы¬
сокопрочный бетон. — М.: Стройиздат, 1979.— 214 с.8. Виноградов Б. Н. Влияние заполнителей на
свойства бетона. — М.: Стройиздат, 1979. —
224 с.9. Высоцкий С. А., Малинина Л. А. Бетоны на
новых видах малоэнергоемких цементов: Об¬
зор. инф. / ВНИИС. —М., 1987. — Сер. 8. —
Вып. С. 4—81.10. Гордон С. С. Совершенствовать методику ис¬
пытания цементов // Бетон и железобетон. —
1984. — № 10. — С. 26.11. Кайсер Л. А., Чехова Р. С. Цементы и их ра¬
циональное использование при производстве
железобетонных изделий. — М.: Стройиздат,
1972. — 82 с.12. Крылов Б. А., Ли А. И. Форсированный элек¬
тропрогрев бетона. — М.: Стройиздат, 1975.— 155 с.13. Кунцевич О. А. Бетоны высокой морозостой¬
кости для сооружений Крайнего Севера. —
М.: Стройиздат, 1983. — 132 с.14. Малинина Л. А. Тепловлажностная обработ¬
ка тяжелого бетона. — М.: Стройиздат, 1977.— 160 с.15. Миронов С. А., Малинский Е. Н. Основы тех¬
нологии бетона в условиях сухого жаркого
климата. — М.: Стройиздат, 1985. — 317 с.16. Пат. 1785573 СССР. Способ определения
водопотребности заполнителей /
М.Ш. Файнер // Открытия. Изобрет. — М.
Кл. G0IV 33/38, 1992. —№48.Bibliography17. Пат. 2014305 СССР, С04В. Способ опреде¬
ления расхода мелкого и крупного заполни¬
телей в бетонной смеси /
М. Ш. Файнер // Открытия. Изобрет. — 28/
00, 1994, —№ 11.18. Петренас И. И. Исследование сцепления це¬
ментно-полимерного камня с заполнителем
и его влияние на трещиностойкость бетона:
Автореф. дис. канд. техн. наук. — Л., 1975.— 18 с.19. Свиридов В. Н. Повышение долговечности
цементно-бетонных аэродромных покрытий.— М.: Транспорт, 1979. — 168 с.20. Сизов В. П. Проектирование составов тяже¬
лого бетона. — М.: Стройиздат, 1979. —
144 с.21. Сторожук Н. А. Свойства вакуум-бетона //
Строит, материалы и конструкции, 1990. —
№ 1. — С. 27—28.22. Татлъ Г. Оценка свойств строительных ма¬
териалов с помощью мини-ЭВМ: Пер. с нем.— М.: Стройиздат, 1986. — 120 с.23. Файнер М. Ш. Концепция оптимального про¬
ектирования бетона // Бетон и железобетон.— 1992, —№ 1, —С. 15—17.24. Файнер М. Ш. Регулирование расхода мате¬
риалов для приготовления бетона // Строит,
материалы и конструкции.— 1990.—№ 1.—
18 с.25. Файнер М. Ш. Исследование морозостойко¬
сти и водонепроницаемости бетонов. — Чер¬
новцы: MicTO, 2001.— 28 с.26. Файнер М. Ш. Экспресс-контроль качества
бетона: Материалы научн.-практ. семинара.— Киев: НИИСК, НПФ, Композит, — 1997.— 88 с.27. Файнер М. Ш. Ресурсосберегающая моди¬
фикация бетона. — Черновцы: Прут, 1995. —
125 с.28. Хаютин Ю. Г. Монолитный бетон. Техноло¬
гия производства работ. — М.: Стройиздат,
1991. —576 с.29. Шестоперов С. В. Технология бетона. — М.:
Высш. шк., 1978. — 455 с.30. Шмигальский В. Н. Оптимизация состава це¬
ментобетона.— Кишинев: Штиинца, 1981.—
124 с.31. Энтин 3. Б., Хомич В. К., Рыжов Л. К. и др.
Экономия цементов в строительстве. — М.:
Стройиздат, 1985. — 222 с.
1 ‘“V . ' {$ i .. . • ' ■ . . .... . . .....:,Ьв ' . .’ ■,! . • ■ 4 йтил. -/О*:- г>гфК fils . '-•ЯЛ ■ . •■ •*. ‘ - '• . ' .... ' • : :ito - • . .• Ч V ". i - ". ■ .... .•.*. i : ■*.’ ht. ‘ 4V‘?*v;* 1**’ : t\ ; • •* 4 •• 1 :f- : ' ^*4i -I.-:- - 4 ■ ‘ '■ W< . ; ;• . . .r ■ ;. ■ !• • • ■ ' W" :■ *.•. -■ . - •• . . ' , t -li . r; »■ • • :* ’ Л- • - ■ , . . ...■■ - ’ . ■ *•’ ••• ■ -f V ■ • ■'% 1•i-ii Ж
•<|JL. V bi- t- ■ ,-b
Глава 5Chapter 5МОДИФИКАЦИЯ
СТРУКТУРЫ БЕТОНА
ДОБАВКАМИ -
РЕГУЛЯТОРАМИ
СВОЙСТВMODIFICATION OF
CONCRETE
STRUCTURE BY
ADDITIVES -
PROPERTIES
186Глава 5Насколько объективны
классификационные признаки добавок?
Как выбрать наиболее эффективные
добавки и их оптимальный расход?
Положительный и побочный
отрицательный эффект применения
ряда добавок.How objective arethe classification criteria of the additives?
How one can select the most efficient
additives and their optimal consumption?
Positive and side effects
of additives application.
Chapter 5187МОДИФИКАЦИЯ СТРУКТУРЫ
БЕТОНА ДОБАВКАМИ -
РЕГУЛЯТОРАМИ
СВОЙСТВХимическое модифицирование веществ
известно давно. И пищевые добавки, и жиры
животных, вводимые строителями в вяжущие
и растворы в древние времена, были ни чем
иным, как модификаторами структуры. И если
в те далекие времена это делалось интуитив¬
но, то в настоящее время процесс модифика¬
ции осуществляется с использованием послед¬
них достижений физикохимии поверхностных
явлений, химической физики, триботехники и
других областей научного знания. Хотя и се¬
годня интуиция в поиске новых технических
решений играет не последнюю роль.5.1. Классификация модификаторов
бетонаРазработка и рациональное применение
модификаторов возможны только при прове¬
дении их научной классификации. Основны¬
ми классификационными признаками моди¬
фикаторов являются:— происхождение;— состав;— механизм действия;— технологический эффект;— функциональное назначение.В отечественной и зарубежной литерату¬
ре известно много классификаций добавок,
однако они не всегда достаточно ясные и
четкие. Один из серьезных недостатков из¬
вестных классификаций — путаница меха¬
низма их действия с технологическим эффек¬
том. Достаточно четкая классификация мо¬
дификаторов по происхождению и техноло¬
гическому эффекту дана в нормативных до¬
кументах США. Стандартами стран Европы,
в том числе РФ и Украины, в различной фор¬
ме отражена лишь классификация по тех¬
нологическому эффекту, хотя одни и те же мо¬
дификаторы могут выполнять в зависимости
от их расхода совершенно разные функции.Прежде чем перейти к полному изложению
проблемы классификации, необходимо огово-MODIFICATION OF
CONCRETE STRUCTURE BY
ADDITIVES - PROPERTIES
GOVERNORChemical modification of substances is
known for a long time. Both food additives
and adipose put by builders into the bind¬
ers and solutions at the ancient times where
nothing else but modifiers of structure. At
those times it was done intuitively, where¬
as, at present, modification process is asso¬
ciated with the up-to-date achievements of
physical chemistry of surface phenomena,
chemical physics, tribotechnics and other
areas of expertise. Though nowadays intu¬
ition plays important role in search of new
technical solutions, too.5.1. Classification of concrete
modifiersElaboration and efficient application of
modifiers is only possible in case of their
scientific classification. Basic criteria of clas¬
sification are:- origin;- contents;- operation mechanism;- technologic effect;- functionality;There are numerous classifications both
in domestic and foreign literature. However,
they are not always distinct and clear-cut.
Confusion of operational mechanism and
technological effect is one of the most serious
drawbacks of all the classifications available
at present. Accurate enough classification of
modifiers according to the origin and tech¬
nological effect is presented in the normative
documents in the USA. Standards of many
European countries, including those of Rus¬
sian Federation and Ukraine, reflect, in vari¬
ous forms, classification according to the tech¬
nological effect, though the same modifiers
depending on their consumption, might per¬
form, completely different functions.Before we proceed we should agree to
basic regulations. Our understanding is that
188Модификация структуры бетона добавками — регуляторами свойстврить основные положения. В нашем понима¬
нии, модификаторы — это добавки, позволя¬
ющие влиять на свойства бетона, изменяя его
структуру. При этом мы не придерживаемся
ошибочного, на наш взгляд, мнения о каких-
то граничных условиях в количественном со¬
держании добавок. Добавки могут вводиться
как в микро-, так и в макродозах. К примеру,
доменный гранулированный шлак, вводимый
при помеоле клинкера в количестве до 60 %,— это добавка, хотя ее доля в составе цемен¬
та больше, чем основного компонента. А до¬
бавка потому, что она не является основным
фактором, определяющим свойства продукции.В соответствии с происхождением добав¬
ки могут быть органические, минеральные и
органоминеральные. Для приготовления бето¬
нов и строительных растворов применяют
добавки органических ПАВ и неорганических
электролитов. Наряду с ними в качестве ак¬
тивных наполнителей, широко используются
такие минеральные продукты, как золы ТЭС,
гранулированные шлаки, бентонитовая гли¬
на, микрокремнезем и другие дисперсные про¬
дукты. Наибольшее применение получили до¬
бавки ПАВ на основе меламин- и нафталин-
формальдегидных соединений, лигносульфо-
натов (ЛСТ), продуктов переработки спиртов
(УПБ, УПСБ, ПФС, ФНТ), а как ускорители
твердения — сульфаты, сульфиды, формиаты,
нитриты и нитраты. Отдельную группу элект¬
ролитов-ускорителей твердения составляют
хлориды, но из-за побочных отрицательных
эффектов (коррозия металла, снижение дол¬
говечности бетона и т. п.) они применяются
все реже.Наиболее популярный метод изменения
свойств среды-системы — использование
ПАВ в количестве от 0,01 до 1,5%. Влияние
ПАВ в связующей системе проявляется в ад¬
сорбции на поверхности частиц и последу¬
ющем изменении заряда поверхности плен¬
ки и структуры межфазных слоев воды. При
использовании двухкомпонентных ПАВ об¬
разуется ассоциация молекул воды типа
ПАВ—вода—ПАВ, обладающая полифунк-
циональным действием.Наличие в срер,е-системе ПАВ приводит
к интенсивному проникновению раствора в
места дефектов частиц цемента и адсорбци-modifiers are the additives allowing to affect
the properties of concrete by way of chang¬
ing its structure. At the same time we do not
stick to erroneous, in our opinion, view con¬
cerning boundary conditions of quantitative
contents of the additives. They might be doped
both in micro- and macrodoses. For instance,
blast-furnace granulated slag doped during
the clinker grinding in the quantity of up to
60% is an additive, though its share in ce¬
ment composition is twice as much as that
of the main component. It is an additive
because it is not a main factor determining
the properties of the produce.According to the origin the additives
are divided into organic, mineral and or-
ganic-inineral additives. Organic surface-
active agent and inorganic electrolyte ad¬
ditives are used in order to prepare con¬
crete and mortar. Along with them such
mineral products as ash from thermal
power plant, granulated slag, bentonitic
clay, microsilica, and other dispersed
products are widely used as active fillers.
Surface-active agent additives based on
melamine- and naphthalene-formaldehyde
compounds, lignosulphonates, alcohol
derivatives (УПБ, УПСБ, ПФС, ФНТ),
and sulphates, sulphides, formiates, ni¬
trites, and nitrates as the hardeners are the
most widely adopted. Separate group of
electrolyte hardeners consists of chlorides.
But due to negative by-effects (corrosion
of metal, reduction of concrete durability,
etc.) they are seldom used.Application of surface-active agent in the
quantity ranging from 0.01% to 1.5% is the
most widely used method of changing the
properties of medium system. Surface-active
agent influence is displayed in the form of ad¬
sorption on the surface of the particles and
further change of both pellicle surface charge
and structure of boundary layers of water.
While using two-component surface-active
agent water molecules association of the sur¬
face-active agent - water - surface-active agent
type is formed with the polyfunctional action.Presence of surface-active agents in the
medium-system results in intensive mortar in¬
trusion in the places of cement particles de-
Modification of Concrete structure by additives - properties governor 189онному понижению их твердости, что успеш¬
но используется при вибродомоле, получении
тонкомолотых цементов (ТМЦ) и вяжущих
низкой водопотребности (ВНВ).По мнению многих исследователей, меха¬
низм действия ПАВ на цементные системы
заключается в образовании коллоидно
адсорбционной пленки, которая прочно удер¬
живает на поверхности частиц достаточно
толстые слои воды. При этом резко выражен¬
ную коагуляционную структуру в присут¬
ствии ПАВ, которая удерживает воду, дает
С3А цемента. В то же время введение ПАВ в
связующую систему затрудняет образование
фазовых контактов из-за переориентации
дифильных молекул к гидрофильным повер¬
хностям. Добавки ПАВ типа JICT (техничес¬
ких лигносульфонатов), например, сорбиру¬
ясь на твердых частицах, приводят к их элек¬
тростатическому отталкиванию, что улучша¬
ет удобоукпадываемость смеси.Основные классификационные признаки
добавок ПАВ, по проф. В. Г. Батракову, сле¬
дующие:— вид и положение функциональных
групп;— строение радикалов;— конформационное состояние макромо¬
лекул цепи;— гидрофильно-липофильный баланс;— характер продуктов взаимодействия с
жидкой фазой.Вид и положение функциональных групп
в молекулах определяют взаимодействие ПАВ
с гидроксидом кальция, образующимся при
гидратации цемента, а строение и конформа¬
ционное состояние макромолекулярной цепи— сплошность слоя на поверхности гидрати¬
рующихся частиц. Гидрофильно-липофиль¬
ный баланс молекул олигомерных ПАВ ха¬
рактеризует адсорбционный и объемно-ад¬
сорбционный механизм образования модифи¬
цированных оболочек и гелеобразных слоев.
Анализ продуктов взаимодействия показыва¬
ет, что действие ПАВ на цементные системы
не ограничивается только созданием адсорб¬
ционных слоев, а приводит к адсорбционно¬
му модифицированию гидратирующегося вя¬
жущего путем образования мелкокристалли¬
ческих структур гидросиликатов и гидроалю-fects and adsorption recession of their scratch
resistance. This is successfully used during vi¬
brating re-crushing, in order to obtain fine ce¬
ment and low water requirement binders.Many scientists consider that the opera¬
tion mechanism of surface-active agent on
cement systems lies in the formation of col-
loid-adsorption pellicle, which strongly retains
thick layers of water on the surface of the par¬
ticles. Presence of C3A cement in combination
with surface-active agent additives, which re¬
tains water, imparts acute coagulation struc¬
ture. At the same time injection of surface-ac¬
tive agent into the binding system impedes the
formation of phase contact due to reorienta¬
tion of oil and water sensitive molecules to¬
wards hydrophilic surface. For instance, sorb¬
ing of lignosulphonate surface-active agent
additives (technical lignosulphonates) on the
solid particles results in their electrostatic re¬
pulsion, which, in its turn, improves the work¬
ability of the mix.According to prof. V.H. Batrakov the
classification criteria are as follows:- form and state of functional
groups;- structure of residual;- conformational state of macromo¬
lecules in the chain;- hydrophilic-lipophilic balance;- nature of products of interaction
with the liquid phase;Form and state of functional groups in
the molecules determine interaction of sur¬
face-active agent with hydrate of lime, iso¬
lated during cement aquation. Structure and
conformational state of macromolecular
chain, consequently, define the denseness of
the layer on the surface of hydrating parti¬
cles. Hydrophilic-lipophilic balance of oli¬
gomeric surface-active agent molecules
characterizes the adsorption and titrimetric-
adsorption mechanism of modified blankets
and gel-like layers formation. Analysis of
interaction products shows that the influ¬
ence of surface-active agents on cement sys¬
tems is not restricted to creation of adsorp¬
tion layers only, but leads to adsorption
modification of hydrating binder by way of
fine crystalline structure of hydrosilicates
190 Модификация структуры бетона добавками — регуляторами свойствминатов. Таким образом, основные свойства
ПАВ (ионногенного типа) определяются спо¬
собностью адсорбции на границе раздела фаз и
образованием пространственных коагуляцион¬
ных структур.В соответствии с классификацией проф.
Ф.М. Иванова, органические ПАВ можно
разделить на следующие классы и подклас¬
сы:Таблица 5.1.1Заметим, что действие многих добавок
ПАВ может осуществляться одновременно по
разным механизмам.Учитывая, что действие ПАВ не ограничи¬
вается только диспергированием и адсорбци¬
онным модифицированием гидратирующего¬
ся вяжущего, рассмотрим и другой параллель¬
ный процесс, связанный с механизмом обра¬
зования воздушных пузырьков. Необходимо
отметить, что воздухововлечение сопровожда¬
ет процесс приготовления бетонной смеси и
без добавок. Роль добавок в этом случае сво¬
дится только к тому, что неполярная часть
молекул ПАВ, заряжая пузырьки воздуха, при¬
водит к их диспергированию и взаимному от¬
талкиванию, сдерживая коалесценцию. Устой-and hydroaluminates formation. Therefore,
basic properties of surface-active agents (of
ionic type) are determined by adsorption
ability on the phase boundary and formation
of tridimensional coagulation structures.According to classification of prof. F.
M. Ivanov, organic surface-active agents
can be divided into following classes and
subclasses:Table 5.1.1It should be noted that many surface-
active agent additives can act simultaneous¬
ly according to different mechanisms.Taking into consideration that the ac¬
tion of the surface-active agents is not re¬
stricted to dispergating and adsorption
modification of hydrating binder we shall
examine another process associated with
the formation of air bells that takes place
in parallel. The process of air entrainment
accompanies the process of concrete mix
preparation without additives. The role of
additives in this case is that nonpolar part
of surface-active agent molecules, charging
the air bells, leads to their dispergating and
mutual repulsion restraining in this way theКласс ПАВ
Surface-active agent classv Подкласс ПАВ
Surface-active agent subclass1. Химически взаимодействующие с минера¬
лами цемента или цементного камняChemically interacts with the minerals of
cement or cement stone1.1. Образующие трудно растворимые
или растворимые соединенияForms soluble or low-solubility
compounds1.2. Влияющие на процессы структу-
рообразования и гидратацииInfluences the processes of structure
formation and aquation1.3. Изменяющие структуру и свой¬
ства цементного камняChanges structure and properties of
cement stone2. Адсорбционно-взаимодействующие с твер¬
дой фазойAdsorption interaction with the solid phase2.1. Необратимо адсорбирующиеся и
обратимо адсорбирующиеся
Irreversible and reversible adsorption3. He взаимодействующие с цементом и не ад¬
сорбирующиеся на его зернахNeither interacts with cement nor adsorbs on
its grains3.1. Гидрофилизирующие
Hydrophilization3.2. Гидрофобизирующие
Water-repelling
Modification of Concrete structure by additives - properties governor191чивость и сохраняемость пузырьков возду¬
ха будут зависеть как от расхода добавки,
так и от факторов, сдерживающих или уско¬
ряющих их коалесценцию. Факторами, вли¬
яющими на воздухововлечение, являются:
состав ПАВ, температура, свойства цемен¬
та и гранулометрический состав заполните¬
лей. Понятно, что повышение температуры
и содержания высокодисперсных веществ
будут уменьшать воздухообразование, а ин¬
тенсификация перемешивания, повышение
содержания гидроксидов и уменьшение со¬
держания минеральных добавок в цементе —
увеличивать его.Особое место в группе ПАВ занимают су¬
перпластификаторы. Активным центром су¬
перпластификаторов, обычно, является
группа HS03—R. Аналогично действию
ЛСТ сульфогруппы обеспечивают высокую
степень адсорбции добавки на поверхности
частиц цемента, их пептизацию и дисперги¬
рование. Поэтому пластифицирующий эф¬
фект суперпластификаторов многие исследо¬
ватели оценивают по степени адсорбции на
поверхности зерен вяжущего.Вид, состав и расход суперпластификато¬
ров существенно влияют и на процессы гид¬
ратации цемента. Хотя данные физико-хими¬
ческих исследований весьма противоречивы,
большинство исследователей отмечают на
ранних стадиях замедление гидратации С3А.
По-видимому, повышение содержания супер¬
пластификатора и В/Ц должно повлиять и на
степень гидратации C3S.Исследованиями показано, что в присут¬
ствии суперпластификатора на начальном эта¬
пе поверхность зерен цемента покрывается
новообразованиями гидросиликата кальция
толщиной в несколько мономолекулярных
слоев, что схематически можно выразить как— Si — О — С;На этом этапе происходит необратимая
хемосорбция со связыванием кислотных групп
поверхности зерен цемента. Обращенная на¬
ружу углеводородная часть молекул суперпла¬
стификатора создает гидрофобную пленку, а
силы взаимного отталкивания частиц приво¬
дят к диспергирующему эффекту. С учетом
того, что обычно фактический расход супер¬
пластификатора в несколько раз выше расчет-coalescence. Stability and storability of air
bells will depend both on the additive con¬
sumption and on factors restraining or ac¬
celerating the coalescence. Temperature,
cement properties and granulometric com¬
position of aggregates are the factors affect¬
ing the air entrainment. It is clear that in¬
crease of temperature as well as the con¬
tents of superfine substances will decrease
air entrainment, whereas intensifying mix¬
ing process, increase of hydroxide contents
and decrease of that of the mineral addi¬
tives in concrete will increase air entrain¬
ment.Superplasticizers occupy special place in
the surface-active agents group. The group
of HS03 - R is usually the active center of
the superplasticizers. Similar to the lignosul-
phonates the sulphonic-acid group provides
for high degree of additive adsorption on the
surface of the particles, their peptizing and
dispergating. That is why, many scientists as¬
sess the plasticizing effect of superplasticizers
according to the degree of adsorption on the
surface of the binder grains.Form, state and consumption of super¬
plasticizers significantly influence on the
process of cement aquation. Though the
data of physical-chemical investigations are
contradictory, many scientists note the
slow-down of C3A aquation at the early
stages. Probably, increase of super¬
plasticizers and W/C affects the degree of
C3S hydration.Investigations proved that in case of the
presence of superplasticizers at the early
stage, the surface of cement grains is covered
by new formations of calcium hydrosilicate
several monomolecular layers thick which
might be graphically presented as— HSO3— R. (5.1.1)At this stage not-reversible chemosorp-
tion with the banding of acid groups of ce¬
ment grains surface takes place. Outward
hydrocarbonic unit of plasticizer molecules
creates water repelling film, and forces of
mutual repulsion result in dispersive effect.
Taking into account that regularly con¬
sumption of super plasticizer is several times
higher than estimated flow further chemi-
192 Модификация структуры бетона добавками — регуляторами свойствного, дальнейшая хемосорбция добавки бу¬
дет продолжаться и на гидратных новообра¬
зованиях. Многочисленные исследования по¬
казывают, что этот процесс может повторять¬
ся с введением новых доз добавок.Характер описываемого процесса будет
изменяться в зависимости от свойств как це¬
мента, так и добавки. Для цементных систем
с повышенным содержанием С,А и минераль¬
ных добавок потребуется больший расход су¬
перпластификатора для получения того же
пластифицирующего эффекта, чем для бездо-
бавочных низкоалюминатных цементов, так
как значительная часть добавки будет погло¬
щаться развитой поверхностью минеральной
добавки и гидроалюминатов.Следует еще раз отметить, что суперплас¬
тификаторы, как и другие ПАВ, оказывают
существенное влияние не только на процессы
диспергирования, но и на различные уровни
структурообразования — от атомно-молеку¬
лярных до поровой структуры бетона.Обобщение результатов анализа , а так¬
же данных о механизме действия позволяет
классифицировать следующие основные на¬
правления использования ПАВ в техноло¬
гических процессах изготовления бетонов:— адсорбционное понижение твердо¬
сти при дроблении и помоле компонен¬
тов;— гидрофобизация поверхности;— диспергирование;— эмульгирование и пенообразование;— суспензирование;— деэмульгирование и пеногашение;— флотация;— стабилизация эмульсий и суспен¬
зий.Наряду с приведенной классификацией
представляет интерес рассмотрение классифи¬
кации добавок электролитов и центров крис¬
таллизации. Проф. В. Б. Ратинов в соответ¬
ствии с механизмом действия предложил сле¬
дующую их классификацию:— изменяющие растворимость вяжущих и
не вступающих с ними в химическую реакцию;— вступающие в реакцию с вяжущими с
образованием труднорастворимых или мало-
диссоциированных соединений;— образующие готовые центры кристал¬
лизации.sorption of the additive will continue on the
hydrated new formations. Numerous inves¬
tigations show that this process might con¬
tinue in case of adding new doses of addi¬
tives.Character of the process in question
will vary depending on the properties of
both cement and additive. Cement systems
with increased contents of C3A and min¬
eral additives will require larger amount
of superplasticizer in order to get the plas¬
ticizing effect than the low-aluminate ce¬
ment without additives since significant
part of the will be absorbed by developed
surface of mineral additives and hydroalu-
minates.It should be noted once more that plas¬
ticizers as well as other surface-active agents
significantly influence not only the disper-
gating processes but also the different levels
of structure formation - from atomic-mo¬
lecular to pore structure of concrete.Generalization of analysis results as well
as the data about the operation mechanism
allows to classify the following main tenden¬
cies of surface-active agents applica-tions in the
engineering processes of concrete production:- adsorption decrease of scratch resi¬
stance during crushing and grinding of com¬
ponents;- surface waterproofing;- dispergating;- emulsionizing and foam formation;- suspensionizing;- demulsifying and defoaming;- floatation;- emulsion and suspension stabiliza¬
tion.Examination of electrolyte additives clas¬
sification as well as of crystallization centers
along with the above-mentioned classification
is of great interest. According to the opera¬
tion mechanism prof. V. B. Ratinov suggest¬
ed the following classification:- those that change the solubility of the
binder and react with it;- those that react with binder and cre¬
ate compounds of low solubility or low-dis¬
sociated ones;- those creating the crystallization cen¬
ters.
Modification of Concrete structure by additives - properties governor 193На наш взгляд, механизм действия доба¬
вок-электролитов, используемых в качестве
ускорителей твердения и противоморозных
компонентов, довольно сложен. По мнению
некоторых исследователей, силикатные фазы
цемента химически индиферрентны к добав¬
кам-электролитам, а влияние их на связующую
систему сводится к изменению ионной силы
раствора и pH среды. При этом добавки, не
содержащие одноименных со связующим
ионов, ускоряют процесс гидратации вслед¬
ствие повышения растворимости силикатных
составляющих и увеличения пересыщения ра¬
створа, а содержащие одноименные ионы —
интенсифицируют процессы кристаллизации
гидратных новообразований. В то же время с
алюминийсодержащими фазами цемента и
продуктами их гидратации эти добавки обра¬
зуют двойные силы.Как правило, многие известные добавки-
электролиты — хлорид натрия, поташ и дру¬
гие — принимают участие в реакциях обмена
с минералами цемента и продуктами их гид¬
ратации, а такая добавка, как карбамид, по¬
вышает растворимость вяжущего и образует
комплексное соединение с гидроксидом каль¬
ция, не экранируя зерна вяжущего и не уча¬
ствуя в формировании структуры цементного
камня. При взаимодействии хлоридов и нит¬
ратов кальция с гидроксидом кальция обра¬
зуются низко- и высокоосновные гидроксисо-
ли и двойные соли-гидраты, которые участву¬
ют в образовании первичного структурного
каркаса цементного камня.В соответствии с классификацией проф.
Ф. J1. Глекель, модификаторы бетона делятся
на два класса:— соединения, изменяющие состав жидкой
фазы, но не участвующие в процессе структу-
рообразования цементного камня (т. е. ПАВ
и электролиты, не вступающие в химическую
реакцию с вяжущим);— принимающие активное участие в фор¬
мировании структуры бетона (т. е. вступаю¬
щие с вяжущим в химическую реакцию).Очень скудны и противоречивы теорети¬
ческие данные о механизме действия доба¬
вок—готовых центров кристаллизации (гипс,
гидросиликаты кальция и др.). Обычно их дей¬
ствие сводится к ускорению кристаллизацииIn our opinion, application of electrolyte-
additives used as the accelerators of harden¬
ing and antifreezing components is quite com¬
plicated. Many scientists consider that silicate
phases of concrete are chemically indifferent
to the additives of electrolytes, and their in¬
fluence upon the binding system is restricted
to the modification of ionic force of the solu¬
tion and pH-medium. At the same time, the
additives without the ions of the same name
as the binder is accelerate the process of aqua¬
tion as a result of silicate solutions solubility
increase as well as of oversaturation of the
mix, whereas those containing ions of the
same nameintensity the ckystallization of hy¬
drated new formation. At the same time these
additives form binary forces with the alumi¬
num-bearing phases of cement and products
of their aquation.As a rule many electrolyte additives -
sodium chloride, potash, etc. - take part in
the metatheses with the minerals of cement
and their hydration derivatives. Such addi¬
tive as carbamide increases the solubility of
the binder, creates complex compound with
the hydrate of lime without screening the
grains of the binder and does not partici¬
pate in the formation of cement stone struc¬
ture. During interaction of calcium chloride
and calcium nitrate with the hydrate of lime
low- and high-base hydroxy salts and dou¬
ble salt-hydrates are isolated, which take
part in the formation of primary structural
skeleton of cement stone.According to the classification of prof.
F.L. Hleksel concrete modifiers can be di¬
vided into two classes:— compounds changing the liquid
phase contents but not participating in the
process of cement stone structure formation
(i.e. surface-active agent and electrolytes do
not react with the binder);— compounds taking active part in the
concrete structure formation (i.e. reacting
with the binder).Theoretical data about operation mech¬
anism of the additives -finished crystal-liza-
tion centers (gypsum, calcium hydro-silicates,
etc.) are scanty and contradictory. Regularly
their action is restricted to acceleration of the
194 Модификация структуры бетона добавками — регуляторами свойствгидросульфоалюмината кальция и образова¬
нию первичных контактов. Вместе с тем до¬
бавки этой группы при проведении углублен¬
ных теоретических и экспериментальных ис¬
следований представляются весьма перспек¬
тивными.Механизм действия комплексных много¬
компонентных добавок, не вступающих меж¬
ду собой в реакции, объясняется, в основном,
действием их отдельных компонентов, кото¬
рые, дополняя друг друга, позволяют получить
аддитивный, а в некоторых случаях и синер¬
гический эффект.Большую группу модификаторов бетона,
различающуюся составом и механизмом дей¬
ствия, образуют минеральные добавки. Меха¬
низм действия таких добавок, как ультрадис-
персные отходы производства ферросилиция,
тонкомолотые кремнеземистые и карбонатные
породы, известковое тесто, зола, кремнегель,
бентонитовая глина, сводится, в основном, к
образованию дополнительного объема кол¬
лоидного клея, снижающего водоотделение и
улучшающего удобоукладываемость бетонной
смеси. Обладая слабой гидравлической актив¬
ностью, некоторые из рассмотренных добавок
служат как заменители части цемента или час¬
тично связывают свободный гидроксид кальция,
повышая прочность и водостойкость бетона.В соответствии с классификацией RILEM,
минеральные добавки техногенного проис¬
хождения делятся на пять классов (табл. 5.1.2). Не¬
смотря на определенную ограниченность, эта клас¬
сификация дает довольно ясное представление о
возможности использования многих отходов про¬
изводств для изготовления в качестве добавок
микронаполнителей цементов и бетонов. Введе¬
ние добавок в процесс помола цемента или в бе¬
тонную смесь — вопрос экономический!Особого внимания заслуживает ультрадис-
персный кремнезем, представляющий, в основ¬
ном, диоксид кремния аморфной модифика¬
ции. Взаимодействуя с минералами цемента и
обладая гидравлической активностью, эта до¬
бавка позволяет существенно повысить проч¬
ность и долговечность бетона.Рассмотрим механизм действия расширя¬
ющихся добавок. Расширение цементных си¬
стем с использованием расширяющихся оксид¬
ных добавок происходит в результате увели¬
чения объема, перенасыщенного по отноше-calcium hydrosulphoalum inate crystalliza¬
tion process and formation of primary con¬
tacts. At the same time additives of this group
are considered perspective enough while con¬
ducting in-depth theoretical and empirical re¬
search.Operation mechanism of composite
multicomponent additive, do not reacting
with each other, is explained, mainly, by the
action of their individual components,
which, supplementing each other, allow to
achieve additive and, in some cases, syner¬
getic effect.Mineral additives create large group
of concrete modifiers, which vary in terms
of the contents and mechanical action.
Operation mechanism of such additives
as superdispersed wastes of ferrosilicon
production, fine siliceous and carbonate
rocks, lime paste, ashes, bentonitic clay,
is restricted to the formation of addition¬
al volume of colloidal glue, which reduc¬
es dehydration and improves workabili¬
ty of concrete mix. Some of the above
mentioned additives due to weak hydrau¬
lic activity serve as substitutes for the part
of cement or partially bind free hydrate
of lime improving its strength and water
resistance of concrete.According to the RILEM classifica¬
tion mineral additives are divided into five
classes (table 5.1.2). Despite certain limi¬
tations this classification gives a distinct
idea of application of wastes as additives
for production of microfillers of cements
and concrete. Injection of additives in the
process of cement grinding or into the
concrete mix is of economical value.Superdispersed silica in the form of,
mainly, silicon dioxide of amorphous
modification deserves special attention.
This additive allows to increase strength
and durability of concrete significantly as
a result of interaction with the minerals
of cement as well as due to durability of
concrete.Let us examine the operation mecha¬
nism of expanding additives. Expansion of
cement systems with the expansible oxide
additives takes place as a result of bulking
of the oversaturated aqueous solution (as
Modification of Concrete structure by additives - properties governor195Таблица 5.1.2 Table 5.1.2Классификация минеральных добавок Classification of mineral additives accord-
iioRILEM ing to RILEMВид FormХарактеристика CharacteristicsСостав Contents1. Быстроохлажденные
шлакиQuick-chilled slagПолуфабрикат, представляющий
гранулы разных размеровSemi-finished product in the form of
granules of various sizeАморфный кремнезем с приме¬
сью оксида кальция, магния и
алюминияAmorphous silica with the
admixture of calx, magnesium
oxide, aluminum oxide2. Высококальциевые
золы уносаHigh calcic fly asheПродукт сжигания угля с удельной по¬
верхностью 2500—4000 см /г в форме
сферических частиц диаметром
5—20 мкм (частиц диаметром более 20
мкм —до 25%)Coal firing derivatives with the specific
surface of 2500 - 4000 cm2/g, in the form
of globules of 5 - 20 mkm in diameter (up
to 25% of particles with the diameter of
more than 20mkm)Содержание оксида кальция не
менее 10%, аморфный
кремнезем с примесью кварца и
кальциевых алюмосиликатовContents of calx is not less than
1%, amorphous silica with the
admixture of quartz and calcic
aluminosilicate3. Микрокремнезем
MicrosilicaУльтрадисперсный порошок, состоящий
из частиц диаметром менее 0,5 мкм, с
удельной поверхностью до 20 000 см2/г,
а также зола рисовой шелухиSoot consisting of particles not less than
0.5 mkm with specific surface of up to
20 000 cm2/g, as well as ash of rice huskМикрокремнезем аморфной
модификацииMicro silica of amorphous
modification4. Низкокальциевые
золыLow calcic ashesПродукт сжигания угля с удельной
поверхностью 2000-3000см2/гProduct of coal incineration with specific
surface of 2000 - 3000 cm2/gСодержание оксида кальция до
10%, силикатное стекло,
примесь кварца, муллита, а
также до 10% углеродаContent of calx is less than 10%,
soda-lime glass, admixture of
quartz, mullite, as well as up to
10% of carbon5. Медленноохлажден-
ные шлаки; золы
гидроудаленияLow chilled slag;
ashes of
hydroremovalПродукты, которые после изменения
или активации обладают вяжущими и
пуццолановыми свойствмиProducts which after modification or
activation acquire binding and pozzolanic
propertiesКристаллы силикатов
Silicate crystalsнию к гидратным новообразованиям водного
раствора формирования на поверхности гидра¬
тирующихся зерен вяжущего и в межзерновом
пространстве зародышей кристаллов новообра¬
зований. Расширение бетона при применении
алюминатно-оксидных добавок объясняется об¬
разованием гидросульфоалюмината кальция и
интенсивной гидратацией оксида кальция. По-
видимому, при дальнейшем изучении окажется
весьма перспективным применение композици¬
онных добавок, включающих в себя расширяю¬
щие и ппастифицирующие компоненты.compared with the hydrated new forma¬
tions), formation of nucleus of crystals of
new formations on the surface of hydrating
grains of the binder as well as in the inter¬
grain air space. Expansion of concrete when
applying aluminate-oxide additives is ex¬
plained by the formation of calcium hydro-
sulphoaluminate and intensive aquation of
calx. Probably, application of composite ad¬
ditives including expanding and plasticized
components might be quite promising in the
process of further investigations.
196Модификация структуры бетона добавками — регуляторами свойствТаким образом, классификация добавок
по механизму модификации структуры бето¬
на позволяет осуществить целенаправленный
подход к их применению в технологии
бетона.Особую группу добавок составляют крем-
нийорганические соединения. В соответствии
с классификацией проф. В. Г. Батракова, они
делятся на три группы:— алкосилоксаны;— полигидросилоксаны;— полиалкилсиликонаты натрия.Действие добавок первой группы связа¬
но с эмульгированием выделяющегося при
взаимодействии с цемента и спирта мель¬
чайших пузырьков воздуха и гидрофобиза-
цией стенок пор цементного камня. Добав¬
ки алкилгидросилоксанов при взаимодей¬
ствии с гидрооксидом кальция образуют га¬
зообразный водород, что приводит к фор¬
мированию мельчайших замкнутых пор в
бетоне. Применение добавок на основе по-
лиалкилсиликонатов и алюмосиликонатов
натрия в результате образования своеобраз¬
ных соединений кремния с кислородом и
гидроксидом кальция позволяет гидрофоби-
зировать гидратные новообразования и целе¬
направленно изменять структуру бетона. Наря¬
ду с внутренним модифицированием представ¬
ляет интерес обработка затвердевшего бетона
кремнийорганическими добавками. Наиболь¬
шее применение из группы добавок органоси-
ликонатов получили этил (ЭСНК), метил
(МСНК) и алюмометилсиликонаты натрия.Представляется перспективной и полимер¬
ная модификация структуры бетона добавка¬
ми латексов. Механизм этого процесса связан
с диспергированием полимерного латекса с
последующим его коагулированием и осажде¬
нием на гидратных новообразованиях, мине¬
ральных составляющих и в порах цементного
камня. В некоторых случаях, к примеру при
использовании хлоропренового каучука, по-
лиэтилакрилометакрилатов и других латексов,
создаются предпосылки и для химического вза¬
имодействия с силикатными составляющими.
Таким образом, латексная модификация струк¬
туры бетона позволяет создать своеобразное
армирование гидратных новообразований,
приводящее к существенному улучшению та-Therefore, classification of additives ac¬
cording to concrete structure modification
mechanism allows for purposeful approach
towards their application in concrete tech¬
nologies.Organic silicon compounds represent
special group of additives. According to the
classification of prof. Batrakov they are di¬
vided into three groups:- alcosyloxanes;- polyhydrosyloxanes;- natrium polyalkylsiliconate.Action of additives of the first groupis associated with emulsifying of small ais
bubbles isolated in the result of interac¬
tion with cement (p.lO) and hydrophobi-
zation of walls of cement stone pores.
Additives of alkylhydrosyloxanes during
interaction with the hydrate of lime iso¬
late gaseous hydrogen, which results in the
formation of the finest closed pores in con¬
crete. Application of additives based on
polyalkysiliconates and alumosiliconates
of natrium in the result of the formation
of peculiar compounds of silicon with ox¬
ygen and hydrate of lime allows to hydro-
phobize hydrated new formations and
purposefully measure the concrete struc¬
ture. Treatment of hardened concrete with
organic silicon additives along with the in¬
ternal modification is of interest. Ethyl
(ЭСНК), methy (MCHK) and natrium
alumomethylsiliconate are the most widely
used out of this group of additives.Polymeric modification of concrete
structure by latex additives is promising as
well. Operation mechanism of this process
is associated with dispergating of polymeric
latex with its further coagulation and set¬
tling on hydrated new formations, mineral
components and pores of cement stone. In
some cases, for instance, while making use
of duprene rubber, polyethylacrilo-
methacrylate and other latexes, necessary
prerequisites are created for chemical inter¬
action with silicate component. Therefore,
latex modification of concrete structure
allows to create peculiar reinforcement of
hydrated new formations, resulting in sig¬
nificant improvement of such properties
Modification of Concrete structure by additives - properties governor 197ких свойств бетонной смеси и бетона, как адге¬
зия, химическая стойкость и другие. При моди¬
фикации структуры полимерными смолами в ре¬
зультате одновременно проходящих процессов
гидратации и полимеризации образуются высоко¬
прочные контакты связующего с заполнителем,
что приводит к повышению прочности бетона
при растяжении и динамической прочности.Рассматривая как классификационный при¬
знак модификацию бетона полимерами, необ¬
ходимо остановиться и на таких важных, на наш
взгляд, направлениях, как модификация поверх¬
ностных слоев заполнителей и кольматация пор.
Образующиеся в результате этих процессов ко¬
валентные связи в системе цементный камень—
заполнитель открывают принципиально новые
возможности и для науки, и для практического
использования бетона.При всей привлекательности рассмотрен¬
ных классификаций добавок по механизму
их действия остается неудовлетворенность
от слабой связи такого анализа с техноло¬
гическим приложением. Классификация до¬
бавок по технологическому эффекту (табл.
5.1.3), приведенная в отечественных норма¬
тивных документах, хотя и имеет критичес¬
кие замечания, наиболее полно отражает
проблему практического использования до¬
бавок. .Нетрудно заметить, что добавки, как пра¬
вило, оказывают полифункциональное дей¬
ствие на бетонную смесь и бетон, и одна и та же
добавка, например JICT, может быть регулято¬
ром и реологических свойств бетонной смеси, и
процессов схватывания и твердения, структу¬
ры, а также выполнять другие функции. Учи¬
тывая избирательный эффект добавок, необхо¬
димо отметить, что одна и та же добавка, к
примеру пластификаторы, в зависимости от их
дозировки, вида и расхода цемента, могут от¬
носиться к разным группам. Это касается и во¬
доредуцирующего эффекта. Та же добавка ЛСТ
в зависимости от ее расхода может выполнять
функции как замедлителя, так и ускорителя твер¬
дения. Заметим, что даже среди специалистов
укоренилось мнение, об ускорителях твердения
в качестве только электролитов или добавок-
центров кристаллизации. Почему же пластифи¬
каторы не могут быть ускорителями твердения?
Водоредуцирующий эффект добавок ПАВ, та-of concrete mix as adhesion, chemical
durability, etc. High-strength contacts of
the binder with the aggregate are estab¬
lished during modification of the struc¬
ture with polymeric resin simultaneously
with the processes of aquation and poly¬
merization resulting in tensile and dynam¬
ic strength increase.Examining modification of concrete
with polymers as classification criteria we
should dwell on such important aspects
as modification of coating surface of the
aggregate modification and mud inje¬
ction of pores. Covalent links established
in the system cement stone - aggre¬
gate open up possibilities both for scien¬
ce and practical application of conc¬
rete.Despite fetching classifications of addi¬
tives considered according to the operation
mechanism sense of dissatisfaction remains
due to poor connection between the analysis
with the practical application. Though the
classification of additives according to tech¬
nological effect (table 5.1.3) cited in the do¬
mestic normative documents can cause some
critical remarks, it is a more complete reflec¬
tion of the issues of practical application of
additives.Additives, as a rule, have a polyfunc¬
tional effect on concrete mix and concrete
itself. The same additive, for instance, ligno-
sulponate, might be the regulator of Theo¬
logical properties, processes of setting and
hardening, structure as well perform other
functions. Taking into consideration the
selective effect of the additives, one and the
same additive, for instance, plasticizer, de¬
pending on its dose, form and consumption
of cement might belong to different groups.
This concerns the water reducing effect as
well. Lignosulphonate additive depending
on its consumption might perform the func¬
tions of both hardening retarder and early-
strength admixture. There is a deep-rooted
opinion among the scientists that only elec¬
trolytes and crystallization centre belongs to
the latter. Why plasticizers cannot be the
early-strength admixtures? Water reducing
effect of the surface-active agent additives
198Модификация структуры бетона добавками — регуляторами свойствТаблица 5.1.3 Table 5.1.3Классификация добавок Classification of additives according toпо технологическому эффекту technological effectКлассClassВид, группа
Form, groupОценочные характеристики
CharacteristicsПримерыExamplesРегулято¬
ры реоло¬
гическихСВОЙСТВбетоннойсмесиRegulators
of Theolo¬
gical pro¬
perties of
concrete-
mixПЛАСТИФИКАТОРЫ
Группа 1PLASTICIZERS
Group 1Повышение осадки конуса бетонной
смеси без снижения прочности бетона
от 2—4 до 21—25 смConcrete mix slump increase from 2-4 to
21 - 25 cm without reduction of i^oncrete
strengthС-З, «Дофен»,
ПФМ-БСS-3, Dofen, ПФМ-БСГруппа 2
Group2Повышение осадки конуса бетонной
смеси без снижения прочности бетона
от 2—4 до 16—25 смSlump increase of concrete mix from 2-4
to 16 - 25 cm without reduction of
concrete strengthУПБ + C-3 (1:1),
Дофен-М,ЛСТ + CHynB+S-3 (1:1), Dofen-
М. lignosulphonate + CHГруппа 3
Group3Повышение осадки конуса от 2—4 до
10—15 см без снижения прочности
бетонаSlump increase of concrete mix from 2-4
to 10 - 15 cm without reduction of
concrete strengthУПБ-М, ЛСТ, ПФС,
УПСБУПБ-M, lignosulphonate,
ПФС, УПСБГруппа 4
Group 4Повышение осадки конуса бетонной
смеси от 2—4 до 5—9 смSlump increase of concrete mix from 2-4
to 5 - 9 cmНДК, ЩСПК, ФНТ,
ПЛКП, РОПСТАБИЛИЗАТОРЫSTABILIZATORSРаствороотделение бетонной смеси
при осадке конуса 20—22 см
не более2,5%Partitioning of concrete mix at slump of
20 - 22 cm not more than 2.5%Полиэтиленоксид
(ПОЭ),
метилцеллюлоза (МЦ)Polyethylene oxide,
methylcellulose
(methocel)ВОДОУДЕРЖИВАЮЩИЕWATER-RETAININGВодоотделение бетонной смеси при
осадке конуса 20—22 см не более 2%Dehydration of concrete mix at the slump
of 20 - 22 cm not more than 2%Кремнегель (КГ),
бентонитовая глина
(БГ)Silicon gel (КГ),
bentonitic clay (БГ)УЛУЧШАЮЩИЕ
ПЕРЕКАЧИВАЕМОСТЬ
БЕТОННОЙ СМЕСИIMPROVING THE
PUMPABIUTY OF
CONCRETE MIXСнижение давления при
перекачивании смесей не менее
чем на 20%Reduction of pressure during pumping of
the mixes not less than by 20%С-З, «Дофен»,
ПФМ-БС,
кремнегель (КГ)S-3, Dofen, ПФМ-БС,
silicon gel (КГ)Регулято¬
ры про¬
цессов
схватыва¬
ния цемен¬
тного те¬
ста и твер¬
дения
бетоновЗАМЕДЛИТЕЛИСХВАТЫВАНИЯSETTING RETARDANTSУвеличение сохраняемости
подвижности бетонной смеси до 12 ч
при температуре 20 °С и выше,
уменьшение тепловыделенияIncrease fluidity of concrete up to 12 h at
the temperature of 20°C and higher,
reduction of thermal fluxУПСБ, ЛСТ,
патока (molasses)УПСБ, ЛСТ,
ignosulphonate,
molasses
Modification of Concrete structure by additives - properties governor199Продолжение табл. 5.1.3 To be continue table 5.1.3КлассClassВид, группа
Form, groupОценочные характеристики
CharacteristicsПримерыExamplesРегулято¬
ры про¬
цессов
схватыва¬
ния цемен¬
тного те¬
ста и твер¬
дения
бетоновRegulators
of cement
setting and
hardening
of concrete
mixУСКОРИТЕЛИСХВАТЫВАНИЯSETTINGACCELERATORSУскорение схватывания при
температуре 20°С не менее
чем на 25%Acceleration of setting at the
temperature of 20°C, providing for the
strength of not less than 30% of design
one at 28 daysПоташ (П),
хлориды кальция (XK)
и натрия (ХН)Potash, calcium chloride,
sodium chlorideПРОТИВОМОРОЗНЫЕANTIFREEZEОбеспечение твердения бетона при
температуре до -20 °С, обеспечение
прочности в возрасте 28 сут
не менее 30% проектнойProvide for hardening of concrete at the
temperature of -20°C, provide for 30% of
design strength at 28 daysПоташ (П),
нитрат кальция (НК)Potash, calcium nitrateУСКОРИТЕЛИ
ТВЕРДЕНИЯ БЕТОНОВEARLY-STRENGTH
CONCRETE ADMIXTUREПовышение прочности бетона через
24 ч нормального твердения
не менее чем на 20 %Improve concrete strength in 24 h of
normal hardening for not less than 20%Сульфат натрия (СН),
нитрат кальция (НК),
продукты сероочистки
коксового газаSalt cake, calcium
nitrate, products of coke-
oven gas desulfurizationЗАМЕДЛИТЕЛИ
ТВЕРДЕНИЯ БЕТОНОВCONCRETE HARDENING
RETARDERЗамедленное твердение по
показателю прочности в возрасте
7 сут не менее 30%Slow hardening according to the strength
index at 7 days not less than 30%УПСБ, ЛСТ, патокаУПСБ, lignosulfonate,
patoshРегуля¬торыструктурыRegulators
of structureВОДОРЕДУЦИРУЮЩИЕ
Группа 1WATER REDUCING
Group 1Снижение водосодержания бетонной
смеси не менее чем на 20% и
повышение марки бетона по
водонепроницаемости на 4 ступени и
болееReduction of water content of concrete
mix by not less than 20% and increase of
concrete brand in terms of water
permeability by 4 points and higherCm.пластификаторы,
группа 1See plasticizers,
Group 1Группа 2
Group 2Снижение водосодержания бетонной
смеси не менее чем на 12% и
повышение марки бетона по
водонепроницаемости на 1—2
ступениReduction of water content of concrete
mix by not less than 12% and increase of
concrete brand in terms of water
permeability by 1—2 pointsCm.пластификаторы,
группа 2See plasticizers,
Group 2Группа 3
Group 3Снижение водосодержания бетонной
смеси не менее чем на 6% и
повышение марки бетона по
водонепроницаемости на 1—2
ступениReduction of water content of concrete
mix by not less than 6% and increase of
concrete brand in terms of water
permeability by 1—2 pointsCm.пластификаторы,
группа 3See plasticizers,
Group 3
200Модификация структуры бетона добавками —регуляторами свойствПродолжение табл. 5.1.3 То be continue table 5.1.3КлассВид, группаОценочные характеристикиПримерыClassForm, groupCharacteristicsExamplesРегуля¬торыструктурыRegulators
of structureГруппа 4
Group 4Снижение водосодержания бетонной
смеси на 3—5% и повышение марки
бетона по водонепроницаемости
на 1 ступеньReduction of water content of concrete
mix by 3 - 5% and increase of concrete
brand in terms of water permeability by 1
pointCm.пластификаторы,
группа 4See plasticizers,
Group 4ВОЗДУХОВОВЛЕКАЮЩИЕ
для легких бетоновAIR-ENTRAINING
for light-weight concreteОбъем воздухововлечения не У/юнее
15%, потери воздуха через 30 мин
хранения не более 25%, увеличение
прочности при сопоставимой средней
плотности бетонаVolume of air entrainment is not less
than 15%, losses of air in 30 min of
storage not less than 25%, increase of
strength at comparable average density
of concreteСДО, СНВ, ГКЖ-11ПенообразующиеFoamingОбъем вовлеченного воздуха не
менее 25%, потери воздуха через
30 мин хранения не более 25%,
повышение прочности при
сопоставимой средней плотности
бетонаVolume of entrained air is not less than
25%, losses of air in 30 min of storage
not less than 25%, increase of strength
at comparable masse specific gravity of
concreteСульфонол, СДО, СНВ
Sulfonol, СДО, СНВДля тяжелых бетонов
Heavy-weight concreteВоздухосодержание уплотненной
бетонной смеси по объему 2—5%,
повышение морозостойкости бетона
в 2 раза и болееAir entrainment of compacted concrete
2—5% of the total volume, increase of
frost resistance 2 times and higherСДО, СНД, ЩСПКГАЗООБРАЗУЮЩИЕ
для лёгких бетоновОбъем газообразования в бетонной
смеси не менее 15%, период
активного газовыделения 5—30 мин,
повышение прочности при
сопоставимой средней плотности
бетонаПудра алюминиевая
(ПАК), ПАП-1),
полигидросилоксаны
136-41, 136-157 МGAS FORMING
for light-weight concreteVolume of gasification of concrete mix is
not less than 15%, period of active
gassing 5-30 min, increase of strength
at comparable average densityAluminum powder
(ПАК), ПАП-1,
polyhydrosyloxane
136-41, 136-157 Мдля тяжелых бетонов
heavy-weight concreteОбъем газа в уплотненной бетонной
смеси 1,5—3,5%, повышение
морозостойкости бетона в 2 раза и
болееVolume of gas in concrete mix equal 1.5
- 3.5%, increase of frost resistance twice
as much and higher«
Modification of Concrete structure by additives - properties governor201Окончание табл. 5.1.3 Finish table 5.1.3КлассClassВид, группа
Form, groupОценочные характеристики
CharacteristicsПримерыExamplesКОЛЬМАТИРУЮЩИЕПОРЫMUDDING PORESПовышение марки бетона по
водонепроницаемости в 2 раза и
болееincrease of concrete brand in terms of
water permeability twice as much and
higherБентонитовая глина
(БГ), сульфат железа,
полимеры ДЭГ-1, С-89Bentonitic clay, ferric
sulfate, polymers, ДЭГ-
1, C-89Моди¬
фикаторы
специаль¬
ного на¬
значенияSpecialpurposemodifiersГИДРОФОБИЗИРУЮЩИЕ
Группа 1WATERPROOFING
Group 1Снижающие водопоглощение бетона в
возрасте 28 сут не менее чем в 5 разDecrease water absorbing of concrete 5
times at 28 days зПолигид росилоксаны
136-41, 136-15MPolyhydrosyloxane 136¬
41, 136-15 M,Группа 2
Group 2Снижающие водопоглощение бетона в
возрасте 28 сут не менее чем в 2 разаDecrease water absorbtion of concrete
not less than 2 times at 28 daysЭтилсиликонат натрия,
ГКЖ-10natrium ethylsiliconate
ГКЖ-10Группа 3
Group 3Снижающие водопоглощение бетона в
возрасте 28 сут не менее чем в 1,4
разаDecrease water absorbtion of concrete
not less than 1.4 times at 28 daysГКЖ-10, ГКЖ-11
ГКЖ-10, ГКЖ-11БАКТЕРИЦИДНЫЕBACTERICIDALЗащитные свойства в биопогически
активных средахProtective properties in biologically
active mediaКБКБИНГИБИТОРЫ
КОРРОЗИИ СТАЛИSTEEL CORROSION
INHIBITORСнижение коррозии сталиНН, катапин-ингибиторkhx к прпмеру, как суперпластифнкаторы, по¬
зволяет успешно использовать нх и в качестве
ускорителей твердения. А почему не может счи¬
таться ускорителем твердения, добавка, если
она повышает прочность бетона через 24 ч на
10 %, а через 48 ч — на 40 %?Довольно условно и определение добавок
как противоморозных. Совершенно не обяза¬
тельно, чтобы добавка обеспечивала противо-
морозные свойства смеси при температуре
—20 °С. Во многих регионах такой температу¬
ры воздуха практически не бывает. Кроме того,
доказано, что противоморозный эффект может
быть достигнут комплекснрованием компонен¬
тов добавок в сочетании с технологическими
приемами, к примеру разогревом смеси. Это
обеспечивает получение необходимой критичес¬
кой прочности при использовании добавок, ко¬
торые не относятся к противоморозным по об¬
щепринятым критериям. Вместе с тем необхо-such as, for instance, superplasticizers, al¬
lows to apply them successfully as an early-strength admixtures. Why an additive can¬
not be considered a hardener if it increases
the strength of concrete by 10% in 24 h and
by 40% in 48 h?Definition of additives as an antifreezing
ones is conditional as well. It is not necessary
that an additive should provide antifreezing
properties at the temperature of -20°C. In
many regions this temperature has been nev¬
er observed. Besides, it is proven that anti¬
freezing effect might be achieved by way of
interconnecting components of the additive
in combination with technological methods,
for instance, warming-up the concrete mix.
This provides for necessary critical strength
while making use of additives that do not as¬
cribed to antifreezing in terms of convention¬
al criteria. At the same time conditions and
202Модификация структуры бетона добавками — регуляторами свойствдимо четко оговорить условия и методы испы¬
таний, при которых определяются противомо-
розные свойства добавки, например время пред¬
варительного выдерживания при положитель¬
ной температуре до замораживания, размер об¬
разцов и т. п. Необходимо уточнить и состав
бетона (или хотя бы В/Ц), и вид применяемого
цемента, так как при В/Ц более 0,6 при исполь¬
зовании цементов с содержанием минеральных
добавок более 30% ни одна добавка при приня¬
тых нормативах оценки не окажется противо-
морозной.На основании проведенного анализа нами
предлагаются следующие методика и классифи¬
кация при оценке противоморозных свойств
добавок: обеспечение необходимой критичес¬
кой прочности (по нашим данным, не ниже 12
МПа) прн использовании бездобивочного пор¬
тландцемента с содержанием C,S в клинкере
не менее 58%, при сопоставимой осадке конуса
3—4 см (В/Ц смеси 0,55) и выдержке бетона
до замораживания не более 8 ч (табл. 5.1.4).Таблица 5.1.4
Классификация противоморозных
добавокtest procedures should be agreed on at which
the antifreezing properties of the additive will
be determined, i.e. time of pre-streaming pe¬
riod at positive temperature until freezing,
sample size, etc. Concrete mix (or at least W/
C) as well as type of cement being used should
be specified since in case of W/C higher than
0.6 when applying cements with the content
of mineral additives more than 30% none of
the additives adopted in the normative docu¬
ments will not be antifreezing one.Based on the investigation conducted we
suggested the following test procedure and
classification when assessing the antifreezing
properties of the additives: maintaining nec¬
essary critical strength (according to our data
not less than 12 MPa) when applying portland
cement without additives with the content of
C,S in clinker not less than 58% at compara¬
ble slump of 3 - 4 cm (W/C of the mix equal
0.55) and concrete curing until freezing not less
than 8 h (table 5.1.4).Table 5.1.4
Classification of antifreezing
additivesКлассClassДобавкаAdditiveОтрицательная температура
в бетоне при испытании, °СNegative temperature of
concrete during the test, °CПримерыExamples1Для низкотемпературного
тверденияFor low temperature hardening—20 (± 2)Поташ (П), нитрат кальция
(НК), НК + СН + УПБ, ХК,
карбамид (М) + НКPotash (П), calcium nitrate
(НК), НК + СН + УПБ, ХК,
carbomide, (М) + НК2Для средних отрицательных
температурFor medium negative
temperatures-15 (±2)НН, ФНТ, «Нитродап», М
НН, ФНТ, «Nitrodap», М3Для отрицательных
температурFor negative temperatures—10 (± 2)ПФС, НН + ЛСТДоя оценки противоморозных свойств до¬
бавки принципиально значение температуры
не в окружающей среде, а в бетоне. С этих по¬
зиций выбор противоморозных добавок для
низкотемпературного твердения очень огра¬
ничен и эти добавки имеют ряд ограничений
по применению.Of principle for evaluation of antifreez¬
ing properties of the additive is the temper¬
ature of concrete not of the environment.
From this standpoint selection of antifreez¬
ing additives for low temperature harden¬
ing is restricted: their application is limit¬
ed.
Modification of Concrete structure by additives - properties governor203Таким образом, в общем при оценке всех
известных классификаций они, на наш взгляд,
недостаточно прагматичны. Пользователя, то
есть технолога, строителя, интересует не ме¬
ханизм действия, не пенообразующая способ¬
ность, не водоредуцирующий эффект добавок,
а конкретный практический результат их дей¬
ствия, например, повышение прочности, уве¬
личение оборачиваемости форм, снижение
трудоемкости и улучшение условий труда, эко¬
логические аспекты и т. п.Наиболее полно критерию поставленной
цели отвечает предложенная автором класси¬
фикация добавок модификаторов бетона по
функциональному назначению (рис. 5.1.1),
подтвержденная публикацией в авторитетныхTherefore, in general when evaluating
all the existing classifications they are, in
our opinion, not quite pragmatic. The cus¬
tomer, i.e. production engineer, builder, is
interested neither in the operation mecha¬
nism nor in foaming capacity, water reduc¬
ing effect, but in specific practical outcome
of their action, for instance: increase of
strength, turnaround of forms, reduction of
labour-intensiveness and improving of work¬
ing conditions, ecological aspects, etc.Classification of additives-modifiers of
concrete on the basis of functionality (ta¬
ble 5.1.1) suggested by the author meets the
requirements of the objective. It was sup¬
ported by the publications in the authori-эпхээь•пгоионхащ
anlmcxfidnb
■пфэиини ’рqLUOOH \-q иэшпд\.ogcnodu'эп'пкх-отюд°иTVРис. 5.1.1. Классификация добавок-модификаторов бетона но функциональному
назначению
204Модификация структуры бетона добавками — регуляторами свойств6.3.Settingand hardening\ retarderssjnpaoojd
бииээи/биэ
бЩциэр1 pFig. 5.1.1. Classification of additives-modifiers of concrete on the basis of functionalityнаучных журналах, на которые имеются ссыл¬
ки в списке литературы. Почти 20 лет эта
классификация со ссылками на автора и без
них широко используется специалистами в на¬
учных монографиях, нормативно-методичес¬
ких документах и учебной литературе. Глав¬
ное ее преимущество — в ясности и целенап¬
равленности. Согласно этой классификации
все добавки к бетонам делятся на шесть клас¬
сов, а каждый класс — на подклассы. Каж¬
дый подкласс также имеет свое деление до
конкретного вида добавки. Такой подход
дает возможность сосредоточиться пользова¬
телю на поставленной цели и сделать выбор.
Так, для возведения конструкций из бетона
класса В40 необходим портландцемент мар¬
ки 600, который является дефицитным.
Пользуясь приведенной классификацией,tative scientific journals. References to
some of them are provided in the bibli¬
ography. The classification in question
has been widely used by specialists, in
scientific literature, normative docu¬
ments for 20 years with the references to
the author and without them. The main
advantage of it is clarity and purpose¬
fulness. According to the classification
all additives are divided into 6 classes,
each class is further subdivided into sub¬
classes. Each subclass has its own divi¬
sion until specific form of the additive.
Such approach enables the customer to
concentrate on the objective set and
make his own choice. Thus, for instance,
in order to make a construction out of
concrete of brand B40 portland cement
Modification of Concrete structure by additives - properties governor 205пользователь сосредотачивает свое внима¬
ние на добавках 2-го класса “Обеспечиваю¬
щие взаимозаменяемость компонентов бето¬
на” и подкласса 2.1. “Дающие возможность
замены высокопрочных и специальных цемен¬
тов”, например марки 600 на 500 или 400.
Благодаря водоредуцирующему эффекту та¬
кую возможность могут дать супер пластифи¬
каторы или высокоэффективные пластифика¬
торы. Эффект снижения расхода энергетичес¬
ких ресурсов дают добавки 1-го класса. Со¬
всем не обязательно для ускорения твердения
использовать только электролиты. В зависи¬
мости от экономической ситуации для этой
цели могут быть использованы и суперплас¬
тификаторы, и комплексные добавки, вклю¬
чающие в себя пластификатор и ускоритель
твердения и т. п., т. е. модификаторы с раз¬
личным механизмом действия и технологичес¬
ким эффектом. Кроме того, одна и та же до¬
бавка, к примеру УПСБ или JICT, может быть
использована и как замедлитель схватыва¬
ния, и для экономии цемента, и для улучше¬
ния технических свойств бетона, т. е. для раз¬
личных целей.Таким образом, выполненный анализ по¬
зволяет получил» всесторонний обзор доба¬
вок и основные направления их нрнменешш.5.2. Исследование влияния добавок
на основные свойства бетонной
смеси и бетонаКлассификация и теоретический анализ
дали качественное представление о механиз¬
мах действия добавок и основных направлени¬
ях их применения. Задача этого исследования
состоит в количественной оценке пластифици¬
рующего и водоредуцирующего эффекта доба¬
вок, возможностей повышения прочности, во¬
донепроницаемости и морозостойкости бетона,
экономии цемента, энергоресурсов и опреде¬
лении других методов применения модифика¬
ции бетона.Пластифицирующий эффект добавок
(обычно ПАВ) используется для улучшения
удобоукладываемости бетонной смеси, что
позволяет уменьшить трудозатраты при про¬
изводстве бетонных работ, снизить их трудо¬
емкость и улучшить условия труда. При со¬
поставимой удобоукладываемости бетон¬
ной смеси пластифицирующий эффект может
быть использован для уменьшения водосодер-of brand 600 is necessary which is in short
supply. Making use of the suggested classi¬
fication the customer concentrates his atten¬
tion on the additives of the second class “Pro¬
viding for interchangeability of concrete
components” and subclass 2.1. “Those en¬
abling the change of high strength and spe¬
cial elements”, for instance the brand of 600
by that of 500 or 400. Superplasticizers or
high-quality plasticizers can ensure this
due to the water reducing effect. Additives
of the 1st class provide for reduction of
energy resources consumption. It is not
necessary to use electrolytes only as early-
strength admixture. Depending on eco¬
nomic situation both superplasticizers and
composite additives including plasticizer
and hardeners, etc., i.e. modifiers with var¬
ious operation mechanism and technolog¬
ical effect. Besides one and the same addi¬
tive for instance lignosulphonates or УПСБ
might be used as setting retarder both in
order to save cement and to improve pro¬
cessing characteristics, i.e. for different
purposes.Therefore, the analysis conducted
provides for the comprehensive survey of
additives and their basic applications.5.2. Investigation of additives
influence upon the main properties
of concrete mix and concrete itselfClassification and theoretical analy¬
sis provide qualitative summary of oper¬
ation mechanisms of the additives as well
as their basic applications. The objec¬
tive of this part is to quantitatively eval¬
uate the plasticizing and water reducing
effect of the additives, water permeabili¬
ty and frost resistance of concrete, sav¬
ing cement, energy resources and to de¬
termine other applications of concrete
modifications.Plasticizing effect of additives (usual¬
ly surface-active agent) is used to improve
the workability of concrete mix, which, in
its turn, enables to reduce man-hours dur¬
ing the concreting, its labour-intensiveness
as well as to improve working conditions.
At comparable workability of concrete mix
plasticizing effect might be used in order
to reduce water content of concrete mix
206Модификация структуры бетона добавками — регуляторами свойствжания бетонной смеси, что позволяет ускорить
твердение бетона, повысить его прочность и
другие свойства. При высокой эффективности
добавки ее пластифицирующая способность
применяется для получения двух или несколь¬
ких эффектов одновременно, например при ис¬
пользовании суперпластификаторов возможно
одновременно улучшить удобоукладываемость
бетонной смеси и повысить прочность бетона.Инструментальные методы оценки удобоук-
ладываемости не дают возможности достаточ¬
но полно учесть технологические возможности
добавки. Например, стандартные способы оп¬
ределения осадки конуса бетонной смеси статич¬
ны и не учитывают тиксотропный эффект, т. е.
возможность дополнительного разжижения сме¬
си в результате вибровоздействий. Поэтому в за¬
висимости от метода инструментальной оцен¬
ки приходится учитывать порог чувствительно¬
сти бетонной смеси и бетона к той или иной до¬
бавке. На рис. 5.2.1 приведены зависимости, ил¬
люстрирующие это, ранее не описанное в науч¬
ной литературе явление.Заметим, что порог чувствительности —
явление, связанное не только с инструменталь¬
ными методами, но и с механизмом действия
добавок; бетонная смесь представляет собой
систему, малочувствительную к микродозам.
Хотя известны добавки, которые в микродо¬
зах могут дополнить или корректировать не¬
которые характеристики модификаторов, на¬
пример пенообразующую способность, бакте¬
рицидные свойства и т. п.Для оценки водоредуцирующего эффекта
добавок был принят контрольный состав бе¬
тонной смеси с осадкой конуса 3—4 см при
расходе цемента 350 кг/м3 и воды 192 кг/м3. В
процессе исследований использовался бездо-
бавочный портландцемент и портландцемент
с минеральными добавками, гранитный ще¬
бень фракции 5—20 мм и мелкий речной пе¬
сок. Результаты экспериментальных исследо¬
ваний приведены в табл. 5.2.1.Нами также исследовались и другие рекла¬
мируемые зарубежные и отечественные плас¬
тификаторы. На уровне отечественных супер¬
пластификаторов и более высокого качества
оказались только добавки производства Г ер-
мании, Канады, США и Японии. Рекламиру¬
емые же отечественные пластификаторы
ПЛКП, “Релаксол” другие представляют со-that enables to accelerate hardening of
concrete, increase its strength and other
properties. In case of high efficiency of an
additive its plasticizing ability might be
used in order to achieve two or more ef¬
fects simultaneously, for instance it is pos¬
sible to improve the workability of con¬
crete mix and increase the strength of con¬
crete at the same time.Instrumental methods of workability
evaluation do not enable to account for all
technological properties of an additive. For
instance, standard methods of slump deter¬
mination are static and do not account for
thixotropic effect, i.e. ability of supplemen¬
tal rarefaction of the mix as a result of vi¬
brating impact. That is why depending on
the method of instrumental evaluation one
should account for sensitivity threshold of
concrete mix and concrete itself. Dependen¬
cies illustrating the phenomenon, which was
not described in the literature before, are
presented in the fig. 5.2.1.Sensitivity threshold is a phenomenon
connected both to instrumental methods
and operation mechanism of the additive;
concrete mix represents a system of little
sensitivity to the microdoses. Though some
additives are known, the microdoses of
which might add or adjust some character¬
istics of the modifiers, for instance foaming
ability, bactericidal properties, etc.In order to evaluate the water reducing
effect of the additives reference concrete mix
was adopted with the slump of 3 - 4 cm,
cement consumption of 350 g/m3 and that
of water equal to 192 kg/m3. Portland ce¬
ment without additives and portland ce¬
ment with mineral additives, crushed gran¬
ite with the fraction of 5 - 20 mm and fine
bank sand was used during the investiga¬
tion. Test results are presented in the
table 5.2.1.We have also studied other foreign
and domestic plasticizers. Additives pro¬
duced in Germany, Canada, USA, and
Japan turned out to be of the same qual¬
ity as the domestic superplasticizers or
higher. The advertised domestic plasti¬
cizers ПЛКП “Релаксол”/РЬКР Re-
laxol represent mechanical mixture of
Modification of Concrete structure by additives - properties governor207Рис. 5.2.1. К определению влияния добавок
на пластифицирующий и водоредуцирующий
эффекты:1 — ЛСТ; 2 — ПФС; 3 — С-3; заштрихован —
порог чувствительности добавокбой механическую смесь УПБ или ЛСТ, с про¬
дуктами сероочистки коксового газа и не име¬
ют существенных преимуществ перед известны¬
ми пластификаторами и комплексными добав¬
ками, включающими в себя пластификатор и
ускоритель твердения (к примеру, сульфат на¬
трия). Оценка последних объективная и само¬
критичная, так как автор — исследователь и
разработчик аналогичных добавок. Добавим,
что пластифицирующий и водоредуцирующий
эффект при использовании известных пласти¬
фикаторов совместно с воздухововлекающими
компонентами, здесь незначителен. В то же вре¬
мя для легких и особолегких бетонов (в том чис¬
ле ячеистых) применение комплексных доба¬
вок, включающих в себя пластифицирующий и
воздухововлекательный компоненты, при соот¬
ветствующей их обработке позволяет получатьFig.5.2.1. Influence of additives on plas¬
ticizing and water reducing effects:1 - lignosulphonates; 2 - ПФС; 3 - C-3;
shaded area - sensitivity threshold of the
additives.УПБ and lignosulphhonates as well as the
products of coke-oven gas desulfurization
and do not possess significant advantages
as compared to the popular plasticizers
and composite additives consisting of hard¬
eners (e.g. salt cake). Evaluation of the
latter ones is objective and containing self¬
criticism since the author has investigated
and designed similar additives. I should
add that plasticizing and water reducing
effects when applying already known plas¬
ticizers along with the air-entraining com¬
ponents are insignificant.At the same time
application of composite additives includ¬
ing plasticizing and air-entraining com¬
ponents with light and extra light (cellu¬
lar concrete) with the appropriate treat¬
ment enables to obtain stable foam and
208Модификация структуры бетона добавками — регуляторами свойствТаблица 5.2.1 Table 5.2.1Водоредуцирующий эффект добавок, % Water reducing effect of additives, %Вид добавкиType of the
additiveРасход добавки,
% массы цементаConsumption of
the additive, % to
the mass of
cementСопоставимая удобоукладываемость бетонной смеси при
использовании цементов бездобавочного (I) и с минеральными
добавками (II)Comparable workability of concrete mix when applying cements
without additives (I) and that with the mineral additives (II)Ж2П1ПЗIIIIIIIIIЛСТLignosulpho-nates0,25—64—57—86—710—119—100,47—86—710—11k9—1013—1411—12УПБ (УПСБ)0,25—64—57—86—79—108—90,47—86—79—109—1013—1412—13ПФС (ФНТ)0,57—86—78—97—810—1110—1118—97—810—1110—1113—1413—14НДК0,33—42—35—64—59—108—90,65—64—57—86—711—1210—11ЩСПК0,23—42—35—64—58—98—90,45—64—57—86—710—119—10«Дофен»0,58—97—89—108—912—1311—1219—108—911—1210—1116—1714—15C-30,58—97—810—119—1014—1513—14110—119—1013—1412—1318—1917—18ПФМ-БС0,58—97—89—108—912—1311—1219—108—910—1110—1114—1513—14Продукт мокрой
сероочистки
коксового газаProduct of wet
coke-oven gas
desulfurization0,52—31—23—42—35—64—513—42—34—53—46—75—61,54—53—46—75—67—86—7довольно устойчивую пену и стабильные харак¬
теристики средней плотности и прочности.На основании исследований установлен
следующий ряд пластифицирующей эффек¬
тивности добавок:С-3 > “Дофен” > ПФМ-БС > ЛСТ > УПСБ > УПБ > НДК > ЩСПК. (5 2.1)stable characteristics of mass specific
gravity and strength.During the investigation the following
series of plasticizing efficiency of the addi¬
tives was determined:Влияние добавок на основные свойства
бетона исследовалось на образцах бетона
того же контрольного состава с корректиро¬
ванием водосодержания бетонной смеси в со¬
ответствии с водоредуцирующим эффектом
добавок и пересчетом составов бетона по аб¬
солютному объему. Для исследований приме¬
нялись цементы 15 цементных заводов, 7 из
которых достаточно объективно представля¬
ющие выборку приведены в табл. 5.2.2.Influence of the additives on the basic
properties of concrete was tested on the
reference concrete mix with the adjustment
of water contents of concrete mix accord¬
ing to the water reducing effect of the ad¬
ditives and converting concrete mix ac¬
cording to absolute volume. Cements from
15 cement works, 7 of which provided ob¬
jective samples, were used during the ap¬
plication (table 5.2.2).
Modification of Concrete structure by additives - properties governor209Таблица 5.2.2 Table 5.2.2Характеристика исследуемых цементов Characteristics of cements under investigationКод при
проведении
экспериментаCode during
the testЗавод-изготовитель
Manufacturing plantВид минеральных
добавокType of the
mineral additivesМинеральные
добавки
в цементе, %Mineral additive in
cement, %МаркаBrandСзА
клинкера, %СзА in the
clinker, %1АмвросиевскийAmvrosievskiy——4005,62БалаклейскийBalakleiskiy——5007,13ДнепродзержинскийDneprodzerzhinskiyШлакSlag444008,74Каменец-ПодольскийKamenets-Podolskiy——5008,95Каменец-ПодольскийKamenets-PodolskiyШлакSlag204008,96КриворожскийKrivorozhskiyШлакSlag354008,67НиколаевскийNikolaevskiyШлакSlag404009,4Образцы бетона со стороной ребра
10 см после предварительного выдерживания2—3 ч подвергались тепловлажностной обра¬
ботке (ТВО) по режиму 3,5 + 3 + 2 при темпера¬
туре изотермической выдержки 80 °С и испыты¬
вались через 4 ч после окончания процесса. Па¬
раллельно проводилось испытание образцов-
близнецов в возрасте 3 и 28 сут нормального
твердения. Результаты эксперимента по оценке
прочности бетона на сжатие приведены в табл.
5.2.3. Исследования проводились также с исполь¬
зованием хлорида кальция (ХК)> суперпласти¬
фикатора СМФ, плава низших дикарбоновых
кислот (НДК), “Нитродап” и других добавок,
а также их сочетаний. На основании экспери¬
мента представляется возможным построение
ряда добавок по эффективности их применения
для ускоренного твердения, а также их комп¬
лексов. Следует заметить, что не все пластифи¬
каторы и ускорители совместимы, например, не¬
эффективно совмещение ЛСТ с нитритом натрия
и нитратом кальция, а также “Нитродап”, с
ЩСПК и т. п., так как при получении комплек¬
сных добавок не всегда достигается даже ад¬
дитивный эффект, а в некоторых случаях обра¬
зуются отравляющие вещества. В то же время,
как ранее показано нами с проф. В. Б. Ратино-
вым, совмещение ряда компонентов позволяет
получить синергический эффект повышения ка¬
чества бетона.Samples of concrete with the edge of
10 cm underwent steaming according to
the 3.5 + 3 + 2 mode at the temperature of
isothermic storage of 80°C after 2 - 3 h of
pre-steaming period and were tested again
after 4 h upon the completion of the pro¬
cess. In parallel test of twin samples at 3
and 28 days of regular hardening was con¬
ducted. Compression strength test results
are presented in the table 5.2.3. During
the tests calcium chloride superplasticiz¬
er СМФ, elementary dicarboxylic acids
fusion cake, “Nitrodap” and other addi¬
tives as well as their combinations were
used. Based on the experience the series of
additives, as well as their sets, might be
determined according to their application
efficiency as a hardener. It should be men¬
tioned that not all plasticizers and hard¬
eners are compatible, for instance, combi¬
nation of lignosulphonate with the sodi¬
um nitrate and calcium nitrate, as well as
“Nitrodap” with ЩСПК, etc., since when
obtaining composite additives even the ad¬
ditive effect is not always achieved, and in
some cases one might arrive at toxic sub¬
stance. At the same time as prof. V.B. Rati-
nov and me have proved combination of se¬
ries of components enables to achieve syner¬
gistic effect for increase of concrete quality.
Таблица 5.2.3Оценка эффективности добавок по критерии) повышения прочно¬
сти бетона по сравнению с контрольным составом, %, при различ¬
ных условиях твердения, %Table 5.2.3Evaluation of additives efficiency according to the concrete
strength increase criteria as compared to the reference mix %,
at various hardening conditions, %Расход добав к и , %
массы цемента
Consumption of cement,
% to the mass of cementУдобоукладывае мость
бетонной с меси
Workability of concreteЗавод-изготовитель цемента (см. табл. 5.2.2)Manufacturing plant of cement (see table 5.2.2)Вид добавки
Type of additiveАмвросиевский
(код 1)Amvrosievskiy
(code 1)Балаклейский
(код 2)Balakieiskiy (code 2)Каменец-Подольский
(код 5)Kamenets-Podolskiy
(code 3)Днепродзержинский
(код 3)Dneprodzerzhinskiy
(code 3)Криворожский
(код 6)Krivorozhskiy
(code 6)ТВОStea¬ming3сут.3days28сут28daysТВОStea¬ming3сут.3days28 сут.
28
daysТВОStea¬ming3 сут.
3 days28 сут.
28
daysTBOStea¬ming3 сут.
3 days28 сут.
28
daysTBOStea¬ming3сут.3days28 сут.
28
daysЛСТ0,2Ж213,715,220,416,814,522,716,116,722,55,25,615,312,510,419,7lignosulphates0,2ПЗ16,817,927,520,418,128,520,418,327,78,910,421,615,714,226,30,5Ж216,514,39,214,012,510,715,314,211,616,915,311,615,214,310,7Продукт сероочистки
коксового газа (РОП)Products of coke-oven
gas desulfurization0,5ПЗ13,912,211,711,810,49,312,611,510,412,510,410,112,411,210,21Ж226,323,617,522,820,416,227,425,218,324,423,118,223,521,615,71ПЗ21,720,518,318,416,515,720,918,716,116,315,714,318,916,414,21,5Ж244,440,224,727,824,219,339,735,324,639,836,223,335,233,722,11,5ПЗ36,131,523,223,219,316,830,129,428,424,820,518,226,724,220,30,5Ж226,622,419,616,815,612,120,316,315,719,417,515,620,819,015,1РОП + УПСБ (5:1)0,5ПЗ21,820,921,813,812,111,419,718,015,314,614,113,718,315,814,3Products of coke-oven
gas desulfurization +
УПСБ (5:1)1Ж234,028,122,528,124,918,731,227,521,528,326,821,232,529,824,01ПЗ31,630,324,426,923,220,026,722,319,920,619,211,826,124,423,11,5Ж252,747,326,142,336,523,547,841,827,145,341,525,243,241,128,31,5ПЗ40,340,927,241,435,428,038,730,230,421,828,226,735,739,031,7УПБ0,3Ж230,426,824,725,422,221,524,522,320,826,725,221,824,822,521,60,3ПЗ31,929,526,530,327,524,428,226,124,228,427,524,829,7~~I26,225,1210 Модификация структуры бетона добавками —регуляторами свойств
Окончание табл. 5.2.3Finish table 5.2.3Вид добавки
Type of additiveРасход добавки ,%от
массы цемента
Consumption of cement,
% to the mass of cementУдобоуклад ыв аемость
бетонной смеси
Workability of concreteЗавод-изготовитель цемента (см. табл. 5.2.2)Manufacturing plant of cement (see table 5.2.2)Амвросиевский
(код 1)Amvrosievskiy
(code 1)Балаклейский
(код 2)Balakleiskiy (code 2)Каменец-Подольский
(код 5)Kamenets-Podolskiy
(code 3)Днепродзер-жинский
(код 3)Dneprodzerzhinskiy
(code 3)Криворожский
(код 6)Krivorozhskiy
(code 6)TBOStea¬ming3 сут
3days28сут28daysTBOStea¬ming3 сут
3days28 сут
28
daysTBOStea¬ming3 сут
3 days28 сут
28
daysTBOStea¬ming3 сут
3 days28 сут
28
daysTBOStea¬ming3 сут
3days28 сут
28
days0,5Ж236,226,910,636,425,225,436,526,223,129,227,418,731,430,222,7CH0,5ПЗ21,220,414,723,521,421,822,820,319,120,518,716,322,521,319,11,5Ж248,843,328,945,237,530,740,935,526,735,532,824,448,742,529,61,5ПЗ37,532,625,536,730,926,132,730,323,530,626,120,936,131,523,81Ж234,629,320,831,727,519,732,526,723,429,226,323,831,127,224,3HK1ПЗ26,420,318,725,123,718,525,223,320,125,422,620,426,322,521,82Ж239,736,326,640,335,123,937,332,525,336,735,230,238,233,431,12ПЗ30,426,722,232,730,421,232,227,824,131,126,823,935,732,428,20,5Ж226,823,418,325,921,817,625,422,819,527,424,722,232,929,326,5ФНТ0,5ПЗ24,422,217,523,422,617,924,723,120,729,525,328,431,527,625,31Ж234,730,429,732,230,125,831,130,827,738,132,329,237,835,532,41ПЗ30,829,528,531,726,427,330,429,528,933,730,126,736,332,730,50,5Ж233,930,826,532,229,624,831,430,725,129,330,524,830,329,523,8C-30,5ПЗ40,235,130,738,533,429,238,734,328,936,933,329,735,231,627,21Ж235,332,230,436,732,530,236,331,231,437,835,931,634,430,930,31ПЗ46,941,435,341,837,333,842,737,334,945,540,836,943,238,534,4Modification of Concrete structure by additives - properties governor 211
212Модификация структуры бетона добавками — регуляторами свойствТаким образом, на основании экспери¬
ментальных исследований установлен сле¬
дующий ряд добавок по эффективности по¬
вышения прочности при ускорении тверде¬
ния бетона:Therefore, based on the empirical re¬
search we determined the following series
of additives that efficiently increase strength
during the acceleration of concrete hard¬
ening:XK > CH > СМФ > C-3 > “Дофеп” > ПФМ-БС > РОП > НК > ФНТ > УПБ > НДК >>ЛСТ > ЩСПК. (5.2.2)С рассмотренных позиций при сопостави¬
мой удобоукладываемости бетонной смеси
именно ЛСТ — одна из наименее эффектив¬
ных добавок, хотя она наиболее массово ис¬
пользуется для этих целей. Не оспаривая пре¬
имущества лигносульфонатов, необходимо
отметить, что наиболее рациональные облас¬
ти их применения — это использование как
компонентов комплексных добавок с электро¬
литами и воздухововлекающими ПАВ, для за¬
медления схватывания бетонных смесей и
твердения бетонов, снижения тепловыделения
цементов, и пластификаторов при оценке
прочности бетона в позднии сроки твердения.Наибольшей эффект ускорения твердения
достигается при применении комплексных
добавок пластификаторов и электролитов.
Ускорение гидратации вяжущего достигает¬
ся дополнительно уменьшением водосодержа-
ния бетонной смеси, т. е. снижением В/Ц. Ряд
комплексных добавок по эффективности по¬
вышения прочности бетона при ускорении
твердения имеет следующий вид:From the above-mentioned standpoint
at comparable workability of concrete mix
the lignosu^phonates are the least efficient
additives, though they are the most widely
used for these purposes. However, it should
be mentioned that their most efficient range
of applications is utilization as components
of composite additives with electrolytes and
air-entraining surface-active agents in or¬
der to retard setting of concrete mixes and
hardening of concrete, reduction of ther¬
mal flux of cement and with plasticizers
during evaluation of concrete strength at
later hardening periods.The most efficient effect of hardening ac¬
celeration is achieved when applying compos¬
ite additives of plasticizers and electrolytes.
Acceleration of binder aquation might be
achieved additionally by way of decreasing
water content of the concrete mix, i.e. reduc¬
tion of W/C. Series of composite additives in
terms of concrete strength increase efficiency
at hardening acceleration are as follows:C-3«Дофен» + CH
ПФМ-БСУ >ПФС + HH
УПСБ + CH
УПБ + НК
ЛСТ + СННДК + УПБ
ЛСТ + НК
ЛСТ + РОП(5.2.3)Экспериментальные данные еще раз под¬
тверждают известные закономерности большей
технологической эффективности пластифика¬
торов и электролитов при использовании низ-
коалюминатных цементов и жестких бетонных
смесей. При одном и том же расходе технологи¬
ческая эффективность пластификаторов выше
на бездобавочных цементах. Однако это не под¬
тверждает общеизвес тного мнения о том, что
пластификаторы более эффективно применять
при использовании бездобавочных цементов.
При нспользовашш цементов с минеральными
добавками оптимальный расход этих добавокEmpirical data once more prove the
existing regularities as to the bigger effi¬
ciency of plasticizers and electrolytes
when applying low-aluminate cement and
dry concrete mix. Consumption being
equal, efficiency of plasticizers is higher
in cements without additives. However, it
does not confirm the general opinion
that plasticizers are more efficient when
applying cements without additives.
When applying cements with mineral
additives optimum consumption of the¬
ses additives is higher, but the efficiency
Modification of Concrete structure by additives - properties governor 213выше, а эффективность определяется конеч¬
ной целью — экономической целесообразнос¬
тью. В то же время экономическая целесооб¬
разность применения суперпластификаторов
для жестких бетонных смесей вызывает сомне¬
ние. Крометого, эффективность добавок-элек¬
тролитов выше при использовании медленнот-
вердеющих цементов. Эффективность добавок
электролитов снижается с повышением удобо-
укладываемости бетонной смеси. К сожале¬
нию, этот вопрос до сих пор не разрешен. Со¬
гласно приведенным экспериментальным дан¬
ным, эффективность пластификаторов резко по¬
вышается с увеличением требуемых показателей
подвижности смеси. Здесь высокоэффективны
практически все масОЬво используемые пласти¬
фикаторы — ЛСТ, УПБ, УПСБ и ПФС. Если бы
не побочный отрицательный эффект, связанный с
замедлением твердения, то они вполне могли бы
составить экономическую конкуренцию извест¬
ным дорогостоящим суперпластификаторам.
Кстати, здесь можно еще раз указать на услов¬
ность классификации добавок по водоредуциру¬
ющему эффекту, приведенную в нормативных до¬
кументах. В классификации не учшываготся та¬
кие показатели, как сопоставимая удобоуклады-
ваемосш бетонной смеси, расход цемента, свой¬
ства заполнителей? Для жестких малоцемент¬
ных смесей практически ни одна добавка не
будет отвечать требованиям 1-й группы, т. е.
условиям, предъявляемым к суперпластифика¬
торам, для литых смесей обычный пластифи¬
катор может быть отнесен ко 2-й группе, т. е. к
высокоэффективным добавкам (см. табл. 5.1.3).Для дополнительных экспериментальных
исследований по оценке эффективности до¬
бавок при различных расходах цемента и ис¬
пользовании мелких заполнителей разной
крупности (в том числе крупных и очень мел¬
ких песков) были выбраны составы бетона с
расходом цемента 250 и 580 кг/м3. Предста¬
вительные фрагменты результатов экспери¬
мента приведены в табл. 5.2.4.Согласно данным табл. 5.2.4 техноло¬
гический эффект пластификаторов при ис¬
пользовании мелких песков и повышенном
расходе цемента выше. Эффективность до¬
бавок-электролитов практически не зави¬
сит ни от крупности мелкого заполнителя,
ни от расхода цемента. Скорее наоборот: с
увеличением расхода цемента эффектив¬
ность добавок-электролитов снижается.is determined by the ultimate aim - eco¬
nomic expediency. At the same time, eco¬
nomic expedience of application of plas-
ticizers for dry concrete mixes raises
doubts. Besides, efficiency of additives-
electrolytes is higher when using low-
early-strength cements. Efficiency of
electrolyte additives is reduced when in¬
creasing the workability of concrete mix.
Unfortunately this issue is not settled so
far. According to empirical data cited
efficiency of plasticizers is sharply in¬
creased when increasing necessary indi¬
ces of concrete mobility. Almost all wide¬
ly used plasticizers are characterized by
high-performance - J1CT, УПБ, УПСБ,
ПФС. If not for by-effect associated with
hardening retardation, they might suc¬
cessfully compete with the existing ex¬
pensive super plasticizers. Besides, this
is the case when we might once more
point to the conditional character of ad¬
ditives classification according to water
reducing effect cited in the normative
documents. Such figures as comparabil¬
ity of workability of concrete mix, con¬
sumption of cement, properties of aggre¬
gates are not taken account of. For dry
low-cement mixes practically none of the
additives will meet the demands for the 1st
group, i.e. demands made to super plasti¬
cizers; for cast mixes regular plasticizer
might be ascribed to the 2nd group, i.e.
high-efficiency additives (see table 5.1.3).Concrete mixes with cement con¬
sumption of 250 and 580 kg/m3 have
been selected for additional evaluation
survey of efficiency of additives at dif¬
ferent consumption of cement and appli¬
cation of fine aggregates of various size
(including coarse and extra fine sands).
Representative fragments of test results
are presented in the table 5.2.4.According to the data presented in the ta¬
ble 5.2.4 technological effect of plasticizers
when applying fine sand and increased con¬
sumption of cement is higher. Efficiency of
electrolyte additives practically does depend
on neither the size of the fine aggregates nor
on cement consumption. Quite the contrary:
the higher consumption of cements the low ¬
er efficiency of electrolyte additives.
214 Модификация структуры бетона добавками — регуляторами свойствТаблица 5.2.4 Table 5.2.4Оценка влияния расхода цемента и крупно- Evaluation survey of cement consumptionсти песка на эффективность and cement size influence on efficiency of
добавок additivesРасходцемента,кг/м3Consumption
of cementВиддобавкиType of
additiveРасход добавки,
% массы цементаConsumption of
additive, % to the
mass of cementВодоредуцирующий
эффект при
сопоставимой
осадке конуса
8 см, %Water reducing effect
at comparable slump
of 8 cm, %Эффект повышения прочности
бетона при сжатии, %Compression strength effect, %После тепловой
обработкиAfter thermal
treatment28 сут нормального
тверденияat 28 days of regular
hardening250J1CT0,26,7/8,38,3/10,614,2/18,30,48,5/10,6-5,1/3,820,1/24,5580ЛСТ0,28,3/11,518,2/23,520,3/26,30,412,6/14,112,6/20,125,6/30,4250C-30,58,4/10,820,1/24,824,8/26,7110,5/12,627,8/31,526,5/30,2580C-30,511,7/15,431,9/39,430,4/35,8116,9/19,537,5/43,935,2/40,1250УПСБ +
CH
1:515,8/7,630,4/35,826,1/28,21,58,2/10,337,8/40,230,6/32,3380УПСБ +
CH
1:518,4/10,725,3/29,725,9/28,51,511,6/13,231,6/37,328,6/32,1Примечание: перед чертой — песок крупный
(Мк= 2,68), за чертой — очень мелкий (Мк = 1,16).На основании представленных данных
можно установить взаимосвязь повышения
прочности бетона с длительностью твердения
при тепловой обработке и в условиях нормаль¬
ного твердения. Избирательность действия
добавок на цементы не только различного хи¬
мико-минерального и вещественного состава,
но и даже одного завода-изготовителя, а так¬
же высокий межпартионный коэффициент ва¬
риации прочности цементов в ранние сроки
твердения не дают возможности получить од¬
нозначные зависимости кинетики роста проч¬
ности бетона в первые сутки и при сокращен¬
ных режимах тепловой обработки.Вместе с тем на основании проведенных
исследований и многолетнего опыта такие об¬
щие ориентировочные зависимости получить
можно. Если принять в качестве контрольных
значений типовой режим тепловой обработ¬
ки 3 + 6 + 2 при температуре изотермической
выдержки 80 °С (т. е. активную часть процес-Note: before the line - coarse sand
(Mk=2.68), behind the line - fine sand
(Mk=1.16).Based on the data presented a correla¬
tion might be established between the con¬
crete strength increase and duration of
hardening at thermal treatment under con¬
ditions of regular hardening. Selectivity of
additives action upon cements of not only
various chemical-mineral and substantial
contents but of even the same manufactur¬
ing plant, as well as high intrabatch coeffi¬
cient of concrete strength variation at early
stages of hardening do not enable to achieve
unambiguous dependencies of concrete
strength growth kinetics at the first days and
at abridged modes of thermal treatment.At the same time such approximate de¬
pendencies might be obtained on the basis
of the current investigations and many years’
experience. If we set the thermal treatment
mode of 3 + 6 + 2, the temperature of iso¬
thermic storage of concrete equal 80°C (i.e.
active part of the process - 9 h) and age of
Modification of Concrete structure by additives - properties governor215ca — 9 ч) и возраст бетона для достижения
70 %-й проектной прочности при нормаль¬
ных условиях твердения — 168 ч (7 сут), то
возможности сокращения температуры и
длительности тепловой обработки и време¬
ни нормального твердения могут быть в об¬
щем виде представлены на диаграмме (рис.
5.2.2).Рис. 5.2.2. Эффект сокращении длитель¬
ности и температуры твердения бетона при
применении добавок (по вертикальной оси —
длительность и температура твердения до до¬
стижения 70 %-й проектной прочности (конт¬
рольный состав при сопоставимой удобоукла¬
дываемости бетонной смеси и стандартизиро¬
ванном режиме тепловой обработки—100%)).Анализ показывает, что применение супер¬
пластификаторов и комплексных добавок,
включающих в себя сульфатсодержащие про¬
дукты и пластификаторы типа ЛСТ и УПСБ,
позволяет сократить длительность и темпера¬
туру твердения бетонов на 26—42 %, а обыч¬
ных типа УПБ, НДК и т. п. — 8—14 %. Пуб¬
ликуемые рекламные статьи о сокращении,
длительности и температуры тепловой обра-concrete in order to achieve 70% of design
capacity under conditions of regular hard¬
ening equal to 168 h (7 days) as the refer¬
ence figures, then the possibilities to re¬
duce temperature, duration of thermal
treatment and duration of regular harden¬
ing might be generally presented in the
form of the following diagram (fig. 5.2.2).Fig.5.2.2. Reduction of duration and
temperature of concrete hardening in case
of application of additives (vertical axis -
duration and temperature of hardening
before reaching 70 % of design strength
(reference mix at comparable workability
of concrete mix and heating rate of ther¬
mal treatment - 100%).The analysis proves that application
of superplasticizers and composite addi¬
tives consisting of sulphate-containing
products and plasticizers of ЛСТ and
УПСБ type enables to reduce the dura¬
tion and temperature of concrete harden¬
ing by 26 - 42%, and that of regular ones
of УПБ and НДК type, etc. by 8 - 14%.
Advertising articles about the reduction of75 74 21ЛСТ, УПБ, НДК ПФС, HK□ Нормальное твердение
Normal hardeningЛСТ +РОП
УПСБ CHШ Длительность активной части тепловой обработки
Duration of active part of thermal treatmentТемпература изотермической выдержки
Temperature of isothermic storage of concrete
216Модификация структуры бетона добавками — регуляторами свойствботки за счет добавок на 80—90% выдают
желаемое за действительное или представля¬
ют собой манипуляцию с экспериментальны¬
ми данными. Безусловно, применение доба¬
вок позволяет более эффективно использовать
дополнительные резервы снижения расхода
тепловой энергии или ускорения твердения бе¬
тонов, но это дополнительные эффекты. На¬
пример, используя в качестве добавки суль¬
фат натрия (СН), можно добиться дополни¬
тельного сокращения длительности и темпе¬
ратуры тепловой обработки на 10—15% за
счет более интенсивного тепловыделения це¬
мента в первые часы твердения, а также тер¬
мосного выдерживания бетона после дости¬
жения максимальной температуры изотерми¬
ческой выдержки. Но эффект “термоса” мо¬
жет быть успешно использован и без приме¬
нения добавок.Рассматривая эффект ускорения тверде¬
ния бетона за счет добавок, автор сознатель¬
но не акцентирует внимание на самых эффек¬
тивных ускорителях—хлоридах, в частности
хлориде кальция, по причинам, изложенным
ранее. Без внимания оставляем и количествен¬
ную оценку эффективности ускорителей твер¬
дения, так как определения, излагаемые в нор¬
мативных документах и некоторых научных
работах, беспредметны.Эффект повышения прочности бетона
какого состава, какой удобоукладываемо-
сти бетонной смеси на каком цементе? На
эти вопросы, к сожалению, нет ответа ни в
нормативных документах, ни во многих на¬
учных публикациях. При использовании
высокоалюминатных быстротвердеющих
цементов и литых бетонных смесей извест¬
но мало ускорителей твердения, кроме хло¬
рида кальция, которые в обычных услови¬
ях будут отвечать нормативным требова¬
ниям. А нужно ли ставить количественные
рамки для определения термина «ускори¬
тели твердения»? По каким же крпятериям
оценивать эффективность ускорения твер¬
дения бетона? Как при тепловой обработ¬
ке, так и при беспрогревном твердении ба¬
зой сравнения являются температура и дли¬
тельность твердения для обеспечения требу¬
емой прочности бетона при сопоставимой
удобоукладываемости бетонной смеси. Но
при использовании относительно грубомо-duration and temperature of thermal treat¬
ment at the expense of additives by 80 -
90% are just a wishful thinking or repre¬
sent empirical data manipulation. No
doubt, application of additives provides
for more efficient use of additional re¬
serves of decrease of heat energy consump¬
tion or acceleration of concrete harden¬
ing, but these are still only effects. For in¬
stance, applying salt cake as an additive
one might achieve additional reduction of
duration and temperature of thermal treat¬
ment by 10 - 15 % at the expense of more
intensive thermal flux of cement at the first
hours of concrete hardening as well as ther¬
mos storage of concrete at the maximal
temperature of isothermic storage of con¬
crete. “Thermos” effect might be achieved
without additives as well.While examining effect of concrete hard¬
ening acceleration at the expense of addi¬
tives, the author does not accentuate atten¬
tion on the most efficient hardeners - chlo¬
rides, calcium chloride in particular, accord¬
ing to the above mentioned reasons. We
should set aside quantitative assessment of
hardeners efficiency since the definition stat¬
ed in the normative documents and some sci¬
entific works is objectless.If we speak about the effect of concrete
strength increase what is the concrete mix,
what is the workability of concrete mix,
on which cement it is based? Unfortunate¬
ly there are no answers to this question
neither in the normative documents nor in
the scientific publications. That is why lit¬
tle is known about the hardeners used with
the high-aluminate liigh-early-strength
cement and llow concrete, except for calci¬
um chloride, which under regular conditions
«ill meet the normative demands. Is it nec¬
essary to establish quantitative frames in
order to define the term “hardeners”? Which
should we use in order to evaluate the effi¬
ciency of concrete hardening acceleration?
Both in case of thermal treatment and non¬
steaming hardening the temperature and
duration of hardening serve as a basis of
comparison in order to provide for required
concrete strength at comparable workabili¬
ty of concrete mix. But while applying rela-
Modification of Concrete structure by additives - properties governor217лотых цементов (удельная поверхность
2500—3200 см2/г), которые в основном при¬
меняются в странах СНГ, базовые показа¬
тели довольно низкие. Так, для получения
требуемой 70 %-й проектной прочности в
нормальных условиях твердения для бето¬
на без добавок при использовании бетонных
смесей с осадкой конуса 3—4 см и проект¬
ной прочностью 40—50 МПа требуется б—
7 сут, 15—20 МПа — 8—9 сут. На 1—2 сут
сокращается необходимая длительность
при использовании быстротвердеющих
цементов, но и это не решает проблемы.Некоторые, публикуемые в настоящее вре¬
мя статьи, имеют скоре, рекламный, чем науч¬
ный характер, так как под эффектом сокраще¬
ния под эффектом сокращения длительности
твердения до 1 сут скрыты повышение марки и
увеличение расхода цемента на 100—150 кг/м3.
Манипуляция здесь настолько прозрачна, что не
требует сложных доказательств. Например, для
проектной прочности бетона 30 МПа принима¬
ется более высокий расход цемента как для проч¬
ности 40 МПа, при этом более высокой марки,
а затем доказывается, что через сутки твердения
в результате использования определенной до¬
бавки достигнута прочность 70% проектной (т.
е. 21 МПа, хотя при расходе цемента более вы¬
сокой марки прочность в проектном возрасте
составляет 45—50 МПа, следовательно, не 70,
а 42—46%). Применение добавок, бесспорно,
позволяет существенно сократить длительность
твердения бетонов, иногда отказаться от тепло¬
вой обработки, на что указывалось не раз в на¬
учных публикациях, нормативных документах
и рекомендациях, издававшихся в 1980-х го¬
дах Госстроем СССР.Так как в ближайшее время нет даже и
предпосылок для полного отказа от исполь¬
зования тепловой обработки (во всяком слу¬
чае, в осенне-зимний период), то такие дан¬
ные, по-видимому, представят интерес. По¬
лучены они на основании ранее опубликован¬
ных автором кинетических кривых нараста¬
ния прочности. И здесь уместно было бы вер¬
нуться к известной классификации цементов
по группам эффективности при пропаривании.
В соответствии с этой классификацией цемен¬
ты делились на быстротвердеющие (I группа),
умеренно твердеющие (II группа) и медлен-tively coarsely ground cements (specific sur¬
face 2500 - 3200 cnr/g), widely used in the
CIS countries reference indices are quite low.
For instance, in order to achieve the required
70% of design strength in regular conditions
of hardening for concrete without additives
utilizing concrete mixes with the slump of 3- 4 cm and design strength of 40 - 50 MPa 6- 7 days are required, that of 15 - 20 MPa -
8- 9 days. Reduction of the required dura¬
tion necessary when applying high-early-
strength cement by 1 - 2 days will not settle
the problem.Some articles, in our opinion, are of
advertising character, since under effect of
hardening duration reduction to 1 day the
increase of brand as well as of cement con¬
sumption by 100 -150 kg/cm3 is concealed.
Manipulation is so obvious that it does not
require complicated evidence. For instance,
for design concrete strength of 30 MPa big¬
ger cement consumption is set, which is
equal to that of 40 MPa and even of the
higher brand. Then it is demonstrated that
in 24 h of hardening 70% of design strength
is achieved after application of some addi¬
tive (i.e. 21 MPa, though at consumption
of cement of higher brand the strength at
the design age is 45 - 50 MPa, consequent¬
ly not 70%, but 42 - 46%). Application of
additives, no doubt, enables to significant¬
ly reduce the duration of concrete harden¬
ing, sometimes to refuse thermal treatment.
This was underlined many times in the sci¬
entific publications, normative documents
and guidelines published in the 1980s by the
State Construction Agency of the USSR.Since no prerequisites will be created
in the nearest times for complete abandon¬
ment of thermal treatment (any way, at least
during autumn-winter period) such data,
probably, will cause interest. They are
achieved as a result of hardening kinetic
curves published by the author earlier. It
would be a good thing to get back to the
w'ell-known classification of cements ac¬
cording to the efficiency at steaming. Ac¬
cording to this classification cements are
divided into high-early-strength cement
(group I), moderately-setting cement
218Модификация структуры бетона добавками — регуляторами свойствнотвердеющие. На основании выполненных
экспериментальных исследований и соглас¬
но этой классификации в табл. 5.2.5 приведе¬
на необходимая длительность твердения для
получения 70 %-й прочности от проектной
при использовании цементов, производимых
в странах СНГ.Таблица 5.2.5Необходимая длительность твердения бетона
без добавок при тепловой обработке по
режиму (2) + 3 + 1 + 2 и температуре изотер¬
мической выдержки 80 "С для
получения 70%-й прочности
от проектнойСравнивая данные табл. 5.2.5 с диаграм¬
мой, приведенной на рис. 5.2.2, можно пред¬
варительно оценить возможность сокраще¬
ния длительности твердения бетона и, соот¬
ветственно, экономию энергозатрат при
тепловой обработке сборного железобе¬
тона.Для оценки влияния добавок на морозо¬
стойкость и водонепроницаемость бетона ис¬
следовались те же составы, что и для прочно¬
сти. Результаты испытаний представлены в
табл. 5.2.6.Нами установлено, что благодаря приме¬
нению ряда (но не всех!) добавок возможно по¬
вышение морозостойкости и водонепроница¬
емости бетона в 1,5—2 раза. При этом мы не
испытываем такого восторга от применения
воздухововлекающих и газообразующих до¬
бавок, как многие другие исследователи. При¬
менение указанных добавок (нами наряду с(group II) and slow-setting cements. Based
on the empirical research and according
to this classification the necessary hard¬
ening duration in order to achieve 70% of
design strength while applying cements
produced in the CIS countries is presented
in the table 5.2.5.Table 5.2.5Duration of cement hardening without the
additives during the thermal treatment
according t)o the (2) + 3 + % +2 mode and
temperature of isothermic storage of
concrete at 80 °C required to achieve 70%
of design strengthWhile comparing the data presented in
the table 5.2.5 with the diagram presented
at the fig. 5.2.2 one can preliminary assess
the possibility to reduce the concrete hard¬
ening and, correspondingly, economy of
power inputs during thermal treatment of
prefab reinforced concrete.The same concrete mixes were investi¬
gated in order to assess the influence of ad¬
ditives on frost resistance and water perme¬
ability as well as strength of concrete. Test
results are presented in the table 5.2.6.We have determined that owing to ap¬
plication of a number of additives (but not
all) it is possible increase frost resistance
and water permeability of concrete 1.5-2
times. At the same time we are not delight¬
ed with the application of air-entraining
and gas forming additives as some other
scientists are. Application of the aboveПрочность в проектном
возрасте 28 сут, МПаStrength at 28 days, MPaУдобоукладываемость
бетонной смесиWorkability of concrete mixГруппа цементов, ч Group of cements, hIIIIII15Ж26,57,59ПЗ89,510,520Ж2568ПЗ78,510,530Ж24,55,57ПЗ6,57,59,540Ж2456ПЗ679,550Ж23,54,55,5ПЗ567,560Ж2345
Modification of Concrete structure by additives - properties governor219Таблица 5.2.6Морозостойкость (F), водонепроницаемость
(IV) и сопротивление прохождению воздуха
(т ) бетона с добавкамиTable 5.2.6
Frost resistance (F), water permeability
(W) and airflow resistance (mj of
concrete with the additivesВиддо¬бавкиType of
additi¬
veРасход
добавки, %
от массы
цементаConsump¬
tion of ad¬
ditive, % to
the mass of
cementЗавод-изготовитепь цементов (см. табл. 5.2.2)
Manufacturing plant (see table 5.2.2)Амвросиевс-
кий (код 1)Amvrosievskiy
(code 1)Балаклейский
(код 2)Balakleiskiy
(code 2)Каменец-
Подольский
(код 5)Kamenets-
Podolskiy (code 5)Днепродзер¬
жинский
(код 3)Dneprodzerzhi
nskiy (code 3)Криворожский
(код 6)Krivorozhskiy
(code 6)FWmc,с/см3FWmc,с/см3FWm0,с/см3FWс/см3FWmc,с/см3--10044,710045,310044,95046,27545,8ЛСТ0,215069,1150610,9150610,375611,7100611,3УПБ0,315069,3150612,3150611,575612,3100611,8ФНТ0,615069,2150611,5150610,475611,5100612,5РОП+ЛСТ0,510046,210046,710045,85046,510069,2115069,4150610,3150610,45069,4100611,61,5150610.5150612,4150612,375612,3100613,7C-30,4200816,7200822,9200826,1100829,6100820,10,7200817,52001030,4200823,5100827,4150826,3СДО0,05150818,9200827,5150825,1100612,3100615,50,1200821,72001036,3150827,6100820,7150823,2HK +
УПБ
(5:1)1150818,9150819,6150821,275817,4100819,321501227,42001240,51501242,51001241,31001237,8СДО использовались СНВ, ПАК и др.) позво¬
ляет повысить морозостойкость бетона в1.5—2, и только в отдельных случаях — в2.5—3 раза! Такой же эффект достигается и
при использовании высокоэффективных пла¬
стификаторов. Конечно, совместное исполь¬
зование пластификаторов и воздухововлека¬
ющих добавок дает эффект больший, но он
аддитивный. Применение добавок-электро¬
литов ускорителей твердения не позволяет по¬
высить морозостойкость бетона, а в отдельных
случаях, например при использовании добавок
РОП и СН при их расходе 2% массы цементы,
имело место снижение этого показателя. В ком¬
плексных добавках пластификаторов и уско¬
рителей твердения эффект повышения морозо¬
стойкости бетона достигается только в резуль¬
тате водоредуцирующего эффекта ПАВ и, сле¬
довательно, 80—90% электролитов в составе
таких модификаторов во многих случаях ока¬
зывается просто балластом.mentioned additives (we have used СДО,
СНВ, ПАК, etc.) allows to increase the
frost resistance of concrete 1.5-2 times
and only in some cases 2.5 - 3 times! Sim¬
ilar effect is achieved when applying high
efficiency plasticizers. Of course, joint
application of plasticizers and air-entrain¬
ing additives has a greater effect but it is
an additive one. Application of electrolyte
additives as hardeners does not allow to in¬
crease frost resistance of concrete, whereas
in some cases, for instance, when using the
additives РОП and CH in the volume of 2%
of cement mass reduction of this figure might
be observed. Composite additives consisting
of plasticizers and hardeners allow to
achieve the effect of frost resistance increase
only as a result of water reducing effect of
surface-active agent and, consequently, 80- 90% of electrolytes of such modifiers in
many cases are simply a dead weight.
220Модификация структуры бетона добавками — регуляторами свойствПовышение водонепроницаемости бетона
на 1—2 ступени при использовании практи¬
чески всех добавок достигается только в ре¬
зультате водоредуцирующего эффекта. Ис¬
ключение составляют нитрат кальция (НК) и
другие кольматирующие добавки. При их ис¬
пользовании благодаря кольматирующему
эффекту удается повысить водонепроницае¬
мость бетона на 2—3 ступени, а в сочетании с
пластификаторами — в 3—4 раза. Небольшой
эффект дает и дополнительное эмульгирова¬
ние пузырьков воздухововлекающими ПАВ
и газообразование. Исследование воздухо¬
проницаемости бетона, проводимое с помо¬
щью прибора АГАМА-2р, показало хорошую
сходимость и коррелированность сопротив¬
ления прохождению воздуха с водонепрони¬
цаемостью.Следует отметить еще один интересный
эффект: при проведении экспериментальных
исследований, в отдельных случаях нами на¬
блюдалось необъяснимое резкое повышение
морозостойкости бетонов при использовании
тех цементов, в которые при помоле клинкера
вводилась обычная добавка УПБ-М. Объяс¬
нить повышение морозостойкости бетона в 3
раза эффектом влияния этой добавки было бы
нелогичным. Более детальный анализ пока¬
зывает, что полученный эффект объясняется
наличием в цементе железа, которое образу¬
ется при износе шаров цементных мельниц.
Взаимодействие железа с гадрооксидом каль¬
ция связующего приводит к дополнительно¬
му газообразованию, что совместно с добав¬
кой дает аддитивный эффект повышения мо¬
розостойкости бетона.Предмет отдельного исследования — анализ
влияния добавок на противоморозные свойства
бетонной смеси и бетона. Как отмечалось ранее,
бетон — материал теплолюбивый и не желает
твердеть при отрицательных температурах. За¬
ставить бетон твердеть при отрицательных тем¬
пературах можно обеспечив сохранность жид¬
кой фазы в связующем, что достигается введе¬
нием добавок, снижающих температуру замер¬
зания воды. В качестве противоморозных до¬
бавок используют хлорид кальция (ХК), по¬
таш (П), нитрат и нитрит кальция (HKj), нит¬
рит натрия (НН), формиат натрия (ФН), кар¬
бамид (М) и другие вещества.Increase of water permeability of con¬
crete by 1 - 2 points when applying prac¬
tically all additives is achieved as a result
of water reducing effect. Calcium nitrate
and other colmating additives are the ex¬
ceptions. During their application owing
to colmating effect water permeability can
be increased by 2 - 3 points and in combi¬
nation with plasticizers 3-4 times. Small
effect is produced by additional emulsifi-
cation of the air bell with air-entraining
surface-active agents and gasification.
Water permeability test of concrete assist¬
ed by the АГAMA-2p showed good preci¬
sion and correlation of air flow resistance
and water permeability.Another interesting effect should be not¬
ed: when conducting empirical research in
some cases we observed unexplained sharp
increase of frost resistance of concrete when
applying the cements in which regular ad¬
ditive УПБ-M was injected with the help
of the clinker. It would be illogical to ex¬
plain frost resistance increase almost three¬
fold simply by the influence of this addi¬
tive. In-depth analysis proves that the
achieved effect is explained by the presence
of the ferrum, which is isolated during the
wear of cement grinding mill. Interaction
of ferrum with the hydrate of lime of the
binder results in additional gasification. In
combination with the additive it leads to
additive effect of concrete frost resistance
increase.Analysis of additive influence on an¬
tifreezing properties of concrete mix and
concrete is a subject matter of a separate
investigation. As it was earlier stated, con¬
crete is a heat-loving material and would
not harden at negative temperatures. Pro¬
viding for integrity of the liquid phase in
the binder by means of additives decreas¬
ing the temperature of the water freezing
is the only possible way to force concrete
to harden at negative temperatures. Cal¬
cium chloride (XK), potash (П), calcium
nitrate and nitrite (IIKj), sodium nitrite
(HH), sodium formiate (ФН), carbamide
(M) and other substances are used as anti¬
freezing additives.
Modification of Concrete structure by additives - properties governor221Данные о влиянии этих добавок на свой¬
ства бетонной смеси и бетона довольно про¬
тиворечивы, не следует не принимать во вни¬
мание также рекламные манипуляции и про¬
жектерство, связаные с применением в иссле¬
дованиях различных цементов и составов бе¬
тона. Во избежание многозначного трактова¬
ния наших исследований четко оговорим ус¬
ловия эксперимента. При исследованиях нами
использовался портландцемент, портландце¬
мент с содержанием минеральных добавок
18—20 и 35—40%; в качестве контрольного
применялся состав бетона с расходом цемен¬
та 350 кг/м3 при сопоставимой осадке конуса3—4 см. Результаты исследования влияния ос¬
новных добавок электролитов на прочность
бетона при отрицательных температурах при-
веденывтабл. 5.2.7. Исследовалось также вли¬
яние комплексных добавок поташа с JICT
(введение пластификатора связано с резким
снижением удобоукладываемости бетонной
смеси во времени) и НК + М.На основании проведенных исследований
нами установлен следующий ряд эффективнос¬
ти добавок при отрицательных температурах:Анализ теоретических предпосылок и экс¬
периментальных данных позволяет предполо¬
жить, что основными функциями противомо-
розного модификатора должны быть не толь¬
ко предупреждение замерзания жидкой фазы,
но и снижение водосодержания бетонной сме¬
си, а также ускорение набора критической
прочности. Поэтому, на наш взгляд, противо-
морозный модификатор должен включать в
себя следующие компоненты:— снижающие температуру замерзания
воды;— сиижаюнще водопотребность бетонной
смеси;— ускоритель твердения.Последние два компонента, ускоряющие
формирование структуры бетона до его за-
мерзання, позволяют в сочетании с противо-
морозным компонентом получить синергичес¬
кий эффект повышения прочности бетона при
отрицательных температурах твердения.Data about influence of these additives
on the properties of concrete mix are con¬
tradictory, which is connected with the ap¬
plication of various cements and concrete
mixes, should we not take into consider¬
ation the data manipulation. In order to
avoid multiple interpretation of our re¬
search we shall agree on main conditions
of experiment. During the tests we made
use of portland cement, portland cement
with the contents of mineral additives equal
to 18-20 and 35 - 40%; concrete mix with
the concrete consumption of 350 kg/m3 with
the comparable slump of 3 - 4 cm was used
as a reference mix. Test results of main
electrolyte additives on concrete strength
at negative temperatures are presented in
the table 5.2.7. Influence of composite ad¬
ditives of potash with JICT (injection of
plasticizer was connected with the sharp
reduction of concrete mix workability with
the time) and НК + M was studied as well.Based on the investigations conducted
we determined the following series of ad¬
ditives efficiency at negative temperatures:HH лФНТ V
’’Нитродап’^ (5.2.4)The analysis of theoretical prerequi¬
sites and empirical data makes it possi¬
ble to suggest that both prevention of liq¬
uid phase freezing and reduction of wa¬
ter contents of concrete mix as well as
accelerated achievement of critical
strength should be the main properties
of antifreezing modifier. In our opinion,
antifreezing modifier should include the
components that:— reduce temperature of water freez¬
ing;— reduce water requirement of con¬
crete mix;— are the early-strength admixtures.The latter two components accelerat¬
ing the formation of concrete structure till
its freezing enable in combination with the
antifreezing component to achieve the syn¬
ergistic effect of concrete strength increase
at negative temperatures of hardening.Z' НК* ч s“)» {™Лст+упсбНнн+пфс Ы11 1 v. “Нитродап” + У П б) С
222Модификация структуры бетона добавками — регуляторами свойствТаблица 5.2.7
Влияние добавок-электролитов на
прочность бетонов при сжатии в условиях
отрицательных температур в сравнении с
проектной, %Table 5.2.7
Influence of electrolyte additives on the
compressive strength of concrete under
negative temperatures as compared to the
design strength, %ВиддобавкиРасход
добавки,
% от
массы
цементаConsump¬
tion of
additive, %
of cement
massТемпера¬
тура твер¬
дения в
бетоне, °СTemperatu
re of har¬
dening in
concrete,°CЗавод-изготовитель цементов (см. табл. 5.2.2)
Manufacturing plant (see table 5.2.2)Type of
additiveАмвроси-
евский
(код 1)
Amvrosi-
evskiy
(code 1)Балак-
лейский
(код 2)
Balaklei-
skiy
(code 2)Каменец-
Подольский
(код 5)
Kamenets-
Podolskiy
(code 5)Днепро¬
дзержинский
(код 3)
bneprodzer-
zhinskiy
(code 3)Криворож¬
ский
(код 6)
Krivorozh-
skiy
(code 6)Никола¬
евский
(код 7)
Nikola¬
evskiy
(code 7)2-577,876,769,347,154,445,2XK4-1038,243,535,630,132,330,76-1528,436,829,318,626,519,38-2021,424,522,4———2-555,652,350,936,248,433,1HK4-1031,536,832,324,826,922,06-1520,325,723,4———8-2015,718,220,8———УПБ +2-535,638,935,333,936,827,1«Нитро-4-1019,726,319,713,718,39,4дап»6-1515,519,614,2———2-537,841,637,931,534,228,5ПФС +4-1021,829,524,714,521,112,9HH6-1518,322,819,4———2-567,962,570,445,960,845,4НК+СН+4-1047,845,948,732,945,531,1УПСБ6-1527,933,626,8—22,5—8-2019,723,922,3—14,2—ЛСТ+2-514,822,319,5—15,6—РОП+НН4-109,916,813,3—12,5—В свете рассмотренных данных представ¬
ляет интерес анализ появившихся в последние
годы работ полурекламного, полунаучного
характера о так называемых новых сульфат-
и сульфитсодержащих добавках, которые
якобы при расходе до 2 % массы цемента обес¬
печивают противоморозные свойства бетон¬
ной смеси и бетона при температуре до —20
°С. На поверку эти добавки оказались ни чем
иным, как механической смесью поглотитель¬
ного раствора сероочистки коксового газа и
JICT с добавлением нитрита натрия или нит¬
рата кальция. Уже при —12 °С твердения об¬
разцы бетона, приготовленные с этими добав-The analysis of scientific works that
have pseudoscientific or semi-advertising
character about the so-called sulphate-
and sulphite containing additives, which,
as it is supposed, while consuming 2% of
cement mass provide for antifreezing prop¬
erties of concrete mix at the temperatures
of up to -20°C. But in reality these addi¬
tives turned out to be the mechanic mix of
absorption solution of coke-oven gas des-
ulfurization and lignosulphonates with the
addition of sodium nitrite or calcium ni¬
trate. Samples of concrete based on these
additives disintegrate in 28 days of load
Modification of Concrete structure by additives - properties governor 223ками, разрушаются через 28 сут без нагруз¬
ки. Незначительный эффект при температуре
до —10 °С (см. табл. 5.2.7) обеспечивается
здесь исключительно вследствие влияния нит¬
рита натрия или нитрата кальция и родани-
дов, содержащихся в РОП. Недобросовест¬
ный прием авторов указанных публикаций со¬
стоит в том, что от читателей скрыты факты
предварительного выдерживания бетона до
замораживания 24 ч и более, использования ра¬
зогретых смесей и тепловой изоляции бетона в
процессе твердения. Другими словами, до за¬
мораживания при температуре воздуха —20 °С
бетон уже имел определенную критическую
прочность, а температура в бетоне, по-видимо¬
му, в первые сутки твердения была не ниже —
10 °С.Но не только прочность определяет ка¬
чество продукции. Важно знать, как раннее
замораживание влияет на морозостойкость,
водонепроницаемость и другие свойства бе¬
тона. Многолетние исследования автора по¬
казывают, что ответ здесь один — отрица¬
тельно. Во всех случаях, когда заморажива¬
ние бетона осуществлялось при его прочнос¬
ти ниже 12 МПа, морозостойкость и водонеп¬
роницаемость снижались н тем больше, чем
при более низкой прочности и более низкой
температуре осуществлялось замораживание.
В отдельных случаях даже при достижении
бетоном проектной прочности его морозо¬
стойкость и водонепроницаемость снижа¬
лись в 2—3 раза.Таким образом, на основании проведен¬
ных исследований получены количественные
зависимости влияния ранее известных и раз¬
работанных автором добавок на удобоукла-
дываемость бетонной смеси, прочность, во¬
донепроницаемость и морозостойкость бе¬
тона, установлены четкие критерии оценки
противоморозных свойств добавок, в соот¬
ветствии с которыми выполнен объективный
многоплановый анализ их влияния на ос¬
новные свойства бетонной смеси и бетона.5.3. Отрицательные побочные
эффекты при применении добавокЭкспериментально и многолетней практи¬
кой установлено, что применение эффектив¬
ных добавок, действительно, существенноat the temperature of-12°C. Insignificant
effect at the temperature of up to -10°C is
maintained only due to influence of sodi¬
um nitrite or calcium nitrate and thiocy-
anate contained in the РОП. Unfair meth¬
od of the authors of these publications con¬
sisted in concealing information about
pre-steaming period of concrete until freez¬
ing for 24 hours and more, application of
warmed-up mixes and thermal insulation
of concrete in the process of hardening. In
other words, before freezing at the atmo¬
spheric temperature of -20 °C concrete had
already acquired necessary critical dura¬
bility and the temperature of concrete,
probably, after the first day of freezing
was already not less than -10°C.Quality of the product s determined not
only by the durability. It is important to
know in what way early freezing influences
the frost resistance, water permeability and
other qualities of concrete. Long-term re¬
search done by the author shows that the
answer is - negative. In all cases when freez¬
ing of concrete was carried out at it strength
being lower than 12 MPa, frost resistance
and water permeability were reduced: the
lower the durability and the temperature of
freezing, the more reduced frost resistance
and water permeability were. In some cases
when the design durability was achieved its
frost resistance and water permeability were
reduced 2-3 times.Therefore, based on the conducted re¬
search quantitative dependencies of the influ¬
ence of existing additives and the ones elabo¬
rated by the author upon the workability of
concrete mix, durability, water permeability
and frost resistance were determined. Clear-
cut evaluation criteria for antifreezing prop¬
erties of additives were devised, on the basis
of which a comprehensive analysis of their
influence on the basic properties of concrete
mix and concrete itself was conducted.5.3. Negative by-effects of
additives applicationBased on the long-term empiric practice
it was determined that the application of
efficient additives significantly reduces the
224Модификация структуры бетона добавками — регуляторами свойствснижает ресурсоемкость бетона и повышает
его качество. Однако при этом не следует за¬
бывать, что использование добавок не по на¬
значению, неправильные дозировки и нару¬
шения технологических процессов могут выз¬
вать отрицательные побочные явления, при¬
водящие не только к снижению качества бе¬
тона, но и к разрушению конструкций. Имен¬
но на эти свойства добавок, к сожалению,
меньше всего обращается внимание в науч¬
ной литературе.Всем, например, известен положитель¬
ный эффект, получаемый при использовании
добавок технических лигносульфонатов.
Вместе с тем при расходе более 0,2% массы
цемента в условиях коротких режимов теп¬
ловой обработки и применения медленно-
твердеющих цементов эта добавка дает от¬
рицательный эффект; при расходе до 0,2 %
эффект в этих условиях не такой уж и высо¬
кий. Следует заметить, что бетон в началь¬
ные сроки твердения очень чувствителен к
передозировке JICT, которая может замед¬
лить его твердение на 120 ч или при вовле¬
чении большого количества больших пу¬
зырьков воздуха привести к резкому сниже¬
нию прочности и ухудшению других
свойств. Аналогичный отрицательный эф¬
фект, но в менее резкой форме наблюдается
и при использовании других добавок ПАВ.-
Напрпмер даже таких суперпластификато¬
ров, как С-3 и “Дофен”.Неэтично обвинять исследователей в элемен¬
тарной безграмотности, но это, к сожалению,
действительно так. Анализ материалов опубли¬
кованных работ и обследование производств,
где был получен отрицательный эффект, свиде¬
тельствуют не только о безграмотности, но и о
грубом невежестве как “научных” руководи¬
телей, так и исполнителей. Во-первых, оценка
эффективности указанных добавок проводи¬
лась с нарушением условий сопоставимости,
при применении суперпластификаторов для по¬
лучения литых смесей соотношение между мел¬
ким и крупным заполнителями не изменялось,
расход добавок в 1,5—2 раза превышал опти¬
мальный, при твердении бетона форсировались
предварительное выдерживание и скорость
подъема температуры и т. д. Вместе с тем отри¬
цательный опыт — это тоже опыт и может слу-resource consumption of concrete and in¬
creases its quality. However, one should
not forget that the incorrect application
of additives, wrong doses and violation
of engineering processes might cause neg¬
ative by-effects, resulting not only in con¬
crete quality reduction but disintegration
of concrete constructions as well. Unfor¬
tunately, these are the very properties to
which little attention is paid in scientific
literature.Everybody knows positive effect achieved
when using additives if industrial lignosulpho-
nates. At the same time in case of consump¬
tion of this additive in the volume of more
than 0.2% of the mass of cement during short¬
term thermal treatment and application of
slow-setting cements this additive produce
negative effect. The effect itself in case of con¬
sumption of more than 0.2% in these condi¬
tions is not so big. It should be mentioned
that concrete at the initial stages of harden¬
ing is very sensitive to overdoses of lignosul-
phonates, which might retard its hardening
for over 120 h or in case of entrainment of
the great number of big air bell it might lead
to sharp decrease of strength and deteriora¬
tion of other properties. Similar negative ef¬
fect but somewhat milder might be observed
during application of other surface-active
agent additives. For instance, even such plas¬
ticizers as C-3 and Дофен.It is considered unethical to blame
these scientists for illiteracy, but, unfor¬
tunately, it is so. Analysis of the published
articles and inspection of manufactures
where the negative result was arrived at
testify both to the illiteracy and ignorance
of “scientific” advisors and those who
perform the tests. First, test of efficiency
of the above mentioned additives were
conducted violating the comparability
conditions, when applying superplasticiz¬
ers in order to obtain flow concrete cor¬
relation between the fine and coarse ag¬
gregates was not changed, consumption
of additives was 1.5-2 times as much as
the optimum one, preliminary curing of
concrete and temperature increase rate
were speeded up during concrete hard-
Modification of Concrete structure by additives - properties governor 225жить наглядным примером не только безграмот¬
ности, но и побочных отрицательных эффектов
при использовании добавок без соответствую¬
щей технологической подготовки. Необходи¬
мо заметить, что применение многих известных
пластификаторов и суперпластификаторов при
их повышенных расходах ведет к образованию
крупных пузырьков воздуха, что, увы, не явля¬
ется их достоинством.Один из возможных побочных отрицатель¬
ных эффектов при использовании пластифи¬
каторов и суперпластификаторов — рассло¬
ение и повышение водоотделения литых бе¬
тонных смесей, особенно изготовленных на
крупных песках. Чаще всего эти явления на¬
блюдаются при неправильном определении
соотношения между мелким и крупным запол¬
нителями и в малоцементных бетонах.Дополнительное вовлечение воздуха в бе¬
тонную смесь, достигаемое введением доба¬
вок СНВ, СДО н других для снижения сред¬
ней плотности и повышения морозостойкос¬
ти бетона, ведет к уменьшению прочности бе¬
тона на 20—40 %. Это вполне возможно в тех
случаях, когда свойства бетона определяет
не высокая прочность, а средняя плотность
или морозостойкость. Но при этом следует
учитывать снижение темпов нарастания проч¬
ности в начальные сроки твердения и необхо¬
димость увеличения времени предварительно¬
го выдерживания до тепловой обработки же¬
лезобетонных изделий и конструкций, сниже¬
ние скорости подъема температуры и темпе¬
ратуры изотермической выдержки. В тоже
время такой отрицательный фактор исполь¬
зования воздухововлекающих ПАВ при не¬
правильном формовании, как неравномерное
распределение пузырьков воздуха по сечению
изделий и конструкций, может привести к по¬
вышению истираемости и механохимической
эрозии бетона.Практически все известные ускорители
твердения и противоморозные добавки — име¬
ют ограничения по применению, связанные с
коррозией и растрескиванием термически уп¬
рочненной арматуры или со снижением долго¬
вечности бетона в агрессивных средах. Проком¬
ментируем известные научные положения и мате¬
риалы нормативных документов в табл. 5.3.1.ening, etc. At the same time negative experi¬
ence is an experience as well and might serve
as an obvious case' of not only illiteracy but
also negative by-effects when applying ad¬
ditives without appropriate technological
preparation. It should be mentioned, that
increased consumption of many existing
plasticizers and superplasticizers result in
air bell, which is not an advantage.Disintegration and increased dehy¬
dration of flow concrete especially in
case of those based on coarse sand are
among the possible by-effects of plasti¬
cizers and superplasticizers application.
Mostly these phenomena are observed in
case of the wrong correlation between
the fine and coarse aggregates in low-
cement concrete.Additional air-entrainment achieved dur¬
ing injection of СНВ, СДО and other addi¬
tives in order to reduce mass specific gravity
and increase frost -resistance of concrete re¬
sults in reduction of concrete strength by 20¬
40%. It is quite possible in those cases when
the properties of concrete are determined not
by high strength but by mass specific gravi¬
ty or frost resistance. However, in this case
reduction of the rates of strength growth at
the initial stages of hardening as well as the
necessity to increase the period of prelimi¬
nary curing of concrete before the thermal
treatment of ferroconcrete constructions, re¬
duction of temperature and isothermic stor¬
age temperature increase rate should be tak¬
en into consideration. At the same time, such
negative effect of air-entraining surface-ac¬
tive agents during wrong molding as non¬
uniform distribution of the air bell along the
section of constructions might result in in¬
creased wearability and mechanical-chem¬
ical erosion of concrete.Almost all known hardeners and an¬
tifreezing additives have limited appli¬
cation associated with the corrosion and
bursting of thermally reinforced arma¬
ture or with the concrete durability de¬
crease in corrosive media. Further, we
shall comment on the existing normative
documents presented in the table 5.3.1.
Таблица 5.3.1 Table 5.3.1Ограничения по применению ускорителей твердения и Hardeners and antifreezing additives application limitationsпротивоморозных добавокВид добавки
Type of additiveОграничения по применению добавок
Application limitationsКомментарий автора
Author’s commentsСН, СА, сульфа¬
ты, сульфиды
СН, СА, Sulpha¬
tes, sulphidesЦпя бетона, эксплуатируемого:- в водных и газовых средах при относительной влажности более 60% и при наличии
в заполнителях реакционно способного кремнезема;- в железобетонных конструкциях для электрического транспорта и оборудования;
-при обработке стыков арматуры и стальных закладных деталей антикоррозионными
цинковыми или алюминиевыми покрытиями;- при ограничениях высолообразованияFor concrete exploited:In water and gas media at the relative humidity of 60% and in case of reactive siliace
presence in the aggregatesIn ferroconcrete constructions for electrical transport and equipment.For the purpose of reinforcement joints and steel embedded items treatment with zinc andaluminium undersealIn case of limitations of desalt formationДополнительные ограничения:- в зонах действия блуждающих токов;- в высокопрочных бетонах с
повышенными требованиями по
долговечностиНеобходимы дополнительные
исследования:- санитарно-гигиенические;- влияния на растрескивание термически
упрочненной арматуры;- бактерицидных свойствПри расходе до 0,5% возможно отсутствие
серьезных побочных отрицательных явлений
Additional limitations:- in roaming current zones;- in high-strength concrete with increased
demands to durabilityAdditional research is necessary.- hygiene and sanitary;- influence on cracking of thermally reinforced
armature;- bactericidal propertiesShould consumption not exceed 0.5% the lack of
significant negative by-effects is possibleХК и другие
хлоридыХК and other
chloridesПрактически для всех железобетонных конструкций, кроме отдельных с
ненапрягаемой арматурой в сочетании с ингибитором коррозии металлаPractically for all ferroconcrete constructions except for some with nonprestressed
reinforcement in combination with metal corrosion inhibitorДополнительные ограничения:- при ограничениях высолообразования;- для бетонов с повышенными
требованиями по долговечностиAdditional limitations:- at limited desalt formationfor concrete with increased demands to durability226 Модификация структуры бетона добавками — регуляторами свойств
Окончание таблицы 5.3.1.Finish tabl.5.3.1Вид добавки
Type of additiveОграничения по применению добавок
Application limitationsКомментарий автора
Author's commentsHK,«Нитродап»,ПВ железобетонных конструкциях с предварительно напряженной термически
упрочненной арматурой:- при использовании цинковых и алюминиевых покрытий арматуры и стальных
закладных деталей;- при эксплуатации бетона в агрессивных сульфатных средах, растворах солей и
гидрооксидов при наличии испаряющих поверхностей;- в конструкциях для электрофицированного транспорта и оборудования
In ferroconcrete constructions with prestressed thermally hardened reinforcement- in case of zinc and aluminium underseal of reinforcement and steel embedded items;- exploited in corrosive sulphate media, saline and hydroxide solutions in the presence of
evaporating surface;- in constructions for electric transport and equipmentПо нашим данным, при расходе до 0,5%
массы цемента побочные отрицательные
явления не наблюдаютсяAccording to our data at consumption of up to
0.5% of cement mass negative by-effects are not
observedHH, ФНТ- в железобетонных конструкциях с предварительно напряжённой, термически
упрочнённой арматурой;- при использовании алюминиевых покрытий арматуры и стальных закладных
деталейДля бетона, эксплуатируемого:- в водных и газовых средах при относительной влажности более 60% и наличии в
заполнителях реакционно способного кремнзема;- в конструкциях для электрофицированного транспорта и оборудования- in ferroconcrete constructions with prestressed thermally hardened reinforcement;- in case of aluminum coat of reinforcement and steel embedded items;For concrete exploited in:- water and gas media at relative humidity of more than 60% and in the presence or
reactive silica in the aggregates;- in constructions for electric transport and equipmentНеобходимы дополнительные
исследования:- токсико-гигиенические для конструкций
труб и водоводов;- отравляющих веществ, образующихся при
взаимодействии с ЛСТ и другими ПАВAdditional research is necessary:- toxical-sanitary investigations of pipes and
conduits;toxic substances isolated during interaction
between the lignosulphates and other surface-
active agents.Modification of Concrete structure by additives - properties governor 227
228Модификация структуры бетона добавками — регуляторами свойствАвтор разделяет разочарование читате¬
лей, но, к сожалению, выбора ускорителей
твердения и противоморозных добавок прак¬
тически нет. Для ускорения твердения нужно
лучше измельчать клинкер, вводить при по¬
моле пластификаторы, уплотнять бетонную
смесь эффективнее и при необходимости обо¬
гревать твердеющий бетон, а не заниматься
бесплодной алхимией с суррогатами, которые
на серьезную поверку являются известными,
но не более эффективными продуктами. По¬
лучившие распространение в последние годы
серо- и сульфидсодержащие добавки служат
благоприятной средой для развития в теле бе¬
тона бактерий. Еще одно неприятное послед¬
ствие применения добавок-электролитов —
высолообразование на поверхности бетона.
Так, уже при расходе сульфата натрия и РОП
более 0,5% массы цемента поверхность бето¬
на покрывается налетом сульфатов и сульфи¬
дов белого и светло-желтого цвета. Образу¬
ется налет на поверхности бетона и при ис¬
пользовании карбамида и других добавок.
Применение электролитов-ускорителей твер¬
дения и противоморозных добавок скорее не¬
обходимость, вызванная энергетическим кри¬
зисом в стране и невозможностью реализации
более эффективных технических решений,
чем научной целесообразностью. И с этой ре¬
альностью приходится считаться. Главное —
найти оптимальный компромисс.5.4. Рациональные направления
применения добавокПрактически каждое вещество может рас¬
сматриваться как добавка к бетонам. И не слу¬
чайно, как свидетельствуют патентные иссле¬
дования, в мировой практике известно более
10 тысяч различных добавок, в том числе в стра¬
нах СНГ—до 1000. Только в нормативных до¬
кументах отражено более 100 добавок к бетон¬
ным смесям и строительным растворам. И хотя
многие из них в лучшем случае по массовости
применения достигли опытно-промышленных
испытаний, их названия уже десятки лет переко¬
чевывают из одних литературных источников в
другие. На практике же в каждой стране массо¬
вое применение находят не более 15 добавок.Какие же требования предъявляются к
добавкам и каковы конкретные области их эф-The author shares the disappointment of
the readers, but, unfortunately, there is no
choice of hardeners and antifreeze admix¬
tures. In order to accelerate hardening one
should better tine the particles of clinker,
inject plasticizers during grinding, compact
concrete mix more efficiently and if neces¬
sary to warm up the concrete that is harden¬
ing, instead of occupy oneself with futile al¬
chemy with the substitutes, which at a closer
look, are well-known but not more efficient
products. Sifiphide- and sulphur-containing
additives, which became quite popular of
late, serve as a medium favourable for the
bacteria development in concrete body. De¬
salt formation on the surface of concrete is
another unpleasant consequence of electro¬
lyte additive application. For instance, con¬
sumption of salt cake and РОП being more
than 0.5% of cement mass, the surface of
concrete is covered with the touch of sul¬
phates and sulphides of white and yellow
colour. Thin coating is formed on the sur¬
face of concrete in case of carbomide and
other additives application. Utilizing of elec¬
trolyte hardeners and antifreeze admixtures
is rather a necessity caused by energy crisis
in the country and the impossibility to real¬
ize more efficient technical solutions than
scientific expediency. One should take it into
account. Optimal trade-off is important.5.4. Efficient applications of
additivesPractically every substance might be
considered as an additive to concrete. Ac¬
cording to patent investigations there are
more than 10,000 various additives, in¬
eluding about 1000 in CIS. The norma¬
tive documents register more than100 additives for concrete mixes and
the mortar. Though many of them in
terms of application quantity reached
the level of pilot tests, their na-mes
have been used in the literature
for many years. In reality not more
than 15 additives are used in a single
country.What demands were made to the addi¬
tives and what are the areas of their appli-
Modification of Concrete structure by additives - properties governor 229фективного применения? Прежде всего это со¬
ответствие санитарно-гигиеническим требова¬
ниям. К сожалению, в настоящее время токси-
ко-гигиенические исследования добавок прово¬
дятся только на стадии разработки норматив¬
ного документа, хотя с учетом их использова¬
ния для жилых и общественных зданий, а также
водопроводных труб и резервуаров воды, на
наш взгляд, необходима санитарно-гигиеничес¬
кая паспортизация самой продукции. Вызыва¬
ет сомнет le п сама методика токсико-пппеничес-
ких исследований добавок, выполняемых при
комнатной температуре и без связи с продукта¬
ми взаимодействия добавки. Как известно, mi io¬
nic добавки, практически безвредные нрн ком¬
натной температуре, нрн нагревании или взаимо¬
действии с цементом, а также другими компонен¬
тами бетонной смеси разлагаются, выделяя сер¬
нистые и азотистые газы, представляющие собой
отравляющие вещества. Являясь хорошими ад¬
сорбентами, некоторые добавки в процессе эксп¬
луатации бетона поглощают из окружающей сре¬
ды и аккумулируют влагу, что приводит к повы¬
шению влажности помещений п развитию гриб¬
ковых инфекции.Почти все промышленно развитые стра¬
ны имеют соответствующие службы, прово¬
дящие техническую, нормативную и законо¬
дательную политику в области добавок к
бетонам. В ряде стран эти службы бюрокра¬
тизируются и мешают развитию применения
новых, более эффективных модификаторов
бетона, однако умело осуществляют заслон
низкопробной и вредной для здоровья про¬
дукции. В свое время в бывшем СССР тех¬
ническая и законодательная политика в об¬
ласти добавок к бетонам была возложена
на НИИЖБ Госстроя СССР. В настоящее
время, эта работа в РФ продолжается тем
же институтом (хотя и малоэффективно),
разрабатывающим государственные стан¬
дарты, рекомендации и методики испытаний,
в частности ГОСТ 30459-96. Не все положе¬
ния рекомендаций и нормативных докумен¬
тов института бесспорны, однако есть пред¬
мет для научного спора и практического ана¬
лиза. В Украине, к сожалению, таких норма¬
тивных документов нет, не считая опублико¬
ванных с массой ошибок и просчетов некото¬
рых строительных норм и стандартов. Отсут-cation? First of all, these are the sanita¬
tion demands. Unfortunately, at present
toxical-hygienic research are conducted at
the stage of elaboration of the normative
document, though in our opinion they
should be certified taking into consider¬
ation their application for living quarters
and public buildings, as well as for water
pipes and water reservoirs. Methods of
toxical-hygienic research of additives con¬
ducted at the room temperature without the
connections to products of interaction with
the additive itself give rise to doubts. As it
is known, many additives are harmless at
the room temperature. During the warm¬
ing up or interaction with cement as well
as other concrete mix components they can
decompose isolating sulfur dioxide and
azotic gases, thus, becoming a poison gas.
Being good adsorbents some additives dur¬
ing the operational process of concrete
absorb and accumulate the moisture
from environment resulting in humidity
increase and development of fungus infec¬
tion.Almost all industrially developed coun¬
tries have appropriate services that conduct
technical, normative and legislative policy in
the field of concrete additives. In some coun¬
tries these services are extremely bureaucrat¬
ic and impede the development of new more
efficient concrete modifiers, however, creates
barriers to low-quality and hazardous prod¬
ucts. In the times of the USSR coordination
of technical and legislative policy in area of
new additives was placed on the RIFCI of
State Construction Agency of the USSR. At
present this work in the RF is carried out,
though with the low efficiency, by the same
Institute, which designs new standards, guide¬
lines, and test procedures, in particular State
Standard ГОСТ 30459-96. Not all recom¬
mendation and normative documents are in¬
disputable, however, there is the subject of
scientific argument and practical analysis. In
Ukraine, unfortunately, there is not such nor¬
mative documents, except for construction
norms and standards published with the nu¬
merous mistakes and miscalculations. State
service, which should settle the issues of
230Модификация структуры бетона добавками — регуляторами свойствствует государственная служба, которая
должна решать вопросы технической поли¬
тики в области применения добавок. Анархия
и бесконтрольность при производстве и при¬
менении добавок способствовали развитию
околонаучного делячества и применения про¬
дуктов, последствия использования которых
дадут о себе знать через десятки лет.Какие же основные свойства добавок дол¬
жны проверяться? В нормативных документах
многих стран приводится длинный список
этих свойств. К примеру, зачем проверка гид-
рофобности или тепловыделения бетона с до¬
бавкой, если она не предназначена для изме¬
нения этих свойств? Не нужна и проверка ис¬
тираемости, призменной прочности, прочно¬
сти на растяжение при раскалывании и растя¬
жении при изгибе, если проверяется кубико-
вая прочность бетона на сжатие. Априори из¬
вестно, что малые дозы таких добавок, как
ЛСТ, УПБ пт. п., не могут изменить извест¬
ную корреляцию этих свойств. Добавка дол¬
жна проходить строжайшие испытания в со¬
ответствии с ее назначением и на возможные
побочные отрицательные эффекты, причем на
разных цементах. В зависимости от назначе¬
ния к таким свойствам, по нашему мнению, от¬
носятся:— равномерность изменения объема и сро¬
ки схватывания цементного теста;— прочность бетона при сжатии;— удобоукладываемость, воздухововлече-
ние и водоредуцирующий эффект бетонной
смеси;— водопоглощение бетона;— морозостойкость;— водонепроницаемость;— коррозионная стойкость;— твердение при отрицательных темпера¬
турах;— высолообразование;— гидрофобность;— коррозия арматуры;— растрескивание термически упрочнен¬
ной напрягаемой арматуры.Такие показатели, как линейная усадка,
ползучесть, модуль упругости и коэффициент
Пуассона, коррелированы с прочностью бе¬
тона при сжатии. В тех случаях, когда коэф¬
фициент корреляции несколько ниже (бетоныtechnical policy in the are of additives ap¬
plication is lacking. Anarchy and nonac¬
countability during the production and ap¬
plication of additives contributed to the
creation pseudoscientific narrow-minded¬
ness and application of products; the con¬
sequences of their application will let know
in decades.What basic properties of the additives
should be checked? The normative docu¬
ments in rpany countries have a list of
them. For instance, why should the hy-
drophoby or thermal flux of concrete with
an additive be checked for if it is not in¬
tended for changing these properties?
Tests of wearability, prismatic strength,
tensile splitting strength and bend tensile
strength are not necessary as well if the
cubic compression strength is not tested.
It is known, a priori, that small doses of
such additives as lignosulphonates and
УПБ, etc., cannot influence the estab¬
lished correlation of these properties.
Additive should undergo sever tests ac¬
cording to its application and possible
negative by-effects, especially in different
cements. Depending on the purpose such
properties might be as follows:- uniformity of volume change and
period of cement mortar setting;- compression strength of concrete;- workability, air-entrainment
and water reducing effect of concrete
mix;- water absorbing of concrete;- frost resistance;- water permeability;- corrosive resistance;- hardening at negative tempera¬
tures;- desalt formation;- hydrophobity;- corrosion of reinforcement;- fracturing of thermally hardened
prestressed reinforcement;Such properties as linear shrinkage,
creep of concrete, modulus of elasticity,
Poisson’s ratio, are correlated with the com¬
pression strength of concrete. In cases when
the correlation coefficient is somewhat low-
Modification of Concrete structure by additives - properties governor231из литых смесей, твердеющие при отрицатель¬
ных температурах и форсированных режимах
тепловой обработки и т. п.), следует обратить
внимание на технологию производства работ.
Что касается влияния содержания эмульгиро¬
ванного воздуха и минеральных добавок на
эти свойства бетона, то оно известно. Нет не¬
обходимости в усложнении проблемы и ее бю¬
рократизации. Например, бессмысленно про¬
верять инертную по химическому составу к
металлу добавку, например ЛСТ или СДО, на
предмет коррозии и растрескивания термичес¬
ки упрочненной напрягаемой арматуры. На¬
ряду с основным назначением в нормативных
документах должны быть ясно отражены та¬
кие вопросы:— функциональное назначение;— технологические эффекты:— избирательность свойств;— побочные отрицательные эффекты;— методика оценки в бетонной смеси и
бетоне;— инструкция по применению;— охрана труда, окружающей среды и тех¬
ника безопасности.Для эффективного использования добавок
необходимо ясно и конкретно представлять
конечный результат. Ориентиром могут слу¬
жить классификация модификаторов по функ¬
циональному назначению (рис. 5.1.1) и дан¬
ные, приведенные в табл. 5.4.1.Однако еще до использования модифика¬
торов необходимо определить, использованы
ли все возможные резервы выбора составов бе¬
тона, режимов приготовления и формования
бетонной смеси и условий твердения, подго¬
товлены ли производство и исполнители к при¬
менению добавок, отработана ли техника эк¬
сперимента и методика анализа экономичес¬
кой эффективности. Следует помшггь, что в
конечном счете оптимальный расход добав¬
ки определяется экспериментально.Анализ данных, приведенных в табл. 5.4.1,
показывает, что для достижения поставленной
цели имеется несколько вариантов. Например,
для повышения морозостойкости бетона совер¬
шенно не обязательно использовать рекомен¬
дуемые научной литературой и нормативными
документами только воздухововлекающие или
газообразующие добавки. Заданные показате-er (mushy concrete mix, hardening at neg¬
ative temperatures and forced modes of
thermal treatment, etc.) attention should be
paid to the manufacturing methods. As to
the influence of emulsified air and mineral
additives on these properties of concrete it
is already known (p. 47). There is no neces¬
sity to complicate this problem and bureau¬
cratise it. For instance, it makes no sense
to test the additive, e.g. lignosulphonates
or СДО, which are chemically inert to¬
wards the metal, for the purpose of corro¬
sion and bursting of thermally strengthened
prestressed reinforcement. Along with the
main meaning the following issues should
be reflected in the normative documents:- functionality;- technologic effect;- selectivity of properties;- negative by-effects;- evaluation methods in concrete mix
and concrete;- application manual;- protection of labour, environment
and safety measures.One should be aware of the final result
in order to use the additive efficiently. Clas¬
sification of the modifiers according to
functionality (table 5.1.5) and data present¬
ed in the table 5.4.1 might serve as guiding
lines.Before applying the modifier on should
determine if all the possible reserves of con¬
crete mix selection, modes of preparation
and molding the concrete mix as well as
hardening conditions are utilized, if the pro¬
duction and those who perform are ready
to apply the additives, if test procedure and
economic efficiency analysis techniques
have been polished. One should remember
that in the long run optimum consumption
of additives is determined empirically.Analysis of the data presented in ta¬
ble 5.4.1 shows that there are several vari¬
ants how to achieve the objective. For in¬
stance, in order to achieve frost resistance
of concrete it is not necessary to use only
air-entraining or gas forming additives
recommended by scientific and normative
documents. The specified figures of frost
Таблица 5.4.1 Table 5.4.1Основные направления эффективного применения добавок к бетонам Major application of additives of concreteКЛАССCLASSГруппаGroupПримеры добавок
Examples of additivesТехнический, экономический,
социальный эффектыTechnological, economical,
social effectsПобочные отрицательные эффекты
Negative by-effectsВидTypeЭффективный расход,
% массы цемента
Efficient consumption, %
of cement mass1. СНИЖАЮ¬
ЩИЕ РАСХОД
СЫРЬЯ И
ЭНЕРГЕТИЧЕС¬
КИХ РЕСУР¬
СОВ1. REDUCING
ENERGY
RESOURCES
CONSUMPTION1.1. Снижаю¬
щие расход
вяжущего1.1. Reducing
binderconsumptionЛСТ, УПСБ0,15—0,25Снижение расхода цемента на 6—10%
Reduce cement consumption by 6—10%При передозировке замедление
схватывания и тверденияRetardation of setting and hardening at
overdoseУПБ-М0,25—0,4Снижение расхода цемента на 8—14%
Reduce cement consumption by 8—14%To же
The sameПФС, ФНТ0,5—1Снижение расхода цемента
на 10—15%Reduce cement consumption
by 10—15%При расходе более 1% возможна
коррозия арматурыCorrosion of reinforcement is possible at
consumption being more than 1%Зола ТЭСAsh from
power
thermoelect¬
ric power
station20—30Снижение расхода цемента
на 15—20%Reduce cement consumption
by 15—20%При использовании термически
упрочненных сталей и для
изготовления морозостойких бетоновWhen applying thermally packed steel
and for production of frost-resisting
concrete1.2. Снижаю¬
щие расход
компонентов
добавок1.2. Reducing
consumption of
additive
componentsЛСТ, УПСБ0,1—0,2Снижение расхода
суперпластификаторов на 15—25%Reduce plasticizers consumption
by 15—25%УПБ0,3—0,4Снижение расхода
суперпластификатора на 30—40%Reduce plasticizers consumption
by 30^0%232 Модификация структуры бетона добавками — регуляторами свойств
Продолжение табл. 5.4.1То be continue table 5.4.1КЛАССCLASSГ руппа
GroupПримеры добавок
Examples of additivesТехнический, экономический,
социальный эффектыTechnological, economical,
social effectsПобочные отрицательные эффекты
Negative by-effectsВидTypeЭффективный расход,
% массы цемента
Efficient consumption, %
of cement mass1. СНИЖАЮ¬
ЩИЕ РАСХОД
СЫРЬЯ И
ЭНЕРГЕТИЧЕС¬
КИХ РЕСУР¬
СОВ1. REDUCING
ENERGY
RESOURCES
CONSUMPTION1.3. Снижаю¬
щие расход
заполнителейСДО, CHB0,1—0,3Снижение расхода заполнителей за
счет вовлеченного воздуха на 5—20%Reduce aggregates consumption at the
expense of air-entrainment by 5—20%Снижение прочности бетона
Reduce concrete strength1.3. Reducing
consumption of
aggregatesЗоло-шпаковыесмесиCinder mixes60—120Снижение расхода песка и щебня на
25—50%Reduce sand and crushed stone
consumption by 25—50%Кроме морозостойких бетонов и при
использовании термически
упрочненной арматурыExcept for frost-resisting concrete and
when applying thermally hardened
reinforcement1.4. Снижаю¬
щие расход
энергетичес¬
ких ресурсов1.4. Reducing
consumption of
energy
resourcesC-3,
“Дофен”
СМФ, ПФМ-
БС0,4—0,8Снижение расхода тепловой энергии
на 25—40%Reduce of thermal energy consumption
by 25—40%УПСБ+ СН
(РОП) 1:40,5—0,8Снижение расхода тепловой энергии
на 25—40%Reduce of thermal energy consumption
by 25—40%Необходимы дополнительные
исследования по СН и РОП
(см. табл. 5.3.1)Additional investigations of СН and РОП
(see table 5.3.1) are necessaryУПБ+НК0,6—1Снижение расхода энергоресурсов
на 20—30%Reduce energy resources consumption
by 20—30%Необходимы дополнительные
исследования по НК (см. табл. 5.3.1)Additional investigations of НК (see table
5.3.1) are necessaryModification of Concrete structure by additives - properties governor 233
Продолжение табл. 5.4.1 То be continue table 5.4.1КЛАССCLASSГруппаGroupПримеры добавок
Examples of additivesТехнический, экономический, социапьный
эффектыTechnological, economical,
social effectsПобочные
отрицательные эффектыNegative by-effectsВидTypeЭффективный расход,
% массы цемента
Efficient consumption, %
of cement mass2. ОБЕСПЕЧИ¬
ВАЮЩИЕ
ВЗАИМОЗАМЕ¬
НЯЕМОСТЬ
КОМПОНЕН¬
ТОВ БЕТОНА2. PROVIDINGREPLACEMENTOFCOMPONENTS2.1. Дающие возмож¬
ность замены высо¬
копрочных цементов
на обычные2.1. Enabling to replace
high-strength cement
with regular onesC-3,
“Дофен”,
СМФ, ПФМ-
БС0,5—1Замена высопрочного цемента марки 600
на портландцемент, в т. ч. с минеральными
добавками и шлакопортландцемент марок
400 и 500Replacement of high-strength cement of brand
600 with portland cement, including that with
the mineral additives and Portland blast¬
furnace (slag) cement of brands 400 and 500—ЛСТ+СН(1:4)0,6—0,8Замена быстротвердеющего цемента
на обычныйReplacement of high-early-strength cement
with the regular oneОграничения по
применению СНApplication limitations for
CH2.2. Дающие возмож¬
ность замены порт¬
ландцемента на
шлакопортландце¬
мент и другие компо¬
зиционные вяжущие2.2. Enabling to reduce
portland cements with
the Portland blast¬
furnace (slag) cement
and other composite
bindersСМФ,"Дофен”00o'o"Снижение себестоимости продукции
благодаря использованию местных
вяжущихReduce cost price of production owing to local
additives—УПСБ+ РОП0,5—0,8Ограничения по
применению РОПApplication limitations for
РОП2.3. Обеспечивающие
эффективную замену
заполнителейС-3, Дофен,
ПФМ-БС0,5—0,8Для ряда конструкций замена гранитного
щебня на щебень из гравия и карбонатных
пород, песка средней крупности на мелкийFor some constructions replacement of
crushed granite and carbonate rock, medium
sand with fine one—234 Модификация структуры бетона добавками — регуляторами свойств
Продолжение табл. 5.4.1То be continue table 5.4.1КЛАССCLASSГруппаGroupПримеры добавок
Examples of additivesТехнический, экономический, социальный
эффектыTechnological, economical,
social effectsПобочные
отрицательные эффектыNegative by-effectsВидTypeЭффективный расход,
% массы цемента
Efficient consumption, %
of cement mass2. PROVIDINGREPLACEMENTOFCOMPONENTS2.3. Providing for
efficient replacement
of aggregatesЗоло¬шлаковыесмесиCinder mix60—120Замены части мелкого и крупного
заполнителейReplacement of part of the fine and coarse
aggregateКроме морозостойких
бетонов и при ис¬
пользовании термически
упрочненной арматурыExcept for frost-resisting
concrete and when
applying thermally
hardened reinforcement2.4. Обеспечивающие
замену компонентов
добавок2.4. Providing for
replacement of
additives componentsЛСТ+СН
УПСБ+РОП0,5—0,8Для малоподвижных и жестких бетонных
смесей экономически целесообразная
альтернатива суперпластификаторамFor low-slump and harsh concrete mix
economically expedient alternative to
superplasticizersОграничения для
CH и РОП
(см. табл. 5.3.1)Limitations СН and РОП
(see table 5.3.1)3. СНИЖАЮ¬
ЩИЕ ТРУДО¬
ЕМКОСТЬ И
УЛУЧШАЮ¬
ЩИЕУСЛОВИЯТРУДА3.1. Снижающие
трудоемкость3.1. Reducing labour¬
intensivenessС-3,“Дофен"ПФМ-БС0,5—1Снижение трудоемкости формования
тонкостенных и густоармированных
конструкций в 2—5 разReduce labour-intensiveness of thin-slab and
heavy-set constructions molding 2—5 timesВодоотделение при
использовании литых
смесейDehydration during
application of flow cementЛСТ, УПСБ0,15—0,25Снижение трудоемкости бетонных работ
на 20—40%Reduce labour-intensiveness of concreting by
20—40%To же
The same3.2. Улучшающие ca-
нитарно-гигиени чес-
кие условия труда и
повышающие культу¬
ру производстваС-3,ПФМ-БС0,4—0,8Снижение шума, вибрации
Reduce noise, vibrationTo же
The sameModification of Concrete structure by additives - properties governor 235
Продолжение табл. 5.4.1 То be continue table 5.4.1КЛАССCLASSГ руппа
GroupПримеры добавок
Examples of additivesТехнический, экономический, социальный
эффектыTechnological, economical,
social effectsПобочные
отрицатепьные эффектыNegative by-effectsВидTypeЭффективный расход,
% массы цемента
Efficient consumption, %
of cement mass3. REDUCING
LABOUR¬
INTENSIVE¬
NESS AND
WORKING
CONDITIONS3.2. Improving hygiene
and sanitary
conditions of labour
and increasing the
production standardsЛСТ0,5—0,8To же
The sameПри расходе более 1%
массы цемента возможна
коррозия арматурыReinforcement corrosion is
possible in case the
consumption of cement is
higher than 1 %3.3. Улучшающие
экологические
условия3.3. Improving
environmental
conditionsУПБ-М,УПСБ0,2—0,3Утилизация многотоннажных отходов
спиртового производстваUtilization of large-tonage wastes of alcoholic
production—ПФС, ФНТОСП1о00Утилизация отходов производства
пентаэритритаUtilization of pentaerythrs te production wastesОграничения
(см. табп. 5.3.1)Limitations (see table
5.3.1)РОП0,4—0,5Утипизация многотоннажных продуктов
сероочистки коксового газа «-Utilization of large-tonage wastes of coke-oven
gas desulfurizationTo же
The sameЗолы ТЭСAshes of
thermoelectri
с power
stations20—30Утилизация многотоннажных отходов
производстваUtilization of large-tonage wastesКроме морозостойких
бетонов и при исполь¬
зовании термически
упрочненной арматурыExcept for frost-resisting
concrete and application of
thermally hardened
reinforcement236 Модификация структуры бетона добавками — регуляторами свойств
Продолжение табл. 5.4.1То be continue table 5.4.1КЛАССCLASSГруппаGroupПримеры добавок
Examples of additivesТехнический, экономический, социальный
эффектыTechnological, economical,
social effectsПобочные
отрицательные эффектыNegative by-effectsВидTypeЭффективный расход,
% массы цемента
Efficient consumption, %
of cement mass4. ИНТЕНСИ¬
ФИЦИРУЮЩИЕ
ТЕХНОЛОГИ¬
ЧЕСКИЕ
ПРОЦЕССЫ4. INTENSI¬
FYINGENGINEERINGPROCESSES4.1. Ускоряющие
твердение4.1. Accelerating
hardeningCH, РОП,
HK0,4—0,5Сокращение длительности твердения на
20—30%Decrease of hardening duration by 20—30%Ограничения
(см. табл. 5.3.1)Limitations
(see table 5.3.1)CH (РОП)
+ ЛСТ
(УПСБ)
(4:1)0,5—0,7Сокращение длительности твердения
на 30—40%Decrease of hardening duration by 30—40%Кроме морозостойких
бетонов и при исполь¬
зовании термически
упрочненной арматурыExcept for frost-resisting
concrete and application of
thermally hardened
reinforcementСМФ,“Дофен",C-30,4—0,8Сокращение длительности твердения для
равноподвижных смесей на 35—45%Decrease of hardening duration for equally
easily-workable mixes by 35—45%—4.2. Повышающие
производительность
технологических
процессов4.2. Increasing
productivity of
engineering processesCH, РОП,
HK, CH+
ЛСТ0,4—0,5Увеличение производительности
формовочного процесса на 20—40%Increase of molding process productivity
by 20—40%Ограничения
(см. табл. 5.3.1)Limitations
(see table 5.3.1)СМФ,“Дофен”,C-3,ПФМ-БС0,4—0,8Увеличение производи-тельности
формовочного процесса в 1,5—3 разаIncrease of molding process productivity
1.5—3 times—4.3. Ускоряющие обо¬
рачиваемость форм и
оборудования4.3. Accelerating
turnaround of forms and
equipmentСм. 4.1.
See 4.1См. 4.1.
See 4.1Увеличение оборачиваемости форм и
оборудования в 1,3—1,6 разаIncrease of forms and equipment turnaround
1.3—1.6 timesОграничения
(см. табл. 5.3.1)
Limitations (see table
5.3.1)Modification of Concrete structure by additives - properties governor 237
Продолжение табл. 5.4.1 То be continue table 5.4.1КЛАССCLASSГруппаGroupПримеры добавок
Examples of additivesТехнический, экономический, социальный
эффектыTechnological, economical,
social effectsПобочные
отрицательные эффектыNegative by-effectsВидTypeЭффективный расход,
% массы цемента
Efficient consumption, %
of cement mass4.4. Уменьшающие
износ форм и
технологического
оборудования4.4. Decreasing
deterioration of forms
and manufacturing
equipmentСм. 4.1
See 4.1См. 4.1
See 4.1Уменьшение износа форм с оборудования
на 20—30%Decrease of equipment deterioration
by 20—30%To же
The same5. УЛУЧШАЮ¬
ЩИЕ ТЕХНИ¬
ЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА
БЕТОНА5. IMPROVING
TECHNICAL
PROPERTIES
OF CONCRETE5.1. Повышающие ко¬
эффициент конструк¬
тивного качества5.1.Increasing the
strength-density ratio5.1.1. Прочность5.1.1. Strength5.1.2. Снижающие
среднюю плотность
5.1.2 Reducing average
densityC-3,
"Дофен”,
ПФМ-БС,
ЛСТ, УПБ,
УПСБ, ПФС0,5—0,8
0,4—0,5Повышение прочности при сжатии
на 40—60%Increase of compression strength by 40—60%Повышение прочности на 20—40%Increase of strength by 20—40%—СНВ, СДО0,1—0,3Снижение средней плотности в 1,1—3 раза
Reduction of average density 1.1—3 timesСнижение прочности
Reduction of strength5.2. Повышающие
стойкость бетона при
знакопеременных ко¬
лебаниях температу¬
ры и воздействии
агрессивной средыС-3,“Дофен",ПФМ-БС0,4—0,8Повышение морозостойкости и водоне¬
проницаемости бетона в 1,5—2 раза,
стойкости в агрессивных средахIncrease of frost-resistance and water
permeability of concrete 1.5—2 times,
resistance to corrosive media—238 Модификация структуры бетона добавками — регуляторами свойств
Продолжение табл. 5.4.1То be continue table 5.4.1КЛАССCLASSГ руппа
GroupПримеры добавок
Examples of additivesТехнический, экономический, социальный
эффектыTechnological, economical,
social effectsПобочные
отрицатепьные эффектыNegative by-effectsВидTypeЭффективный расход,
% массы цемента
Efficient consumption, %
of cement mass5. УЛУЧШАЮ¬
ЩИЕ ТЕХНИ¬
ЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА
БЕТОНА
5. IMPROVING
TECHNICAL
PROPERTIES
OF CONCRETE5.2. Increasing
concrete strength at
alternating
temperatures and
corrosive medium
influenceНК, НК+УПБ0,5—1Повышение водонепроницаемости бетона
в 2—3 разаIncrease of water permeability of concrete
2—3 timesОграничения
(см. табл. 5.3.1)Limitations
(see table 5.3.1)СНВ, СДО,
CHB+
ЛСТ0,02—0,15Повышение морозостойкости бетона
в 1,5—2 разаIncrease of frost resistance of concrete 1.5—2
timesЗамедление твердения,
снижение прочностиRetardation of hardening,
reduction of strengthПАК, ПАП-10,005—0,015Повышение морозо-стойкости бетона в
1,5—2 раза, стойкости в агрессивных
средахIncrease of frost-resistance of concrete 1.5—2
times, resistance to corrosive mediaTo же
The same136-41(ГКЖ-94)136-157(ГКЖ-94М)0,02—0,1To же
The sameГКЖ-10,ГКЖ-110,05—0,2„ ..5.3. Улучшающие
те плофизические
свойства5.3. Improving
thermophysical
propertiesСДО, CHB00o~J.o"Снижение коэффициента теплопроводности
в 1,2—3 разаReduction of heat conductivity factor
1.2—3 timesЗамедление твердения,
снижение прочностиRetardation of hardening,
reduction of strengthПАК, ПАП-10,005—0,015To же
The sameTo же
The sameModification of Concrete structure by additives - properties governor 239
Окончание табл. 5.4.1 Finish table 5.4.1КЛАССCLASSГруппаGroupПримеры добавок
Examples of additivesТехнический, экономический, социальный
эффектыTechnological, economical,
social effectsПобочные
отрицательные эффектыNegative by-effectsВидTypeЭффективный расход,
% массы цемента
Efficient consumption, %
of cement mass5.4. Улучшающие
специальные
свойства, в т. ч.
бактерицидные5.4. Improving spe¬
cial properties, in¬
cluding bactericidalКаучуковые,
эпоксидные, би¬
тумные латексы
и смолы
Rubber, epoxide,
bituminuous la¬
texes and resins0,5—5Повышение прочности сцепления,
химической стойкости и т. п.Increase of cohesive resistance, chemical
durability, etc.В отдельных случаях
снижения прочностиIn some cases reduction of
strength6. КОНСЕРВИ¬
РУЮЩИЕ
СВОЙСТВА
БЕТОННОЙ
СМЕСИ И
БЕТОНА6. PRESERVING
PROPERTIES
OF CONCRETE
MIX6.1. Противо-
морозные6.1. AntifreezingП, HK, HH,
«Нитродап»,
ФНТ, П+ЛСТ,
HK+CH+ УПСБ2- lOПредупреждение замораживание бетона в
процессе твердения до достижения
критической прочностиPreventing concrete freezing in the process of
concrete hardening until the critical strength is
reachedОграничения
(см. табл. 5.3.1)Limitations
(see table 5.3.1)6.2. Тормозящие
твердение бетона6.2. Retarding
concrete hardeningЛСТ, УПСБ0,35 0,65Замедление схватывания цементного теста
до 12 ч и твердения на 30—60%Preventing setting of cement mortar up to 12 h
and hardening by 30—60%СнижениепрочностиReduce strengthМелассаCOo'o'To же
The sameTo же
The sameУПБсоo'o'“ ““ “6.3. Улучшающие
сохраняемость
бетонной смеси6.3. Improving
storability of
concrete mixЛСТ, УПСБo'ICOo"Обеспечение сохраняемости основных
свойств бетонной смеси до 6 чProviding for preservation of main properties of
concrete mix up to 6 hМеласса
+ СДО0,05—0,15To же„ „УПБ+СНВоCOо„ „„ „240 Модификация структуры бетона добавками — регуляторами свойств
Modification of Concrete structure by additives - properties governor241ли морозостойкости могут быть обеспечены с
помощью обычных пластификаторов и супер пла¬
стификаторов, которые, кстати, при правильном
транспортировании и соответствующем уплотне¬
нии бетонных смесей обеспечивают эмульгирова¬
ние до 3% мельчайших пузырьков воздуха.Кроме того, все добавки, обеспечиваю¬
щие водоредуцирующин эффект более 12%
без побочных отрицательных явлений, поли-
фуикцнональны, так как позволяют одновре¬
менно и повысить многие технические свой¬
ства, интенсифицировать технологические
процессы н улучшить условия труда. Поэто¬
му практически все суп ер пластификаторы, оте¬
чественные или зарубежные, являются модифи¬
каторами полифункционального действия. И
совершенно не обязательно их использовать
только для улучшения удобоукладываемости
бетонной смеси. Водоредуцирующий эффект су¬
перпластификаторов обеспечивает повышение
и прочности, и морозостойкости, и водонепро¬
ницаемости, позволяет осуществлять замену вы¬
сокопрочных цементов на обычные и т. п. Вы¬
бор добавки или вариант совмещения пласти¬
фикатора с воздухововлекающим компонентом
решает технико-экономический расчет.Нами в основном рассмотрены добавки
отечественного производства. Сертифициро¬
ванные зарубежные добавки по составу и свой¬
ствам существенно не отличаются от отече¬
ственных, а технологическая эффективность
некоторых суперпластификаторов даже выше.Таким образом, на основании проведенных
исследований обобщены н систематизированы
классификационные признаки добавок и
предложена нрннпинналыю новая классифи¬
кация модификаторов бетона по функцио¬
нальному назначению. Экспериментально
установлено влияние основных отечествен¬
ных добавок на удобоукладываемость и во¬
доредуцирующий эффект бетонной смеси,
прочность, морозостойкость, водонепроница¬
емость и противоморозные свойства бетона,
а также возможность сокращения длительно¬
сти и температуры твердения в зависимости
от составов бетона, химико-минерального и
вещественного состава цементов. Это позво¬
лило дать конкретные рекомендации по эф¬
фективному применению модификаторов при
производстве бетонных смесей, бетонных и
железобетонных изделий и конструкций.resistance might be secured with the help
of regular plasticizers and superplasticizers,
which in case of appropriate transportation
and compaction of concrete mix provide for
emulsification of up to 3% of the finest air
bell.Besides, all additives providing the wa¬
ter reducing effect of more than 12% with¬
out the negative by-effects are polyfunc¬
tional since they allow to increase many
engineering properties, intensify engineer¬
ing processes and to improve working con¬
ditions simultaneously. Due to this fact all
superplasticizers both foreign and domes¬
tic are polyfunctional modifiers. It is not
necessary to use only them in order to in¬
crease the workability of concrete mix.
Water reducing effect of superplasticizers
ensures the increase of strength, frost re¬
sistance, water permeability, allows to
replace the high-strength cements with the
regular ones, etc. Choice of plasticizers or
the variant of combination of plasticizer
with the air-entraining component is de¬
termined by the technical-economic cal¬
culation.Basically, we have examined the addi¬
tives of domestic manufacture. Certified
foreign additives do not vary from domes¬
tic ones significantly in terms of the con¬
tents and properties. Technological efficien¬
cy of some of them is even higher.Therefore, based on the research conduct¬
ed classification criteria of the additives have
been generalized and systematized. Princi¬
pally new classification of concrete modifi¬
ers according to their functionality has been
suggested. Influence of main domestic ad¬
ditives on the workability and water reduc¬
ing effect of concrete mix, strength, frost
resistance, water permeability and antifreez¬
ing properties of concrete was determined
empirically, as well as the possibility to re¬
duce the temperature and duration of hard¬
ening depending on concrete mix, chemi-
cal-mineral and substantial content of ce¬
ment. It allowed to elaborate specific rec¬
ommendations in order to apply the modi¬
fiers efficiently during the production of
concrete mixes, concrete and ferroconcrete
items and constructions.
242 Модификация структуры бетона добавками — регуляторами свойствСписок литературы1. Алексеев С. Н. Коррозия и защита арматуры вбетоне.— М.: Стройиздат, 1968. — 252 с.2. Алексеев С. Н., Розенталь Н. К. Коррозионнаястойкость железобетонных конструкций в
агрессивной промышленной среде.— М.:
Стройиздат, 1976.—205 с.3. Ахмедов К. С., Глекелъ Ф. Л., Копл Р. 3. и др.
Структурообразование в дисперсных и ми¬
неральных вяжущих. —Ташкент: Фан, 1972.
—122 с.4. Бабаев Ш. Т., Дикун А. Д., Сорокин Ю. В.
Физико-химические свойства цементного
камня из вяжущих низкой водопотребности //
Строительные материалы, — 1991. — №1.—
С. 14—21.5. Батраков В. Г. Модифицированные бетоны.
Теория и практика. — М., 1998. — 768 с.6. Батраков В. Г., Файнер М. Ш. Ресурсосбере¬
гающий эффект модификаторов бетона / Бе¬
тон и железобетон. — 1991. — № 3.— С. 3—5.7. Батраков В. Г., Фаликман В. Р.,
Файнер М. Ш. и др. Суперпластификатор
СМФ // Строительные материалы и конст¬
рукции. — 1988. —№2. — С. 10—11.8. Высоцкий С. А. Минеральные добавки для
бетонов // Бетон и железобетон. — 1994. —
№2.— С. 7—10.9. Гончаров В. В. Биоцидные строительные ра¬
створы и бетоны //Там же.— 1984. — № 3. —
С. 26—28.10. Грапп А. А., Грапп В. Б., Якобсон Л. В. Со¬
вершенствование технологии получения
морозостойких бетонов. — Рига, Лат в
НИИНТИ, 1982, —42 с.11. Иванов Ф. М. Добавки в бетоны и перспекти¬
вы применения суперпластификаторов // Бе¬
тоны с эффективными суперпластификато¬
рами. — М., НИИЖБ, 1979. — С. 6—21.12. Лагойда А. В., Данилов Н.Н.,
Заседателев И. Б. и др. Энергосберегающие
методы выдерживания бетона при возведе¬
нии монолитных конструкций // Бетон и же¬
лезобетон. — 1989. — № 9. — С. 45—47.13. Миронов С. А. Теория и методы зимнего бе¬
тонирования. — М.: Стройиздат, 1975. —
702 с.14. Мчедлов-Петросян О. П. Химия неорганичес¬
ких строительных материалов.— М.: Строй¬
издат, 1989. — 304 с.15. Мчедлов-Петросян О. П., Ушеров-
Маршак А. В., Урженко А. М. Тепловыделе¬
ние при твердении вяжущих веществ и бето¬
нов. — М.: Стройиздат, 1984. — 224 с.Bibliography16. Никифоров А. П. Тяжелый бетон с добавкой
низких дикарбоновых кислот II Строитель¬
ные материалы и конструкции. — 1985. — №4. — С. 21.17. Пащенко А. А., Мясникова Э. А., Гумен В. С. и
др. Теория цемента. — К.: Буд1вельник, 1991.— 168 с.18. Правила застосування х1мйчних добавок у
бетонах i буд1вельних розчинах. — ДБНB. 2.7. — 6^ — 97. — К,: Держбуд Украши,
1999. — 60 с.19. Применение мелассной упаренной последрож-
жевой барды в качестве добавки в бетон. —
РСН 279—86 / Госстрой УССР. — Киев,1986,— 17 с.20. Рамачандран В. С., Фельдман Р. Ф., Колле-
парди М. и др. Добавки в бетон: Справ, по¬
собие: Пер. с англ. — М.: Стройиздат, 1988.— 572 с.21. Ратинов В. Б., Розенберг Т. И. Добавки в бе¬
тон. — М.: Стройиздат, 1989. — 188 с.22. Рекомендаци по застосуванню х1м1чних до¬
бавок у бетонах та буд1вельних розчинах:
НВФ “Композит”. — Чершвщ: MicTO, 1999.— 32 с.23. Рекомендации по применению суперпласти¬
фикатора “Разжижитель СМФ” для изготов¬
ления высокопрочных бетонов.— Киев:
Минпромстрой, 1984. — 64 с.24. Рекомендации по применению суперпласти¬
фикаторов в производстве сборного и моно¬
литного железобетона. — М.: НИИЖБ, 1987.— 96 с.25. Рекомендации по технико-экономической
оценке применения добавок в бетон. — М.:
НИИЖБ, 1985.— 81 с.26. Руководство по производству бетонных ра¬
бот в зимних условиях, районах Дальнего
Востока, Сибири и Крайнего Севера. — М.:
Стройиздат, 1982. — 313 с.27. Синайко Н. П., Лихопуд А. П., Синякин А. Г.
и др. Система химических добавок в бетоны
и строительные растворы “Релаксол” // Бу-
Д1вництво Украши. — 2000. — № 5. —C. 30—34.28. Файнер М. Ш. Концепция оптимального про¬
ектирования бетона // Бетон и железобетон.— 1992. —№ 1,—С. 15—17.29. Файнер М. Ш. Новые добавки к высокопроч¬
ным бетонам // Пром. строительство и инже¬
нер. сооружения. — 1984. —№ 3.— С. 30—31.
Modification of Concrete structure by additives - properties governor24330. Файнер Ad. Ш. Рациональные направления
применения добавок к бетонам // Строитель¬
ные материалы и конструкции. — J990. —
№ 3. — С. 23—24.31. Файнер М. Ш. Ресурсосберегающая модифи¬
кация бетона.— Черновцы: Прут, 1993. —152 с.32. Файнер М. Ш. Снижение энергоемкости про¬
изводства бетона // Промышленное строи¬
тельство. — 1989, — №2.— С. 41-42.33. Файнер М. Ш. Технико-экономическая оцен¬
ка добавок к бетонам // Известия вузов.
Строительство и архитектура. — 1983. — №3. С. 73—77.34. Файнер М. Ш. Энергосберегающие модифи¬
каторы цементов и бетонов.— Киев:
НИИСК “Композит”, 1996.— 156 с.35. Фаликман В.Р., Вайнер А.Я., Башлыков Н.Ф.
Новое поколение суперпластификаторов. //
Бетон и железобетон.— № 5. — 2ООО. —
С. 5—7.36. Чернышев Ю.П., Козлова Л.А. Пластичный
бетон. —Донецк: Донбасс, 1987. — 64 с.37. Чернявский В.Л, Файнер М.Ш. Рой А.И. Вли¬
яние натриевых сульфосодержащих добавок
на экплуатационные свойства бетона // Бу-
д1вельш конструкцй: Матер1али друго! наук,-
техшч. конф. “ABapii на буд1влях i спорудах
та i'x попередження”. — К.: НД1БК, 1999. —
С. 442—444.38. Шестоперов С.В. Технология бетона.— М.:
Высш. шк., 1977. — 432 с.
• -* . -&*>■$ ■ : - ' ■ ■ rflbt rv4 ■ ’ - ' ■ yioii S3tt bCnv.r.v • *A V, A , ‘5 ' *’. •• ’J ?.<V . . f, _ V ' ■ m1 »• ^ , J ^ ; ■ ■ f ^ jr-V . \\X ■ • ' '■■ щ ГХ ■ IKKili : - ■ :-"Г:1 it-'V: ■ H if ’ • . '• v . . . ' ■■ . ■ f‘ Й1- '
. - - ; - . ■■ .. W^H’V - . : ■■ '• ■ ! . • ' •<?= ■. - • ‘ IШ1I -iMtfi'i 1 • • ЩШ t::C;-fi- j - i ■■ »l,“ r.. ■ ■ . Mmol '--v i I.■4 j . ...: ’ ■ 4■'‘V? v■’ • Mr ' •
Глава 6Chapter 6ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ
| ОСНОВЫ АКТИВАЦИИ
КОМПОНЕНТОВ
БЕТОННОЙ СМЕСИTHEORY AND
EMPIRICISM OF
CONCRETE MIX
COMPONENTS
ACTIVATION
246Глава 6Ультразвуковая обработка,
магнитная обработка...,
а может электровзрыв?Ultrasound treatment,
magnetic treatment...,
what about electroblast?
Chapter 6247ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ
ОСНОВЫ АКТИВАЦИИ
КОМПОНЕНТОВ БЕТОННОЙ
СМЕСИ6.1. Основные предпосылки
активации компонентов бетонной
смесиПроизводство цементов и бетонов требу¬
ет поиска новых технологий. Достаточно
вспомнить разработки последних десятилетий:
вибродомол цемента, физическая активация
связующих, включая так называемую раздель¬
ную технологию, комплексную магнитную и
ультразвуковую обработку водных растворов
и суспензий, НЦ, ВНВ, ТМЦ, тепловую обра¬
ботку компонентов бетонной смеси, модифи¬
кацию добавками-регуляторами свойств, но¬
вые виды вяжущих и т.п. В то же время ни одно
направление в технологии бетонов не разви¬
валось с такими большими и бесполезными
затратами и ошибками, как активация компо¬
нентов бетонной смеси. Ни вибродомол, ни
магнитная и ультразвуковая обработка, ни
раздельная технология, несмотря на значи¬
тельные затраты, не нашли до сих пор широ¬
кого промышленного применения.В общем потоке исследований многие годы
оставалась незаметной разрядно-импульсная
технология, основанная на использовании вы¬
соковольтного электрического разряда (ВЭР),
что было связано с закрытостью тематики и
немногочисленностью коллектива технологов,
работавших в данном направлении. За после¬
дние годы появились публикации по приме¬
нению разрядно-импульсной технологии, что
дало повод автору первых изобретений но при¬
менению высоковольтного электрического раз-
рада для приготовления бетонных смесей пред¬
ставить результаты многолетних исследова-
шш, не раскрывая при этом сущности многих
способов. Следует лишь отметить, что матери¬
алы большинства публикаций подтверждают
наши многолетние аналогичные исследова¬
ния. Вместе с тем на наш взгляд, эффект но¬
вой технологии в работах многих исследова¬
телей несколько приувеличен. Не исключено,THEORETICAL AND
EMPIRICISM OF
CONCRETE MIX
COMPONENTS
ACTIVATION6.1. Underlying preconditions of
concrete mix components
activationProduction of concrete and cement re¬
quires the search for new technologies. Suf¬
fice it to remember the developments of the
last decades: vibrating re-crushing of cement,
physical activation of the coupling agents,
including the so-called separate technology,
integrated magnetic treatment and ultrason¬
ic machining of water solutions and suspen¬
sions, НЦ — self-stressing ctmtnt, BHB —
low water requirement binder, ТМЦ — fine¬
ly grounded cement, thermal treatment of
concrete mix components, modification of
properties with the help of additives-modifi-
ers, new types of binder, etc. At the same
time none of the directions in concrete tech¬
nology developed with so high and useless
costs and numerous mistakes as activation
of concrete mix components. Neither vibrat¬
ing re-crushing, nor magnetic treatment, ul¬
trasonic machining, separate technology
have wide commercial application despite
the low costs.Discharge-impulse technology based on
the utilization of high-voltage electric dis¬
charge (HED) remained unnoticed for a long
period of time. This was associated with the
clandestine nature of the subject matter and
few production engineers working in this
direction. Lately, numerous publications
about application of bit-impulse technolo¬
gy appeared, which gives the cause for the
author of the first inventions on high-volt¬
age electric discharge application for the
purpose of concrete mix preparation to
present the results of the long-term research,
without revealing the essence of many meth¬
ods. It should be mentioned that the materi¬
als of many publications prove our similar
long-term research. At the same time, in our
248Теоретические и экспериментальные основы.что их авторы имеет свое «ноу-хау», но из пуб¬
ликаций это не следует.Автор не ставит задачу немедленного
внедрения его технологии, хотя работающие
опытно-промышленные установки подтвер¬
ждают результаты лабораторных исследова¬
ний. Для широкого применения разрядно¬
импульсная технология пока не разработа¬
на. Не полностью исследованы деформатив-
ные свойства, химическая стойкость и моро¬
зостойкость бетонов на активированном
связующем, требуют модернизации и унифи¬
кации установки для осуществления спосо¬
ба. Поэтому цель настоящей главы — описа¬
ние результатов исследований, а также опы¬
та для ускорения внедрения новой техно¬
логии.Автор первых изобретений новою способа
приготовления бетонных смесей не претенду¬
ет на первенство в использовании ВЭР и не ут¬
верждает, что полученные им выводы бесспор¬
ны. Данная работа не могла появиться без ис¬
следований основоположника разрядно-им¬
пульсной технолопш JI. А. Юткнна. В разные
годы разработкой указанной технологии за¬
нимались также Г. В. Шенгур, А. К. Пастоев,
Г. Г. Горовенко, П. П. Малюшевский, В. В.
Опекунов, Ю. Н. Поедавшев, О. П. Мчедлов-
Петросян, И. М. Грушко, А. Г. Муха,
Г. Н. Гаврилов. Вместе с тем эти исследова¬
ния носили в основном демонстрационный
характер, в них не были полностью раскрыты
механизмы и технологическая направленность
процессов, из-за чего способ имел побочные
отрицательные эффекты и высокую энергоем¬
кость.На основании многолетних исследований,
учета ошибок и просчетов нами обобщены
результаты исследований нового направления
и дана оценка его перспективности.6.2. Физический эффект
высоковольтного электрического
разряда в жидкостиПрименение ВЭР открывает пршщшшаль-
но новые возможности в технолопш бетонов.Физический эффект электрических разрядов в
жидкости изучали 200 лет назад Дж. Пристли
и П. Лейн, но впервые исследования по его ис-opinion, the effect of the new technology is
somewhat overstated. It is possible, that its
authors have their “know-how”, but this does
not follow from the publications.The author does not issue the challenge
to install his technology though experimen¬
tal-industrial samples already working prove
the results of laboratory research. Bit-im-
pulse technology is not ready for wide ap¬
plication yet. Deformation properties, chem¬
ical resistance and frost resistance of con¬
crete based on activated coupling agent are
not fully investigated. Installations for im¬
plementation of this method require modern¬
ization unification. That is why the objec¬
tive of the current chapter is to describe the
research results as well as of the test itself in
order to accelerate the installation of the
technology.The author of the first inventions of the
new method of concrete mix preparation
does not lay claims to priority of HED utili¬
zation. The current work would not be pos¬
sible without the research of the bit-impulse
technology founder L. A. Yutkin. At different
times H.V. Shengur, A.K. Pastoev, H.H. Ho-
rovenko, P.P. Maliushevskiy, V.V. Ope-
kunov, Y. N. Poedashev, O.P Mchedlov-
Petrosyan, I.M. Hrushko, A.IT Mukha,H.N. Havrilov were occupied with the de¬
velopment of this technology. At the same
time research was mostly of demonstration-
al character. They did not fully reveal the
mechanisms and production orientation of the
processes. Due to this fact the method had neg¬
ative by-effects and high power consumption.Based on the long-term research, re¬
sponse to numerous mistakes and errors we
have generalized the research results of this
new direction and evaluated its prospects.6.2. Physical effects of high-
voltage electric discharge in the
liquidApplication of HED opens up brand-new
possibilities for concrete technology. Physi¬
cal effect of electric discharge was studied
200 years ago by P. Lein and J. Priestley;
however, the first research of its applica-
Theoretical and empiricism of concrete mix components activation249пользованию начаты в 30-х и 40-х годах про¬
шлого века II. В. Федоровым, Г. И. Покровс¬
ким, К. П. Станюкевичем и Р. Фрюнгелем.
Приоритет технологического применения в
промышленности ВЭР в жидкости принадле¬
жит Л. А. Юткину.В соответствии с общим планом исследо¬
ваний рассмотрим физические и физико¬
химические основы применения ВЭР в жидко¬
сти для приготовления бетонных смесей.Существенное отличие ВЭР в жидкости от
других электрофизических эффектов состоит в
его высокой энергии, малой длительности и
широком спектре физических и химических яв¬
лений. Энергия разряда в жидкости составляет
102 - 107 Дж, длительность - 10 4—10 9 с, им¬
пульсная электрическая мощность- IО3—106 кВт,
плотность энергии в канале - 102-104 Дж/см3,
т. е. имеют место своего рода микровзрывы.Высоковольтный электрический разряд
осуществляется через систему электродов (рис.
6.2.1). Обязательным условием протекания
разряда — правильная полярность электро¬
дов: положительный острый электрод и плос¬
кий отрицательный. Для обеспечения необхо¬
димой полярности поля положительный элек¬
трод обычно заостряют. В процессе работы
электродная система изнашивается. Процесс
инициирования ВЭР состоит в пробое межэ-
лектродного промежутка в жидкости под дей¬
ствием электрического напряжения (обычно1—60 кВ), передаваемого конденсаторной ба¬
тареей на электроды.Известно два основных механизма пробоя
жидкости при высоковольтном электрическом
разряде: лидерный и тепловой. В условиях
лидерного разряда обычно при напряжении
более 20 кВ и расстоянии между электродами
менее 0,1 м пробой межэлектродного проме¬
жутка начинается с ' бразования нескольких
или серии растущих шдеров (ионизирован¬
ных яркосветящихся каналов диаметром
(0,05 — 0,25 10~2 м)). Возникающие лидеры
образуют потоки электронов в направлении
от отрицательного к положительному электро¬
ду. При достижении потоками электронов про¬
тивоположного электрода лвдерная стадия раз¬
ряда заканчивается. При напряжениях менее 20
кВ, большом расстоянии между электродами
или пониженном сопротивлении среды лидер¬
ный механизм изменяется на тепловой.tion was started in the 1930s and 40s by I.
V. Fedorov, H. I. Pokrovskiy, K. P. Stani-
ukevich, and R. Frungel. The priority of
technological application ofHED in the liq¬
uid in the industry belongs to L. A. Yut-
kin.We shall examine physical and physi¬
cal-chemical fundamentals of HED in the
liquid application for the purpose of con¬
crete mix preparation according to the
general plan of the research.The basic difference ofHED in the liq¬
uids from other electrophysical effects lies
in its high energy, short duration and wide
spectrum of physical and chemical phe¬
nomena. Discharge energy equals 102 -101 J, duration - 10~4 - 10~9 s, impulse
electric capacity - 103 - 106 kV, channel
power density - 102 - 104 J/cm3, i.e. pecu¬
liar micro explosions take place.High-voltage electric discharge is carried
out via the system of electrodes. The neces¬
sary condition of discharge passing is the
correct electric polarity: sharp anode and
flat cathode. In order to ensure the required
field polarity anode is usually sharpened.
In the process of operation electrode sys¬
tem is worn out. The process of IIED ini¬
tialization consists in breakdown of inter¬
electrode space in the liquid under the in¬
fluence of the voltage (usually 1 - 60 kV)
transferred to the electrodes by capacitors
bank.Two main mechanisms of liquid break¬
down at the high-voltage electric discharge
are known: leader and thermal. In case of
leader discharge, usually at the voltage of
more than 20 kW and distance between
the electrodes less than 0.1 m, breakdown
of interelectrode space starts with the for¬
mation of several or a series of growing
leader (ionized glowing channels with the
diameter (0.05 - 0.25 - 10~2 m)). The
emerging лидеры create the electron
streams in the direction from the cathode
to anode. When the electron streams reach
the alternating electrode leader is over. At
the voltage of less than 20 kV, big distance
between the electrodes or reduced resis¬
tance of medium leader mechanism is re¬
placed with the thermal one.
250Теоретические и экспериментальные основы.Рис. 6.2.1. Блок-схема разрядно-импуль¬
сного активатора:I — активатор; 2 — электродная система;
3 — транспортная система; 4 — генератор импуль¬
сных токов; 5 — разрядный контур; 6 — блок
управления генератором импульсных токов и тех¬
нологическими процессами; 7 — блок вспомога¬
тельных устройствТепловой механизм пробоя осуществляет¬
ся по газовому мостику, образованному меж-
цу электродами в результате нагрева воды то¬
ком проводимости и интенсивного испарения.
Границу лидерного и теплового пробоя ори¬
ентировочно, по данным разных исследова¬
ний, можно представить зависимостью кри¬
тического межэлектродного промежутка:Fig. 6.2.1. Flow chart of bit-impulse ac¬
tivator:/ - activator; 2 - electrode system; 3 -
transport system; pulse current generator; J
- discharge circuit; 6 - pulse current and
engineering processes control unit; 7- auxiliary
device unitThermal breakdown is carried out
along the gas bridge created between the
electrodes as a result of heating the water
with the conduction current and intensive
evaporation. Border of thermal and
лидерный breakdown approximately can
be presented as a dependency of critical
interelectrode space:(6.2.1)5T >0,5-10 ги^С,где 8T — критическое расстояние межэлектрод¬
ного промежутка (в м), при увеличении которо¬
го возникает тепловой пробой; U — напряже¬
ние, кВ; С—электрическая емкость цепи в мкФ.При дальнейшем увеличении расстояния
межэлектродного промежутка, понижении
напряжения и удельной проводимости средыwhere 5Т - critical distance of interelec¬
trode space (m), increase of which result in
thermal breakdown; U - voltage, kV; С -
circuit capacitance, pF;If the distance of interelectrode space is
further increased voltage and electrical con¬
ductivity of environment is decreased con-
Theoretical and empiricism of concrete mix components activation251происходят бесперебойные разряды, не даю¬
щие желаемого эффекта. Длительность высо¬
ковольтного электрического разряда по этим
же данным может быть ориентировочно оце¬
нена зависимостьюгде t — длительность разряда; L — индуктив¬
ность электрической цепи.Из приведенной формулы следует, что дли¬
тельность разряда может быть сокращена при
уменьшении индуктивности цепи. Наряду с
этим следует отметить, что длительность раз¬
ряда во многом определяется скоростью ре¬
комбинации электронов с ионами, от которых
электроны были вырваны в начале разряда.
Как известно, молекулы воды являются элек¬
трическими диполями, благодаря чему они
притягиваются к положительным и отрица¬
тельным зарядам. В канале разряда молекулы
воды притягиваются к ионам, окружают их и
препятствуют притяжению электронов и отри¬
цательных ионов к положительному иону,
вследствие чего замедляется процесс рекомби¬
нации. Как известно, энергия притяжения мо¬
лекулы воды к иону составляет (1,5—2,0) 10~
19 Дж. При столкновении ионов, окруженных
молекулами воды, образуется сольватная мо¬
лекула, общая энергия связи в которой в 5—
10 раз выше. При повышении температуры
увеличивается скорость распада сольватных
молекул, а освобождающаяся при этом тепло¬
та приводит к еще большему росту темпера¬
туры. При достижении критической темпера¬
туры скорость распада сольватных молекул
растет лавинообразно, что вызывает звуковой
эффект.На процесс возникновения высоковольтно¬
го электрического разряда существенное вли¬
яние оказывает электрическая прочность сре¬
ды, характеризуемая ее диэлектрической про¬
ницаемостью и удельной электропроводнос¬
тью. Удельная электропроводность водопро¬
водной воды, используемой в разрядно-им-
пульсныхустановках,составляет0,5... 10 • 10“2-
>Ом~' ■ м-1, а дистиллированной — 4... 5 • 10~~8«
■Ом-1 • м—1. При введении в воду электроли¬
тов и частиц цемента электропроводность сре¬
ды возрастает, что снижает эффективность
разряда. Поэтому при невысоких рабочихtinuous discharges take place, which do
not produce the desired effect. High-volt¬
age electric discharge time according to
these data can be presented in the form of
dependency(6.2.2.)where t - discharge time; L - inductance
of electrical circuit;According to the above-mentioned for¬
mula it follows that the reduction of circuit
inductance leads to reduction of discharge
time. Along with it should be mentioned
that the discharge time is to a great extent
determined by the speed of recombination
of electrons with ions, from which the elec¬
tron were pulled out at the beginning of the
discharge. As it is known water molecules
are electric dipoles; owing to this they are
attracted to the positive and negative charg¬
es. In the discharge filament water mole¬
cules are drawn to the ions, surround them
and impede the attraction of electrons and
negative ions to the positive one, which
slows down the recombination process. As
it is known attraction energy of water mole¬
cules to ion equals (1.5 - 2.0) 10—19 J. When
the ions, surrounded by the water molecules,
collide the solvation molecule is formed with
the overall binding energy of which is 5-10
times higher. The higher the temperature the
higher the decay rate of solvation molecules
is. The liberated heat leads to a greater growth
of the temperature. When the critical temper¬
ature is reached the decay rate of solvation
molecules growth avalanche-like resulting in
sound effect.Breakdown strength of the environ¬
ment, which is characterized by its dielec¬
tric permittivity and electric conductivity,
affects the process of high-voltage electric
discharge generation. Electric conductivity
of tap water used in the discharge-impulse
installations equals0.5... 10 • 10~2 -Om—'■
■m—1, that of distilled water - 4 .. .5 • 10-6 >
•Om—1 • m—1. Doping of electrolytes and ce¬
ment particles into the water increases the elec -
trie conductivity of environment resulting
in decrease of discharge efficiency. That is
why in case of small working voltage of in-I = In^lbC,
252Теоретические и экспериментальные основы.напряжениях установки приходится в некото¬
рых случаях использовать предварительно под¬
готовленную воду, регенерировать ее или вво¬
дить добавки, снижающие электропроводность
среды.При высоковольтном электрическом раз¬
ряде в жидкости образуется плазменный ка¬
нал с температурой 20—50 тыс. °С. Разогрев
плазмы при прохождении тока приводит к
повышению давления в канале, в результа¬
те чего он расширяется в радиальном на¬
правлении со скоростью 10J—106 м/с и вы¬
зывает волну сжатия давлением 100—500
МПа.После прекращения поступления энергии
происходит охлаждение продуктов разряда,
что приводит к распаду плазмы, ассоциации
атомов, формированию газообразной фазы,
образованию и конденсации молекулярного
пара. При этом продукты разряда образуют
парогазовую полость. Переход кинетической
энергии жидкости в потенциальную сопро¬
вождается многократной последовательно за¬
тухающей пульсацией парогазовой полости. В
результате затухания пульсационной состав¬
ляющей скорости движения вдоль газосуспен¬
зионного потока возникают отрицательные
перепады давления, усиливающие пульсаци-
онный движущий напор, что повышает КПД
процесса. Процесс расширения канала и пуль¬
сации парогазовой полости сопровождается
излучением ударных волн сжатия при захло¬
пывании полости и растяжения — при давле¬
нии в ней ниже гидростатического. Обычно
парогазовая полость имеет на начальном эта¬
пе цилиндрическую форму с полусферически¬
ми торцами, а на последующих стадиях — сфе¬
рическую. Расширение парогазовой полости
нельзя (при строгом рассмотрении) считать
адиабатическим процессом в связи с происхо¬
дящей ассоциацией атомов в молекуле и внедре¬
нием дисперсных частиц в поверхностный слой,
вызывающих турбулентность потока.Наряду с ударными волнами, возникающи¬
ми при пульсации парогазовой полости, сле¬
дует учитывать и явления гидродинамической
кавитации, так как в обрабатываемой среде
содержатся пузырьки газа, а схлопывание па¬
рогазовой полости приводит к образованию
кумулятивных струй.stallations it is necessary to use the pre¬
liminary warmed up water, then to regen¬
erate it or to dope the additives which de¬
crease the electric conductivity of the en¬
vironment.At high-voltage electric discharge plas¬
ma channel with the temperature of 20,000- 50,000°C is generated in the liquid. Heat¬
ing of plasma during the current passage
leads to pressure increase in the channel.
As a result it is expanded in the radial di¬
rection with the speed of102 - 106 m/s and
generates the condensation wave with the
pressure of 100 - 500 MPa.After cessation of energy supply cool¬
ing of discharge derivatives takes place re¬
sulting in plasma decay, association of at¬
oms, formation of gas phase, generation
and condensation of molecular steam. At
the same time discharge products generate
gas-vapor cavity. Transition of kinetic en¬
ergy of the liquid into potential one is ac¬
companied with the multiple sequentially
fading of pulsation of gas-vapor cavity.
N egative edges of pressure are generated as
a result of fading of pulsating constituent
of rate of movement along the gaseous-sus-
pension flow. They, in its turn, amplify the
pulsating driving pressure increasing the
process performance factor. The process of
channel broadening and gaseous-vapor
cavity pulsation is accompanied by radia¬
tion of blast compressive waves during the
shutting of the cavity and blast tension
waves when the pressure is lower than hy¬
drostatic one. Usually gas-vapor cavity has
the cylindrical form with hemispherical end
at the initial stage and spherical form at the
following stages. Expansion of gas-vapor
cavity cannot (at the rigorous review) be
considered as an adiabatic process due to
association of atoms in the molecule and
implantation of dispersed particles into the
surface layer resulting in flow turbulence.Along with the blast waves generated
during the pulsation of gas-vapor cavity hy¬
drodynamic cavitation should be taken ac¬
count of since gas holes are contained in the
environment; and the shutting of gas-vapor
cavity result in generation of jet streams.
Theoretical and empiricism of concrete mix components activation253В настоящее время достаточно исследова¬
ны процессы кавитации при схлопывании от¬
дельных каверн. При высоковольтном же элек¬
трическом разряде в жидкости образуется
большое скопление кавитационных пузырь¬
ков, которые имеют разные размеры и, следо¬
вательно, различные параметры охлопывания.
Поэтому в скоплении пузырьков схлопыванпе
происходит неодновременно. По данным
опубликованных работ, схлопывание каверн
внутри скопления начинается с всевозрастаю¬
щей задержкой, увеличивающейся к центру
скопления. Схлопывание каждой каверны со¬
провождается образованием ударной волны.
При одновременном схлопывании каверн
внешнего слоя формируется направленная
внутренняя ударная волна, приводящая к ин¬
тенсификации поглощения энергии кавернами
внутрилежащих слоев. При последовательном
схлопывании слоев каверн давление в централь¬
ной части скопления пузырьков возрастает. По
данным расчетов разных исследователей, на¬
правленные внутрь ударные волны, образующи¬
еся при одновременном схлопывании слоя ка¬
верн, приводят к увеличению на порядок давле¬
ния по сравнению с давлением, возникающим
при схлопывании одиночной каверны.Как известно, небольшие газовые пу¬
зырьки в жидкости и дисперсные частицы яв¬
ляются ядрами кавитации. Если схематичес¬
ки представить дисперсную частицу как гид¬
рофобное тело с трсщнпоп иа поверхности,
угол раскрытия которой равен а, то, вводя в
среду газовую фазу или образуя ее введением
продуктов, вступающих в реакцию с диспер¬
сной частицей, можно непрерывно возобнов¬
лять содержание газа в трещине и генериро¬
вать образование каверн. Если угол смачи¬
вания трещины 0 = я + а/2, то поверхность
раздела между жидкостью и газом будет
иметь отрицательную кривизну со стороны
газовой полости, в результате чего умень¬
шится давление в полости. Если же жидкость
не насыщена, то газ будет дифундировать в
жидкость, а поверхность раздела между га¬
зом и жидкостью будет продвигаться внутрь
полости до достижения равновесия. При пе¬
ресыщении жидкости газовая полость будет
расширяться, и при достижении краев тре¬
щины образуется каверна.At present the processes of cavitation
taking place during shutting of individ¬
ual cavern are quite well studied. Cavi¬
tation bubbles of different size and, con¬
sequently, of different parameters of im¬
plosion, are accumulated in the liquid
at high-voltage electric discharge. The
process of collapse itself is taking place
non-simultaneously. According to the
data published collapse of crevices in¬
side the accumulation is starting with an
increasing delay rising towards the cen¬
ter of accumulation. Collapse of each
crevice generates the blast wave. Simul¬
taneous collapse of cavern of the facing
generates a directed internal blast wave,
which leads to intensification of energy
absorption by caverns of internal layers.
Consecutive collapse of crevice layers
leads to the pressure increase in the cen¬
tral part of the accumulation. Accord¬
ing to various research directed internal
blast waves generated as a result of si¬
multaneous collapse of cavern of the lay¬
er leads to significant pressure increase
as compared with the pressure generat¬
ed after the collapse of a single crevice.As it is known small gas holes in the liq¬
uid and dispersive particles are the cores of
cavitation. If we schematically represent the
dispersive particle as a water-repelling solid
with the crack on the surface with the aperture
angle equal to ?, then introducing the gas phase
into the environment or generating it by dop¬
ing the products reacting with the dispargat-
ing particle one might continuously renew the
gas content in the crack as well as generate
crevice formation. When the wetting angle of
the crack is equal 9 = % ± a/2, then the bound¬
ary surface between the liquid and the gas will
have the negative curvature from the outside
of the gas cavity as result of which the pres¬
sure in the cavity will decrease. If the liquid is
not saturated then the gas will diffuse into liq¬
uid and the interface between the gas and the
liquid will move inside the cavity until the
balance is reached. In case of liquid oversat¬
uration the gas cavity will expand and when
the crack periphery is reached the crevice will
be formed.
254Теоретические и экспериментальные основы.Расположение кавитационных каверн в
гидродинамическом потоке и на зернах вяжу¬
щего имеет случайный характер. Несиммет¬
ричное схлопывание каверн и действие сил
поверхностного натяжения приводят к обра¬
зованию кумулятивных струй. Направление
кумулятивных струй в активаторе, как прави¬
ло, имеет хаотичный характер. Однако ско¬
рость струй достигает наибольших значений
вблизи препятствий. Анализ опубликованных
зависимостей показывает, что скорость куму¬
лятивных струй достигает 150 м/с, а давление
взаимодействия с преградой — 200 МПа. Выб¬
рос кумулятивных струй, направленных к пре¬
граде, приводит к схлопываншо каверн и пн-
тенсивной эрозии частиц вяжущего. Суще¬
ственную роль в процессе диспергирования ча¬
стиц вяжущего играют и микровзрывы капель
жидкости при взаимодействии с рефлектора¬
ми и стенками активатора.Энергию, запасенную в конденсаторной
батарее, регулируют изменением емкости и
напряжения. Наиболее рационально повы¬
шение эффективности разряда путем увели¬
чения напряжения, так как существенное уве¬
личение емкости не всегда оправдано с по¬
зиций изготовления установки и ее габари¬
тов. В то же время повышение напряжения
более 50 кВ требует дополнительных меро¬
приятий по обеспечению надежной изоляции
и техники безопасности. Поэтому наиболее
эффективным является направление, связан¬
ное е обработкой компонентов бетонной сме¬
си циркуляционным способом серией элект¬
рических разрядов.Один из основных показателей высоко¬
вольтного электрического разряда — КПД,
определяемый отношением энергии, выделив¬
шейся в канале разряда, к энергии, запасенной
в конденсаторной батарее. Полная энергия
электрического разряда характеризуется сум¬
мой акустического (?7а) и гидравлического (??г)
КПД. Акустический КПД определяется отно¬
шением энергии ударной волны, а гидравли¬
ческий — отношением энергии парогазовой
полости к энергии, запасенной конденсатор¬
ной батареей.Анализ литературных данных позволяет
сделать выводы о распределении энергии при
высоковольтном электрическом разряде вCavity pockets in the hydrodynamic
stream and on the grains of the binder
are randomly located. Non-symmetrical
collapse of crevices and the action of sur¬
face tension forces lead to the genera¬
tion of jet streams. The direction of jet
streams in the activator, as a rule, is cha¬
otic. However, the speed of streams
reaches the maximum close to the obsta¬
cles. The analysis of dependencies pub¬
lished shows that the speed of jet streams
reaches 150 m/s and the obstacle inter¬
action pressure - 200 MPa. Discharge
of jet streams directed at the obstacle
results in shutting of crevices and inten¬
sive erosion of binder particles. Micro
explosions of liquid drops during the in¬
teraction with the reflectors and walls of
activator play significant role in the pro¬
cess of binder particles dispargating.The energy stored in the bank of capac¬
itors is regulated by the change of capacity
and the voltage. The most rational method
to increase the discharge efficiency is to in¬
crease the voltage since the increase of ca¬
pacity is not always justified from the point
of view of installations manufacture and its
dimensions. At the same time increase of
voltage more than 50 kV requires additional
actions in order to ensure reliable insula¬
tion and safety measures. That is why the
most efficient is the direction associated with
the treatment of concrete mix components
with the series of electric discharges accord¬
ing to circular method.Performance factor is one of the main
indices of high-voltage electric discharge
determined by the correlation between the
energy evolved in discharge filament and
energy stored in the bank of capacitors.
Apparent energy of electric discharge is
characterized by the sum of acoustic (т]л)
and hydraulic (rjv). Acoustic efficiency is
determined by the ratio of the blast wave
energy, and hydraulic efficiency - by the
ratio of gas-vapor cavity energy to the en¬
ergy stored in the bank of capacitors.Analysis of literary sources allows to
conclusion that the energy at high-voltage
discharge in the liquid is distributed in the
Theoretical and empiricism of concrete mix components activation255жидкости примерно в таком соотношении:
энергия ударной волны — 25—40 %, энергия
парогазовой полости — 15—25, потери —
30—45%. Регулируя параметры установки и
свойства среды, можно добиться, в зависимо¬
сти от заданных требований и характера об¬
работки, различного перераспределения энер¬
гии при осуществлении технологического про¬
цесса.6.3. Анализ механизмов
активации компонентов
бетонной смесиРассмотрим механизмы активации высо¬
ковольтным электрическим разрядом связую¬
щих и заполнителей.К процессам диспергирования относят
обычно дезагломерацию, эрозию и тонкое из¬
мельчение. Как известно, под действием ван-
дер-ваальсовых, капиллярных и гидратацион-
но-мостиковых сил частицы цемента агломе¬
рируются. Так как значения этих сил не пре¬
вышают 10“2 Па, то дезагломерация легко осу¬
ществляется на первых стадиях процесса
вследствие действия ударных волн, микроте¬
чений и фрикционных потоков.В соответствии с современными представ¬
лениями, процесс диспергирования частиц свя¬
зан с возникновением серии радиальных и кон¬
центрических трещин, образующихся в резуль¬
тате высоких сжимающих напряжений под
действием прямой ударной волны и растяги¬
вающих напряжений вследствие отражения
ударной волны от рефлекторов и стенок акти¬
ватора. Однако расчетные значения, получен¬
ные на основе указанных теоретических пред¬
посылок, отличаются от экспериментальных
на порядок и более. По-видимому, процесс
диспергирования частиц вяжущего происхо¬
дит под действием многих взаимосвязанных
факторов в таких условиях: в плазме электри¬
ческого разряда; ударных волнах сжатия и от¬
ражения, кавитации и эрозии. На первой ста¬
дии основную роль играют процессы расши¬
рения плазменного канала, на второй — дав¬
ление в ударной волне сжатия, а также давле¬
ние отраженной от рефлекторов и стенок вол¬
ны растяжения и взаимодействие ее с волной
сжатия, на третьей — кавитация и эрозия. Дис¬
пергирование частиц вяжущего происходит,following correlation: energy of the blast
wave - 25 —40%, energy of gas-vapor cav¬
ity - 15—25%, losses - 30—45%. Regulat¬
ing the parameters of the installation and
environment properties one might achieve
various distributions of energy during the
engineering process depending on the giv¬
en requirements and the nature of treat¬
ment.6.3. Analysis of concrete
components activation
mechanismsLet us consider the activation of the
coupling agents and the aggregates by high-
voltage electric discharge.The processes of atomizing, erosion and
a fine grinding are related to the processes
of dispargating. As it is known cement par¬
ticles agglomerate under the influence of
Van der Waals, capillary and hydration-
bridge forces. Since the values of these forc¬
es do not exceed 10“2 Pa disagglomeration
is carried out easily at the first stages of the
process as a result of blast waves of micro¬
flow and frictional flow.The process of dispargating is associat¬
ed with the generation of radial and con¬
centric cracks generated as a result of high
compressive stress under the influence of
direct blast wave and tensile stress as a re¬
sult of blast waves reflection from reflec¬
tors and the walls of activator. Calculated
value obtained on the basis of the stated
theoretical prerequisites significantly differ
from the empirical ones. Probably, the pro¬
cess of binder particles dispergating takes
place under the influence of many intercon¬
nected factors in the following conditions:
in electric discharge plasma, compressive
and reflection blast waves, cavitation and
erosion. At the first stage, the processes of
plasma channel expansion play the leading
role; at the second stage - pressure in com¬
pressive blast wave as well as the pressure
of reflected tension blasts waves from re¬
flectors and the walls and their interaction
with the compressive blast wave; at the third
stage - cavitation and erosion. Dispargat¬
ing of the binder particles take place, most-
256Теоретические и экспериментальные основы.в основном, за счет их полидеформационного
и усталостного разупрочнения, которое име¬
ет механический, адсорбционнй, тепловой и
химический характерм. Процесс эрозии час¬
тиц связан преимущественно с разрушениями
поверхностных слоев, ослабленных дефекта¬
ми. Эти дефекты обусловлены наличием ра¬
диальных и концентрических трещин, а так¬
же микропустот и напряжениями регулярнос¬
ти строения и т. п.Механизм диспергирования в процессе
обработки цементно-водной суспензии ВЭР
может иметь несколько схем. Первая схема
связана с образованием радиально-кольце¬
вых трещин под действием удара. Если же в
среду разряда ввести ПАВ, то трещины по¬
кроются мономолекулярным адсорбционным
слоем, который, ориентируясь полярными
концами перпендикулярно стенкам, будет пе¬
ремещаться в глубь трещины и оказывать
расклинивающее давление в частице вяжуще¬
го. С повышением давления ударной волны
будет увеличиваться и расклинивающий эф¬
фект. Эта вторая схема диспергирования в
сочетании с первой может быть использова¬
на для повышения эффективности процесса
путем предварительного смешения цементно¬
водной суспензии с ПАВ, например с ЛСТ или
УПСБ. Третья схема диспергирования свя¬
зана со скалыванием микронеровностей ча¬
стиц вяжущего. Диспергирование по этой
схеме осуществляется путем обламывания
краев частиц в местах контакта. Четвертая
схема, по-видимому, связана с нарушением
межатомных и межмолекулярных связей под
действием касательных напряжений. Оче¬
видно, процесс диспергирования осуществ¬
ляется одновременно по всем рассмотрен¬
ным схемам. Следует отметить, что при
ударио-волповом диспергировании изменя¬
ется не только поверхность, но и структура,
и субструктура частиц.В соответствии с уравнением П. А. Ребин¬
дера работа, связанная с диспергированием
частиц, зависит от их объема и образовавшей¬
ся новой поверхности (5):А = кггде о-— энергия образования единицы поверх¬
ности; к — коэффициент зависимости от ра¬
боты деформированию единицы объема по¬
верхности (о).ly, at the expense of their poly deformation
and fatigue decompression which might be
mechanical, adsorption, thermal and chem¬
ical in the nature. The process of the parti¬
cles erosion is connected to predominantly
with the disintegration of surface layers
impaired by defects. These defects are con¬
ditioned on the presence of radial and con¬
centric cracks as well as microvoids, regu¬
larities of structure tensions, etc.Mechanism of dispargating in the process
of cement-water suspension treatment with
HED can have several schemes. The first
scheme is connected to the formation of radi¬
al-ring shake, under the influence of blow. If
we introduce surface-active agent into the dis¬
charge environment the crack will be covered
with monomolecular adsorption layer, which
orienting with its pole end athwart to the walls
will move inwards and put disjoining pressure
on the particles of the binder. Wedging effect
will increase as the result of the blast wave pres¬
sure increase. This second scheme of dispar¬
gating in combination with the first one might
be used in order to increase the efficiency by
way of preliminary blending of cement-water
suspension with the surface-active agent, for
instance, lignosulphouatcs or У ПСБ. The third
scheme of dispargating is associate with the
shear of microasperities of the binder parti¬
cles. Dispargating according to this scheme
is carried out by way of breaking off the edg¬
es of the particles in the contact points. The
fourth scheme is, probably, connected with the
violation of interatomic bond and cohesion
under the influence of tangential stress. Ob¬
viously, the process of dispargating is carried
out according to all four schemes simulta¬
neously. It should be mentioned that at shock¬
wave dispargating neither the surface, nor the
structure and substructure of particles are
changed.According to P. A. Rebinder equation
the work associated with the dispersion of
particles depends on their volume and the
new surface that was generated (S)where a - energy of surface unit forma¬
tion; к - coefficient of work ( p. 11 ) de¬
pendency on surface volume unit forma¬
tion (u).
Theoretical and empiricism of concrete mix components activation257Процесс образования новой поверхнос¬
ти, на наш взгляд, можно рассматривать и
как эрозию частиц. Приняв во внимание, что
частица шероховата, в качестве одной из
модели эрозии можно принять процесс мик-
ромеханической обработки. Потери части¬
цы по этой модели будут пропорциональны
ее массе, скорости удара, углу падения, и
твердости как частицы, так и преграды. В
ряде работ указывается также на существен¬
ное влияние адиабатического сдвига на
процесс разрушения. В моделях, основан¬
ных на теории контактных напряжений, ско¬
рость эрозии связывается со скоростью ча¬
стиц, их формой, плотностью, а также мо¬
дулем упругости преграды. Согласно этим
моделям процесс эрозии более эффективен
для угловатых и крупных частиц цемента
(пороговый размер частицы 5 мкм). Наряду
с рассмотренными механизмами определен¬
ное значение имеет и плавление частиц це¬
мента в результате локализации энергии в
точках удара.Рассмотрим теоретически основные физи¬
ко-химические эффекты, возникающие в це¬
ментно-водной суспензии при высоковольт¬
ном электрическом разряде.Предварительно заметим, что точное экс¬
периментальное изучение такой системы в
настоящее время практически нереализуемо,
так как продукты высоковольтного элект¬
рического разряда находятся в постоянном
взаимодействии. Согласно опубликованным
результатам исследований в дисперсной
фазе и дисперсионной среде при электричес¬
ком разряде в жидкости происходят сложные
физико-химические явления, аналогичные по
конечному эффекту явлениям импульсного
радиолиза высокой дозы и обладающие вы¬
соким химическим КПД реакций окисления
и восстановления, что может оказать суще¬
ственное влияние на процессы внутримоле¬
кулярной перегруппировки веществ, образо¬
вания и деградации новых фаз. Как извест¬
но, под действием излучений изменяются
свойства поверхности тел. В обычных телах
отношение числа атомов, находящихся на
поверхности, к числу атомов в объеме мало,
поэтому роль поверхностного эффекта не¬
значительна. В цементно-водных суспензи-The process of new surface generation, in
our opinion can be considered as erosion of par¬
ticles. Taking into consideration that the par¬
ticles surface is uneven the process of micro¬
mechanical treatment might be accepted as
one of the erosion models. Losses of the par¬
ticle according to this model will be propor¬
tional to its mass, impact velocity, angle of
incidence, and the hardness of both the par¬
ticle and the obstacle. In some works the sig¬
nificant influence of adiabatic shear upon the
process of disintegration is pointed at as well.
In the models based on the contact voltage,
the rate of erosion is associated with the speed
of the particles, their form, density, as well as
obstacle modulus of elasticity. According to
these modula the process of erosion is more
efficient for angular and coarse particles of
cement (threshold dimension is 5?m). Melt¬
ing of particles as a result of localization of
energy in the impact points is also of definite
meaning along with the already examined
mechanisms.Let us consider theoretically the main
physical-chemical effects generated in the
cement-water suspension at the high-volt¬
age electric discharge.Previously it was noted that exact em¬
pirical study of such system at present is
practically impossible since the products
of high-voltage electric discharge interact
on the permament basis. According to the
published results of research in disperse
phase and disperse medium at electric dis¬
charge complicated physical-chemical
phenomena similar in the finite effect of
the phenomena of high dose impulse radi¬
olysis and possessing the high chemical
efficiency of oxidation and recovery reac¬
tions take place in the liquid. This might
significantly affect the processes of in¬
tramolecular regrouping of substances,
generation and degradation of new phas¬
es. As it is known, the properties of the
surface of the solids change under the in¬
fluence of radiation. In regular solids the
correlation of the number of atoms on the
surface and the number of atoms in the vol¬
ume is low that is why the role of the sur¬
face effect is insignificant. In cement-wa-
258Теоретические и экспериментальные основы.ях это соотношение повышается, так как
увеличиваются удельная поверхность и чис¬
ло дефектов. Под действием излучения и
мощных световых квантов в поверхностном
слое частиц вяжущего возможны возбужде¬
ние и ионизация атомов и молекул, вызыва¬
ющие протекание фотохимических реакций,
сонолюминесценцию и изменение электро¬
проводности. Наряду с рассмотренными эф¬
фектами, по-видимому, должно наблюдать¬
ся изменение поверхностных свойств час¬
тиц, так как возникает возможность разры¬
ва валентных связей, в частности Si — ОН,
с десорбцией гидроксильных групп и обо¬
гащением поверхности атомами со свобод¬
ными валентностями, что приводит к уве¬
личению их адсорбционной способности.Теоретический анализ показывает, что,
несмотря на определенный эффект генерации
активных центров, формирование устойчиво¬
го зародыша новой фазы по этой схеме навряд
ли возможно, так как время существования
ионных пар при облучении не превышает
10-- 5 с. Скорость же образования зародышей но¬
вых фаз оказывается соизмеримой со скоростью
их распада, что обуславливает их термодинами¬
ческую неустойчивость. Более вероятно, что
вокруг частиц активных центров, имеющих
объемный заряд, образуется диффузный слой
противоионов. А так как в облученных части¬
цах происходит выбивание электронов, то не¬
равномерное распределение между частицами
может привести к улучшению их коллоидной
стабильности и повышению вероятности фор¬
мирования и роста зародышей новых фаз.Экспериментальными исследованиями по¬
казано, что ударное воздействие вызывает су¬
щественные изменения физико-химических
и химических свойств водных растворов. На¬
пример, ударное сжатие воды давлением до 104
МПа приводит к увеличению концентрации на5—7 порядков одновременно взаимодейству¬
ющих ионов Н+ и ОН-группы.Косвенное воздействие ударных волн раз¬
личного спектра приводит к гемолитическо¬
му расщеплению молекул воды с образова¬
нием продуктов рекомбинации Н2 и Н,02.
По-видимому, по аналогии с действием
ионизирующих излучений возможна регене¬
рация молекул воды по следующей схеме:ter suspensions this correlation is higher
since the specific surface and the number
of defects are bigger. Radiant excitation
and ionization of atoms and molecules is
possible due to the influence of radiation
and high-power light quantum in the blan¬
ket of the binder particles. This might re¬
sult in photochemical reactions, sonolu-
minescence and change of electric conduc¬
tivity. Particles surface behaviour fluctu¬
ations should be observed along with the
effects already examined due to potential
possibility of valence bonds split, in par¬
ticular Si-OH with the desorption of hy¬
droxyl group and surface enrichment with
the free valency atoms resulting in the in¬
crease of their adsorption ability.Theoretical analysis shows that despite
the definite effect of active centers genera¬
tion the formation of stable nucleating cen¬
ter according to this scheme is hardly pos¬
sible since the lifetime of ion pair at radia¬
tion treatment does not exceed 10-5 s. New
embryos of nucleating centers generation
rate is commensurable with the rate of their
decay stipulating their thermodynamic in¬
stability. It is more likely that diffuse layer
of gegenions is generated around the parti¬
cles of active centers possessing the volume
charge. Since the knock-out of electrons is
taking place in the irradiated particles the
nonuniform distribution between the par¬
ticles might result in improvement of col¬
loidal stability in increase of probability of
new embryos generation and growth.Empirical research proved that the ap¬
plied shock caused significant changes of
physical-chemical and chemical properties
of water solutions. For instance, collision
compression of water with the pressure of
up to 104 MPa, result in concentration in¬
crease of concurrently interacting ions of
H+ and OH groups 5-7 times.Indirect interaction of blast waves of var¬
ious spectrum results in homolytic decompo¬
sition of water molecules and isolation of re¬
combination products H, and H,Ov Proba¬
bly, by analogy with the action of ionizing
radiation regeneration of water molecules is
possible according to the following scheme:
Theoretical and empiricism of concrete mix components activation259H+ + H+ -> H2;0H- + OH-->H102;
H+ + OH-->H20*. ‘ (6.3.2)Под действием ударных волн и кавита¬
ции меняется и содержание растворенных
газов О,, N2 и СО,. В работах проф.
С.П. Зубрилова установлена качественная
корреляция между свойствами бетона и со¬
держанием в воде молекулярного кислоро¬
да, что объясняется структуроформирую¬
щей ролью образующихся квазигазогид-
ратов.Исследованиями проф. П. П. Малюшев-
ского и проф. Н. Н. Круглицкого показано,
что по мере возрастания энергии разряда с 102
до 7 ■ 102 Дж/см3 удельное сопротивление воды
падает на три порядка, стабилизируясь при
значениях 9,5—10,5 Ом ■ м. Наряду с этим не¬
обходимо отметить, что в цементно-водной
системе возможно возникновение ЭДС, так
как в процессе разряда происходят поляриза¬
ция суспензии и растворение катода. Если
представить деформированную частицу це¬
мента как анод, а недеформированную — как
катод, то при их столкновении образуется мик-
рогальванический элемент. Под действием
магнитного поля возможно, что при опреде¬
ленных условиях удельная энергия лоренцево-
го движения частиц может превысить удель¬
ную энергию теплового поступательного дви¬
жения, в результате чего улучшится электро¬
статическая стабильность системы и создадут¬
ся предпосылки для ускорения образования за¬
родышей новых фаз.Анализ химических, физико-химических
и механохимических явлений при ВЭР в це¬
ментно-водной суспензии позволяет вы¬
делить пять основных взаимодействую¬
щих механизмов, приводящих к образова¬
нию активных центров и зародышей новых
фаз:♦ дислокационный;♦ плазменно-химический;♦ газоконденсационный;♦ тепловой;♦ радиационно-квантовый.Дислокационный механизм обусловливаетобразование двухэлектронной связи в ядрах
дислокаций, уменьшение термодинамическо¬
го барьера в поле локализованных электро-The content of solute gases О,, N, and
C02 changes under the intluence of blast
waves and cavitation. In her works prof. S.
P. Zubrilova determined the quantitative
correlation between the properties of con¬
crete and the content of molecular oxygen
in the water, which is explained by the struc¬
ture-formating role of the generated quasi-
gashydrates.The research by prof. P.P. Maliush-
evskiy and prof. N.N. Kruglitskiy showed
that while growing of charge energy from102 to 7 102 J/cm3 specific resistance of
water falls threefold and stabilizes at the
level of 9.5-10.5 O. It should be men¬
tioned that generation of EMF is possi¬
ble since in the process of discharge po¬
larization of suspension and dilution of
cathode take place. If we imagine the de¬
formed particle of cement as anode and
non-deformed as cathode then their colli¬
sion will generate microgalvanic cell. Un¬
der the influence of magnetic field there is
a possibility that under certain conditions
energy density of Lorentzian movement of
particles might exceed the energy density of
thermal translation resulting in improve¬
ment of electrostatic system stability, which
in its turn will create the necessary prereq¬
uisites for acceleration of new nucleating
centers embryo generation.Analysis of chemical, physical-chemical
and mechanochemical phenomena at high-
voltage electric discharge in cement-water
suspension allows to single out 5 main in¬
teracting mechanisms resulting in formation
of active centers and new nucleating cen¬
ters embryos:♦ Dislocation;♦ Plasma-chemical♦ Gaseous condensate♦ Thermal;«Radiative-quantum.Dislocation mechanism stipulates for
generation of two-electron bond in the dis¬
location core, reduction of thermodynam¬
ic barrier in the field of localized electrons,
260Теоретические и экспериментальные основы.нов, притяжение хемосорбированных частиц
к ядру дислокаций и возбуждение движущи¬
мися дислокациями адсорбированных частиц.
Этот механизм, по-видимому, развивается
больше в частицах, которые находятся в зо¬
нах, прилегающих к рефлекторам и стенкам
активатора.Плазменно-химический механизм объясня¬
ется протеканием реакций в образующейся
плазме. Зона этого механизма относится не¬
посредственно к межэлектродному проме¬
жутку и отдельным очагам сверхвысоких
давлений.При газоконденсационном механизме фор¬
мирование зародышей новых фаз происходит
вследствие выборочного присоединения ак¬
тивными центрами необходимых атомов и
молекул при переносе вещества парогазовой
полостью.Тепловой механизм проявляется при про¬
текании реакций в расплавленных частицах.
Сочетание высокой температуры и высоко¬
го давления способствует процессам твердо¬
фазных химических реакций с образовани¬
ем продуктов, плотность и компактность ко¬
торых выше, чем при реакциях в обычных
условиях. Зоны действия этого механизма
примыкают к разрядному промежутку, а так¬
же локализованы в местах контакта частиц
в турбулентном газогидродинамическом
потоке.Радиационно-квантовый механизм, вызыва¬
ющий возбуждение и ионизацию атомов и мо¬
лекул, приводит к образованию дополнитель¬
ных структурных микродефектов поверхнос¬
ти частиц, играющих роль адсорбционных
центров.Таким образом, понимание механизмов ак¬
тивации цементно-водных суспензий позволя¬
ет перейти к разработке технологических ос¬
нов разрядно-импульсной активации компо¬
нентов бетонной смеси.6.4. Исследование и разработка
технологических процессов
активации компонентов бетонной
смесиЕсли соизмерить ширину фронта ударных
волн с диаметром частицы цемента, то можно
прийти к выводу, что из-за их близких значе-attraction of chemosorbed particles to
the dislocation core and excitation of ad¬
sorbed particles with the moving disloca¬
tions. This mechanism is rather develop¬
ing in the particles, which are located in
the zones adjacent to the reflectors and
activator walls.Plasma-chemical mechanism is ex¬
plained by the passage of reactions in the
generated plasma. Area of this mechanism
is situated directly in the interelectrode
space andvindividual sources of extreme
pressure.In the gaseous condensate mechanism
formation of new phase embryos is taking
place as a result of selective addition of nec¬
essary atoms and molecules by active cen¬
ters during mass-transfer by vapor -gas
cavity.Thermal mechanism is manifested dur¬
ing the passage of reactions in the melted
particles. Combination of high temperature
and high pressure contributes to the pro¬
cesses of solid-phase chemical reactions
with the isolation of products the density
and compactness of which is higher than
during reactions under regular conditions.
Zone of actions of this mechanism adjoin
the discharge gap, as well as are localized
in the contact places of particles in the tur¬
bulent gas-hydrodynamic flow.Radiative-quantum mechanism generat¬
ing excitation and ionization of atoms and
molecules results in the formation of addi¬
tional structural microdefects on the sur¬
face of the particles, which play the part of
adsorption centers.Therefore, understanding of activation
mechanisms of cement-water suspension
will allow us to pass on to the elaboration
of technological basics of discharge-impulse
activation of concrete mix components.6.4. Research and elaborationof concrete mix components
activation engineering
processesIf we compare the shock width with the
diameter of cement particle the conclusion
might be drawn that due to their close val-
Theoretical and empiricism of concrete mix components activation261ний прямое диспергирование ударной волной
оказывается малоэффективным, так как проч¬
ность частиц при объемном сжатии оказыва¬
ется намного выше, чем при растяжении и сре¬
зе. Следовательно, параметры процесса дол¬
жны быть направлены на диспергирование ча¬
стиц в зонах, близких к стенкам активатора.
Такой эффект может быть достигнут многоча¬
стотной высокоамплитудной обработкой, гене¬
рирующей возникновение кумулятивных пото¬
ков и объемной микрокавитации в нристеноч-
ных областях. Эти режимы могут быть осуще¬
ствлены импульсами длительностью 10—3 —
—10“5 с с частотой 1—10 Гц. Существенное
повышение эффективности диспергирования
может быть достигнуто проведением процес¬
са в резонансном режиме, при фокусировании
гидропотока, например сходящимися ударны¬
ми волнами. Принципиальное значение имеет
выбор оптимальной концентрации цементно¬
водной суспензии, так как повышение содер¬
жания цемента в воде увеличивает электропро¬
водность среды, причем удельное сопротивле¬
ние среды будет ашжаться после каждого им¬
пульса обработки. Наряду с повышением дис¬
персности будут наблюдаться и процессы коа¬
гуляции. Следовательно, оптимальный режим
обработки цементно-водных суспензий будет
связан не только с параметрами цени, но и с
концентрацией системы.Как известно, существенным фактором,
влияющим на свойства цемента, является его
состав. Свойства связующего зависят от содер¬
жания фракций цемента 3—5 и 5—30 мкм. В
обычных цементах содержание фракции 3—5
мкм составляет не более 5 %, а 5—Юмкм — не
более 30 %, в высокопрочных — соответствен¬
но до 20 и 70 %. Следовательно, одна из задач
диспергирования цементно-водных суспензий
высоковольтным электрическим разрядом —
это оптимизация гранулометрического соста¬
ва цементно-водной суспензии с тем расчетом,
чтобы в зависимости от химико-минерально¬
го и вещественного состава содержание фрак¬
ций в связующем до 5мкм находилось в пре¬
делах 10—25% и 10—30 мкм — до 70 %. Это
может быть достигнуто выбором правильно¬
го соотношения между активированной и не¬
активированной частями вяжущего при осу¬
ществлении процесса активации с постоянноues direct dispargating with the blast
waves turns out to be of low efficiency.
This, in its turn, might be explained by the
fact that the volume compression strength
of the particles is much higher than during
splitting and shear. Consequently param¬
eters of the process should be aimed at dis¬
pargating of particles in zones close to the
walls of activator. Such effect can be
achieved by multiple frequency high-am-
plitude treatment generating the jet
streams and volume microcavitation in
parietal areas. These modes can be car¬
ried out by pulses with the length of 10~3— 10“5 with the frequency 1 -10 Hz. Sig¬
nificant increase of dispargating efficien¬
cy might be achieved by carrying out the
process in resonant mode while focusing
the hydroflow by converging blast waves.
Choice of optimal concentration of cement-
water suspension is of principle importance.
The increase cement content in the water in¬
crease the electric conductivity of the envi¬
ronment while the specific resistance will
decrease after each impulse of treatment.
Processes of coagulation will be observed
along with the dispersion increase. Conse¬
quently, the optimal treatment mode of ce¬
ment -water suspension will be associated
not only with the circuit parameters but with
the concentration of the system as well.As it is known the content of cement is
an important factor affecting its properties.
Properties of the coupling agent depend on
the content of cement fractions with the size
of 3-5 and 5-30 pm. Content of fraction of
3-5 мт in regular cements is not more than
5%, that of 5-10 pm - not more than 30%,
while in high strength cement it equals 20%
and 70% correspondingly. Therefore, the
objective of the cement-water suspension
dispargating with the high-voltage elec¬
tric discharge, in addition, is optimization
of granulomentric composition of cement-
water suspension in anticipation of the
5мт fraction content within the limits of
10-25% and that of 10-30 мт - up to 70%,
depending on chemical-mineral and sub¬
stantial contents. This can be achieved by
means of appropriate correlation between
262Теоретические и экспериментальные основы.возрастающей частотой и уменьшающейся
длительностью импульсов. Рассмотренная ги¬
потеза вытекает из принципа оптимальности
и хода процесса, в котором с увеличением со¬
держания частиц цемента, увеличением числа
и длительности импульса снижается сопротив¬
ление разрядного промежутка.На наш взгляд, перспективно применение вы¬
соковольтного электрического разряда в жид¬
кости и для получения структурных заготовок,
имеющих близкий состав с компонентами бето¬
на. Одно из таких направлений—синтез напря¬
гающих синтонов, которые могут быть получе¬
ны на основе глиноземистых или сталерафини¬
рованных ишаков, гипса и извести. Напрягаю¬
щие синтоны близки по составу к напрягающим
цементам и представляют собой суспензию
(шлак 20—40 %, гипс — 8—10 %, известь —
3—6 %), гомогенизированную ЮР. При расхо¬
де напрягающего синтона 15—30% массы цемен¬
та могут быть достигнуты самонапряжение бе¬
тона и существенное повышение его прочнос¬
ти. Аналогичный результат может быть полу¬
чен при использовании предварительно приго¬
товленной гомогенизированной суспензии на
основе сульфо-алюминатного клинкера или си¬
стем типа СаО — А1,03 — SO? — F2 при расхо¬
де 5—15% массы цемента. При этом в процессе
приготовления синтона может быть введена и
пластифицирующая добавка.Для бетонов повышенной прочности важное
значение имеет снижение трещиносгойкости и
хрупкости. Улучшение этих свойств можно дос¬
тигнуть введением в бетонную смесь демпфирую¬
щих сингонов и дисперсных волокон. Демпфиру¬
ющие синтоны могут быть получены диспергиро¬
ванием и гомогенизацией ЮР как минеральных
пористых материалов, так и эпоксидных, поли¬
эфирных, полиизобугиленовых, каучуковых и дру¬
гих полимеров.Наряду с активацией цемента и получени¬
ем синтонов представляет интерес использо¬
вание ВЭР для приготовления рабочих раство¬
ров добавок. Ударные волны и кумулятивные
течения, возникающие при этом, позволяют
интенсифицировать растворение компонентов
добавок и улучшают их перемешивание. Кро¬
ме того, появляется возможность для приго¬
товления рабочих растворов добавок из не-
растворяющихся или несмешивающихся приthe activated and non-activated particles of
the binder during the activation process with
the increasing frequency and decreasing
pulse length. The hypothesis examined fol¬
lows from the principle of optimality and
process flow, in which the higher the con¬
tents of cement particles and pulse length
the lower the resistance of discharge gap is.In our opinion utilization of high-volt¬
age electric discharge in the liquid in order
to obtain structural blank parts similar in
terms of the contents to the cement compo¬
nents. One of such directions might be the
synthesis of self-stressing syntons, which can
be generated on the basis of aluminous and
steel-refined slag, gypsum and lime. Self-
stressing syntons are close to self-stressing
cement in terms of the content and represent
the suspension (20-40% of slag, 8-10% of
gypsum, 3-6% of lime) homogenized by
HED. Self-stress of concrete and significant
increase of its strength can be achieved in
case of self-stressed syntons consumption
equal to 15-30% of cement mass. Similar
result might be obtained when using pre¬
pared homogenized suspension based on
sulfoaluminate clinker or system of CaO -
A12Oj -S03 -F2 and cementmass consump¬
tion of 5-15%. At the same time plasticizing
additive can be doped during the process of
synton preparation.Reduction of crack resistance and fra¬
gility is of great importance for high-
strength concrete. Improvement of these
properties can be achieved by doping damp¬
ing syntons and dispersive fibers. Damping
syntons can be obtained by dispargating and
homogenization by HED of both mineral
porous materials and epoxide, polyester,
polyisobutylene and rubber polymers.Along with the activation of cement and
generation of syntons of great interest is the
utilization of HED in order to prepare work¬
ing solutions of additives. Shock waves and
jet streams generated at that intensify the
dilution of additives components and im¬
prove their blending. Besides, there is an
opportunity to prepare the working solution
of additives out of substances non-solving
and immiscible under regular conditions.
Theoretical and empiricism of concrete mix components activation263обычных условиях веществ. Это прежде все¬
го относится к добавкам—центрам кристал¬
лизации, кремнийорганическим жидкостям и
другим продуктам.Рассмотрим основные направления ис¬
пользования ВЭР в жидкости для активации
заполнителей. На первых этапах ВЭР в жид¬
кости использовался для дробления крупного
заполнителя. Однако такой подход оказался
экономически и энергетически неоправдан¬
ным. Применяемый ранее режим процесса, на¬
правленный на формирование ударно-волново¬
го механизма разрушения, приводил наряду с
измельчением к образованию сетки трещин в
заполнителе, вследствие чего его использова¬
ние для изго товления высокопрочных бетонов
оказалось за труднительным.Нами высоковольтный электрический раз¬
ряд в жидкости рассматривается с позиций уп¬
равления формой, топографией и поверхност¬
ными свойствами заполнителя. Как известно,
зерна крупного заполнителя имеют клиновид¬
ную форму и покрыты мелкими частицами
пыли, глины и органических веществ. Полу¬
чение зерен в форме правильного многоуголь¬
ника традиционными методами требует уве¬
личения энергозатрат в 2—3 раза. Кварцевый
песок, применяемый для приготовления бето¬
нов, теоретически считается гидрофильным,
так как его поверхностный слой покрыт ОН-
группами. Фактически же зерна песка оказы¬
ваются покрытыми мельчайшими частицами
пыли, глины, ила и органическими вещества¬
ми, адсорбированными из воздуха и воды. Это
снижает их гидрофильность и, следовательно,
прочность сцепления со связующими. Прнпро-
ведешш процесса ВЭР в жидкости с длитель¬
ностью импульса 10—1 —10—3 с., с циркуляци¬
ей аналогично действию электрогидравличес-
кого насоса, в системе вода — заполнитель воз¬
никает кумулятивно-эрозионный процесс акти¬
вации, под действием которого полностью смы¬
ваются пылевидные, глинистые, илистые и
органические продукты с поверхности запол¬
нителя, изменяется форма и уменьшается сте¬
пень шероховатости поверхности. Вследствие
разрушения микрообъемов поверхности и то¬
чечной эрозии заполнитель принимает форму,
близкую к форме правильного многогранни¬
ка и шара, а его поверхность приобретает тон-This refers, above all, to the additives -
crystallization centers, organic-silicon liq¬
uids and other products.Let us examine the major applications
of HED in liquid for the purpose of aggre¬
gate activation. At the first stages HED in
liquids was used for crushing the coarse ag¬
gregate. However, this approach turned out
to be economically and energy-wise ineffi¬
cient. The applied earlier process mode
aimed at formation of shock-wave destruc¬
tion mechanism resulted, along with the de¬
composition, in crack formation in the ag¬
gregate. Consequently, application of the
latter in order to produce high-strength con¬
crete turned out to be difficult.We consider the high-voltage electric dis¬
charge in the liquid from the standpoint of
form, topography and surface properties con¬
trol. As it is known grains of coarse aggre¬
gate are wedge-shaped and covered with the
fine particles of dust, clay and organic sub¬
stances. In order to obtain the grains of reg¬
ular polygon using the conventional meth¬
ods one should increase the power inputs2-3 times. Quartz sand used for producing
concrete is considered hydrophilic from the
theoretical point of view due to the fact that
its surface layer is covered with the ОII-
groups. In reality sand grains turn out to
be covered with fine particles of dust, clay
or organic substance adsorbed from water
and air. This reduce their hydrophily and,
consequently, cohesive resistance with the
coupling agents. During the HED process
in the liquid with the pulse length of 10 11 -
10~3, with the circulation similar to the ac¬
tion of electrohydraulic pump, cumulative-
erosion activation process is generated in the
water-aggregate system, under the influence
of which powder-like, clayey, uliginous and
organic products are completely washed
away from the surface of an aggregate, the
form and height are changed, roughness de¬
gree is decreased. Due to disintegration of
surface microvolumes and pitting erosion
the aggregate acquires the form close to
the form of regular polygon and sphere; its
surface acquires fine uneven microcellular
topography. H202 isolated hi the process
264Теоретические и экспериментальные основы.кошероховатую микропористую топогра¬
фию. Образующийся в процессе обработки
Н202 способствует улучшению гидрофиль-
ности поверхности заполнителя, что наряду с
другими факторами способствует повыше¬
нию прочности сцепления со связующим. Кро¬
ме мехашшеского, для кварцевых песков су¬
щественное значение приобретает механохи-
мический эффект, так как при эрозии частиц
происходят разрыв связей = Si - О — Si = и
образование свободных радикалов. Механи¬
ческий эффект, возникающий на поверхности
заполнителей в процессе его обработки ВЭР,
может быть использован для химической адсор¬
бции необходимых компонентов, улучшающих
сцепление со связующим, упругие или эластич¬
ные свойства, а также «прививки» полимеров.Таким образом, основные направления ра¬
ционального применения высоковольтного
электрического разряда в жидкости следующие:— активация цементно-водных суспензий
в сочетании с добавками ПАВ;— приготовление синтонизированных си¬
стем и комплексных добавок;— регулирование поверхностных свойств
заполнителей путем эрозионной обработки.Активация цемент ных систем высоковольт¬
ным электрическим разрядом в жидкости мо¬
жет быть эффективно реализована при прове¬
дении процесса в режимах ноличастотной мно¬
гократной циркуляции с длительностью им¬
пульса 10~3 —10 15 с и частотой 1—10 Гц, вы¬
зывающих кумулятивно-эрозионный и кавита¬
ционный механизмы дезагломерации и диспер¬
гировании частиц.Активация заполнителей может быть реа¬
лизована при осуществлении процесса в режи¬
мах низкочастотной обработки с длительнос¬
тью импульсов 1 • 10-' — 10”3 с, обеспечива¬
ющих эрозионный износ частиц.6.5. Экспериментальные
исследования влияния параметров
активации на свойства бетонной
смеси и бетонаДля проведения экспериментальных иссле¬
дований использовали цементы, различающи¬
еся химико-минеральным и вещественным со-of treatment improves the aggregate sur¬
face hydrophily, which in combination
with other factors contributes to the in¬
crease of cohesive resistance with the cou¬
pling agent. Mechanochemical effect
gains in importance for quartz sand be¬
sides the mechanical one, since opening
of connections = Si - О - Si = and isola¬
tion of free radical takes place during the
erosion of the particles. Mechanical effect
generated on the surface of the aggregates
in the process of its treatment with HED
can be used for chemical adsorption of
necessary components improving its cohe¬
sion with the coupling agents, elastic flex¬
ibility properties, as well as for “engrafting”
of polymers.Therefore, major applications of high-
voltage electric discharge in the liquid are
as follows:— activation of cement water suspen¬
sions in combination with the surface-ac¬
tive agent additives;— preparation of syntonized systems
and complex additives;— regulation of aggregate surface prop¬
erties by way of erosion treatment.Activation of cement systems by high-volt¬
age electric discharge can be efficiently car¬
ried out if the process will take place in the
modes of poly-frequency multiple circulation
with the pulse length of 10-3 - 104 s and fre¬
quency of 1 - 10 Hz causing cumulative-ero-
sion and cavitation mechanisms of disaglom-
eration and dispargating of the particles.Activation of aggregates can be carried
out during the implementation of the process
in the low-frequency treatment mode with the
pulse length of 1 1 O'1 -1 O'3 providing for ero¬
sive wear of the particles.6.5. Empirical research of
activation parameters influence on
the properties of concrete mix and
concrete itselfCements that vary in terms of chemical-
mineral and substantial contents, as well as
the setting kinetics at thermal treatment
Theoretical and empiricism of concrete mix components activation265ставом, а также кинетикой твердения при теп¬
ловой обработке. Общая характеристика це¬
ментов приведена в табл. 6.5.1.Таблица 6.5.1
Общая характеристика цементов,
использованных для оценки эффективности
активацииВ качестве заполнителей применяли гранит¬
ный щебень фракций 3—10 и 5—20 мм Гнивань-
ского, Александрийского и Клесовского карье¬
ров, мелкий днепровский песок, а также песок
средней крупности Славутского карьера.При проведении исследований использова¬
ли ряд добавок, однако после предваритель¬
ных опытов оставили для дальнейших иссле¬
дований технические лигносульфонаты Кот¬
ласского ЦБК, суперпластификаторы С-З и
СМФ Новомосковского объединения “Орг-
синтез”, пластификаторы УПБ и ПФС. От¬
дельные опыты проводились с использовани¬
ем золы-уноса и золошлаковых смесей Бурш-
тынской и Ладыженской ГРЭС.На первом этапе исследований необходи¬
мо было установить количественное влияние
основных параметров активации на свойства
бетонной смеси и бетона. Для этих целей ис¬
пользовали портландцемент с минеральными
добавками марки 400 Здолбуновского ЦШК,
гранитный щебень фракций 5—20 мм, мелкийwere used for empirical research. General
characteristics of cement is cited in the ta¬
ble 6.5.1.Table 6.5.1
General characteristics of cement
used for evaluation of activation
efficiencyCrushed granite with the fractions of 3¬
10 and 5-20 mm from Hnivanskiy, Alexan-
driyskiy and Klesovskiy open-pits as well
as fine dnieper sand, medium Slavutich open-
pit sand were used as the aggregates.During the research a number of addi¬
tives was used. However, after the prelimi¬
nary tests only lignosulphotanes of Kot-
lasskiy cement works, superplasticizers C-
3 and СМФ from Novomoskovkiy associ¬
ation “Orgsintez”, plasticizers УПБ and
ПФС were remained for further tests. Some
tests were conducted with the fly ash and
cinder from Burshtyn and Ladyzhyn ter-
mal power station.At the first stage of research the objective
was to determine the quantitative influence
of basic activation parameters on concrete
mix and concrete properties. Portland cement
with the mineral additives of brand 400 from
Zdolbunov cement-slag works, crushed gran¬
ite with the fraction of 5-20 mm, fine bank№ППВид цемента
Type of cementЗавод- изгото¬
вительManufacturingplantХимико-минеральный
состав клинкера, %Chemical-mineral
contents of clinker, %Виддоба¬вокType
of ad¬
ditiveПрочность при стандартных
методах испытаний, МПаStrength at conventional test
procedures, MPaПропариваниеSteamingВозраст 28 сут
At 28 daysC3SC2SСзАCtAFприизгибеbendingприсжатииcomp¬ressionприизгибеbendingприсжатииcomp¬ression1Портландце¬
мент с мине¬
ральными
добавкамиЗдолбуновский56,218,36,116,4ОпокаGaize4,0124,15,6140,2Николаевский53,818,58,615,9 4,3225,76,5348,62Портланд¬цементОльшанский55,317,67,816,5—4,328,85,8249,1Здолбуновский60,116,35,916,2—4,6830,27,0860,73Шлакопорт¬ландцементЗдолбуновский57,418,16,515,8ШлакSlag4,3823,25,9742,5Криворожский54,718,98,617,2“ ■■3,5218,74,7632,3
266Теоретические и экспериментальные основы.речной песок и добавку ЛСТ Котласского
ЦБК.В качестве независимых факторов были
приняты: Ц/В, включая активированную
часть цемента; содержание активированной
части цемента и число импульсов обработ¬
ки. Изучалось влияние этих факторов на удо-
боукладываемость бетонной смеси, проч¬
ность связующего и бетона при сжатии пос¬
ле тепловой обработки (ТВО) по режиму(2)+3+8 + 2 при температуре изотермической
выдержки 80 °С, а также прочность при осе¬
вом растяжении и сжатии в возрасте 28 сут
нормального твердения. Отдельные образцы
были оставлены для исследования кинетики
изменения свойств бетона во времени и мо¬
розостойкости.На рис. 6.5.1 приведена графическая интер¬
претация влияния основных факторов актива¬
ции на прочность бетона при сжатии с учетом
сопоставимой удобоукладываемости бетон¬
ной смеси.На основании исследований было установ¬
лено, что максимальный эффект повышения
прочности бетона при активации связующего на
данных материалах достигается при содержа¬
нии активированной части цемента 25—35 %
и числе импульсов обработки 300—350.В целом полученные зависимости показы¬
вают, что активация связующего ВЭР эквива¬
лентна по своему эффекту повышению марки
цемента на одну ступень или применению эф¬
фективного пластификатора.Проводилась и оценка влияния избира¬
тельности свойств цементов на эффективность
активации ВЭР. Исследовались портландце¬
мент, портландцемент с минеральными добав¬
ками и шлакопортландцемент (табл. 6.5.2). В
эксперименте обеспечивалась сопоставимость
результатов по удобоукладываемости бетон¬
ной смеси П2 при Ц/В=2.2 и режиму тепловой
обработки (2)+3+8+2 при температуре изотер¬
мической выдержки 80 °С. Все исследования
проводились с использованием добавки тех¬
нических лигносульфонатов 0,2 % массы це¬
мента. Содержание активированной части це¬
мента составило 25 %.Полученные данные свидетельствуют о
том, что наибольший эффект активации дос¬
тигается при использовании низкоактивныхsand and lignosulphonate additive form Kot-
lasskiy cement-concrete works were used.The following factors were set as inde¬
pendent ones: W/C, including activated part
of cement; content of activated part of ce¬
ment and number of treatment pulses. The
subject matter was influence of these fac¬
tors of workability of concrete mix, com¬
pression strength of the coupling agent and
concrete after thermal treatment according
to the (2)+3+8+2 mode at the temperature
of isothermic storage of 80°C, as well as
axial tension strength and compression
strength at 28 days of regular hardening.
Some samples were retained in order to re¬
search kinetics of concrete mix properties
change in time as well as frost resistance.The figure 6.5.1 represents the graphi¬
cal interpretation of main factors of acti¬
vation influence on compression strength
of concrete taking into consideration com¬
parable workability of concrete mix.On the basis of research we determined
that the maximal effect of concrete strength
increase during activation of coupling agent
onthe given materials is achieved at the con¬
tents of activated part of cement equal to 25¬
35% and number of pulse treatments 300 - 350.In general the obtained dependencies
show that the activation of the coupling
agent by IIED is equivalent in its effect to
the cement brand increase by one point or
to efficient use of plasticizers.Influence of selectivity of cement prop¬
erties on the HED activation efficiency was
evaluated as well. Research was based on
the portland cement with the mineral addi¬
tives and portland blast-furnace (slag) ce¬
ment (table 6.5.2). Workability of P2 con¬
crete mix test results are comparable at
W/C-2.2 and thermal treatment according
to (2)+3+8+2 mode at the isothermic stor¬
age temperature of 80°C. During investi¬
gations additives of industrial lignosul-
fonates in the volume of 0.2% of cement
mass were used. Content of activated part
of cement equaled 25%.The obtained data testifies to the fact that
the maximum activation effect is reached when
utilizing low-activity cement.The maxi-mum
Theoretical and empiricism of concrete mix components activation267Рис. 6.5.1. Влияние параметров активации
связующего ВЭР на прочность бетона при
Ц/В=2,2 при содержании активированного вя¬
жущего до 40 %.цементов. При этом максимальный прирост
прочности наблюдается для шлакопортландце-
мента. Вместе с тем полученные данные не дают
ответа на вопрос о влиянии химико-минераль¬
ного состава клинкера. Поэтому для дополни¬
тельных опытов были отобраны цементы одной
марки примерно с одинаковой активностью,
близким содержанием C3S, но разным — С3А.
Для проведения исследований был отобран
портландцемент с минеральными добавками
марки 400 Николаевского завода содержанием
С3А 8,9% и сульфатостойкий цемент Амвроси-
евского завода (содержание С3А 4,6 %). Резуль¬
таты испытаний приведены в табл. 6.5.3.Число импульсов обработки, N
Number of treatment pulses, NFig. 6.5.1 Influence of parameters of
HED activation of the coupling agent on the
strength of concrete at Ц/В = 2.2 and the
contents of activated binder up to 40 %.growth of strength is observed in case of Port¬
land blast-furnace (slag) cement. At the same
time the data obtained do not provide the
answers to the question about the influence
of chemical-mineral contents of clinker. That
is why for additional tests cements of the same
brand were chosen with approximately sim¬
ilar activity, close contents of C3S but differ¬ent C3A. Portland cement with the mineral
additives of brand 400 from Nikolaevskiy
works with the content of C3A equal 8.9% and
sulfate-resistance cement from Amvrosievskiy
works (the contents of C3A equal to 4.6%). Test
results are presented in the table 6.5.3.
268Теоретические и экспериментальные основы.Таблица 6.5.2
Влияние свойств цемента на прочность
бетонаОтбор таких цементов по расчетным харак¬
теристикам не всегда достаточно объективен.
Поэтому нами использовались данные факти¬
ческого экспериментального анализа. Заме¬
тим, что даже при самом тщательном подбо¬
ре цементов разных заводов-изготовителей,
различающихся не только характеристикой
сырья, но и режимами обжига, условиями по¬
мола и другими факторами, обеспечить необ¬
ходимую для общих выводов сопоставимость
практически невозможно.Анализ полученных результатов и анало¬
гичные испытания, проведенные при исполь¬
зовании отдельных непредставительных
партий каменец-подольского портландцемен¬
та марки 400 с содержанием С3А 5,3%, приво¬
дят к выводу о том, что в пределах колебаний
химического и вещественного состава выпус¬
каемых цементов влияние хнмико-мннералыю-
го состава клинкера на эффективность акти¬
вации незначительно. Вместе с тем с измене¬
нием химического и вещественного состава из¬
меняются оптимальные параметры обработ¬
ки. Так, оптимальное содержание активиро¬
ванной части цемента и число импульсов об¬
работки увеличиваются при применении низ-
коалюминатных цементов. Аналогичные зако¬
номерности наблюдались ранее при использо-ТаЫе 6.5.2
Influence of cement properties on the
strength of concreteSelection of such cements according to
design performance is not always impar¬
tial. That is why we used the empirical
analysis data. It should be noted, that even
in case of thorough selection of cements of
various manufacturing plants, which differ
not only in raw materials characteristics, but
the baking modes, grinding conditions and
other factors as well it is practically impos¬
sible to ensure the comparability for the pur¬
pose of general conclusions.Analysis of the obtained results and sim¬
ilar research conducted on the basis of indi¬
vidual non-representative batches of ka-
menets-podolskiy portland cement, brand
400, with the contents of C}A equal to 5.3%
enable us to draw a conclusion that within
the limits of fluctuation of chemical and sub¬
stantial contents of produced cements the in¬
fluence of chemical-mincral contents of clin¬
ker on the efficiency of activation is insignifi¬
cant. At the same time, changes of chemical
and substantial contents lead to the changes
of optimum parameters of treatment. The
optimum contents of activated part of cement
particles and number of treatment pulses in¬
crease in case of low-aluminate cements. Simi¬
lar regularities were observed earlier in case ofЗавод-изготовитель, вид цемента
Manufacturing plant, type of cementПрочность бетона при сжатии, МПа
Compression strength of concrete, MPaПосле TBO
After steamingВозраст 28 сут
At 28 daysЧисло импульсов обработки
Number of treatment pulses02004000200400Здолбуновский, портландцемент марки 600
Zdolbunovskiy, portland cement, brand 60029,735,132,648,258,457,1Здолбуновский, шлакопортландцемент марки 400
Zdolbunovskiy, blast-furnace (slag) cement, brand 40024,629,231,337,544,248,4Николаевский, портландцемент марки 500
Nikolaevskiy, portland cement, brand 50026,331,930,441,250,149,3Ольшанский, портландцемент марки 500
Olshanskiy, portland cement, brand 50025,930,728,539,145,448Криворожский, шлакопортландцемент марки 300
Krivorozhskiy, blast-furnace (slag) cement, brand 30019,423,825,929,134,637,7
Theoretical and empiricism of concrete mix components activation269Таблица 6.5.3 Table 6.5.3Сравнительная оценка эффективности Comparative assessment ofактивации при использовании различных activation efficiency for variousцементов cementsЗавод-изготовитель,
вид цементаManufacturing plant, type of cementСодержание
активированной части
цемента, %Contents of activated part
of cement, %Прочность бетона при сжатии, Mna
Compression resistance, MPaПосле TBO
After steamingВозраст 28 сут
at 28 daysЧисло импульсов
Number of pulses200400200400Николаевский, портландцемент с
минеральными добавками марки 400Nikolaevskiy, protland cement with
mineral additives, brand 400КонтрольныйReference23,231,11526,530,736,240,82528,632,538,741,54027,930,640,140,4Амвросиевский, сульфатостойкий
портландцементAmvrosievskiy, sulphate resistant
protland cementКонтрольныйReference24,532,51527,731,438,639,42530,532,139,741,84032,234,541,342,9вании цементов с повышенным содержанием
C2S ишлакопортландцемента, т. е., оптималь¬
ное число импульсов обработки для цементов
с пониженным содержанием C ,S и С , А, а так¬
же шлакопортландцемента выше.Для оценки эффективности активации за¬
полнителей высоковольтным электрическим
разрядом применяли гранитный щебень и гра¬
вий фракций 3—10 мм, кварцевый песок сред¬
ней крупности. Обработка велась с частотой
5 Гц в течение 30 с. Энергозатраты на обра¬
ботку составили 30—38 МДж на 1 м! запол¬
нителя. Обработанный крупный заполнитель
смешивали с водным раствором активирован¬
ной части цемента, а затем с оставшейся час¬
тью цемента и песком. Параллельно изготав¬
ливали образцы из контрольных составов. 06-
разцы-балочки размером 40х40х 160 мм храни¬
ли 28 сут в нормальных условиях, а затем ис¬
пытывали на сжатие и осевое растяжение
(табл. 6.5.4).Нами установлено, что активация поверх¬
ности заполнителей высоковольтным электри¬
ческим разрядом позволяет повысить проч¬
ность бетона нри сжатии на 7—14 и при осевом
растяжении — на 15—25%. При этом наиболь¬
ший относительный эффект достигается приcements with increased contents of C,S and
Portland blast-furnace cement, i.e. the optimum
number of treatment pulses for cements with
lower contents of C,S and C, A as well as for
portland blast-furnace cement is higher.Crushed granite and gravel with the frac¬
tions of 3-10 mm, medium quartz sand were
used in order to evaluate the efficiency of ag¬
gregate activation with high-voltage electric
discharge. Treatment was conducted with the
frequency of 5Hz for 30 s. Energy inputs for
treatment were equal to 30-38 MJ per 1 m3 of
an aggregate. Treated coarse aggregate was
blended with the water solution of activated
part of cement and then with the rest part of
cement and sand. Samples of reference mix¬
es were prepared in parallel. Test beams with
the size of40 40 160 mm were stored during 28
days under regular conditions and later were
tested for compression and axial stress (table
6.5.4).We have determined that the activation
of the aggregate surface with the high-volt¬
age electric discharge enables to increase the
compressive strength of concrete by 7-14%
and axial tension strength by 15-25%. The
maximum relative effect is achieved in
270Теоретические и экспериментальные основы.Таблица 6.5.4 Table 6.5.4Оценка эффективности активации Evaluation of aggregate activationзаполнителей efficiencyНомерсоста¬ваNumber
of themixРасход
активирован¬
ной части
цемента, кг/м3Consumption of
activated part of
cement, kg/m3Расход
неактивирован¬
ной части
цемента, кг/м3Consumption of
non-activated
part of cement,
kg/m3Вид крупного
заполнитепяХарактеристика
поверхности крупного
заполнителяCharacteristics of
coarse aggregate
surfaceПрочность, МПа
Strength, MPaType of coarse
aggregateприсжатииcomp¬ressionпри осевом
растяженииaxial tension1—450Щебень
Crushed stoneНеобработаннаяNon-treated40,32,222—450ГравийGravel38,72,043—570Щебень
Crushed stone-51,32,604—570ГравийGravel"45,32,46560450Щебень
Crushed stone-61,43,87660450■ОбработаннаяTreated68,84,49760450ГравийGravelНеобработаннаяNon-treated57,53,25860450"ОбработаннаяTreated73,13,729120570Щебень
Crushed stoneНеобработаннаяNon-treated92,74,3310120570. -ОбработаннаяTreated105,15,0211120570ГравийGravelНеобработаннаяNon-treated76,33,2412120570-ОбработаннаяTreated80,53,83умеренном расходе цемента (450-510 кг/м3) и
использовании гравнн.Энергетический анализ эффективности об¬
работки заполнителей ВЭР показывает, что
интегральная энергоемкость бетона при этом
увеличивается на 1—2 %. В то же время увели¬
чение прочности составляет 8—20 %, что по¬
зволяет для равнопрочных бетонов снизить
расход цемента на 30—50 кг/м3 или уменьшить
энергоемкость на 200—300 МДж/м3. Следова¬
тельно, энергетический эффект от применения
способа составляет 150—300 МДж/м3.case of gravel and medium cement con¬
sumption (450-510 kg/m3).Power analysis of efficiency of HED
treatment of aggregates shows that the in¬
tegrated power consumption of concrete in
this case increases by 1-2%. At the same time
strength increase equals to 8-20%, which
enables to reduce cement consumption by
30-50 kg/m3 or to decrease the power con¬
sumption by 200 - 300 MJ/m3. Consequent¬
ly, power effect of this method is 150-300
MJ/m3.
Theoretical and empiricism of concrete mix components activation271Другое направление эффективного исполь¬
зования способа состоит в возможности приме¬
нения гравия для изготовления высокомарочных
бетонов. В настоящее время в отдельных облас¬
тях Украины, например Черновицкой, Ивано-
Франковской, Львовской и других, для изготов¬
ления бетонов с прочностью при сжатии 30—50
МПа и осевом растяжении 2—3 МПа с учетом
наличия больших запасов гравийно-песчаной
смеси приходится завозить гранитный щебень
из мест, находящихся на растоянии 400—600 км
от предприятий, что приводит к повышению
овеществленной энергоемкости бетона на
300—800 МДж/м3. По-видимому, активация ме¬
стных гравийно-песчаных смесей ВЭР в жидко¬
сти позволила бы не только сократить транспор¬
тные расходы, но и снизить энергоемкость бе¬
тона на 200—700 МДж/м3.Рассмотрим возможность сочетания ак¬
тивированных ВЭР цементно-водных су¬
спензий с суперпластификаторами. Для ис¬
следований использовали портландцемент с
минеральными добавками и шлакопортлан-
дцемент марки 400 Здолбуновского ЦШК,
гранитный щебень фракции 5—20 мм, квар¬
цевый песок средней крупности и суперпла-
стификатор-разжижитель СМФ по ТУ 6-14¬
19/400-81 Новомосковского (Тульской обл.,
РФ) завода органического синтеза. Бетон¬
ную смесь готовили в такой последователь¬
ности: активировали цементно-водную су¬
спензию в химически активной среде при ча¬
стоте 5 Гц и 200 импульсах, затем перемеши¬
вали ее с суперпластификатором, заполни¬
телем и оставшейся частью цемента. Наря¬
ду с этим готовили контрольные и сравни¬
тельные составы бетона обычным способом.
Из полученной бетонной смеси были изго¬
товлены образцы-кубы 10x10x10 см и приз¬
мы 10x10x40 см. Образцы из бетона на порт¬
ландцементе пропаривали по режиму(3)+4+6+2 при температуре изотермической
выдержки 80 °С, а на шлакопортландцемен-
те — по режиму (3)+4+6+2 при температуре
изотермической выдержки 95 °С. Результа¬
ты испытаний приведены в табл. 6.5.5.Для образцов-призм была определена приз¬
менная прочность, но так как соотношение ку¬
биковой и призменной прочности для бетона на
активированном связующем существенно неAnother efficient application of the cur¬
rent method lies in possibility to use gravel
in order to produce high brand cements. At
present in some regions of Ukraine, for in¬
stance, Chernivtsi, Ivano-Frankivsk, Lviv
and others, in order to produce concrete with
the compressive strength of 30-50 MPa and
axial tension 2-3 MPa, taking into consid¬
eration large deposits of gravel-sand mix,
the crushed granite is delivered from places
which are 400-600 km away from the works.
This leads to increased materialized power
consumption by 300 - 800 MJ/m3. Proba¬
bly, activation of local gravel-sand mixes
with the HED in the liquid would enable not
only to reduce the transportation costs but
decrease the power consumption of concrete
by 200-700 MJ/m3.Let us consider the ability of combination
of cement-water suspension activated with the
HED with the superplasticzers. For this re¬
search portland cement with the mineral ad¬
ditives and Portland blast-furnace cement,
brand400, form Zdolbunov works, crushed
granite with the fraction of 5 - 20 mm, medi¬
um quartz sand and superplasticizer-dilu-
ent СМФ according to State Standard ТУ6-14-19.400-81 from Novomoskovskiy
works of organic synthesis (Tula region, RF)
were used. Concrete mix was prepared in
the following way: cement-water suspension
was activated in chemically active medium
at the Hz frequency of 5 and 200 pulses,
then it was blended with the plasticizers, ag¬
gregate and the rest part of cement. At the
same time reference and comparative con¬
crete mixes were prepared out of the regular
concrete. Sample-cubes 10x10x10 cm and
prisms 10x10x40 cm were made out of the
concrete mix. Samples made out of concrete
based on portland cement underwent steam¬
ing according to the (3)+4+6+2 mode at the
temperature of isothermic storage of 80°C,
whereas the samples based on portland blast¬
furnace cement - according to (3)+4+6+2 at
the temperature of isothermic storage 95°C.
Test results are presented in the table 6.5.5.For samples in the form of the prism pris¬
matic strength was defined. But since the
cubic and prismatic strength of concrete
272Теоретические и экспериментальные основы.Таблица 6.5.5
Экспериментальная оценка эффективности
использования активированного связующего
с сунериластифнкаторомотличалось от контрольного, результаты ис¬
пытаний не представляют научного интереса.В то же время следует отметить более вы¬
сокое качество поверхности образцов на ак¬
тивированном связующем.Анализ полученных данных показывает, что
при применении комплексных методов, сочета¬
ющих использование цементно-водных суспен¬
зий, активированных ЮР в химически актив¬
ной среде, и суперпластификатора СМФ, дос¬
тигается аддитивность эффекта повышения
прочности. Применение комплексных методов
позволяет повысить прочность бетона после теп¬
ловой обработки в 1,8—2,2 раза, а в возрасте
28 сут. — в 1,6—1,8 раз Это создает предпосыл¬
ки для изготовлеши конструкций из высоко¬
прочных бетонов без тепловой обработки. Ана¬
логичные результаты получены при использо¬
вании суперпластификатора С-З и других доба¬
вок (табл. 6.5.6).ТаЫе 6.5.5.Empirical efficiency evaluation of activat¬
ed coupling agent and superplasticizer
applicationbased on activated coupling agent did not
differ significantly from the reference one
test results do not pose any scientific interest.At the same time higher quality of the
surface of the samples based on the acti¬
vated coupling agent should be mentioned.The analysis of the obtained data shows
that in case of composite methods combin¬
ing the utilization of cement-water suspen¬
sions activated by HED in the chemically
active medium and superplasticizers СМФ,
strength increase additive effect is achieved.
Application of complex methods enables to
increase the concrete strength after thermal
treatment 1.8-2.2 times and at 28 days 1.6¬1.8 times. This creates the prerequisites for
production of high-strength concrete with¬
out the thermal treatment. Similar results
were obtained in case of superplasticizer
C-3 and other additives (see table 6.5.6).Вид цементаРасходцемента,кг/м3Осадкаконусабетон¬нойсмеси,смСодержа¬ниеактивиро¬ванногоцемента,%Содержание
суперпла¬
стификатора
СМФ, % массы
цементаПрочность бетона, МПа
Concrete strength, MPaПосле тепловой
обработкиAfter steamingВ возрасте
28 сутAt 28 daysType of
cementCement
consumpti
on, kg/m3Slump of
concrete
mix, cmContent of
activated
cement, %Content of
superplasticizer
СМФ, % of
cement massприсжатииcomp¬ressionприосевомрастяже¬нииaxialtensionприсжатииcomp¬ressionприосевомрастяже¬нииaxialtension123456789Портланд¬4506,8——24,51,5434,52,35цемент5805,3——38,72,1146,92,70Portland45021,1—0 634,32,0344,82,61cement58019,3—0,847,22,6657,63,3845018,2150,455,22,7866,33,5958014,4150,575,13,4984,44,16Шлакопорт¬4506,8——26,61,6236,52,43ландцемент5805,3——36,62,0348,92,8Portland45022,5—0,640,82,4651,82,97blast¬furnacecement58020,4—0,850,53,2765,03,9445016,7150,456,93,0871,14,1858012,8150,585,44,2797,44,85
Таблица 6.5.6Оценка комплексного эффекта сочетания активированного
связующего с добавками ПАВ при сопоставимой удобоукладыва-
емости бетонной смеси П4ТаЫе 6.5.6Evaluation of complex effect of combination of activated coupling
agent with the surface-active agents additives at comparable
workability of P4 concrete mixЗавод-
изготовитель, вид
цементаManufacturing plant,
type of cementРасход
цемен¬
та, кг/м3Consum
ption of
cement,
kg/m3Прочность бетона при сжатии, МПа
Compressive resistance, MPaПосле TBO
After steamingВ возрасте 28 сут
At 28 daysКонтрольный
без добавкиReference mix
w/o additivesКонтрольный
активированный
без добавкиActivated reference
mix, w/o additivesC-3,0,7%УПБ,0,25%ПФС,0,8%Контрольный без
добавкиReference mix w/o
additivesКонтрольный
активированный
без добавкиActivated reference
mix, w/o additivesC-3,0,7%УПБ,0,25%ПФС,0,8%123456789101112Ольшанский, порт¬
ландцемент с ми¬
неральными до¬
бавками марки 400Olshanskiy, portland
cement with mineral
additives, brand 4002809,212,416,714,815,515,820,425,823,924,750014,818,123,920,721,126,132,741,538,540,2Каменец-Подольс-
кии, портландце¬
мент марки 500Kamenets-
Podolskiy, portland
cement, brand 50028010,112,718,915,516,817,221,927,224,825,550016,921,528,426,127,330,63748,643,245,9Криворожский,сульфатостойкийшлакопортланд-цементKrivorozhskiy,
sulfate-resistant
Portland blast-
furnacecement2807,19,612,410,911,614,319,124,922,123,550012,616,921,219,119,822,528,637,435,336Theoretical and empiricism of concrete mix components activation 273
274Теоретические и экспериментальные основы.Рассмотрим эффективность активации
ВЭР золошлаковых смесей. Для проведения
исследований использовали золошлаковую
смесь Бурштынской ГРЭС, портландцемент
марки 500 Ольшанского цементного завода,
гранитный щебень фракции 5—20 мм и мел¬
кий кварцевый песок. Обработку золошла¬
ковой смеси осуществляли в водном раство¬
ре химически активной среды. Тепловую об¬
работку образцов проводили по режиму
(2)+3+10+2 при 80 °С. Результаты испытаний
приведены в табл. 6.5.7.Таблица 6.5.7
Исследование эффективности активации
золошлаковой смеси ВЭРLet us examine the efficiency of cinder
mix activation by HED. In order to conduct
the investigation cinder from Burshtyn hy¬
droelectric power station, portland cement
from Olshanskiy cement works, brand 500,
crushed granite with the fraction of 5-20 mm
and fine quartz sand were used. Treatment of
cinder mix was conducted in the water solution
of chemically active medium. Thermal treat¬
ment of the samples was conducted according
to (2)+3+10+2 mode at the temperature of
80°C. Resists are presented in the table 6.5.7.Table 6.5.7Efficiency research of cinder activation
with the HEDРасходцемента,кг/м3Cementconsum¬ptionkg/mСопоставимая
удобоуклады-
ваемость бе¬
тонной смесиComparable
workability of
concrete mixРасход
добавки су¬
перпласти¬
фикатора, %Consumption
of superplas-
ticizer additiveРасход
золошла¬
ковой сме¬
си, кг/м3Consump¬
tion of
cinder mix,
kg/m3Числоимпуль¬совобра¬боткиNumber
of treat¬
ment
pulsesПрочность бетона при сжатии, МПа
Compression resistance, MPaПосле тепловой
обработкиAfter thermal
treatmentВ возрасте
28 сутAt 28 daysКонт¬рольныйReferen¬
ce mixАктиви¬рованныйActivatedmixКонт¬рольныйReferen¬
ce mixАктиви¬рованныйActivatedmix200П20,56030012,416,517,924,510060014,119,819,626,7300ПЗ0,66030018,722,125,134,410060021,425,828,735,6400ПЗ0,76030028,333,338,545,210060030,536,141,947,7500ПЗ0,86030035,141,545,350,410060037,643,847,653,1Была получена высокая однородность бе¬
тонных смесей на активированной золошла¬
ковой смеси. При сопоставимой удобоукла-
дываемости бетонные смеси с осадкой кону¬
са до 16 см, а в отдельных опытах и до 24 см
практически не расслаиваются.Установлено, что наиболее эффективна ак¬
тивация ВЭР золошлаковой смеси при ее расхо¬
де 40—60 % массы воды при 300 циклах. Наи¬
больший эффект достигается для литых смесей.
Повышение расхода золошлаковой смеси свы¬
ше 100 кг/м3 и числа циклов обработки более 600
не дает существенного эффекта.Исследование кинетики твердения бетонов
в естественных условиях и при тепловой об¬
работке довольно громоздкий и длительный
процесс, равный по объему крупным разра-High homogeneity of concrete mixes
based on activated cinder mix was
reached. At comparable workability con¬
crete mix with the slump of up to 16 cm
and in some tests up to 24 cm did not strat¬
ify.It was determined that the most efficient
activation by HED of cinder takes place in
case of its consumption equal to 40-60% of
water mass at 300 cycles. The highest effect
is achieved for prefab reinforced concrete.
Increase of cinder mix consumption higher
than 100 kg/m3 and number of cycles more
than 600 does not entail significant effect.Research of concrete hardening kinet¬
ics under regular conditions and under
thermal treatment is a bulky and lengthy
Theoretical and empiricism of concrete mix components activation275боткам выполненным НИИЖБ и ВНИИже-
лезобетон в 60—70-х годах XX в. Перед нами
стояла аналогичная задача, так как требова¬
лось исследовать влияние содержания активи¬
рованного связующего, числа импульсов об¬
работки и сравнить эти данные с контрольны¬
ми. Использование алгоритмизированного эк¬
сперимента не могло дать большой эффект,
так как приходилось бы работать с цемента¬
ми разных заводов. Поэтому для уменьшения
объема экспериментальных исследований был
использован довольно простой и в то же вре¬
мя надежный прием: в исследованиях актив¬
ность цемента при пропаривании и в возрас¬
та 28 сут определялись при различных значе¬
ниях содержания активированной части це¬
мента. Оказалось, что кинетика твердения це¬
ментов, содержащих активированную часть,
аналогична кинетике контрольной партии при
сопоставимой активности цемента. Такой при¬
ем позволил на первом этапе установить вли¬
яние содержания активированной части свя¬
зующего и числа импульсов обработки на ак¬
тивность цемента при пропаривании и в воз¬
расте 28 сут, а затем провести небольшую се¬
рию экспериментов и построить соответству¬
ющие кинетические кривые для бетона.На первом этапе исследований было уста¬
новлено, что при оптимальных параметрах
активации прочность цемента при пропарива¬
нии для портландцемента и портландцемента
с минеральными добавками увеличивается
при изгибе на 0,4—0,6 МПа и при сжатии —
на 3,5—5 МПа, а в возрасте 28 сут соответ¬
ственно — на 0,5—0,7 и 8—11 МПа. Для шла-
копортландцемента этот эффект выше на
15—20 %. Абсолютные значения приблизи¬
тельно одинаковы для различных марок це¬
мента, т. е. если для цемента марки 300 повы¬
шение прочности составляет 30—40 %, то для
марки 600— 18—20 %. Безусловно, это общая
закономерность не отрицает избирательнос¬
ти свойств разных цементов и необходимости
установления оптимальных параметров обра¬
ботки для каждого конкретного случая.На основании проведенных исследований
построены кинетические кривые твердения
активированных цементов, анализ которых
показывает, что применение активированного
связующего позволяет повысить прочность
бетона при сжатии после тепловой обработки
на 20—25 % для цементов III группы эффек-process equal in the volume to major devel¬
opments conducted by RIFCI and AUR1F-
CI in the 1960sand 70s. We had the similar
objective since the influence of activated
coupling agent contents, number of treat¬
ment pulses should be investigated; further
this data should be compared with the refer¬
ence one. Following the algorithm of re¬
search could not entail significant effect
since cement of different plants was made
use of. That is why in order to decrease the
volume of empirical research quite simple
and at the same time reliable action was
used: during the research the cement activi¬
ty during steaming and at 28 days was de¬
termined at various values of the content of
the activated part of cement. It turned out,
that the hardening kinetics of concrete con¬
taining activated part is similar to kinetics
of the reference mix at comparable cement
activity. This action enabled us to determine
the influence of the content of the activated
part of the coupling agent and the number of
treatment pulses on cement activity during
steaming and at 28 days at the first stage,
and later to conduct a small series of tests
and to construct kinetic curves for concrete.At the first stage of research it was de¬
termined that at the optimum parameters
of activation cement strength during the
Portland cement and the one with the min¬
eral additives steaming increase at bending
by 0.4-0.6 MPa, and at compression by 3.5¬
5 MPa, and at 28 days by 0.5-0.7 and 8-11
MPa, correspondingly. For portland blast¬
furnace cement this effect is higher by 15¬
20% Absolute figures are approximately the
same for various brands of cement, i.e. if
for cement of brand 300 strength increase
is equal to 30-40% for cement of brand 600
it is 18-20%. Certainly, this general tenden¬
cy does not reject selectivity of properties
for various cements and the necessity to de¬
termine optimum parameters of treatment
for each specific case.On the basis of the research conducted
kinetic curve of activated cements were
constructed. Their survey shows that ap¬
plication of activated coupling agent en¬
ables to increase the compression resis¬
tance of concrete after the steaming by 20¬
25% for cements of the third group of effi-
276Теоретические и экспериментальные основы.тивности при пропаривании, на 16—19 %— для цементов II группы и на 13—15 % —
для цементов I группы. Относительный эф¬
фект повышения прочности снижается с уве¬
личением длительности тепловой обработ¬
ки. Следует отметить, что при использова¬
нии комплексных методов, включающих в
себя наряду с активацией связующего ВЭР
пластификаторы и сунериластификаторы,
достигается эффект повышения прочности
на 35—70 %. Аналогичные исследования, с
использованием зол ТЭС показали, что при
включении в методах испытаний связующе¬
го золы в состав вяжущего пропорциональ¬
но его расходу, без изменения абсолютного
объема, полученные данные отражают ки¬
нетику твердения бетона на комплекс-ном
связующем.Рассмотрим влияние процессов актива¬
ции на морозостойкость и водонепроницае¬
мость бетонов. Предварительно заметим,
что объем наших исследований недостато¬
чен для обобщения и общих выводов. Недо¬
статочно данных об исследовании этих
свойств и в опубликованных работах. Вме¬
сте с тем результаты проведенных работ мо¬
гут представлять интерес.При исследованиях прочности бетона на
портландцементе с минеральными добавка¬
ми Ольшанского завода несколько образ¬
цов было оставлено для оценки воздухопро¬
ницаемости, водонепроницаемости и моро¬
зостойкости. Также были проведены от¬
дельные исследования по повышению водо¬
непроницаемости бетона комплексной до¬
бавкой, включающей в себя технические
лигносульфонаты Котласского ЦБК и бен¬
тонит. В табл. 6.5.8 приведены результаты
исследований водонепроницаемости и мо¬
розостойкости бетона при сопоставимой
удобоукладываемости бетонной смеси П4,
содержании активированной части цемен¬
та 25%, числе импульсов 300 и расходе до¬
бавки ЛСТ 0,2% массы цемента. В экспери¬
менте применяли гранитный щебень фрак¬
ции 5—20 мм Александровского карьера и
речной мелкий песок. Параллельно с помо¬
щью прибора АГАМА-2Р определяли возду¬
хопроницаемость и устанавливали взаимо¬
связь с другими свойствами.ciency during steaming, by 16-19% - for
cements of the second group and by 13¬
15% for cements of the first group. Thelonger thermal treatment the lower the rel¬
ative effect of strength increase. It should
be mentioned that the strength increase
effect by 35-70% is achieved while apply¬
ing complex methods including plasticiz-
ers and superplasticizers along with the
activation of the coupling agent by HED.
Similar research based on the ashes of ther¬
moelectric power stations showed that the
data obtained after doping the ash into the
binder pro rata its consumption without
changing the absolute volume would re¬
flect the hardening kinetics of concrete
based on composite coupling agent.Let us consider the influence of activa¬
tion processes on frost resistance and water
permeability of concrete. Before doing this
we should mention that the scale of research
is insufficient for generalizing and drawing
general conclusions. There is the shortage
of data in the published articles about the
research of these properties. At the same time
the results of the tests conducted might be of
certain interest.While studying the strength of concrete
based on portland cement with the mineral
additives of Olshanskiy works several sam¬
ples were retained in order assess the air and
water permeability, frost resistance. Sepa¬
rate research was conducted concerning the
water permeability increase of concrete
based on the composite additive including
industrial lignosulphates of Kotlaskiy ce¬
ment works and bentonite. In the table 6.5.8
test results of water permeability and frost
resistance of concrete at the comparable
workability of concrete mix P4, contents of
activated cement particles of 25%, number
of pulses equal to 300 and lignosulphonate
additive consumption equal to 0.2% of ce¬
ment mass are presented. Crushed granite
with the fraction of 5-20 mm from Aleksan-
drovskiy open pit and fine bank sand were
used during the test. In parallel, water per¬
meability was determined with the help of
АГАМА-2Р was determined as well as the cor¬
relation with other properties.
Theoretical and empiricism of concrete mix components activation277Таблица 6.5.8Некоторые данные оценки водонепроницае¬
мости и морозостойкости бетона в возрасте
28 сут нормального тверденияПриведенные данные свидетельствуют о том,
что применение активированного связующего
позволяет повысить водонепроницаемость и мо¬
розостойкость бетона в 2 раза. Аналогичные дан¬
ные были получены при оценочной проверке об¬
разцов по методу воздухопроницаемости с исполь¬
зованием цементов Николаевского, Здолбуновс-
кого и Каменец-Подольского цементных заводов.Для оценки эффективности активации ком¬
плексной добавки ЛСТ и бентонита для по¬
вышения водонепроницаемости бетона были
проведены предварительные, а затем сравни¬
тельные испытания при сопоставимой удобо¬
укладываемости бетонной смеси П4. Резуль¬
таты испытаний приведены в табл. 6.5.9.В эксперименте использовали те же матери¬
алы, что и в предыдущих опытах. Как и ранее,
обеспечивались все необходимые условия для
сопоставимости результатов эксперимента.Выборочные данные свидетельствуют о
том, что применение ВЭР для активации до¬
бавок позволяет снизить расход цемента на
10—15 %, что равноценно повышению во¬
донепроницаемости на две ступени. Наряду сTable 6.5.8
Evaluation data of water permeability
and frost resistance at 28 days of regular
hardeningData cited testify to the fact that ap¬
plication of activated coupling agent en¬
ables to increase water permeability and
frost resistance of concrete almost twice.
Similar data were obtained during eval¬
uation check of water permeability of ce¬
ment samples from Nikolaevskiy, Zdol-
bunovskiy and Kamenets Podolskiy ce¬
ment works.Preliminary and later on comparable
tests at comparable workability of con¬
crete mix P4 were conducted in order to
evaluate the efficiency of composite ligno-
sulphonate additive and bentonite acti¬
vation. Test results are cited in table 6.5.9.The same materials as in the prior tests
were used in the experiment. As before, all
necessary conditions for comparability of
results were maintained.Selective data prove that application
of HED for activation of additives allows
to reduce the cement consumption by 10¬
15% which is equivalent to water perme¬
ability increase by two points. Along withРасход
цемента, кг/м3Морозостойкость бетона, циклы
Frost resistance of concrete, cyclesВодонепроницаемость бетона, МПа
Water permeability of concrete, MPaConsumption
cement, kg/m3Контрольный
Reference mixНа активированном
связующемMix based on the activated
coupling agentКонтрольный
Reference mixНа активированном
связующем
Mix based on the activated
coupling agent280501000,20,45001503000,61Таблица 6.5.9 Table 6.5.9Оценка эффективности активации комплекс- Evaluation of activation efficiency for
ной добавки ЛСТ и бентонита lignosulphonate and bentonite additiveРасход цемента,
кг/м3Consumption of cement,
kg/m3Расход добавки, % массы цемента
Additive consumption, % of cement massЧиспо импупьсов
обработкиNumber of pulses of
treatmentЛ С T
lignosulphonateБентонитBentonite5000,15——4500,251—4100,150,52004000,2523004000,33400
278Теоретические и экспериментальные основы.этим следует отметить, что бетонные смеси как
с активированным связующим, так и с акти¬
вированной добавкой обладают большей
связностью и однородностью. Простое срав¬
нение данных показывает, что коэффициент
вариации бетонов на активированной добав¬
ке снижается в 1,5 раза.Таким образом, согласно эксперименталь¬
ным исследованиям при активации части цемен¬
та (25—30 %), и числе импульсов обработки
250—300 достигается повышение прочности
бетона на цементах марок 300 и 400 на 18—30
%, а на цементах марок 500 и 600 — на 15—22
%. В отдельных случаях достигается повыше¬
ние прочности в 1,4—1,8 раза. Водонепрони¬
цаемость и морозостойкость при этом, по не¬
многочисленным данным, повышается в 1,5—2 раза. Представляется эффективной актива¬
ция суспензий зол и золошлаковых смесей в ко¬
личестве 20—35 % массы цемента в сочетании
с добавками ПАВ. Довольно высокий эффект,
хотя и не всегда стабильный, а в некоторых
случаях и с побочными отрицательными явле¬
ниями достигается при обработке высоковоль¬
тным электрическим разрядом заполнителей бе¬
тона.Для определения возможных направлений
применения новой технологии необходимо
провести технико-экономический анализ. Но
такой анализ требует достаточно больших за¬
трат. В настоящее время автор располагает
данными, да и то неполными, только об энер¬
гозатратах на лабораторных и опытно-про¬
мышленных установках (к тому же, по совре¬
менным требованиям, технически далеко не¬
совершенным) и немногочисленными резуль¬
татами исследований влияния параметров ак¬
тивации на свойства бетонной смеси и бето¬
на. В таких условиях возможен только пред¬
варительный оценочный анализ. При этом,
зная предыдущую цену установки — 25—35
тыс. рублей, можно предполагать, что ее со¬
временная цена составила бы 25—30 тыс. дол.
США. Поэтому, учитывая некоторую неопре¬
деленность в денежной оценке, большее вни¬
мание уделим физическим или относительным
величинам. Рассмотрим основные направле¬
ния применения разрядно-импульсной техно¬
логии в соответствии с классификацией до¬
бавок по функциональному назначению.Первое направление применения разрядно¬
импульсной технологии связано со снижени-it, it should be mentioned that the concrete
mixes both with the activated coupling
agent and activated additive possess high¬
er cohesion and homogeneity. Simple com¬
parison of the data shows that the coeffi¬
cient of variation of concrete based on ac¬
tivated additive is 1.5 times lower.Therefore, according to the empiri¬
cal research during activation of ccment
particles (25-30%), number of treatment
pulses ranging between 250 and 300 con¬
crete strength increase in cements of
brands 300 and 400 by 18-30% is
achieved, and for cements of brands 500
and 600 - by 15-22%. In some cases
strength increase is 1.4-1.8 times. Wa¬
ter permeability and frost resistance ac¬
cording to these scanty data is 1.5-2
times higher. Activation of ash suspen¬
sions and cinder in the amount of 20-
35%of cement mass in combination with
the surface-active agents is considered
perspective. Quite big effect, though not
always stable, and in some cases with
the negative by-effects is achieved dur¬
ing HED treatment concrete aggregates.In order to define possible applications
of new technology technical-economical
analysis should be conducted. However,
such analysis is costly. At present the au¬
thor possesses the data, incomplete ones,
about the energy inputs for laboratory and
experimental-industrial installations (be¬
sides, they do not meet the present day tech¬
nical requirements) and scanty test results
of activation parameters influence on the
properties of concrete mix and concrete
itself. Only evaluation analysis is possi¬
ble in such conditions. Besides, taking into
account that several years ago such equip¬
ment cost 25,000-35,000 rubles one might
suggest that nowadays the price range is
25,000 - 30,000 USD. That is why taking
into account uncertainty s to the pecuniary
valuation we shall dedicated more attention
to the physical or relative values. We shall
consider major applications of discharge-
impulse technology based on the classifica¬
tion of additives according to the function¬
ality.First possible application of discharge-
impulse technology is associated with the
Theoretical and empiricism of concrete mix components activation279ем расхода материалов и энергетических ре¬
сурсов. С этих позиций применение новой тех¬
нологии позволяет при общих энергозатратах
8—12 кВт • ч/м3, трудозатратах 0,008—0,015
чел.-дней/м3 и удельных капиталовложениях
30—50 $ м3 снизить расход цемента на 10—
15% или сократить длительность тепловой об¬
работки на 3—4 ч. Наиболее перспективно
направление комплексной активации цемен¬
тов, зол и золошлаковых смесей, что позво¬
лит решить наряду с экономической частич¬
но и экологическую проблему.Второе направление применения нового
способа может быть связано с обеспечением
взаимозаменяемости компонентов бетонной
смеси и использованием многокомпонентных
низкомарочных цементов с повышенным со¬
держанием минеральных добавок, в том чис¬
ле зол и золошлаковых смесей. Представля¬
ется перспективной замена портландцемента
марки 600 для высокопрочных бетонов клас¬
сов В40—В60 на портландцемент с минераль¬
ными добавками или шлакопортландцемент
марки 400, а для бетонов классов В10—В35— на такие же или многокомпонентные це¬
менты марок 200—300. Применение же для
этих целей цементов марок 400 и 500 может
быть использовано при новой технологии как
дополнительный источник сокращения дли¬
тельности тепловой обработки или отказа от
нее вообще либо частичного исключения это¬
го передела из технологического процесса
производства сборного железобетона. При¬
менение новой технологии во многих случа¬
ях позволяет заменять, без существенного пе¬
рерасхода цемента, песок крупный и средней
крупности на песок мелкий и очень мелкий,
гранитный щебень — на щебень из гравия или
известняка и т. п.Третье направление применения разрядно¬
импульсной технологии — это снижение тру¬
доемкости и улучшение условий труда. Эф¬
фект активации связующей системы может
быть использован для получения высокопод¬
вижных и литых бетонных смесей. При этом
качество литых активированных смесей, в ча¬
стности однородность, намного выше, чем
аналогичных при использовании пластифика-reduction of materials and power resourc¬
es consumption. From this standpoint ap¬
plication of new technology allows at over¬
all power inputs of 8 - 12 kW h/m3, la¬
bour-intensiveness 0.008 - 0.015 man-day/
m3 and specific investment of $30-50/m3
to reduce the period of thermal treatment
by 3-4 hours. It is the most perspective ap¬
plication of complex activation of ce¬
ments, ashes, and cinder mixes that will
enable to solve environmental problem
along with the economic one.Second possible application might be
associated with the maintaining of in¬
terchangeability of concrete mix compo¬
nents and utilization of multicomponent
low-brand cements with the increased
contents of mineral additives, including
ahs and cinder mixes. Replacement of
portland cement of brand 600 in case of
high-strength concrete of B40-B60 class
for portland cement with the mineral ad¬
ditives or portland blast-furnace cement
of brand 400, and replacement of con¬
crete of class B10 - B35 - for the same
or multicomponent cements of brand 200- 300. Application of cement of brand
400 and 500 for the same purposes with
the help of a new technology might be
used as a source for decreasing the peri¬
od of thermal treatment or abandoning
it at all or partially exclude it form the
engineering process of precast concrete
production. Application of this technol¬
ogy in many cases will enable to replace,
without significant over-expenditure of
cement, coarse and fine sand with the
fine and superfine one, crushed granite- with crashed gravel or lime, etc.Third possible application of discharge-
impulse technology is the reduction of la¬
bour-intensiveness and improvement of work¬
ing conditions. Effect of activation of cou¬
pling system might be used for production of
high-workability and prefab reinforced con¬
crete. The quality of prefab activated mixes,
in particular homogeneity, is much higher,
than that of the regular ones based on plasti-
280Теоретические и экспериментальные основы.торов и суперпластификаторов. Применение
высокоподвижных и литых бетонных сме¬
сей позволяет снизить трудозатраты при
формовании на 20—30 %, а для тонкостен¬
ных густоармированных конструкций — в3—5 раз. Снижение же вибрации при уплот¬
нении бетонных смесей существенно улуч¬
шает условия труда.Четвертое направление связано с исполь¬
зованием нового способа для интенсификации
Технологических процессов. Это прежде все¬
го увеличение оборачиваемости форм и теп¬
ловых агрегатов, повышение производитель¬
ности формовочных постов, уменьшение из¬
носа форм и оборудования.Пятое направление применения разрядно¬
импульсной технологии — улучшение техни¬
ческих свойств бетонной смеси и бетона. На¬
ряду с улучшением удобоукладываемости эф¬
фект активации и снижения водопотребности
бетонной смеси может быть использован для
повышения класса прочности бетона на одну-
две ступени, а водонепроницаемости и моро¬
зостойкости — в 2—3 раза. Использование
суперпластификаторов вместе с ВЭР создает
предпосылки для массового применения вы¬
сокопрочных бетонов с прочностью при сжа¬
тии до 120 МПа и осевом растяжении до 5
МПа. Представляется перспективным ис¬
пользование этого направления для изготов¬
ления дисперсноармированных и напрягаю¬
щих бетонов.Скорее всего, в практической деятельнос¬
ти будут использоваться одновременно не¬
сколько направлений, позволяющих полу¬
чить комплексный эффект.По-видимому, наиболее массовое направ¬
ление применения разрядно-импульсной техно¬
логии — активация низкомарочных многоком¬
понентных цементов. Этот способ, очевидно,
будет выбран в связи с большим дефицитом энер¬
горесурсов и потребностями экологии. Имея ми¬
неральные наполнители и огромные запасы от¬
ходов в виде зол и золошлаковых смесей, эф¬
фективные пластификаторы и суперпластифи¬
каторы и надежную разрядно-импульсную тех¬
нологию, необходимо пересмотреть техничес¬
кую политику в области производства цемен-cizers and superplasticizers. Application of
high-workability and prefab reinforced mix¬
es enables to reduce the labour-intensivenes
during molding by 20-30%, and for thin-
walled heavy-set constructions - 3-5 times.
Reduction of vibration during compacting
of concrete mixes significantly improves the
working conditions.Fourth possible application is asso¬
ciated with the utilization of new meth¬
od for intensification of the process. This
is, first of all, increase of form and equip¬
ment turnaround, increase of molding
posts, decrease of forms and equipment
wear.Fifth possible application of discharge-
impulse technology is the improvement of
technical properties of concrete mix and
concrete itself. Along with the improve¬
ment of workability effect of activation and
water requirement decrease of concrete
mix might be used in order to increase the
class of strength by one or two points, and
the water permeability and frost resis¬
tance 2-3 times. Application of super¬
plasticizers along with the HED creates
the prerequisites for mass application of
high-strength concrete with the compres¬
sive resistance of up to 120 MPa, and
axial tension of up to 5 MPa. This type
of application in order to produce re¬
enforce and self-stressing concrete is
considered quite perspective one.Probably, several directions will be
used simultaneonsly in practice, which will
produce complex effect.Most likely, activation of low-brand
multicomponent cements is the most pop¬
ular. This method will be chosen due to
the deficit of energy resources and envi¬
ronmental requirements. Availability of
mineral aggregates and large deposits
of wastes in the form ashes and cinder
mixes, efficient plasticizers and super¬
plasticizers as well as reliable discharge-
impulse technology, technical policy of
concrete production should be revised.
In case of massive application of dis-
Theoretical and empiricism of concrete mix components activation 281tob. При массовом применении разрядно-им¬
пульсной технологии и эффективных пластифи¬
каторов наименее энергоемкими окажутся зо-
лопортландцементы и многокомпонентные це¬
менты с содержанием минеральных наполните¬
лей до 50%. Вместе с тем не утрачивают своей
актуальности направления, связанные с исполь¬
зованием высокопрочных бетонов. Наряду с
рассмотренными областями разрядно-импуль¬
сная технология может быть использована для
изготовления шлакощелочных, силикатных и
других видов бетонов.Таким образом, дальнейшие исследования
и разработки новой технологии представля¬
ются перспективными и экономически обосно¬
ванными.Список литературы1. А.С. СССР 1701707, МКИ4 В 40(00). Способ
приготовления бетонной смеси / М. Ш. Файнер.— Опубл. 09.09.91, Бюл. № 48.2. Ахвердов И. И. Основы физики бетона. — М.:
Стройиздат, 1981, — 464 с.3. Батраков В.Г., Фаликман В.Р., Файнер М.Ш. и
др. Суперпластификатор СМФ //Строительные
материалы и конструкции. — 1983. —
№ 12.— С. 10—11.4. Бейлина М.И. Напрягающий цемент на основе
сульфоалюминатного клинкера // Исследование
и применение напрягающего бетона и самонап-
ряженных конструкций. — М.: Стройиздат,
1984,—С. 15—22.5. Бреусов ОН. Воздействие ударных волн на не¬
органические вещества: Автореф. дис. ... д-ра
наук. — Черноголовка, 1979. — 40 с.6. Болдырев В. В., Аввакумов Е.Г. Механохимия твер¬
дых неорганических веществ //Успехи химии.— 1971. №40,—С. 1835—1856.7. Бурдина К.П. Исследование фазовых и хими¬
ческих превращений при высоких давлениях:
Авгореф. дис.... канд. хим. наук. — М, 1972.— 16
с.8. Бутягин Л.Ю. Первичные активные центры в
механохимических реакциях //Журн. Всесоюз.
хим. об-ва. — 1973. — 18. — С. 90—95.9. Гаврилов Г.Н., Горовенко ГГ., Малюшевский П.П.и др. Разрядно-импульсная обработка минераль¬
ных сред. — Киев: Наук, думка, 1979. — 162 с.charge-impulse technology and efficient
plasticizers the portland ash cements
and multiple components cements with
the contents of mineral additives of up
to 50% would be the least energy con¬
suming. At the same time directions as¬
sociated with the application of high-
strength concrete will bot lose their top¬
icality. Discharge-impulse technology
might be used for production of slag-al¬
kaline, lime and other types of
concrete.Therefore, further research and in¬
vestigations of new technology are con¬
sidered perspective and economically
sound.Bibliography10. ГулыйГ.А., Малюшевский II.П. Высоковоль¬
тный электрический разряд в силовых им¬
пульсных системах. — Киев: Наук, думка,
1977,— 176 с.11. Грушко И. М., БеловаЛ.А., ЛишанскийБ.А.
К вопросу об оптимизации процесса маг¬
нитной обработки воды, используемой
для затворения цементных бетонов //Из¬
вестия вузов. Строительство и архитек¬
тура. — 1982. —№ 3. — С. 84—88.12. Грушко И.М., Бирюков А.И., Селиванов и
др. Влияние обработки цементных су¬
спензий на ускорение твердения бетонов /
/Бетон и железобетон. — 1980. —№9. —
С. 38—40.13. Джумабаев Р.Н. Повышение активности
вяжущего обработкой раствора с добав¬
лением ПАВ. — Деп. КазНИИНТИ
№1308, Ка РЖ. Горное дело, 1986, 10552.14. Дробящий И. М. Исследование свойств
напрягающего цемента (НЦ) на основе
сталерафинированного шлака //Исследо¬
вание и применение напрягающего бе¬
тона и самонапряженных железобетонных
конструкций. — М.: Стройиздат, 1984. —
С. 5—15.15. Зубрилов С П. Физико-химические ас¬
пекты ультразвуковой активации вяжу¬
щих материалов: Автореф. дис. ... д-ра
техн. наук. — Л., 1977.— 40 с.
282Теоретические и экспериментальные основы.16. Кнапп Р. Кавитация. — М.: Мир, 1974. —
688 с.17. Комохов П.Г., Гаврилов Г.Н., Курков В. И.
Применение электрогидравлического эффек¬
та для активирования воды затворения бето¬
на. — Строительные материалы из попутных
отходов промышленности. — Л.: ЛИСИ,1987,— 162 с.18. Кравченко И В. Быстротвердеющие и высо¬
копрочные портландцементы // Шестой меж-
дунар. контр, по химии цемента: Цементы и
их свойства. — М.: Стройиздат, 1976. — Т. 3.— С. 6—20.19. Круглицкий П.11., Горовенко Г.Г., Малюшевс-
кий П.П. Физико-химическая механика дис¬
персных систем в сильных импульсных по¬
лях. — К.: Наук, думка, 1983. — 154 с.20. Кудяков А.И., Душенин Н.П. Исследование
цементного камня из активированной элект¬
рическими импульсами цементной суспен¬
зии //Известия вузов. Строительство и архи¬
тектура. — 1987. — № 10. — С. 63—65.21. Кужекин И. П. Измерение распределения по¬
тенциала и напряженности электрического
поля при лидерном пробое проводящей жид-
кости//Тр. Моск.энергетич. ин-та.— 1970.—
Вып. 70. —С. 32—37.22. Луховицкий В. И. О специфическом действии
ионизирующего излучения на стабильность
дисперсных систем // Химия высоких энер¬
гий. — 1983. — 17, № 2. — С. 99—105.23. Ляпис Д.Н., Малюшевский П.П.,
Горовенко Г. Г. Особенности получения бу¬
ровых растворов: Новое в разрядно-импуль¬
сной технологии. — К.: Наук, думка, 1978.— С. 9—14.24. Малюшевский П. П Основы разрядно-импуль¬
сных технологии. — К.: Наук, думка, 1983.— 270 с.25. Малюшевский П.П., Кривицкая З.К., Неми-
ровский А.З. и др. О влиянии высокоэнерге¬
тических разрядов в воде на удельное со¬
противление среды разрядных камер //Элек¬
тронная обработка материалов. — 1979. —
№ 4. —С. 40—45.26. Матвиенко В. А., Толчин С. М. Электричес¬
кие явления и активационные воздействия в
технологии бетона. — Макеевка: ДГАС и
А. — 1998,— 154 с.27. Михайлов А.И., Аниколенко В.А. О механиз¬
ме воздействия магнитного поля на диспер¬
сные водные системы // Журн. техн. физики.— 1981, — 51, вып. 4, — С. 871—874.28. Наугольных К.А., Рой П.А. Электрические
разряды в воде. — М.: Наука, 1971. — 155 с.29. Опекунов В.В. Конструкционно-теплоизоля¬
ционные строительные материалы на акти¬
вированном сырье. — Киев, 2001. —
207 с.30. Опекунов В.В., Горовенко Г.Г., ЛяписД.Н. Иссле¬
дование электропроводности водной су-спен-
зии кварцевого песка //Электронная обработка
материалов. — 1984. — № 2.— С. 49 —52.31. Осипов Г.П., ЗельцманЯ.П.. Пашковский В.Г.
Механизм разрушения строительных мате¬
риалов при электрогидравлическом ударе //
Вопросы электроснабжения и электроприво¬
да. — 1973. —№ 5. — С. 128—133.32. Перник А.Д. Проблемы кавитации. — Л.: Су¬
достроение, 1966.— 312 с.33 Поедавшее 10. Н., Сытник Н.И., ПархоменкоН.М и др. Разрядно-импульсная активация
компонентов бетонной смеси //Бетон и кон¬
струкции из новых материалов. — Киев: НИ-
ИСК, 1991, —С. 74—82.34. Пшеницкий С.Я. Механизм радиационно-хи¬
мических реакций. — М.: Химия, 1968. —
256 с.35. Рябинин А.Г., Рябинин Г.А., Кадушкин Ю.В. и
др. Электрогидравлический метод упрочне¬
ния бетона. —Л., 1986. — [4] с. — (Информ.
листок / Ленингр. ЦНТИ, № 780—86).36. Старцева Т.А., Кузнецов В.А., Янова Л.П. и
др. Активация наполнителей путем механо-
химической прививки // Композиционные по¬
лимерные материалы. — 1980. — Вып. 6. —С. 14—20.37. Сычев М.М. Твердение цементов. — Л.: Ле¬
нингр. химико-технол. ин-т, 1981. — 88 с.38. Трейбал Р. Жидкостная экстракция. — М.:
Химия, 1966. — 726 с.39. Ушаков В.Я. Импульсный электрический про¬
бой жидкостей. — Томск, политехи,
ин-т.— 1975. — 256 с.40. Файнер М.Ш. Анализ энергоемкости разряд¬
но-импульсной технологии обработки бетон¬
ной смеси //Энергетическое строительство.— 1986. — № 7,— С. 4—6.41. Файнер М.Ш. Ресурсосберегающая модифика¬
ция бетона. — Черновцы: Прут, 1993. —152 с.42. Файнер М.Ш. Разрядно-импульсная актива¬
ция вяжущих в химически активной среде //
Электронная обработка материалов.— 1987.— № 1. — С. 80—82.
Theoretical and empiricism of concrete mix components activation28343. Файнер М.Ш. Введение в математическое
моделирование технологии бетона. — Львов:
Свит, 1993. — 240 с.44. Файнер М.Ш. Снижение энергоемкости про¬
изводства бетона // Пром. строительство. —
1989. —№ 12, —С. 41—42.45. Файнер М. Ш. Теоретические и эксперименталь¬
ные основы разрядно-импульсной технологии
бетона.— Киев:УкрНТИ, 1993. — 81 с.46. Файнер М.Ш. Теоретические основы физи¬
ко-химической модификации бетона: Ресур¬
сосберегающие модификаторы бетона: Тез.
докл. междунар. науч.-производств, симпо¬
зиума 29.09—3.10.1992, Черновцы. — Чер¬
новцы, 1992. — С. 25—30.47. Файнер М.Ш. Экономическая эффективность
разрядно-импульсной технологии //Строи¬
тельные материалы и конструкции. — 1987.— №4, —С. 31.48. Файнер М.Ш. Эффективные способы полу¬
чения высокопрочных бетонов //Энергети¬
ческое строительство. — 1986. — № 2. — С.
34—35.49. Федоткин И. М., Жарт Б.Н., Погоржельс-
кий Б.И. Интенсификация технологических
процессов пищевых производств. — Киев:
Техника, 1984. — 176 с.50. Цыганков И.И., Файнер М.Ш. Технология
и экономика изготовления железобетонных
изделий из литых бетонных смесей //Тех¬
нология формования сборного железобе¬
тона: Материалы семинара. — М.: Моск.
дом научн.-техн. пропаганды, 1992. — С.
109—113.51. Шамков В.В., Кучеренко В.В. Применение мо¬
дели несжимаемой жидкости к задаче о рас¬
ширении канала подводной искры // Элект¬
рический разряд в жидкости и его примене¬
ние.— К.: Наук, думка, 1977. — С. 3—6.52. Эванс А., Рафф С., Видерхорн С. и др. Эро¬
зия. — М.: Мир, 1982. — 464 с.53. Юткин J1.A. Электрогидравлическое дроб¬
ление. — Л.: Ленигр. дом науч.-техн. пропа¬
ганды, 1960. — 4.2. — 49 с.
.т■ - , - ■ i> ■ ч ■ Ч : '■ ... i. , i Г . . . ■ . '. - ]>$ ■•• • '»< .. . .4 O.Ci ■ ■ ■-' '■ : ' ■' 5 (! «/W '■: • . i;5#f-j40М» НЙ v "■ ' *1 М| :' ' ' " ' * '■ ■ '• ‘ 1 ‘ ' ' ■rqpi.ytu 7- ‘К'Л. ;1 . i{'l’ '■ 1г ■ *V V* •.■i>Or? л.! .; • , *V. ■ . ■ •- '
Г". ' ■ - - - ' - .•' : . • . i■ . . ■'.....- • , .
Глава 7Chapter 7ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ОСНОВЫ
МАТЕМАТИЧЕСКОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ И
КОМПЬЮТЕРИЗАЦИИ
ПРОИЗВОДСТВАTECHNOLOGICAL
BASICS OF
MATHEMATICAL
MODELING AND
COMPUTERIZATION
OF PRODUCTION
286Глава 7Rn RT У F W
Chapter 7287ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
МАТЕМАТИЧЕСКОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ И
КОМПЬЮТЕРИЗАЦИИ
ПРОИЗВОДСТВА7.1. Основы математического
моделирования технологических
процессовБетоноведение, как и другие области зна¬
ний, изучает взаимосвязь факторов на различ¬
ных системно-структурных уровнях. Напри¬
мер, известны взаимосвязи прочности цемента
при сжатии и изгибе, воздухонепроницаемости
и морозостойкости бетона и т. п. Однако наука
не довольствуется только констатацией фактов,
а нуждается в их измерении, анализе и объяс¬
нении.Для выражения зависимости у от х в мате¬
матике используют понятие функции, т. е. опре¬
деленному аргументу соответствует строго
определенное значение функции у: у = ф (х).
Данная форма связи называется функциональ¬
ной. Например, объем цилиндра V зависит от
его диаметра (d) и высоты (К), т.е. V = ф (dxh).
Но такие взаимосвязи в технических науках
встречаются крайне редко. Обычно численно¬
му значению одной переменной может соответ¬
ствовать несколько значений другой. Подоб¬
ная неоднозначность не может быть объяснена
только ошибками опыта. Она отражает саму
природу взаимосвязи, которая имеет статисти¬
ческий характер. Так, даже при одной и той же
методике испытаний составы бетона с одина¬
ковым Ц/В будут отличаться друг от друга проч¬
ностью, морозостойкостью, водонепроницаемос¬
тью и другими свойсгвами. При этом всегда необ¬
ходимо различать неоднозначность, получаемую
в результате статистической природы закономер¬
ностей, и разброс показаний из-за несовершенства
методики. Как уже указывалось ранее, многие ис¬
следователи считали, что зависимость прочности
бетона от Ц/В вследствие большого разброса по¬
казаний имеет форму довольно широкой полосы.
При этом полосы в некоторых случаях оказыва¬
ются настолько широкими, что невозможно одно¬
значно определить состав бетона. Поэтому все¬
гда необходимо знать, какой разброс являетсяTECHNOLOGICAL BASICS
OF MATHEMATICAL
MODELING AND
COMPUTERIZATION OF
PRODUCTION7.1 Basics of mathematical
modeling of major engineering
processesConcrete studies as well as other areas of
expertise studies the correlation of factors at
different system-structural levels. For in¬
stance, correlation of compressive resistance
and that at axial tension, water permeability
and frost resistance, etc. are known. Howev¬
er, the science is not satisfied only with ascer¬
taining the facts but is in need of their mea¬
surement, analysis and explanation.In mathematics the notion of function
is used to express the dependency of у on
x, i.e. definite value of function corresponds
to definite argument . The given form of
correlation is called perfect relationship.
For instance, the volume of cylinder V de¬
pends on its diameter (d) and the height
(A), i.e. V-(p(d,h). However, this relation¬
ship is seldom observed in technical scienc¬
es. Regularly several value of one variable
corresponds to several values of other one.
Such ambiguity cannot be explained only
by the test error. It reflects the nature of
relationship itself, which is statistical in
the nature. For instance, the same test
procedure being used, concrete mixes with
the same C/W will differ in terms of
strength, water permeability, frost resis¬
tance and other properties. It is necessary
to distinguish the ambiguity obtained as
a result of statistical nature of regulari¬
ties and reading spread due to imperfec¬
tion of the methods used. As it was point¬
ed earlier, many scientists considered that
concrete strength dependence on C/W due
to big error has a form of wide band. In
some cases these bands are so wide that it
is impossible to determine the concrete
mix unambiguously. That is why, it is nec¬
essary to know which spread is statistical
288 Технологические основы математического моделирования и компьютеризации.статистическим, а какой связан с несовершен¬
ством методики испытаний и некорректностью
опыта, т. е. как показано в главе 4, разброс по¬
казаний может быть уменьшен в 1,5—3 раза.Количественную оценку взаимосвязи меж¬
ду факторами в научных исследованиях назы¬
вают корреляционной связью. Существенное
отличие корреляционной связи от функцио¬
нальной состоит в том, что она проявляется в
совокупности измерений. Корреляцию, при
которой увеличению значения одного факто¬
ра соответствует увеличение другого, назы¬
вают положительной. При отрицательной
корреляции зависимость между факторами об¬
ратная. Обычно корреляционную связь меж¬
ду двумя факторами называют простой, а
между тремя и более — множественной.Наиболее наглядно корреляционная
связь выражается графически. Однако дан¬
ный метод не дает количественной оценки.
Поэтому для измерения степени связи меж¬
ду факторами служат параметрические и не¬
параметрические показатели. Выбор пока¬
зателей зависит как от формы оценки (ко¬
личественная или качественная), так и от
характера зависимостей (линейная или не¬
линейная). Следует отметить, что во всех
случаях формальная сторона корреляцион¬
ного анализа остается математической, а не
технологической.Количественной мерой связи между фак¬
торами служит коэффициент корреляции.
Наиболее простая формула для выражения
оценки коэффициента линейной корреляции
(г) имеет видand which one is caused by the imperfection
of test procedures and incorrect test, i.e. as it
was pointed in chapter 4, reading spread
might be decreased 1.5—3 times.Quantitative evaluation of interaction
between the factors in scientific research is
called correlation. Significant difference of
correlation link from the perfect relationship
lies in the fact that it is revealed in set of mea¬
surements. Correlation, at which increase of
one factor corresponds to the increase of an¬
other one, is called positive correlation. In case
of the negative correlation the dependency is
inverse. Usually the correlation between the
two factors is called simple correlation, and
the one between three and more - multiple
correlation.Graphical method is the best way to clear¬
ly express the correlation. However, this meth¬
od does not provide the quantitative evalua¬
tion. That is why in order to measure the de¬
gree of connection between the factors both
parametric and non-parametric indices are
used. The choice of the indices depends both
on the form of evaluation (quantitative or
qualitative) and nature of dependencies (lin¬
ear and non-linear). It should be mentioned
that in all cases the formal side of correlation
analysis remains mathematical in the nature
but not the technical one.Correlation coefficient is the quanti¬
tative measure of correlation between the
factors. The simplest formula of the lin¬
ear correlation coefficient (r) is the fol¬
lowing one(7.1.1)i=li=lПри изучении взаимосвязи xi и у, не учи¬
тывается влияние других факторов. В то же
время наряду с изучением корреляции пар¬
ных взаимодействий (/■ , гх,, гу„) довольно
часто приходится исследовать множествен¬
ные связи, например тройные (г ). Тесно¬
та связи между ними определяется
оценкой коэффициента множественной кор¬
реляции.During the study of interaction between
the x. and yj influence of other factors is not
taken into account. At the same time along
with the study of correlation of first-order
interaction {rxy, ry_, r _) the investigation of
multiple connections is required, for instance
triple bond (r ). Connection squeeze between
them is determined by evaluation of multi¬
ple correlation coefficient.=
Technological theory of mathematical modeling and computerization of.289Наряду с параметрическими характеристи¬
ками корреляционной связи существуют и не¬
параметрические, например порядковые. В
этом случае каждому фактору присваивается
определенный ранг. Оценку коэффициента ран¬
говой корреляции выражает зависимостьКак уже отмечалось, наличие корреляцион¬
ной связи между факторами — это только пред¬
посылка для обнаружения причинной зависи¬
мости. Вместе с тем иногда корреляция между
факторами может появиться вследствие некор¬
ректности исследования, случайного совпаде¬
ния или влияния неучтенного фактора. Когда
на основе корреляционного анализа делаются
конкретные выводы, необходимо четко указать
все исходные данные, при которых они спра¬
ведливы. Так, изучая влияние добавки JICT на
прочность бетона в условиях тепловой обработ¬
ки при использовании цементов III группы эф¬
фективности при пропаривании и сопоставимой
удобоукладываемости П2, можно обнаружить
отсутствие существенной положительной свя¬
зи. Если не оговорить тот факт, что использо¬
вался цемент III группы, температура изотер¬
мической выдержки не превышала 75 °С и
Ц/В бетонной смеси составляло 1,2—1,8, то
можно прийти к выводу о неэффективности
добавки. В то же время при использовании
цементов I группы эффективности при про¬
паривании и с температурой изотермичес¬
кой выдержки 80—85 °С добавка может
оказаться довольно эффективной.Коэффициент корреляции указывает только
на взаимосвязь факторов, — точнее, на тесноту
этой связи, но не дает возможности определить
количественное изменение одной величины при
изменении другой.Количественная взаимосвязь факторов оп¬
ределяется регрессией. Этот метод позволяет
количественно оценить изменение р, при изме¬
нении значений дг;. Регрессия может быть вы¬
ражена графически (построение эмпирических
линий) и уравнениями. Недостаток эмпиричес¬
ких линий регрессии состоит в небольшой точ¬
ности и практически невозможной алгоритми¬
зации полученных зависимостей.Non-parametric characteristics of corre¬
lation, for instance order, exist along with
the parametric ones. In this case each factor
is assigned definite rank. The following de¬
pendency expresses the evaluation of rank
correlation coefficient:(7.1.2)As it was mentioned before, the availabil¬
ity of correlation between the two factors is
only a pre-condition for causal dependence.
Sometimes correlation between the factors
can appear due to incorrect research, random
coincidence or influence of unaccounted fac¬
tor. When specific conclusions are drawn on
the basis of correlation analysis all input data,
at which they are correct, should be specified.
Thus, investigating the influence of lignosul-
phonate additive on the concrete strength
under conditions of thermal treatment in case
of cements of the III group of efficiency dur¬
ing steaming and at comparable workability
of P2 one might observe the absence of sig¬
nificant positive connection. Should we not
state the fact that cement of the III group was
used, the temperature of the isothermic stor¬
age was not higher than 75°C and W/C of
concrete mix was 1.2—1.8 one might come
to a wrong conclusion about the inefficiency
of an additive. At the same time when utiliz¬
ing cements of the I group of the steaming
efficiency and the temperature of isothermic
storage of 80—85°C an additive might turn
out to be very efficient.Correlation coefficient points not only to
the interaction of factors, or rather narrow¬
ness of it, but enables to determine the quan¬
titative change of one value in case of the
change of the other one.Quantitative interaction of factors is de¬
termined by regression. This method allows
to quantitatively evaluate the changes of У;
caused by the change of xt Regression might
be represented graphically (construction of
empirical lines) and by way of equations. The
drawback of empirical lines of regression lies
in the low precision and the practical impossibil¬
ity to algorithmize the obtained dependencies.Пr6 =1-6ХУх' -у>)г/п(п2~ u
/=1
290 Технологические основы математического моделирования и компьютеризации.Наиболее простая взаимосвязь х, и уi мо¬
жет быть выражена линейной однофактор¬
ной регрессиейThe simplest interaction between x-t and
y{ might be expressed with the linear sin¬
gle-factor regression:y = a0+ axxx(7.1.3)При числе факторов 2 и более уравнение
регрессии принимает виду = а0 +аххх +а2х2 +...апхпIn case of 2 and more factors the re¬
gression equation looks as follows:(7.1.4)Значения коэффициентов уравнений ре¬
грессии а0, at, а2,...,ап определяются мето¬
дом наименьших квадратов.Для однофакторного уравнения регрес¬
сии типа у = а0 + аххх оценки коэффициентов
а0 и а, определяются решением системы
уравнений:Values of coefficients а0, av а2 а3are determined by the least squares cal¬
culation.For single-factor regression equation
of type у~ай + ajXj coefficients a0 and a,
are determined according to the equa¬
tions set:П Пna0+alYJxi=YJyi;/=1 /=1
n n n«о Yjx'+ci^Yjx'2=Yjx'yi(7.1.5)/=1/=1 i=iЛинейные зависимости в технологии бе¬
тона встречаются очень редко. Наиболее ча¬
сто в широком интервале линейный характер
имеют только зависимости прочности бетона
при сжатии от прочности цемента и Ц/В при
высокой прочности заполнителей. В то же вре¬
мя многие зависимости успешно описывают¬
ся уравнениями первого порядка в узком ин¬
тервале факторов.Корреляция между переменными чаще все¬
го бывает криволинейной, т. е. когда равнове¬
ликому приращению дс(. соответствует неравно¬
великое приращение у{. Это обычно параболи¬
ческая, гиперболическая, показательная, сте¬
пенная, логарифмическая зависимости.Параболические кривые второго поряд¬
ка выражаются уравнениемLinear dependencies are seldom ob¬
served in the concrete studies. More of¬
ten only the compression resistance of
concrete dependence on concrete
strength and C/W at high strength of ag¬
gregates is of linear character. At the
same time many dependencies are suc¬
cessfully described by the first-order
equations in the narrow factor interval.Correlation between the variables is
mostly curvilinear, i.e. when unequival-
sized excess of yj corresponds to the
equal-sized change of xc Usually this is
parabolic, hyperbolic, power and loga¬
rithmic dependencies.Second-order parabolic curves are ex¬
pressed by the equationy = a0+a]x]+al ,xf(7.1.6)или в многофакторной ситуацииor in case of multifactor situationy = a0 +O.jX.Xj-(7.1.7)/=1/=1/*1И
Technological theory of mathematical modeling and computerization of.291Значения оценок коэффициентов регрес¬
сии определяются решением следующей си¬
стемы уравнений:Values of regression coefficients are
determined by the following equations
set:n n n+ a\'YjXi+a"lL,Xi =У^У‘’i=1n n/=1 Ыn nJoXx'+fliXx'2 +an Xx'3=Xx'^’i=l/=1/=1 /=1
n n+a\Yjx' +a"Xx'4=Z/'2(7.1.8)У,-i=1/=1(=1 /=1Для уравнений показательной зависимости
значения оценок коэффициентов уравнения оп¬
ределяются решением следующей системы урав¬
нений:For equation of exponential depen¬
dence values of equation coefficients are
determined by the following equations
set:П Пnlga0+ lg a^xi=YJlS У i >/=1 /=1
n n nl8a oXx'+/gaiXx'2 =^Х‘1£У1’откуда/=1 /=1 i=1| from which follows that(7.1.9)Iga оlga\П ПЫ1Xlsy> Xx> -Z!lgy>. /=i /=i /=in n nn'YJ(x,igy,)-'YJx,Yjg у >/n( " ^2~&t/=1V /=1 /;=ii=i /=1/n( п Л2~nTjX: -// = 1^ /=1(7.1.10)aСледует отметить, что в технологии бетона
зависимости показательной и степенной функ¬
ции встречаются довольно часто. Это взаимо¬
связь скорости прохождения ультразвука и
прочности бетона при сжатии, зависимости во¬
донепроницаемости и морозостойкости бетона
от Ц/В в сравнительно широком интервале, во-
допотребности бетонной смеси от содержания
глинистых и пылевидных примесей в заполни¬
телях и нормальной густоты цементного теста
и т. п.Одна из наиболее распространенных в тех¬
нологических исследованиях регрессия описы¬
вается уравнением степенной функции:It should be mentioned that in concrete
studies exponential and power dependencies
are frequently met. For instance correlation
of speed of ultrasound propagation and com¬
pressive resistance of concrete, water perme¬
ability and frost resistance of concrete depen¬
dence on C/W in comparatively wide inter¬
val, water requirement of concrete mix de¬
pendence on clayey and powder-like admix¬
tures in the aggregates and normal density
of cement paste, etc.One of the most widespread regressions
in the technological research is described by
the equation of power function:y = a0xa'(7.1.11)
292 Технологические основы математического моделирования и компьютеризации.или после преобразования:I After transformation it looks like this:
lgy~lgao +a\ Igx. (7.1.12)Оценки коэффициентов уравнения регрес¬
сии находятся аналогично рассмотренным ра¬
нее примерам, решением системы уравнений:Regression equation coefficients are
determined by analogy with the above men¬
tioned by he following equations set:nlgciQ+a^lgx, =YJlgyl-
/=1 1=1
n n nl8aoYj8X' + =^Zj(l^xilgy<)-(7.1.13)/=1/=1/=1Общий вид основных уравнений приведен в
табл. 7.1.1.Рассмотрев методы получения и решения
однофакторных зависимостей, мы не ответили
на главный вопрос: как определить вид иско¬
мой зависимости. Рецептов здесь нет. Обычно
исследователь на основании предварительных
опытов строит график зависимости у = ср(х,) и
визуально оценивает вид искомой зависимос¬
ти. В табл. 7.1.1 приведены основные зависи¬
мости, встречающиеся в технологических ис¬
следованиях, которые на первой стадии могут
помочь экспериментатору при обработке экс¬
периментальных данных. Отметим, что из всех
возможных зависимостей необходимо выбрать
ту, которая дает наибольшую технологичес¬
кую адекватность, т. е. наименьшие расхожде¬
ния между экспериментальными и расчетными
данными.Хотя методы регрессии и обладают больши¬
ми достоинствами, они не всегда могут быть
успешно использованы для получения матема¬
тических моделей из-за сложности выполнения
ряда предпосылок и необходимости большого
объема экспериментальных данных для много¬
факторных зависимостей.Широкие возможности для получения мно¬
гофакторных математических моделей откры¬
вает алгоритмизированный эксперимент, пред¬
полагающий использование методов математи¬
ческой теории эксперимента (МТЭ). Содержа¬
ние этих методов сводится к установлению чет¬
кого математического плана проведения опы¬
тов при минимальном объеме эксперимента,
обеспечивающего получение требуемой точно¬
сти математических моделей. При этом для ус¬
ловий технологии бетона снижение объема экс-The general view of the basic egnations
given in the table 7.1.1.Having considered the methods of con¬
structing and solving the single-factor depen¬
dencies we did not answer the main question,
which is: how one might determine the type
of the target dependence. There is no recipe.
Usually the scientists based on the prelimi¬
nary tests make a dependence graph
у = <p{x,) and evaluate the form of depen¬
dence by sight. Basic dependencies are pre¬
sented in the table 7.1.1, which might be ob¬
served in technological research. At the first
stage they might help the experimenter to pro¬
cess the empirical data. It should be men¬
tioned that out of all possible dependencies
only one should be chosen which is the most
adequate, i.e. the difference between the em¬
pirical and design data is little.Though regressions have a lot of advan¬
tage sometimes they cannot be successfully
used in order to obtain the mathematical
model due to the difficulties to meet some
requirements and the large volume of em¬
pirical data in case of multifactor depen¬
dencies.The algorithmized method, suggesting
the use of mathematical theory of exper¬
iment (MTE), provides wide possibilities
for construction of multifactor mathemat¬
ical models. These methods suggest the
determination of distinct mathematical
plan for conducting the tests at minimal
volume of the experiment itself. It pro¬
vides for necessary precision of mathe¬
matical models. The argument that in case
of concrete technology the volume of ex-
Technological theory of mathematical modeling and computerization of... 293Таблица 7.1.1
Общий вид основных уравнений
регрессииTable 7.1.1
General form of basic regression
equationsУравненияEquationГрафикDiagramРабочие формулы для расчета коэффициентов
уравненийWorking formula for equation coefficients
calculationy = aQ + alxla0 =n n n nZ Zx-2 ~ Z~ Z x‘yi
1=1 2=1 1-1 1=1*Z x-2 - Zx-
i=i ^ i=in n"Z ~Z X-Z^><3[ = •«Zx>2 - Zx<1 =! \i=l )y=a0+aixl +а,л‘Zx' + anZx'2 = Z-y';и ииа0 + х,.1=1 1-1 1=1
п п п па0^Гх, + xf + ап Z *? = Z Х'У’’
1=1 1=1 1=1 1=1
п п п паоZ xi + aiZ + ап Z х>4 = Z х'2^1=1 1=11=1 1=13^ = a0ai ;
У = а0еа'хlg а, = ----- 1=1 1=1Л ( %nZ х>2 - Zх-
1-1 \ 1 = 1п • Лlg«Z л) - Z x*Zlg у*i=i 1-1«2>а- £х'п иУ А5> = а0 +а, !хZi/x,-Z^/x.-Z^Z1/x2й01-1 1=1Ги-1 у иZ1/x> -"Z1/x-2
i-1 / i-1И И и1=1 1-1 2=11 _ /■ \2fci/J -Z1/X.2
<1=1 / 2 = 1■
294 Технологические основы математического моделирования и компьютеризации.Окончание таблицы 7.1.1 Finish table 711123A #1
y = a0x 1У ‘i\ a\n n n nX *8 У> Yj (lg x‘)2~ X (lg x lg lg x<■ /-1 /=1 /=1 /=1 .- ( " V ’
«X (|g *')2 ~ Xlg x'/=i V (=i )n n n«X (lg x<lg y<) ~ X lg x‘ X lg y>i ,=i 1=1 /=iai <0 ►Xn V f n ]«X(lg x^2 lg x'\периментальных работ в 1,5—12 раз является
тем аргументом, который уже не требует допол¬
нительных доказательств преимуществ МТЭ.
Вместе с тем такой подход к моделированию
позволяет выявить взаимодействие факторов,
имеющих для технологических зависимостей
существенное значение. В настоящее время
МТЭ стала наиболее разработанным разделом
прикладной математики.Успешное использование МТЭ в техноло¬
гии бетона обеспечивается в первую очередь
правильной постановкой задачи. Для этого не¬
обходимо знать объем и качество требуемой ин¬
формации, а также возможность и целесообраз¬
ность использования методов МТЭ.Методы МТЭ дают возможность одновре¬
менно варьировать значениями нескольких фак¬
торов по специальным матрицам (таблицам, в
которых записаны по строкам и вектор-столб¬
цам кодированные значения факторов) и на ос¬
новании результатов опытов и расчетов полу¬
чать многофакторную модель исследуемой за¬
висимости. При этом на начальном этапе ис¬
пользуется кибернетический подход к изучению
системы, а на последующих — осуществляются
изучение механизма и управление.Вид исследуемой зависимости не всегда за¬
ранее известен, поэтому на первом этапе полу¬
чают ее приблизительное выражение (ап-про-
ксимацию) в наиболее удобной форме — в виде
полинома. Простейшие задачи решаются обыч¬
но с использованием полиномов первого поряд¬
ка, более сложные — неполных квадратичных
и квадратичных. Полные полиномы третьего
порядка в практике технологических исследо¬
ваний встречаются очень редко.periments is decreased 1.5-12 times does
not require any additional evidence
about the MTE advantage. At the same
time such approach towards modeling
enables to reveal interaction of factors
which are of great importance for tech¬
nological dependencies. At present the
MTE became the most developed part of
applied mathematics.Successful application of MTE in con¬
crete technology is ensured by, first of all,
correct target setting. For this, one should
be aware of the scope and quality of infor¬
mation as well as the possibilities and expe¬
diency of MTE methods.Methods of MTE enables to modify the
values of several factors simultaneously ac¬
cording to the specific matrices (tables in
which codified factor values are presented in
rows and column vectors) and to obtain mul¬
tifactor model of dependence under research
on the basis of test results and calculations.
At the same time at the first stage cybernetic
approach is used towards the system, where¬
as on the further stages the study of mecha¬
nisms and control is carried out.The form of the dependence under investi¬
gation is not always known beforehand. That
is why on the first stage its approximate expres¬
sion is obtained in the most convenient form -
polynomial. The simplest problems are solved
making use of first-order polynomials, where¬
as more complex - of noncomplete quadratic
and quadratic polynomials. Complete poly¬
nomials of the third order are seldom met in
the practice of technological research.
Technological theory of mathematical modeling and computerization of.295При планировании эксперимента важным
этапом является выбор основных факторов и
интервалов их варьирования. Как правило, чис¬
ло факторов, влияющих на выходной параметр,
бывает очень большим. Поэтому на основании
отсеивающих экспериментов и агрегирования
выбираются только основные факторы. Осталь¬
ные, как правило, стабилизируются на одном
уровне или приводятся в сопоставимый вид.
Так, при исследовании влияния длительности
изотермической выдержки на прочность бетона
скорость подъема температуры обычно прини¬
мается постоянной. Одно из важных требований— некоррелированность факторов. Например,
при исследовании влияния основных факторов
на свойства бетонной смеси некорректно одно¬
временно планировать такие факторы, как во-
досодержание и удобоукладываемость, так как
они взаимосвязаны. Факторы должны быть уп¬
равляемы. Планирование трудно управляемых
факторов осуществляется с помощью специаль¬
ных приемов: при исследовании влияния круп¬
ности заполнителей готовятся искусственные
смеси, а при планировании прочности цемента
учитывается его линейное влияние на прочность
бетона.Для изучения линейных и неполных квадра¬
тичных зависимостей чаще всего применяют пол¬
ный факторный эксперимент (ПФЭ) и дробные
реплики (2к~Р).Под полным факторным экспериментом по¬
нимают эксперимент, реализующий все непов¬
торяющиеся комбинации определенного коли¬
чества уровней факторов. Число этих комбина¬
ций (N), а следовательно, и опытов зависит от
числа факторов (к) и равно 2к. Например, для
двух факторов число опытов равно 4 (22 = 4),
трех факторов — 8 (23 = 8) и т. п.Во избежание систематической ошибки и для
равномерного распределения неуправляемых
воздействий на весь эксперимент опыты прово¬
дят не по порядку, а в случайной последователь¬
ности (рандомизируют). После проведения опы¬
тов вычисляют оценки (понятие оценки связано
с тем, что точное определение значения коэффи¬
циента практически затруднительно) коэффици¬
ентов уравнения регрессии в виде полинома:кУ = в о+2/'*' +;=1While planning the experiment the
choice of major factors and variability in¬
tervals is of great importance. As a rule, the
number of factors affecting the output pa¬
rameter is quite big. That is why major fac¬
tors are chosen on the basis of screening
experiments and aggregation. The rest, as
a rule, are stabilized on the one level or are
brought into comparable form. For in¬
stance, while investigating the influence of
isothermic storage period on concrete
strength the rate of temperature climb is set
as constant value. Uncorrelated character
of factors is one of the basic requirements.
For instance, while examining the influ¬
ence of main factors on the properties of
concrete mix it is not correct to plan simul¬
taneously such factors as water contents and
workability since they are correlated. The
factors should be controlled. Planing of
hardly controlled factors is carried out with
the help of special measures: when investi¬
gating the influence of aggregate size arti¬
ficial mixes are prepared; while studying
the cement strength its linear influence of
concrete strength is taken into account.Complete factorial (CF) and fractional
replicate (2k'P) are mostly used for investi¬
gation of linear and noncomplete quadrat¬
ic dependence.Complete factorial is an experiment re¬
alizing all temporary combinations of a def¬
inite number of factor levels. Number of
these combinations (N) and consequently,
the number of tests, depends on the number
of factors (к) and is equal to 2k. For instance,
number of tests for two factors is equal to
4(22=4), that for three factors - 8 (23=8), etc.In order to avoid constant bias and
uneven spread of uncontrolled impacts on
all experiment tests are conducted at ran¬
dom. Upon the completion of the tests ap¬
proximate regression equation coeffi¬
cients (this is stipulated by the fact that
exact definition of coefficient value is dif¬
ficult in practice) are calculated in the
form of a polynomial:\eijxixJ-,j ' (7.1.14)
296 Технологические основы математического моделирования и компьютеризации.При исследовании эти зависимости будут
иметь вид:для двух факторов —While investigating these dependen¬
cies they will look like:
for two factors -y = e0 +e,Xj +e2x2 +enx]x2,
для трех факторов — \ for three factors -y=e0 +e]Xj +e2X2 +e3Xj +652^1X2 +в13Г]Лз +32з;сЛ,ит. п. etc.Матрицы ПФЭ приведены в табл. 7.1.2.В ПФЭ с увеличением числа факторов чис¬
ло опытов резко возрастает. Вместе с тем на
начальном этапе можно несколько умень¬
шить информацию, ограничиваясь линейным
описанием, что позволяет значительно
сократить число опытов. Для этого исполь¬
зуют дробные реплики, которые получают
делением числа опытов на 2, 4, 8 и т. д: 1/2,1/4, 1/8 и т. д. План дробной реплики полу¬
чают заменой ряда парных взаимодействий
новыми переменными. Так, для семи
факторов число опытов составляет 27 = 128,
а полуреплики 27—1 = 64 опыта, 1/8 реплики
(р = 3) 27-3 = 16.Однако в дробных репликах оценки коэф¬
фициентов смешаны по эффекту с оценками пар¬
ных взаимодействий.Оценки коэффициентов уравнений рег¬
рессии для ПФЭ определяются по форму¬
ламN(7.1.15)(7.1.16)Matrices of CF are presented in the table
7.1.12. The higher the number of factors the
higher the number of the tests is. At the same
time at the initial stage information might be
somewhat reduced, contenting oneself with the
linear description. It allows to reduce the num¬
ber of tests significantly. Fractional replicates
obtained by dividing the number of tests by 2,
4, 8, etc. are used for this purpose: 1/2, 1/4,
1/8 etc. Fractional replicates plan is obtained
by replacing the row of first-order interactions
with the new variables. For instance, in case of
7 factors the number of tests equals to
27 = 128, and for half-replicate 27-1 =64 tests,
1/8 of replicate (p=3) 27'3=16.However, in the fractional replicates the
coefficients are mixed with the estimations
of the first-order interaction.Estimations of regression equation co¬
efficients for complete factorials is deter¬
mined by the formula:i=1NYjx™xj»y«/N’(7.1.17)(7.1.18)/=1где yu —значение выходного параметра (иссле¬
дуемого свойства) в и-м опыте;хы—кодированное значение /-го фактора в и-м
опыте, например, (+1), (0) пли (—1);xju — значение j-го фактора в I и-м опыте
' ' (+1), (0) или (—1);-1„j *- число точек плана.например,
= +!•(-!) = -1;при J,
при = +1 и х, =N-После расчета оценок коэффициентов прове¬
ряется их статистическая значимость. Формально
такая проверка сводится к сравнению статисти¬
ческой характеристики экспериментальных дан¬
ных или их априорных значений с табличными
при принятом уровне значимости (обычно 0,05).where у - value of output parameter (in¬
vestigated property) in the и-test;XjU - coded value of /-factor in the in u-
test, for instance, (+1) or (-1);x^ - value of /'-factor in the /-test at i^j,
(+1), (0) or (-1); for instance, at л', = 1 and ,r.— -1, XjXj— +1 (-1) = -1;N- number of array points.Having estimated the coefficients their
statistical meaning is tested. Nominally such
tests come to comparison of statistical char¬
acteristic of empirical data or their a priori
values with the tabulated points at the adopt¬
ed significance level (usually 0.05).
Technological theory of mathematical modeling and computerization of.297Таблица 7.1.2 Table 7.1.2Матрицы полного факторного эксперимента Matrices of complete factorial, the number
для числа факторов от 2 до 5 of factors range from 2 to 5ПланТочки планаФакторыPlanArray pointsFactor*1*2*3x4*5.k. •к 1k JV1+++++2l2—++++3+—+++23•r4——+++5++—++6—+—++7+——++24■f8———++9+++—+10—++—+11+ +—+12——+—+13++——+14—+——+15+———+2s1r16— ——+17++++—18—+++—19+—++ 20——++—21++—+—22—+—+—23+——+—24———+ 25+++— 26—++——27+—+——28——+——29++———30—+—— 31+ —— 'r32 ————Дисперсию воспроизводимости выход¬
ного параметра Sip} при дублировании опы¬
тов по строкам матрицы определяют по фор¬
мулеReproducibility dispersion of the out¬
come parameter Sfy during the doubling
of the tests according to the rows of matri¬
ces is determined by the formula:u=] i=1(7.1.19)где N — общее число точек плана;
г— число опытов по строкам матрицы.where N — total number of array points;
r - number of tests according to the rows
of the matrix.
298 Технологические основы математического моделирования и компьютеризации.При дублировании опытов в центре плана:During doubling of the tests in the center of the
plan:4(,rI^o)2/K-l), (7-1.20)/=1Среднеквадратичное отклонение определя¬
ют по известному соотношению4)-VsRoot-mean-square deviation is determined
according to the the following correlation(7.1.21)Статистическую значимость оценок коэф¬
фициентов уравнений регрессии проверяют
по критерию Стьюдента (/-критерию):Statistical significance of the estimat¬
ed regression equation coefficients is veri¬
fied according to Student ratio (t-criteria):где?Р=Ы/5Ы’wheren\/rN.(7.1.22)(7.1.23)Оценка коэффициента считается значи¬
мой, если/ > / табл
i р — iпри соответствующем уровне значимости и из¬
вестном числе степеней свободы.Адекватность уравнения регрессии опре¬
деляется с помощью критерия Фишера (F-кри¬
терия) при соответствующей доверительной
вероятности (обычно 95 %):Estimated coefficients are considered
significant if(7.1.24)at the appropri ate level of significance
and known number of degree of freedom.Adequacy of regression equation is de¬
termined with the help of Fischer criterion
(F-criterion) in case of corresponding con¬
fidence probability (usually 95%):F>(7.1.25)где S неад — дисперсия неадекватности (обыч¬
но большая).При равномерном дублировании опытовwhere S non_ad - non-adequacy dispersion
(usually significant).In case of uniform doubling of the testsr>2°неадгде dt2 — число степеней свободы:
dt2 = N - b;b — число принятых значимых оценок ко¬
эффициентов, включая Ъ .Уравнение регрессии считается адекват¬
ным, если= г%(Уи-Уи)2/dt2,where dt2и=\(7.1.26)is the number of degrees offreedom : dt2= N - b;b - the number of adopted estimated co¬
efficients, including b0.Regression equation is considered ade¬
quate iffP < fTiтабл(7.1.27)Необходимо отметить, что при проведении тех¬
нологических исследований не всегда обязатель¬
но определять дисперсию воспроизводимости. Эту
величину при имеющейся достоверной информа¬
ции можно задавать заранее. Не обязательно от¬
брасывать и статистические незначимые оценкиIt should be mentioned that during the
technological research repeatability disper¬
sion should not always be determined. This
value in case of reliable information avail¬
able might be set ahead. Statistically insig¬
nificant estimated coefficients of regression
Technological theory of mathematical modeling and computerization of.299коэффициентов уравнений регрессии, если они
имеют технологический смысл.При исследованиях в широкой области ли¬
нейные и неполные квадратичные зависимости
не могут адекватно описывать влияние основ¬
ных факторов на свойства бетонной смеси и бе¬
тона.Планы эксперимента для получения мате¬
матических моделей второго порядка позволя¬
ют получать уравнения видаequations should not be rejected as well if
they have some technological meaning.During the investigations in the wide
area linear and noncomplete quadratic de¬
pendencies cannot adequately describe the
influence of basic factors on the proper¬
ties of concrete mix and concrete itself.Experiment design for mathematical
model of the second order allows to pro¬
duce the following equations:У = ьо + Xе'*' +5>' + Yje^Xj.1=1i*j(7.1.28)Уравнение регрессии будет иметь следу¬
ющий вид:
для двух факторовThe regression equation will have the
following form:
for two factorsy = b0+blxx+b2x2+buxx +b22xl + bx2xxx2,для трех факторов(7.1.29)for three factorsy-bQ + bxxx +b2x2 +Ъъхъ +bxxx^ +b22x 2и т. n.В современной математической теории экс¬
перимента рассматривается ряд критериев оп¬
тимальности планов второго порядка: А — оп¬
тимальность, характеризующая минимальную
среднюю дисперсию; D — оптимальность —
минимальный объем эллипсоида рассеяния оце¬
нок коэффициентов; G — оптимальность и Q —
оптимальность, характеризующие минимальное
или среднее значение дисперсий предсказания
параметра оптимизации и т. п. Наряду с этим
важными характеристиками планов являются
их симметричность, ком позиционность (возмож¬
ность надстройки над ПФЭ или дробной репли¬
кой, т. е. «ядром», дополнительных, так назы¬
ваемых звездных точек), ортогональность (воз¬
можность независимой оценки коэффициентов)
и ротатабельность (возможность прогнозирова¬
ния параметра оптимизации по математической
модели с одинаковой дисперсией во всех точ¬
ках факторного пространства).Общее число точек как композиционных, так
и многих других планов обычно равно числу
опытов в «ядре» плюс удвоенное число факто¬
ров, плюс число нулевых (центральных) точек.
В табл. 7.1.2—7.1.4 приведены симметричные
ортогональные композиционные планы с чис¬
лом факторов от двух до четырех.+*зз*з +bx2xxx2+bx3xxx3+b23x2x3 (7.1.30)
etc.A number of second order array optimal¬
ity criterion are examined in mathematical
theory at present: A - optimality, characteris¬
ing minimal average dispersion; D - optimal¬
ity-minimal volume of estimated coefficients
dispersion ellipsoid; G - optimality and Q -
optimality, characterizing minimal or average
dispersion value of optimization parameter
forecast. Important characteristics of designs,
besides the above mentioned ones, are their
symmetry, composition (ability to build on
the complete factorial or fractional replicate,i.e. the “core”, of additional, the so-called
“star-shaped points”), orthogonality (ability
of independent estimation of coefficients) and
rotatability (ability to forecast the optimiza¬
tion parameter according to the mathemati¬
cal model with the equal dispersion in all
points of factorial space).Total number of points, both of compos¬
ite and many other designs usually equals to
the number of tests in the “core” plus the
doubled number of factors plus the number
of zero (central) points. In the table 7.1.2 -
7.1.4 symmetrical orthogonal composite de¬
signs with the number of factors ranging be¬
tween 2 and 4 are presented.
300 Технологические основы математического моделирования и компьютеризации.Таблица 7.1.2 Table 7.1.2Симметричный ортогональный композицион- Symmetrical orthogonal composite design
ный план для двух факторов for two factorsТочкиФакторпланаFactorArray pointsXi*21++2+—3—1 +5+06—070+80—900Таблица 7.1.3 Table 7.1.3Симметричный ортогональный композицион- Symmetrical orthogonal composite design
ный план для трех факторов for three factorsТочки
плана
Array pointsФакторFactorXlx2x31+++2++—3+—+4+——5—++6—+—7Q——+О9+1,2150010—1,21500110+1,2150120—1,21501300+1,2151400—1,21515000
Technological theory of mathematical modeling and computerization of.301Таблица 7.1.4Симметричный ортогональный композици¬
онный план для четырех факторовПри проведении исследований сложных за¬
висимостей или для целей поиска экстремума
факторов наиболее удобны симметричные ком¬
позиционные ротатабельные планы. Пример
ротатабельного плана приведен для трех фак¬
торов в табл. 7.1.5.Планы типа В успешно используются при
исследовании эффективности добавок к бето¬
нам в тех случаях, когда необходимо зафикси¬
ровать контрольный состав. При такой такти¬
ке в контрольном составе (без добавки) расход
добавки кодируется (—1). Вместе с тем необхо¬
димо заметить, что полученные при этом урав¬
нения регрессии очень часто оказываются тех¬
нологически неадекватными в пределах поро¬
га чувствительности добавки (обычно при <
—0,8). Не менее эффективны эти планы и при
изучении других технологических зависимос¬
тей.Table 7.1.4
Symmetrical orthogonal composite design
for four factorsDuring investigations of composite de¬
pendencies or for the purpose of search for
extremum of factors symmetrical compos¬
ite rotatable design are more appropriate.
Example of rotatable design for three fac¬
tors is cited in the table 7.1.5.Designs of В-type are successfully used
for research of additive efficiency in the cases
when it is necessary to fix the reference mix.
In this strategy the consumption of an addi¬
tive in the reference mix (without an addi¬
tive) is coded (-1). At the same time it should
be mentioned that the obtained regression
equation quite often turn to be non-ade-
quate within the sensitivity thresholds of
an additive (usually at x; < - 0.8). These
design plans are of no less efficiency
while investigating other technological de¬
pendencies.ТочкипланаФакторFactorArray pointsx,x2Хз*41++++2+++—3++—+4++——5+—++6+—+—7Q+——+О9 +++10—++—11—+—+12—+——13—■++14— +—1516
17———++1,41400018—1,414000190+1,41400200—1,414002100+1,41402200—1,414023000+1,41424000—1,414250000
302 Технологические основы математического моделирования и компьютеризации.Таблица 7.1.5 Table 7.1.5.Симметричный ротатабельный компознци- Symmetrical rotatable composite design for
ОШ1ЫЙ план для трех факторов three factorsТочки
плана
Array pointsФакторFactorX1X2Хз1+++2++—3+—+4+——5—++6—+v 7Q——+О9+1,6820010—1,68200110+1,6820120—1,68201300+1,6821400—1,682150001600017000Представляют интерес и планы типа В.
Один из таких планов для четырех факторов
приведен в табл. 7.1.6.Таблица 7.1.6Симметричный композиционный план типа В
для четырех факторовDesigns of В type are of interest as well.
One of such designs for four plans is cited
in the table 7.1.6.Table 7.1.6
Symmetrical composite design of B-type
for four factorsТочки
плана
Array pointsФакторFactorX1*2X4x41++++2+++—3++—+4++——5+—++6+—+—7О+——+О9 +++10 ++—11 +—+12 +——13 —++14 —+—15 ——+I 017+00018 000190+00200—002100+02200—023000+24000—
Technological theory of mathematical modeling and computerization of.303Довольно результативны при проведении ре¬
цептурно-технологических исследований сим¬
метричные неортогональные некомпозицион¬
ные планы Бокса—Бенкина. Обычно для трех—
шести факторов эти планы обладают и свой¬
ством ротатабельности. План Бокса—Бенкина
для четырех факторов приведен в таб. 7.1.7.
Следует заметить, что для пяти факторов план
Бокса—Бенкина содержит 46 точек и аналоги¬
чен плану для четырех факторов. Для семи фак¬
торов план содержит 62точки и аналогичен пла¬
ну для шести факторов.Необходимо напомнить, что планы Бокса—
Бенкина не ортогональны, из-за чего исключе¬
ние статистически незначимых коэффициентов
Ьо и Ьи приводит к необходимости пересчета
других коэффициентов. Вместе с тем этот недо¬
статок не умаляет достоинств планов, практи¬
чески универсальных для всех областей исполь¬
зования. Наиболее перспективно их примене¬
ние при решении новых задач технологии бето-Таблица 7.1.7
Симметричный некомпозиционный план
Бокса—Бенкина для четырех факторовSymmetrical nonorthogonal non-com¬
posite design of Boks-Benkin are effective
enough while conducting formula-technolog¬
ical research. These designs for three - six fac¬
tors possess the property of rotatability as
well. Design of Boks-Benkin for four factors
are cited in the table 7.1.7. It should be men¬
tioned that for five factors the design of Boks-
Benkin contains 46 points and is similar to
the design for four factors. In case of seven
factors the design contains 62 points and is
similar to the one for 6 factors.It should be mentioned that the Boks -
Benkin designs are not orthogonal. Because
of this the exclusion of statistically insignifi¬
cant coefficients b0 and bu results in the ne¬
cessity to re-evaluate other coefficients. At
the same time this drawback does not dimin¬
ish the advantages of designs, which are
practically multi-purpose for all areas of ap¬
plication. Their application in order to set¬
Table 7.1.7
Symmetrical noncomposite Boks-Benkin
design for four factorsТочки плана
Array pointsФакторFactorX1X2x3X,1++002+—003—+004——0050++060+—070—+080——0900++1000+—1100—+1200——13+00+14—00+15+00—16—00—17+0+018+0—019—0+020—0—0210+0+220+0—230—0+240—0—250000260000270000
304 Технологические основы математического моделирования и компьютеризациина, в том числе при изучении эффективных
модификаторов, способов активации ком¬
понентов, режимов формования и тверде¬
ния бетонов. Отличительная особенность
планов, заключающаяся в одновременном
использовании крайних и центральных то¬
чек во всей матрице, позволяет наиболее
полно исследовать новые закономерности
и получать технологически адекватные ко¬
личественные зависимости.План Хартли (На5) — один из наиболее
экономичных по числу опытов, эффектив¬
ных по критерию D-оптимальности и удоб¬
ных для экспериментальных исследований
при пяти факторах (табл. 7.1.8).Описанные примеры не исчерпывают
все возможные планы второго порядка. В
настоящее время благодаря многочислен¬
ным исследованиям МГУ, МЭИ, НГУ и
других организаций созданы каталоги пла¬
нов, в которых приведены их основные ха¬
рактеристики.Таблица 7.1.8
План типа Хартли для пяти факторовtie new problems in concrete technology is
the most perspective; including study of the
efficient modifiers, methods of components
activation, molding and hardening of con¬
crete modes. The distinctive feature of the
designs consisting in simultaneous use of end
and central points of the whole matrix makes
the comprehensive investigation of new reg¬
ularities and technologically adequate quan¬
titative dependencies possible.Hartley design (Ha5) is one of the most
economical m terms of the number of tests
which are efficient according to D-optimal-
ity criteria and appropriate for empirical
research in case of five factors (table 7.1.8).The described examples do not exhaust all
the possible design so the second order. At
present owing to the numerous research dome
by the Moscow' State University, Moscow En¬
ergy Institute, Novosibirsk State University and
other organizations new design catalogues have
been devised in which the basic characteristics
re cited.Table 7.1.8
Hartley design for five factorsТочки плана
Array pointsФакторFactorX»*2Хзx4*51+++++23—++++45++—++6+——++7Q+++——О9 +++ 10+—++—11++——+12 ———+13 ++—+14+—+—+15++—+—16 ——+—17+000018 0000190+000200—0002100+002200—0023000+024000—0250000+260000—2700000
Technological theory of mathematical modeling and computerization of.305В данной монографии не рассмоггрены пла¬
ны на треугольнике, шестиугольнике и сфере, а
также планы полного и дробного факторного эк¬
сперимента для многоуровневых факторов, ла¬
тинских квадратов и многие другие. Вместе с тем
необходимо обратить внимание на то, что вы¬
бор плана проведения эксперимента, хотя и яв¬
ляется важным этапом подготовительной рабо¬
ты, не имеет особого значения. Например, при
исследовании эффективности добавок может
быть использован симметричный ортогональ¬
ный композиционный план типа В или Бокса—
Бенкина. Но принципиальное значение здесь бу¬
дут иметь постановка задачи и корректность эк¬
спериментальных данных.Проверка адекватности уравнений агрессии
второго порядка в целом не отличается от мето¬
дики, изложенной для линейных и неполных
квадратичных зависимостей. В некоторых слу¬
чаях, когда в плане имеется более чем одна цент¬
ральная точка, вводится поправка на число сте¬
пеней свободы при определении дисперсии не¬
адекватности, т. е,dt2 =N-b-Необходимо еще раз подчеркнуть, что при
проведении эксперимента важно добиться не
столько статистической, сколько технологичес¬
кой адекватности математических моделей, так
как математическая модель, не имеющая физи¬
ческого или экономического смысла и не отра¬
жающая объективно исследуемые закономерно¬
сти, — не более, чем игрушка, т. е. не представ¬
ляет интереса.По оценкам коэффициентов уравнений ре¬
грессии, без учета оценок их статистической
значимости проводится технологический или
технико-экономический анализ количествен¬
ных зависимостей, как правило, в уравнениях
с кодированными значениями факторов.На первом этапе анализа изучается физи¬
ческий или технико-экономический смысл
уравнения регрессии. Свободный член урав¬
нения показывает значение выходного пара¬
метра, когда все факторы находятся на ну¬
левом уровне, т. е. в центре плана. Простое
сравнение свободного члена с эксперимен¬
тальным значением в центре плана дает уже
первоначальную оценку технологической
адекватности полученной модели. Знак (+)Designs elaborated for triangles,
hexagon and sphere as well as designs
for complete and fraction fractional ex¬
periments on multilevel, Latin square,
etc. were not considered in the given
monograph. At the same time attention
should be paid to the fact that the choice
of design, though being important stage
of spade-work, is of low profile. For in¬
stance, while investigating the efficien¬
cy of additives symmetrical orthogonal
composite design of В-type or that of
Box-Benkin might be used. However, of
principle importance are the target set¬
ting and correctness of empirical data.Verifying adequacy of regression equa¬
tions of the second order, as a whole, does
not differ from methodology stated for linear
and incomplete quadratic dependencies. In
some cases when the design has more than
one central point the degree of freedom cor¬
rection is introduced when determining the
dispersion inadequacy, i.e.^o-1)- (7.1.31)It should be mentioned that during
the experiment it is important to achieve
technological adequacy rather than sta¬
tistical one since the mathematical mod¬
el lacking physical or economic meaning
and not reflecting objectively the regu¬
larities under study is not more than a
toy, i.e. is of no interest.According to the estimated regression
coefficients without the evaluation of
their significance technological or tech¬
nical-economic analysis of quantitative
dependencies is conducted, as a rule, in
equations with the coded values of fac¬
tors.At the first stage of analysis physical or
technical-economic meaning of regression
is investigated. Absolute term in equation
shows the value of the output parameter
when all the factors are at the zero level, i.e.
in the center of the design. Simple compari¬
son of the absolute term with the empirical
one in the center of design provides primary
evaluation of technological adequacy of the
obtained model. The plus “+” during the
306 Технологические основы математического моделирования и компьютеризации.при оценке коэффициента линейного члена
показывает, что его увеличение ведет к по¬
вышению выходного параметра, а отноше¬
ние данной оценки к оценке коэффициента
свободного члена есть относительное значе¬
ние этого увеличения, т. е. «сила фактора» в
принятом интервале варьирования. Но такой
анализ справедлив только в том случае, если
фактор не связан взаимодействием с другим
фактором и не имеет квадратичного члена.
Так, если оценка коэффициента линейного
члена уравнения равна, например, (—2), а при
взаимодействии фактора с другим — (+5), то
увеличение значения фактора приведет к сни¬
жению значения выходного параметра толь¬
ко в том случае, когда значение второго фак¬
тора будет иметь кодированное значение не
более 2/5 = 0,4. Оценка коэффициента при
квадратичном члене показывает, что зависи¬
мость носит параболический характер и при
знаке (+) имеет выпуклость вниз, а при знаке
(—) — выпуклость вверх. При этом в случае
равенства оценок коэффициентов взаимодей¬
ствия факторов нулю экстремум кривой на¬
ходится в точкеevaluation of the coefficient of linear term
shows that its increase results in the rise of
the output parameter and the correlation
of the given evaluation to the estimated
value of the absolute term coefficient is a
relative value of this increase, i.e. “the fac¬
tor pressure” in the adopted variability in¬
terval. However such analysis is valid only
in the case when the factor is not bounded
to another one and does not have a qua¬
dratic ternL For instance, if the estimated
coefficient of the linear term of equation
equals to, let say, (-2), and during its inter¬
action with another factor to (+5) the rise
of it svalue will result in decrease of the
output parameter value only in the case
when the value of the second parameter will
have the coded value no more than 2/5=0.4.
Estimated coefficient of the quadratic term
shows that the dependence is parabolic in
the nature and in case of “+” has a down¬
ward convexity, while incase of - an
upward one. In case when estimated coef¬
ficients equal to zero extremum of the curve
will be situated in the pointXekstr = ~bi/ 2eu- (7.1.32)Знак (+) перед оценкой коэффициента
парного взаимодействия факторов показы¬
вает, что дополнительное увеличение выход¬
ного параметра возможно, если знаки взаи¬
модействующих факторов совпадают. В
многофакторных зависимостях возможны
взаимодействия и более высоких порядков,
однако их значимость обычно невысока. Не¬
обходимо отметить, что указанные замеча¬
ния справедливы только при выражении оце¬
нок коэффициентов в кодированном значе¬
нии факторов.Для опытного специалиста анализ оценок
значений коэффициентов уравнения регрес¬
сии сразу дает представление о характере
полученных данных и эффективности про¬
веденного исследования. Опыт же приходит
постепенно и зависит как от творческого
подхода, так и от объема проведенных ис¬
следований.Если полученные уравнения адекватны,
имеют технологический и экономическийPlus mark before the estimated coef¬
ficients of the first-order interaction fac¬
tors shows that the additional increase of
the output parameter is possible if the sign
of the interacting factors coincide. In mul¬
tifactor dependencies interactions of the
higher order are possible, however their
significance is usually not high. It should
be mentioned that the above mentioned
observations are valid when expressing
the estimated coefficients by the coded
values of the factors.For experienced specialist the analy¬
sis of the estimated regression coefficients
gives an idea about the character of the
obtained data and efficiency of the con¬
ducted research. The experience is gained
gradually and depends on both creative
approach and the volume of conducted
research.If the obtained equations are ade¬
quate, possess technological and econom-
Technological theory of mathematical modeling and computerization of.307смысл, то по ним можно решать следующие
задачи:- интерполяционные;- экстраполяционные;- технико-экономического анализа;- регулирования и управления;- оптимизации;- комплексные.Решение интерполяционных задач позво¬
ляет прогнозировать значения выходных па¬
раметров (например, удобоукладываемости,
прочности и морозостойкости) в пределах
области варьирования факторов. При этом
задачи могут быть не только прямые, но и
обратные, например, когда по уравнению
регрессии прочности бетона определяется
значение Ц/В для получения требуемой
прочности. Наряду с интерполяционными
уравнения регрессии, с некоторой погреш¬
ностью, позволяют решать и экстраполяци¬
онные задачи, т. е. задачи прогнозирования
выходного параметра или значений факто¬
ров за пределами области варьирования.Методы математической теории экспери¬
мента, как показано ранее, могут быть ис¬
пользованы и для получения технико-эконо¬
мических зависимостей, В практической де¬
ятельности важно определить как влияет тот
или иной фактор не только на свойства бе¬
тонной смеси и бетона, но и на издержки
производства. Совместное рассмотрение
свойств бетона и издержек производства
позволяет осуществить многоплановый ко¬
личественный анализ и выбрать наилучшие
решения.Содержание оптимизационных задач
обычно сводится к нахождению сочетания
факторов, обеспечивающих максимальное
или минимальное значение выходного пара¬
метра при заданных ограничениях. Экстре¬
мальные значения интересующих факторов
находят путем последовательного диффе¬
ренцирования уравнения по х., приравнивая
полученные линейные уравнения к нулю. Тог¬
да решение полученных уравнений имеет вид:ical meaning the following tasks can be
solved with their help:- interpolated;- extrapolational;- technical-economic analysis;- regulation and control;- optimization;- complex;Solution of interpolated tasks enables
to forecast the values of the output pa¬
rameters (e.g. workability, strength, frost
resistance) within the factor variability in¬
terval. The tasks might be both direct and
inverse, for instance, when in order to ob¬
tain the required strength the value of
C/W is determined by the concrete
strength regression equation. Along with
the interpolational tasks the regression
equations allow to solve the extrapola¬
tion tasks, though with some error, i.e.
the tasks of forecasting the output pa¬
rameter or values of factors beyond the
variability interval.Methods of mathematical theory of
experiment, as it was shown above, can
be used in order to construct the techni¬
cal-economical dependencies. In practice
it is important to determine in what way
that or another factor influences not only
the concrete mix and concrete properties
but the production costs as well. Joint ex¬
amination of concrete properties and pro¬
duction costs enables to carry out com¬
prehensive quantitative analysis and the
select the best solutions.The content of optimizaion tasks usu¬
ally comes to determination of maximal
or minimal values of the output parame¬
ter at the adopted limitations. Extreme
values of the factors that pose interest are
determined by means of step-by-step dif¬
ferentiation of equation by x{ putting the
obtained linear equations to zero.
The solution of the equations will look
lie this:fcp {xi) = dy/dxi =0;
Ь=А,/А,(7.1.33)
308 Технологические основы математического моделирования и компьютеризации.где А и А — детерминанты матриц, напри
мер для трех искомых х;:-cT(N1b\2bnД =bn-2b22b23ДbnЬгъ-2ЬЪЪwhere Д; and Д - determinants of the matrix,
for instance for three target values of x;:-b\b\2*13~b22b22b2i-hЬгъПри решении задач с двумя и более урав¬
нениями для поиска условного экстремума ис¬
пользуется метод неопределенных множителей
Лагранжа:When solving the tasks with two or more
equations in the search of conditional ex¬
tremum thevLagrange method of undeter¬
mined multipliers:Ут = <Pm(x 1 - *2 •• Xk ) + Mcp(x:,X2...Xk),
dy / dxi = dtp / dxt + Axd<p / dx,.(7.1.35)В некоторых случаях решение такого
типа задач классическими методами ока¬
зывается затруднительным и приходится ис¬
пользовать приближенные методы поиска
экстремума, в частности градиентные.Задачи регулирования и управления
обычно сводятся к определению сочетания
факторов, обеспечивающих заданные пара¬
метры оптимизации, в том числе удобоук¬
ладываемости, прочности и других свойств
бетона. В частном случае задача сводится к
определению значений одного-двух факто¬
ров при других фиксированных значениях.Наиболее интересны задачи комплексно¬
го оптимального регулирования и управле¬
ния, в которых необходимо отыскать наи¬
лучшее соотношение факторов. Этот тип
задач основывается на всех ранее рассмот¬
ренных и предполагает широкое использо¬
вание ЭВМ. Так, поместив в память ЭВМ
систему уравнений свойств и технико-эко¬
номических показателей бетона, с помощью
специального алгоритма можно осуще¬
ствить автоматизированное управление тех¬
нологическим процессом. Роль лаборато¬
рии в данной системе будет сводиться толь¬
ко к экспрессному контролю качества.Необходимо предостеречь от примитив¬
ного и формального анализов уравнений.
Наряду с этим следует обратить внимание
на необходимость наличия здравого смыс¬
ла при технологическом и технико-эконо-In some cases the solution of this kind
of tasks with the help of classical methods
turns out to be difficult and approximate
approaches for the determination of extre¬
mum, in particular gradient method, have
to be used.Tasks of regulation and control come
to determination of combination of factors
providing for the adopted parameters of
optimization, including workability,
strength and other properties. In particu¬
lar the tasks comes to determination of val¬
ues of one or two factors other values be¬
ing specified.The most interesting are complex and
optimization tasks, which require the de¬
termination of the best correlation of fac¬
tors. This type is based on the all above¬
mentioned ones and suggests the applica¬
tion of computers. For instance, writing
the set of equations describing the prop¬
erties and technical-economic indices of
concrete automated management of the
engineering processes can be carried out
with the help of a special algorithm. The
role of laboratory in the given system will
come to the quality express control.It is necessary to warn against the prim¬
itive and formal analysis of equations.
Along with it one should stick to common
sense during the technological and techni¬
cal-economical analysis of equations. One
Technological theory of mathematical modeling and computerization of.309мическом анализе уравнений. От получен¬
ных уравнений не нужно ожидать чуда и от¬
крытий, если их нет в эксперименте и техни¬
ко-экономических расчетах.Применение математического моделиро¬
вания, и в частности методов математичес¬
кой теории эксперимента, позволяет не толь¬
ко уменьшить объем экспериментальных ра¬
бот, но и создает предпосылки для форми¬
рования четкой стратегии и тактики прове¬
дения многопланового технологического и
технико-экономического анализов. Однако
при увеличении физических объемов иссле¬
дований приходится сталкиваться с боль¬
шим объемом вычислительных работ. Та¬
кую рутинную работу должна выполнять
ЭВМ.should not wait for miracle or discoveries
during the analysis of the obtained equations
if there are none in the experiment and tech¬
nical-economic calculations.Application of mathematical model¬
ing, in particular of methods of mathe¬
matical theory of experiment, enables
both to decrease the volume of experi¬
mental work and to create the prerequi¬
sites for constructing distinct comprehen¬
sive technological and technical-econom¬
ical analysis strategy and tactics. Howev¬
er, while increasing physical volumes of
research one might face big volume of
computing. This routine work should be
conducted by computers.7.2. Основы алгоритмизацииДля реализации задач на ЭВМ необхо¬
димо разработать метод решения и предста¬
вить его в виде алгоритма и программы. В
наиболее общем виде алгоритм представля¬
ет собой последовательную систему указа¬
ний и команд, а программа — запись алго¬
ритма на языке программирования для ре¬
шения поставленной задачи. Таким образом,
еще до использования ЭВМ следует четко
сформулировать задачу, получить ее мате¬
матическую модель, найти способ решения
и разработать соответствующий алгоритм.ЭВМ применяется уже на последних стади¬
ях исследования и управления и включает в
себя: ввод исходных данных и программы рас¬
четов, отладку и тестирование программы, вы¬
числительный процесс, анализ результатов и уп¬
равление технологическим процессом.Заметим, что алгоритмы используются не
только для решения математических задач,
но и в повседневной практике, в том числе и
технологической. Каждый технолог, ставя
определенную техническую задачу, всегда
мысленно разрабатывает для себя последо¬
вательные действия, направленные на дос-7.2. Basics of algorithmizationIn order to carry out the tasks on com¬
puters method of solution should be elab¬
orated and presented in the form of the
algorithm and software. In general, algo¬
rithm represent a succession of instruc¬
tions and commands; a software - algo¬
rithm written on the computer language.
Therefore, before using the computers
one should have a clear view of the task,
construct a mathematical model, find a
solution method and design correspond¬
ing algorithm.Computers are applied on the final stag¬
es of research and control, which include:
input of basic data and the program, adjust¬
ing and testing of the program, computa¬
tional process, analysis of the results and
control of engineering process.It should be mentioned that the algo¬
rithms are not used only for solving the
mathematical problems, but in the every¬
day practice as well, including technolog¬
ical one. Each production engineer while
issuing the challenge always elaborate in
his mind the succession of action aimed
310 Технологические основы математического моделирования и компьютеризации.тижение поставленной цели. Так как пос¬
ледовательные действия составляются для
другого лица, а в данном случае для ЭВМ,
указания по их выполнению должны быть
сформулированы в виде точной системы ко¬
манд. Команды алгоритмов для решения за¬
дач должны быть дискретными, т. е. разде¬
ленными между собой. Сам же алгоритм дол¬
жен быть детерминирован, т. е. не иметь дву¬
значного толкования, простым в исполнении,
универсальным, адекватным процессу, ре¬
зультативным. Профессионалы ставят еще
требования и к оптимальности алгоритма.Исполнение алгоритма связано с после¬
довательностью и альтернативностью дей¬
ствий, повторений, использованием вспомо¬
гательных расчетов. Построение алгоритма
требует от исполнителя глубоких знаний тех¬
нологии производства и возможностей ЭВМ.
Обычно над алгоритмом работают два ис¬
полнителя — технолог и программист. Сам
процесс разработки алгоритма называют ал¬
горитмизацией.Алгоритмы могут быть записаны по опре¬
деленным правилам словесно, таблично или
графически. Наиболее перспективно составле¬
ние алгоритмов графически в виде блок-схем
со словесным пояснением. Блок-схемы алго¬
ритмов располагаются сверху вниз с нумера¬
цией команд. Линии, соединяющие отдельные
блоки, показывают направления выполнения
действий и называются ветвями.Основные элементы алгоритма: обозначе¬
ние начала и окончания, выполнение операций,
логический элемент, ввод и вывод данных. Ос¬
новные правила обозначения алгоритмов в
блок-схемах приведены на рис. 7.2.1.Алгоритмы в зависимости от типа связей
отдельных блоков (следование, ветвление и по¬
вторение) делят на линейные, разветвленные и
цикличные. Линейный алгоритм изображается
последовательностью связанных блоков и не
содержит логических действий. Разветвленный
алгоритм содержит одно или несколько логи¬
ческих действий. Цикличный алгоритм содер-at goal attainment. Since the succession
of actions is designed for another person,
in this case the computers, guidelines for
carrying out the instructions should be
formulated in the form of exact system of
commands. Command instruction should
be discrete, i.e. separated between each
other. The algorithm itself should be de¬
terministic, i.e. do not have the two-val¬
ued interpretation, be simple to perform,
universal, adequate to the process, effec¬
tive. Professional put in claims the opti¬
mality of algorithm.Implementation of an algorithm is as¬
sociated with the sequence and alternative
of operations, repetition, use of additional
calculations. Algorithm development re¬
quires deep knowledge of production tech¬
nology and computer abilities. Usually two
performers are working on the algorithm- production engineer and the program¬
mer. The process of algorithm develop¬
ment is called algorithmization.Algorithms can be compiled according
to certain rules, in the forms of tables or
graphically. The most perspective method
is to design the algorithms graphically in
the form of flow charts with the verbal ex¬
planations. Flow charts are located verti¬
cally; the commands are numbered. The
lines connecting the separate charts shows
the execution sequence and are called legs.Basic elements of the algorithm are: the
end and the finish name, performance of
the operation, logic cell, data input/output.
Basic rules of flow charts are presented at
the fig. 7.2.1.Depending on the connection type of
the charts (sequencing, ramification, and
repetition) are divided into linear,
branching, and cyclic. Linear algorithm
is presented as a series of blocks and does
not possess logical actions. Ramification
algorithm contains one or several logical
actions. Cyclic algorithm contains one
Technological theory of mathematical modeling and computerization of.311НачалоStartНачало и окончание алгоритма
beginning and termination of algorithmСОстановEndФормула или обозначение
операции и функции
Formula or designation of
operation and functionВыполнение операции или группы последовательных
операцийCarrying out the operation or group of successive actionsХарактеристика блока
Characteristics of the block0сC7ОБлок-условие логического или арифметического сравне¬
нияBlock-condition of logical or arithmetic comparisonИспользование предварительно разработанных блоков
Use of preliminary developed blocksВвод и вывод данных на бумажном носителе инфор¬
мацииInput/output of data on the paper carrierВвод и вывод данных на перфокартном носителе ин¬
формацииInput/output of data on the punched card carrierВвод и вывод данных на перфолентных носителях ин¬
формацииInput/output of data on the tape carrierСоединительный блок
Junction blockМежстраничный соединитель
Page connectorБлок вывода информации на экран дисплея
Display output unitБлок вывода информации на печатающее устройство
Printer output unitБлок ввода информации
Input unitРис. 7.2.1. Обозначения в блок-
схемах алгоритмовFig. 7.2.1. Table of symbols in the
flow chart algorithm
312 Технологические основы математического моделирования и компьютеризации.С Начало Л
Start j/ a\’ a2...a„ /<P\(a\,a2)cp2(ai —a„)f Дисплей
V Displayr Останов ЛI End JНачало )Start JФ, (a„a2)(p2(ax...a„)Рис. 7.2.2. Условные изображения алгоритмов:а — линейный; b — разветвленный; с — цик¬
личный.жит одну или несколько повторяющихся час¬
тей. Примеры условных изображений приве¬
дены на рис. 7.2.2.Для примера рассмотрим построение ал¬
горитма для решения трехфакторной опти¬
мизационной задачи, в которой необходимо
определить сочетание факторов Х],Х2 их3,
обеспечивающих максимальную прочность
бетона у. Зависимость прочности бетона от
основных факторов выражена уравнением
регрессии второго порядка:Fig. 7.2.2. Symbolic notations of algorithms:a - linear; b - ramified; с - cyclic.or several repetitive parts. Examples of
symbolic representation are cited at the
fig. 7.2.2.As an illustration we shall examine the
development of algorithm for solution of
three-factor optimization problem, in which
the combination of factors x;, x2, x3 provid¬
ing for the maximum strength of concrete у
should be determined. Concrete strength de¬
pendence on the main factors is expressed
by the second-order regression equation:ay = bQ +6jX] +b2x2 +63X3 -buxj2 -b22x\ ~Ьъъх\ +bx2xxx2 +buxxx2 +b23x2x3. (7.2.1)
Technological theory of mathematical modeling and computerization of.313Дифференцируя уравнение по xx,x2 иx3
и приравнивая его нулю, получаем следую¬
щую систему:Differentiating the equation according
to Xj, x2, Xj and putting it to zero we shall
obtain the following system:bt -2buXj +bux2 +613x3 =0;b2 +b\2X\ ~^b22X2 b23 x3 = 0’
Рз + *13*1 + b23x2
Обозначив детерминанты матрицы2Ьззхз =°-(7.2.2)Having designated the determinants of
the matrixД =-2 bnb\2b\3t12“2^22b23t13b23-2 b}32 A,b\2*13=— b22*22b23~b3b2-2b33bn~bxb\3=b\2~b3b23b\3~b3-2 b33-2bub\2~b\=b\2-2 b22~b2b\3b23~b3(7.2.3)получаемwe shall receive*opt, =Ai/A-'
*opt2 =Д2/а-'*oPt3 =А3/Д.(7.2.4)Алгоритм решения задачи на ЭВМ доволь¬
но простой (рис. 7.2.3). Этот алгоритм может
быть использован как типовой для решения
трехфакторных оптимизационных задач.
Если значения квадратичных коэффициентов
оказываются положительными (случай мини¬
мума), то они берутся со своими знаками. Ана¬
логично решается задача поиска оптимума и
при числе факторов более трех.Построение алгоритмов для программи¬
руемых микрокалькуляторов (ПМК) имеет
ряд особенностей. Например, в ПМК не
указывается тип переменных, так как все
действия осуществляются с вещественнымиAlgorithm for the solution of this task
is quite simple. It can be used as a model
one for solution of three-factors optimi¬
zation problems. If the values of the qua¬
dratic coefficients are positive (example
of minimum) they are used with their
signs. The task of optimum determination
in case of three factors is solved
similarly.Development of algorithms for pro¬
grammed microcalculators has a num¬
ber of peculiarities. For instance, micro¬
calculator does not indicate the type of
variables since all operations are car-A.
314 Технологические основы математического моделирования и компьютеризации.факторами. В алгоритм
для ПМК из-за ограничен¬
ных возможностей вклю¬
чается распределение па¬
мяти. Поэтому каждому
фактору, промежуточному
значению и результату
расчета ставится в соот¬
ветствие регистр памяти.Знак равенства в языке
описания алгоритма ис¬
пользуется и как знак при¬
своения. Для ПМК вво¬
дятся также дополнитель¬
ные команды: «ВВЕСТИ
(ВВ)»; «ВЫДАТЬ (ВЫ)»;«НАЖАТЬ (НЖ)».В случае применения
ПМК или ПЭВМ алго¬
ритм должен быть в пер¬
вую очередь ориентиро¬
ван на пользователя и со¬
держание вычислительно¬
го процесса.Первый этап компьюте¬
ризации производства —
массовое применение про¬
граммируемых микрокаль¬
куляторов.Программирование на
микрокалькуляторах не тре¬
бует от пользователя специ¬
альных знаний. Вначале ис¬
следований оптимальность
разработанной программы
не играет решающего значе¬
ния. Поэтому любой вариант
программы, обеспечиваю¬
щий получение верного ре¬
зультата, можно считать при¬
емлемым.Несмотря на большие достоинства
ПМК, не могут быть использованы для ре¬
шения задач, требующих быстродействия и
большого объема памяти.Поэтому на следующем этапе компьютери¬
зации производства применяются ПЭВМ.ried out with the real-val¬
ued factors. Memory al¬
lotment is included into
the algorithm for micro¬
calculators due to the lim¬
ited abilities. That is why
each factor, intermediate
value and calculation re¬
sult is allotted the memo¬
ry register. Sign of equal¬
ity in the algorithm de¬
scription language is used
as a colon equal symbol
Additional commands are
used for microcalculator:
INPUT, GENERATE,
and PRESS.When using microcal¬
culator or personal com¬
puter the algorithm
should be, first of all, tar¬
geted at the user and the
contents of the computa¬
tional process.The first stage of pro¬
duction computerization- is a mass application of
programmed microcalcu¬
lators.Programming on mi¬
crocalculators does not re¬
quire special knowledge on
the part of the user. At the
beginning of research the
optimality of the program
does not have any decisive
meaning. That is why any
variant of the program en¬
suring entailing the cor¬
rect answer might be con¬
sidered acceptable.
Despite the significant advantages of
microcomputers they cannot be used for
solution of the tasks requiring process¬
ing speed and big volume of memory.That is why on the consequent stages of
computerization personal computers are used.Рис. 7.2.3. Блок-схема
алгоритма решения трех¬
факторной оптимизацион¬
ной задачиFig. 7.2.3. Block scheme
algorithm for solving three
factor optimization objectives
Technological theory of mathematical modeling and computerization of.315Одна из основных проблем функционирова¬
ния ПЭВМ—ее программное обеспечение. Как
правило, в комплект ПЭВМ входят и типовые
программы на гибких дисках. В основном же,
программным обеспечением занимается пользо¬
ватель. Программное обеспечение современных
ПЭВМ состоит обычно из четырех частей: сис¬
темные, сервисные программные средства, об¬
служивающие программные средства и при¬
кладное программное обеспечение.На рис. 7.2.4 представлен алгоритм рас¬
чета оперативного регулирования и учета
расхода материалов с помощью ЭВМ. Если
известные отечественные и зарубежные
программы расчетов основаны на вычисле¬
нии состава бетона по известным эмпири¬
ческим формулам или заготовленным пред¬
варительно таблицам, то представленный
алгоритм позволяет осуществлять опера¬
тивное управление процессом на основе ре¬
альных экспериментальных зависимостей,
полученных непосредственно на производ¬
стве. Наряду с расчетом дозировочного ли¬
ста (табл. 7.2.1) реализация представленно¬
го алгоритма позволяет осуществлять тех¬
нико-экономический анализ рецептурно¬
технологических решений (табл. 7.2.2) и про¬
водить оперативный учет расхода компонентов
бетонной смеси, включая движение материалов
по складу (табл. 7.2.3).Ничего подобного без математического
моделирования и ЭВМ осуществить прак¬
тически невозможно. Хотя не следует забы¬
вать, что математическое моделирование и
ЭВМ лишь только инструмент в арсенале
знающего и опытного технолога.Таким образом, применение ПЭВМ дает
возможость не только решать целый класс за¬
дач, который в обычных условиях немыслим,
но и изменять характер мышления специалис¬
тов.One of the main problems of the per¬
sonal computers is the software. As a
rule model programs on floppy disks
are the part of the software applica¬
tion. As a rule the user deals with the
software. It consists of the following
four parts: systems program, service
tools, utilities and application soft¬
ware.The algorithm for calculation of op¬
erational regulation and accounting of
the raw materials consumption is pre¬
sented at fig. 7.2.4 The existing domes¬
tic and foreign calculation programs are
based on the calculation of concrete
mix according to the existing snap for¬
mulas or prepared tables. Given algo¬
rithm enables to carry out operation¬
al control of the process based on real
observed dependencies obtained imme¬
diately on the production. Along with
the calculation of the dosage list (ta¬
ble 7.2.1) the implementation of the
given algorithm enables to carry out
technical-economic analysis of formu¬
la-technological solutions (ta¬
ble.7.2.2) and to take stock of concrete
mix components consumption, includ¬
ing the material flow in the warehouse
(table 7.2.3).It is not possible to carry out something
like this without the mathematical model¬
ing and computers. One should not forget
that mathematical modeling and comput¬
ers is only the tool in the arsenal of compe¬
tent and experienced production engineer.Therefore, application of computers
enables both to solve a whole series of
problems, which is impossible in the regu¬
lar conditions, and to change the mentali¬
ty of the experts.
316 Технологические основы математического моделирования и компьютеризации.Исходные данные
Input dateА, К, R^,R",B, RT,y, F, W,в\’в2’в\1'в22’с\’с2’с\\' c22 >TT% гт % J-i TTT F Fc\2< Д\Ъ’Дги,’Fmax'Wmax’aQ ’a\ •
a™, <, НГ, вв,Ав, Д, в0,kt,3/Ц,
Д\“ /Дг - a0. aj, a2, Рщ, Рщ, рц,Рз-Рп>Р°Л ,вв,Пщ,Щп,Щх/Щ2,
П\ / п2, 5Ц, SB, S3, Sm], 5щ2 , 5п1, Sn2,Sjv.S^.V^.W^Wn.C^V,Rn=B/( 1-1,64FC)л R«=(Rcn+S,2R
+ с2 ДГц + С11 д+ с, 2 д^д^)/\)-[\ + (сх Д* +%2 , п%,2 ,
ц 22 Дгц +юоуi = 0; (Ц / 5)п = Rn! AR*-K-,i = i + 1RT =R° Rn/100<T = (RcaT +Z,2Rl)-[\ + (e{ Д* +
+ e2 Дтц +eU Д'ы +e22 Дги ++ e,2 Д°?и Д1У)/Ш]•Г —(Ц/В)г = RT/AT R*T -KT\i' +1A Rv/A(Ц/В)- КЦ/В = (Ц/B)0(Ц/В) = (Ц/В)]Кig(^1)1 /а(Ц/В),FmaxЩ/В)^ = [а” -\g{A"WmJW-\)]la?у = 0К- +% ={В0 +[(\+кл(Ц/В)2(НГ)2^Л]/50-
■[\-АъД%У2(Ц/в/гу^/100]= (Ц/В)(Ц/В)х= 1,8(Ц/В),Рис.7,2.4. Блок-схема оперативного регулирования составов бетона
в процессе производства.
Technological theory of mathematical modeling and computerization of.317Д i= Д ■Д i= 0Д\ =Д/(\+Д2/Д1); Д, -Д-ДхЦ = ЦЗ/(\+3/Ц);3 = ЦЗ-ЦS = (5„ Ц + 0,1 S, В6с) /1 ООО + £ Sw Щ, /1 ОООр'^,I2 _ 2
+ /1000р“ + 2>д|Д, /1000+5пр1>Га = а0 +а1(>’/Дбс) + а2ДбсЩ =1000/('ущ - а/Рщ + 1/| Я = /1000 -(Ц/рц+Зр3+Я//р°щ-1Ущщ /юо +ябс /Р„ +бв;уР“/Д = {р^[Щ(1-Щп/100)/р°щ--я/яп /10ф“]}/(1-ящ /\оо~Щп /100)П = {р“ [Я(1 - Ящ /100) / р°п - ЯЩщ /
/100Рщ]}/(1-Ящ/100-///п/100)Я/,=Я/, Щ2=0" f'"'Щ] =Щ/(\ + Щ2 / Щ\), щ2=щ-щ,<^я,/я2 =T^>-Я = Я, Я-= 0Я, =П/(\ + П2/Пу), п2 = я-я,Печать формы 1
Printing form №1
Выход
Exitц? = ц-у3Щ\3=Щ,м,тХУ3/ШЩ2з = Щ2»щ2У3/тЯ1з = Я, wnlK3 /100П2з - ^2wn2 Уз/100Д1з=100Д,/СД|Д2з=100Д2/СД25бСЗ=/56с-£^щ|Щ;/100-12 _ 2 2
-^вд/юо-^юод/од+^у-г,Печать формы 2
Printing the form №2^
Выход
ExitFig. 7.2.4. Flow chart of concretex mix adjustment in the process of production
Табл. 7.2.1. ДОЗИРОВОЧНЫЙ ЛИСТ № Table. 7.2.1. Dosage list № Дата «—» 2001 г. Завод Date « » 2001 g. Manufacturing plantИсходные данные Input dataЦемент ПЦ-Д20, М400, НГ = 26,5%, рч =3,08, Щ„= 0,02, Пщ= 0,05
Д:/Д = 1 Щ1/Щ2=0, Рщ =2,112, р" =1,4 р° =2,64 рд = 1,05 р"=1,46Кодилиназ¬ва¬ниекон¬стру¬кцииПроектный показательРежимтепловойобработкиВлажностьзаполнителейWОбъемгото¬вогозамесаv, г’,v3,м3Показатель
прочности цементаРасход материалов, кгКласс
(В)
или
тре¬
буе¬
мая
проч¬
ность
бето¬
на (R)Тре¬буе¬маяпроч¬ностьпос¬ле-теп¬ловойобра¬ботки(Ro%)или(Rt)Мо-розо-стой¬кость(F)Водо-про-ница-емость(W),МПаУдо-боук-лады-вае-мостьбе¬тон¬нойсмеси(Y),см,секДли¬тель¬ностьТем¬пе¬ра-тура,°Сприпропари¬ванииввозрасте
28 сутЦе¬мент(Ц).Вода(Вбс),Зо¬ла(3),КрупныйзаполнительтПесок(п)Добавки(Я)WЧ1WЩ2Wп1Wп2приизги¬бег> иЦТприсжа¬тииКприиз¬ги¬беКприсжа¬тииКыыNЫ(д2)1В10.0---2.5-200.000.000.000.001.004.1025.505.5237.40234169065660660405143В10.0---2.5-200.920.642.922.300.334.1025.505.5237.40774702182012050254В10.0---7.0-200.000.000.000.001.004.1025.505.5237.40250181063058260705155В10.0---7.0-200.920.642.922.301.264.1025.505.5237.40315198080173978206198В15.0801000.27.0-200.000.000.000.001.004.1025.505.5237.40420173062857945608259В15.0801000.27.012800.920.642.922.301.264.1025.505.5237.40530189079873459201132318 Технологические основы математического моделирования и компьютеризации...
Табл. 7.2.2. Расчет и технико-економический Table 7.2.2. Calculation and technical-economicalанализ составов бетона analysis of concrete mixИсходные данные Input dateЦемент ПЦ-Д20, M400, ЯГ = 26,5%, p„ =3,08, Щп =0,02, Пщ =0,05Д,/Д = 1 Щ1/Щ2= 0, р° =2,772, р" =1,4 р°=2,64 рд = 1,05 р”=1,46Класс
(В) или
требу¬
емая
проч¬
ность
бето¬
на при
сжа¬
тии (R)T ребу-
емая
проч¬
ность
после
теплое,
обра¬
ботки
(Ro%)
или
(Rt)Моро-30-стой¬кость(F)Водо-прони-цае-мость,МПатПроект¬
ная
проч¬
ность
при осе¬
вом рас¬
тяженииУдобо-
уклады-
ваемость
бетонной
смеси, У,
осадка ко¬
нуса, см,
жесткость
секПроч¬ностьце¬ментаприсжа¬тииК-МПаМакси¬мальнаякруп¬ностьзапол¬нителя,ммРежимтепловойобработкиРасход материалов на 1 м3 бетона, кгИздержки
произ¬
водства,
уел. ед.Приме-чаниеДлите¬льность,чТем¬пера¬тура,■сЦе¬ментШ)Вода(Вбс)Крупныйзаполнитель(щ)Мелкийзапол¬нитель{п)Зола(3),кгДобавки(а)ММЫыдо 1999В12.570---15.039.22013853112041128071901.241.240.5672В15.070■--15.039.22013853432041129069101.371.370.5988В20.070---15.039.22013854152081128061901.661.660.6706В25.070---15.039.22013855152171124051202.062.060.7702В30.070■--15.039.22013856292291118039102.512.510.8824В12.585---15.039.22013853452041129068901.381.380.6011В15.085---15.039.22013853862051129064901.551.550.6425В20.085---15.039.22013854842141125054501.941.940.7397В25.085---15.039.22013855952261120042702.382.380.8489В30.085---15.039.2201385Пересмотреть исходные данные! Цем.=719.676717
Вода=238.770741Technological theory of mathematical modeling and computerization of... 319
Табл. 7.2.3. Материально-технический отчет приготовления Table 7.2.3. Material-technical report aboutбетонной смеси concrete mix preparationИсходные данные Input dateЦемент ПЦ-Д20, M400, НГ = 26,5%, p„=3,08, Щп = 0,02, Пщ= 0,05
Дх/Д = 1 ///, /Щ2 =0, р° = 2,112, р" =1,4 Р°„=2,64 Рд =1,05 р" = 1,46КодНаименованиеККFМ^maxОбъем,м3ЦЩ1Щ2п,П2вД1Да122Перегородки с.1.43100100...-2018,90норма0,2680,8830,0000,2970,0000,1390,750,751-14Факт.0,2510,8830,0000,2970,0000,1390,750,75всего4,75016,6840,0005,6090,0002,62514,1714,17сумма94,520102,4400,0006,2800,0000,0304,820,99212Плитыфундаментов1070...-409,40норма0,2221,0610,0000,2740,0000,0820,670,67Гост: 3530-85Факт.0,2221,0610,0000,2740,0000,0820,670,67всего2,0879,9620,0002,5700,0000,7706,296,29сумма41,53061,1700,0002,8800,0000,0102,140,44412Плитыфундаментов12,570...-4027,08норма0,2221,0600,0000,2740,0000,0830,670,67Гост: 13380-85Факт.0,2221,0600,0000,27415,0000,0830,670,67всего6,01528,6880,0007,4050,0002,24716,1418,14сумма119,690176,1500,0008,2900,0000,0206,171,27ОБЩИЙ РАСХОД МАТЕРИАЛОВ55,35норма13,15655,3340,00015,5840,0005,64238,5938,59Факт.12,85255,3340,00015,5840,0005,64238,6038,60Норма(Р)261,806339,7530,00017,4540,0000,05613,122,70Факт (Р)255,740339,7600,00017,4500,0000,06013,132,70ОСТАТКИМАТЕРИАЛОВ279,1329,70,0190,4250,02414134961Экономия (перерасход) цемента: 304533Снижение затрат: 6,05246320 Технологические основы математического моделирования и компьютеризации...
Technological theory of mathematical modeling and computerization of.321R„ RT У F Wуправления приготовлением бетонной смеси: 1 —прямая связь; 2—обратная связь;Rc, R„, F, W, У, V — проектные и расчет¬
ные показатели;У] V — фактические значения удобоукладывае¬
мости бетонной смеси и объема готового замеса;
Ц, Щ, П, Вбс, Д — расчетные значения рас¬
хода цемента, крупного и мелкого заполните¬
лей, воды н добавки;м>щ • wn — влажность крупного и мелкого за¬
полнителей;Щп • — показатели гранулометрическо¬
го состава крупного и мелкого заполнителей;
Rlf| FI Г — прочность и нормальная густота
цемента;а— коэффициент раздвижки зеренcontrol over concrete mix preparation:— 7 1 - feedforward; 2 - feedback;Rc, Rn, F, W, У, V — design and calculat¬
ed parameter;У, V — real values of concrete workability and
the volume of the prepared batch;
Ц,Щ,П,Вбс,Д — calculated values of ce¬
ment consumption, coarse and fine aggregate,
water and additive;wu) ’ wn — humidity of coarse and fine aggre¬
gate;Щ„. Пщ — indices of granulometric content
of coarse and fine aggregate
R^ H Г — strength and regular density of
cement;a— grain separation coefficient.
322 Технологические основы математического моделирования и компьютеризации.7.3. Управление технологическими
процессами с помощью ЭВМЛогическим завершением успешного ис¬
пользования современных математических ме¬
тодов и ЭВМ является создание и функциони¬
рование автоматизированной системы управ¬
ления технологическим процессом (АСУ ТП).
Казалось бы, ничего нового, тем более сложно¬
го, в этом нет, так как многие предприятия, ус¬
тановив на заводе ЭВМ для расчета отдельных
конструкций, смет, зарплаты или физического
объема работ, уже давно отчитались о внедре¬
нии автоматизированных систем САПР или
АСУП. Хотя число счетных работников от это¬
го, как правило, не уменьшилось, а количество
и качество продукции не повысилось, упрощен¬
ное понимание роли ЭВМ на производстве уже
сложилось. Поэтому, не утруждая себя беспо¬
лезными дискуссиями, рассмотрим проблему ре¬
гулирования и управленш на понятийном уров¬
не и конкретных примерах.Понятия регулирования и управления техно¬
логическим процессом в данной работе будем
рассматривать как обеспечение системы воздей¬
ствий на составы бетона, режимы приготовле¬
ния, формования и твердения, обеспечивающие
наилучший результат. Эти воздействия реали¬
зуются технологическим оборудованием через
аналоговые или электронно-вычислительные
машины или системы, датчики и исполнитель¬
ные механизмы. Под термином «регулируемый
и управляемый технологический процесс» будем
понимать процесс, для которого определены ис¬
ходные данные, зависимости влияния основных
факторов на свойства бетона, управляющие и
управляемые воздействия. Такой процесс—ос¬
нова для подготовки АСУ ТП. При этом с пози¬
ций регулирования и управления безразлично,
выполняется процесс автоматически, полуавто¬
матически или вручную. И только АСУ ТП по¬
зволяет его полностью или частично автомати¬
зировать.В зависимости от уровней решаемых задач,
числа контролируемых параметров и управ¬
ляющих воздействий виды функций системы
управления делятся на: централизованный
контроль; управление в режиме советчика или
в замкнутом цикле; простые и сложные; логи¬
ко-программные и комплексные.7.3. Computer-assisted control of
engineering processesLogical conclusion of successful appli¬
cation of mathematical methods and com¬
puters is creation and functioning of pro¬
cess control system (PCS). It seems there
is nothing new, moreover, complicated,
in it since many enterprises having intro¬
duced PCS into the production for the
purpose of calculation of individual con¬
structions^ estimates, salary, or physical
volume of the work have reported about
computerization of CAD systems and
CAM systems. Though the number of ac¬
count clerks did not diminish and quality
and quantity of the produce did not in¬
crease, simplified understanding of com¬
puters role in production have been
formed. Let us examine the problem of
regulation and control on the concept lev¬
el and specific examples.Concept of control and regulation of
engineering process in this work will be
examined as a system of impacts on con¬
crete mixes, preparation modes, molding
and hardening, providing for the best re¬
sult. These impacts are realized by the
technological equipment by way of ana¬
log and electronic computers or systems,
sensors and actuating mechanism. Under
the term “regulated and controlled engi¬
neering process” we shall understand the
process, for which the input data, con¬
crete strength dependencies on main fac¬
tors, guiding impacts and those being
guided. Such process is a basis for prepa¬
ration of PCS. From the standpoint of
regulation and control it does not matter
if the process is monitored automatical¬
ly, semi-automatic, or manually. Only
PCS allows to automize it completely or
partially.Depending on the level of the current
problems the number of controlled param¬
eters and guiding impacts the types of func¬
tions of system control are divided into:
centralised control, control in the mode of ad-
vice-giver or in the closed loop, simple or com¬
plex; logic-programmed and integrated.
Technological theory of mathematical modeling and computerization of.323Регулирование и управление технологи¬
ческим процессом на заводе осуществляют
инженер-лаборант, оператор БСУ, формов¬
щик и оператор тепловых агрегатов. До¬
вольно часто, но не всегда эффективно уп¬
равляющие воздействия оказывает и адми¬
нистрация. Разрабатывая дозировочный
лист и режим тепловой обработки, инженер-
лаборант задает управляющие воздействия
на технологический процесс в зависимости
от требуемых свойств бетонной смеси и бе¬
тона и изменяющихся факторов (активность
цемента, влажность и гранулометрический
состав заполнителей, требуемая оборачива¬
емость тепловых агрегатов и т. п.). В про¬
цессе производства приходится корректиро¬
вать расход воды, цемента, соотношение за¬
полнителей, температуру и длительность
тепловой обработки. С учетом того, что чис¬
ло факторов велико, а количественных зави¬
симостей, как правило, на заводе нет, регу¬
лирование технологического процесса до¬
вольно часто сводится к тому, чтобы доба¬
вить или убавить цемент, воду, песок, ще¬
бень, допарить бетон или оставить на есте¬
ственное дозревание. Понятно, что даже при
большом опыте управленца ожидать высо¬
кого качества и снижения издержек произ¬
водства при таком регулировании не прихо¬
дится.Более эффективное регулирование и управ¬
ление технологическими процессами могут быть
обеспечены с помощью ПЭВМ. Например, по¬
лучив количественные зависимости свойств бе¬
тонной смеси и бетона от основных факторов,
можно нетолько определять наиболее эффектив¬
ные составы бетона и режимы твердения, но и
осуществлять оптимальное регулирование тех¬
нологического процесса путем оперативной вы¬
дачи дозировочных листов при изменении
свойств материалов и условий производства, ве¬
сти ежесменный учет расхода и движения мате¬
риалов. Решение этой задачи имеет не только
научное и инженерное значение, но и создает
предпосылки для повышения экономической
ответственности и заинтересованности, перехо¬
да на действительный, а не декларируемый хо¬
зяйственный расчет. В данном случае речь идет
о комплексной системе расчета, анализа, опе¬
ративного регулирования и учета расхода ма-Engineer-laboratory assistant, БСУ
operator, moulder and operator of heat
generator carry out regulation and con¬
trol of engineering process. (Quite often
but not always efficiently guiding impacts
are carried out by the administration of
the enterprise). Elaborating the dosage list
and the mode of the thermal treatment the
laboratory assistant engineer sets the
guiding impacts on the engineering pro¬
cess depending on the required properties
of concrete mix and concrete and the
changing factors (cement activity, humid¬
ity and granulometric contents of aggre¬
gates, required turnaround of thermal
unit, etc.) In the process of production it
is necessary to adjust the consumption of
water, cement, correlation of aggregates,
temperature and period of thermal treatment.
Taking into consideration that the number
of factors is high, and, as a rule, there are no
quantitative dependencies on the plant, reg¬
ulation of the engineering process quite often
comes to addition or reduction of cement,
water, sand, crashed stone, to apply steam¬
ing of concrete or leave it for natural matur¬
ing. It is understood that even in case of ex¬
tensive experience of administrator one should
not wait for high quality and reduction of pro¬
duction costs during such regulation.More efficient control and regulation of
the engineering process might be maintained
by personal computers. For instance, having
obtained quantitative dependencies of con¬
crete mix properties on the main factors, one
can not only determine the most efficient con¬
crete mixes and hardening modes, but regu¬
late the engineering process on-the-fly by way
of issuing dosage lists should the material
properties as well as the properties of produc¬
tion change, take stock of consumption and
flow of materials on the monthly basis. Solu¬
tion of this problem does not possess any sci¬
entific and engineering meaning, but creates
prerequisites for increase of economic respon¬
sibility and commitment, transition to the real
self-supporting running instead of the de¬
clared one. In this particular case the matter
concerns integrated system of accounting,
analysis, operative regulation and account of
324 Технологические основы математического моделирования и компьютеризации.териалов для приготовления бетонной смеси,
которая может служить одной из составных ча¬
стей АСУП.Наиболее полно математические методы и
вычислительная техника могут быть использо¬
ваны в технологическом процессе через управ¬
ляющие аналоговые или электронно-вычисли¬
тельные машины. Для заводов по производству
бетона и железобетона в настоящее время наи¬
более экономично использование одной-двух
управляющих ЭВМ, работающих в режиме раз¬
деления времени. К управляющим ЭВМ
предъявляются следующие основные требования:- надежность и быстродействие;- наличие постоянной (ПЗУ) и оператив¬
ной (ОЗУ) памяти, обеспечивающей возмож¬
ность увеличения объема информации;- наличие аппаратных средств, обеспечи¬
вающих взаимосвязь с большим числом (до
100) источников и приемников информации;- мультипрограммный характер выполне¬
ния программ, возможность обмена информа¬
цией и решения задач в реальном времени;- совместимость с датчиками и исполни¬
тельными механизмами;- низкая трудоемкость и простота в уп¬
равлении.Понятно, что при современном уровне техни¬
ческой оснащенности заводов речь пока может
идти лишь о локальных системах управления тех¬
нологическими процессами. Наиболее перспектив¬
ны для этих целей управляющие микропрограм-
мируемые ЭВМ. Программное управление тех¬
нологическим процессом может быть осуществ¬
лено через запоминающие устройства или с по¬
мощью распределителя управляющих импульсов.
Хотя более эффективно осуществление управле¬
ния через запоминающие устройства.В настоящее время наиболее подготовлены
к реализации АСУ ТП БСУ и агрегаты для теп¬
ловой обработки бетона. Необходимо разли¬
чать автоматизацию и АСУ ТП. Так, автома¬
тизацию пропарочных камер очень просто осу¬
ществить с помощью датчиков, исполнительных
механизмов и копиров. Аналогично можно осу¬
ществить и автоматизацию БСУ, установив
фиксированные составы бетона. Но такая ав¬
томатизация не дает существенного эффекта,
так как фиксированные значения факторов и
режимных параметров не обеспечивают адап-materials consumption for the purpose of
concrete mix preparation, which might serve
as a constituent of CAM system.The most efficient application of
mathematical methods and computers
is in engineering process via analog and
electronic computers. For concrete
products plant it is efficient to use one
or two control computers working in
the partitioned mode. The following
demands a^re made towards the control
computer:- reliability and operating speed;- availability of ROM and RAM
providing for ability to increase the vol¬
ume of information;- availability of hardware providing
for communication with a big number (up
to 100) of data sources and receivers;- multiprogrammed character of
program run, ability to exchange the in¬
formation and to solve the problem in the
real time;- compatibility with gauges ahd ex¬
ecutive mechanisms.- low labour-intensiveness and sim¬
plicity of operation.It is understood that at the present
level of computerization of the plants the
matter concerns only the local system of
engineering process control. Guiding
micro-programmed computers are the
most efficient for this purpose. Program
management of engineering process
might be carried out via storage device
or by way of guiding pulse distributor.
Though the most efficient control is car¬
ried out through the storage device.At present БСУ and devices for thermal
treatment are the most prepared for imple¬
mentation of process control systems (PCS).
One should distinguish between the automa¬
tion and PCS. For instance, steam-curing
chamber might be easily automated with the
sensors, actuator, and master forms). Simi¬
larly, the БСУ might be automated by way
of introduction of fixed concrete mixes. How¬
ever, this automation will not have any sig¬
nificant effect since the fixed values of the
factors and mode parameters will not pro-
Technological theory of mathematical modeling and computerization of.325тацию к постоянно изменяю¬
щимся условиям производства
и не имеют обратной связи. По¬
этому представляет интерес рас¬
смотрение адаптивных АСУ ТП.Технологический процесс— это динамическая система,
реализующаяся во времени.Взаимосвязи такого процесса
можно выразить входными фак¬
торами Xj (/), проектными тре¬
бованиями уи , выходными па¬
раметрами yu(t), состоянием
объекта управления z (?) и уп¬
равляющими воздействиями
хУи (0 . Обобщенная схема
адаптивной системы управле¬
ния по критерию минимальных
издержек производства S(t)
представлена на рис. 7.3.1.Принимая за основу пред¬
ставленную схему и исключая
те или иные связи, можно полу¬
чить различные частные случаи
автоматического управления
технологическими процессами. К таким моди¬
фикациям, в частности, можно отнести разомк¬
нутые, замкнутые и комбинированные системы
автоматического управления и регулирования.Принцип обратной связи, т. е. реализация в
цепочке взаимосвязанных событий влияния пос¬
ледующих событий на предшествующее, — один
из фундаментальных вопросов АСУ ТП. Графи¬
чески форма этого принципа выражается замы¬
канием цепи событий в «кольцо». В качестве
практического примера рассмотрим системы уп¬
равления и регулирования процессов приготов¬
ления бетонной смеси. Многие действующие си¬
стемы можно только условно назвать автомати¬
зированными системами управления, так как в
них си-стема обратной связи полностью не реа¬
лизуется. Так, если в системе задан банк соста¬
вов бетона, то такая система будет автомати¬
чески выполнять только дозирование и пе¬
ремешивание бетонной смеси, не реагируя
на изменение прочности цемента, влажнос¬
ти и гранулометрического состава заполни¬
телей, условия производства.vide for adaptation to the chang¬
ing working environment and
do not have a feedback. That is
why consideration of adaptive
PCS is of interest.Engineering process
is a dynamic system realized
in time. Interdependence of
this process might be ex¬
pressed by input factors
xft), design requirements yu,
output parameters yu(t),
state of the control object
z(t) and guiding impacts of
Xyjt). Generalized scheme
of adaptive control system
according to the criteria of
minimal production costs
S(t) is represented at the fig.
7.3.1.Accepting the given scheme
as the basis and excluding these
or those connections one might
obtain various particular cases
of automated control of the en¬
gineering process. Feedforward control sys¬
tems, closed-loop control and combined sys¬
tems of automated control and regulation
might be attributed to such modifications.Principle of feedback, i.e. realization
of the impact of subsequent events on the
antecedent event in the chain of interacted
events - is the fundamental issue of PCS.
Graphically this principle can be imagined
as a closed “circle” of events. As a practi¬
cal example we shall consider the systems
of regulation and control of concrete mix
preparation processes. Many acting sys¬
tems might be conditionally called automat¬
ed control system, since the feedback sys¬
tem is not fully realized in them. For in¬
stance if the bank of concrete mixes is input
into the system it will automatically per¬
form dosed supply and blending of concrete
mix without any reaction towards the
changes of cement strength, humidity and
granulometric content of the aggregates,
working environment.Рис. 7.3.1. Обобщен¬
ная схема адаптивной
системы управления
Fig. 7.3.1. Generali¬
zed flow chart of adaptive
control system
326 Технологические основы математического моделирования и компьютеризации.Но если даже ввести эти факторы и устано¬
вить устройство для измерения удобоуклады-
ваемости бетонной смеси, то задачу управле¬
ния при принятом в настоящее время подходе
полностью решить, не удастся, так как при по¬
лучении более жесткой или подвижной смеси
придется добавлять воду и цемент или песок,
изменяя тем самым оптимальное соотношение
компонентов и снижая качество бетона.На рис. 7.3.2 приведена блок-схема авто¬
матизированной системы управления и регули¬
рования процесса приготовления бетонной сме¬
си с частичной обратной связью, лишенная рас¬
смотренных недостатков. Рассмотренный при¬
мер свидетельствует о том, что внедрение АСУ
ТП требует полного пересмотра сложившихся
представлений и стереотипов в технологии бе¬
тона. Вместе с тем заметим, что полная органи¬
зация положительной обратной связи в АСУ ТП
приготовления бетонной смеси в настоящее вре¬
мя нереализуема из-за того, что невозможно на
стадии приготовления смеси измерить фактичес¬
кую прочность, морозостойкость и водонепро¬
ницаемость бетона.Аналогичное положение и с АСУ ТП теп¬
ловой обработкой бетонных и железобетон¬
ных изделий и конструкций. Эта система мо¬
жет иметь обратную связь по прочности бето¬
на, быть настроена на самый оптимальный ре¬
жим, однако ее возможности ограничены ре¬
гулированием влажности, температуры и дли¬
тельности процесса. Взаимосвязь этой систе¬
мы с приготовлением бетонной смеси практи¬
чески нереализуема, так как за время тепло¬
вой обработки качество исходных материа¬
лов изменяется и повлиять на состав и свой¬
ства бетона уже невозможно.Наряду с рассмотренными представляют ин¬
терес микропроцессорные системы управления
технологическим процессом. По назначению
они близки к процессорам управляющих ЭВМ,
но имеют значительно меньшие размеры. Осо¬
бенностью микропроцессорного управления яв¬
ляется ведущая роль не аппаратных средств, а
алгоритмического и программного обеспече-Should we put those factors in
and install the workability of the mix
measuring device the problem of con¬
trol would not be fully solved since in
case of dry or flow concrete one should
add water or cement, thus, changing
the optimum correlation of compo¬
nents and reducing the quality of con¬
crete.The flow chart of the automated control
and regulation system for the process of con¬
crete mix preparation with the partial feed¬
back is presented at the fig.7.3.2. without
any of the above-mentioned drawbacks. The
considered example testifies to the fact that
the introduction of PCS requires the com¬
plete revision of existing ideas and stereo¬
types in the concrete technology. At the
same time organization of positive feedback
in PCS for preparation of concrete mix is
impossible at present because at present it
is impossible to measure the real strength,
frost resistance and water permeability of
concrete at the stage of concrete mix prepa¬
ration.The same concerns the PCS of thermal
treatment of concrete and ferroconcrete con¬
structions. This system might have a feed¬
back concerning the concrete strength, how¬
ever its possibilities are limited to the regu¬
lation of humidity, temperature and period
of the process. Intercommunication of this
system with the preparation of concrete mix
is practically unrealizable since for the pe¬
riod of thermal treatment the quality of the
source material is changing and it is impos¬
sible to influence the content and properties
of concrete.Along with the above-mentioned sys¬
tems the microprocessor systems of en¬
gineering process control is of interest.
It is similar to the processors of the con¬
trol computer but have smaller dimen¬
sions. Microprocessor control is known
for the leading role of algorithmic
Technological theory of mathematical modeling and computerization of.327ния. Это позволяет заменить громоздкие устрой¬
ства электромеханической автоматики малога¬
баритными программными устройствами и ис¬
полнительными механизмами.Функции, выполняемые микропроцессорами,
запрограммированы его управляющей частью
и задаются набором команд, находящихся в за¬
поминающих устройствах. Реализация управле¬
ния осуществляется с помощью арифметико-ло¬
гического устройства, регистров и устройства
управления, объединенных информационными
шинами. В связи с тем, что преобразование ин¬
формации отдатчиков имеет специфический ха¬
рактер, микропроцессорные системы обычно до¬
полняются аналого-цифровыми преобразовате¬
лями.В АСУ ТП нового поколения, по-видимому,
войдут структуры, использующие экспертные
системы. Основное преимущество таких систем— самообучение и самонакопление информации
о технологическом процессе на основе положи¬
тельных результатов, справочных данных и ве¬
роятных решений, возможность простого обще¬
ния с пользователем в режиме советчика.Рассмотрим основные вопросы практичес¬
кой реализации АСУ ТГ1.Создание и внедрение в эксплуатацию АСУ
ТП для завода по производству бетона и желе¬
зобетона связано с выполнением следующих ос¬
новных этапов:- постановка задачи;- предпроектные исследования;- разработка технорабочего проекта;- монтаж;- пусконаладочные работы.На первом этапе четко определяется влия¬
ние основных факторов на свойства бетона, фор¬
мулируется математическая модель системы,
анализируются информационные потоки «тех¬
нологический процесс — управляющая ЭВМ».На втором этапе уточняются цели и задачи
АСУ ТП, изучается технологический процесс с
позиций установки датчиков, исполнительных
механизмов, приложения управляющих воздей¬
ствий, проводится обучение рабочих и ИТР,and software tools instead of the
hardware. It enables to replace the
bulky devices of electromechanical au¬
tomation with compact devices and ac¬
tuators.Functions performed by the micropro¬
cessors are programmed by its control unit
and are specified by the set of commands in
the storage device. Management is carried
out with the help of arithmetic and logic
unit, control register and handlers, connect¬
ed by data bus. Since the transformation of
information from the sensors is specific in
character microprocessor systems are usu¬
ally supplied with the AD converters.New generations of PCS will be sup¬
plied with the devices using expert sys¬
tems. Main advantage of such systems is
self-instruction and self-storing of infor¬
mation about the engineering process
based on the positive results, reference
data and probable solutions, possibility
of simple communication with the user in
the mode of “advice-giver”.Let us consider the main issues of prac¬
tical realization of the process control sys¬
tem (PCS).Creatio and introduction of PCS for
concrete products plant is associa
ted with fulfilment of the following stages:- target setting;- exploratory design;- elaboration of a detailed design;- assembling;- start-and-adjustment works.At the first stage the influence of main
factors on concrete properties are clearly
defined, mathematical model of the system
is designed, information flow “engineering
process - control computer” are analyzed.At the second stage objectives of the
PCS are defined, engineering process is
examined from the point of view of sen¬
sors, actuators installation, application
of control actions, employees are trained,
328 Технологические основы математического моделирования и компьютеризации.составляется предварительная смета расхо¬
дов и оценивается возможный экономический
эффект.На третьем этапе создаются математичес¬
кие модели системы и программы расчетов,
алгоритмы управления, разрабатываются фун¬
кциональные схемы, выбирается комплекс тех¬
нических средств АСУ ТП, определяются фор¬
мы движения и представления информации. На
этом этапе изготавливаются рабочие чертежи
электрической части, нестандартного оборудо¬
вания, а в некоторых случаях и строительной
части, готовятся технические условия и инст¬
рукции по эксплуатации.В процессе монтажа и пусконаладочных ра¬
бот проводятся сборка системы и предваритель¬
ная ее отладка на локальных объектах и иммита-
ционных моделях. Затем осуществляются установ¬
ка технических средств, в том числе аналого-вы-
числительных машин(АВМ) и ЭВМ, датчиков, ис¬
полнительных механизмов, их защита, экраниро¬
вание и заземление, электрическое соединение,
включая электропитание. В процессе пусконала¬
дочных работ выполняется отработка системы.
Особое внимание на этой стадии уделяется обуче¬
нию обслуживающего персонала.Следует отметить, что внедрение АСУ ТП— это событие на предприятии, не имеющее
аналогов. АСУ ТП в настоящее время еще и
довольно дорогое удовольствие. Вместе с тем
АСУ ТП — будущее любого развивающегося
предприятия. Естественно, что для реализации
такого важного мероприятия необходима со¬
ответствующая подготовка, связанная, в пер¬
вую очередь, с уровнем технологической культу¬
ры производства, квалификацией проектировщи¬
ков и ИТР. Практика показывает, что организа¬
ция, не имеющая опыта технологического проек¬
тирования, не в состоянии самостоятельно решить
эту задачу. АСУ ТП требует полной переквали¬
фикации лабораторно-технологического персона¬
ла предприятий. К сожалению, даже при соответ¬
ствующем техническом оснащении объем знаний
и умений многих специалистов НИИ, заводов
ЖБИ и КПД не позволил бы в настоящее времяИТР, preliminary estimates are de¬
signed, possible economic effect is eval¬
uated.At the third stage mathematical models
of the system and calculations programs,
control algorithms are designed, function¬
al schemes are elaborated, set of PCS tech¬
nical tools are selected, forms of informa¬
tion flow and presentations are determined.
At this stage working drawers of electrical
part, non-standard equipment, and in some
case of the civil-engineering designs are pre¬
pared, specification and operating instruc¬
tions are elaborated.In the process of the assembling and
start-and-adjusting works the system is
assembled and adjusted on the local ob¬
jects and simulation models. Further,
hardware is installed, including analog
computers and personal computers, sen¬
sors, actuators, their protection, screen¬
ing and earth connection, including
power supply. During start-and-adjust-
ment works the system is perfected. Spe¬
cial attention is paid to the training of
the personnel. -It should be mentioned that the intro¬
duction of PCS - is an outstanding event
at the enterprise. At present PCS is a lux¬
ury. At the same time PCS is a future for
each enterprise. Of course, in order to im¬
plement it special preparation is required.
It is associated first of all with the level of
production standards, competence of de¬
signer, ИТР. The practical experience
proves that institution, which does not
possess the experience of technological
design, cannot solve this problem itself.
PCS requires the complete training for
new profession of laboratory and engi¬
neering personnel. Unfortunately, even in
case of appropriate technique, the volume
of knowledge, skills of many specialists
at concrete product plant would not al¬
low them to run the system efficiently. PCS
Technological theory of mathematical modeling and computerization of.329достаточно эффективно эксплуатировать систему.
АСУ ТП требует от специалистов нового подхо¬
да к технологии, формирования системного мыш¬
ления, математизации знаний.Таким образом, компьютеризация и АСУ ТП— одни из основных и перспективных тенден¬
ций развития технологии бетона и железобето¬
на. Однако их реализация требует глубокой пе¬
рестройки мышления специалистов и культу¬
ры производства.Список литературы1. Баженов Ю. М., Вознесенский В. А. Перспективы
применения математических методов в техно¬
логии сборного железобетона. — М.: Стройиз-
дат, 1974. — 192 с.2. Баженов Ю.М., Иванов Ф.М. Современные про¬
блемы бетоноведения // Бетон и железобетон.— 1988, —№ 1. — С. 4—6.3. Блох JI.C. Практическая номография. — М.:
Высш. шк., 1971. — 328 с.4. Брябрин В.М. Программное обеспечение персо¬
нальных ЭВМ. — М.: Наука, 1990. — 272 с.5. Вознесенский В. А., Выровой В.Н., Керш В.Я. и др.
Современные методы оптимизации композици¬
онных материалов. — Киев: Бущвельник, 1983.— 144 с.6. Вознесенский В.А., Коваль С.В. Системология и
компьютерное решение задач оптимизации мо¬
дифицированных композитов. — Киев: Знание,
1992,— 16 с.7. Грановский В.А., Сирая Т.Н. Методы обработки
экспериментальных данных при измерениях. —
Л.: Энергоатомиздат, 1990. — 288 с.8. Дьяконов В.П. Справочник по расчетам на мик¬
рокалькуляторах. — М.: Наука, 1989. — 464 с.9. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и
химической технологии. — М.: Химия, 1976. —
464 с.10. Кафаров В.В., Дорохов И.Н. Системный анализ
процессов химической технологии: Топографи¬
ческий принцип формализации. — М.: Наука,
1979. — 394 с.11. Кикель П.Ф. Математизация научного знания. —
Минск: Университетское, 1989. — 86 с.12. Рекомендации по применению методов матема¬
тического планирования эксперимента в техно-requires new approach towards the tech¬
nology on the part of the specialists, for¬
mation of system thinking, mathematical
knowledge.Therefore, computerization and PCS is
one of the most perspective development ten¬
dencies in concrete and ferroconcrete tech¬
nology. However, its implementation re¬
quires profound transformation of thinking
of the experts and production standards.Bibliographyлогии бетона. — М.: НИИЖБ, 1982. —
104 с.13. Савельев А.Я., Сазонов Б.А., СкуратичЭ.К. и др. Введение в ЭВМ. — М.: Высш.
шк., 1991. — Кн. 1. — 160 с.14. Савельев А.Я., Сазонов Б.А., СкуратичЭ.К. и др. Основы информатики. — М.:
Высш. шк., 1991. — Кн. 2. —160 с.15. Следзтський I. Ф., Ломакович А. М., Рамсь-
кий Ю.С. та ш. Техшка обчислень i алго-
ритм1защя. — К.: Вища школа, 1991.— 200 с.16. Татлъ Г. Оценка свойств строительных
материалов с помощью мини-ЭВМ:
Пер. с нем. — М.: Стройиздат, 1986. —
120 с.17. Файнер М.Ш. Анализ эффективности вы¬
сокопрочных бетонов с помощью ЭВМ /
Автоматизированные системы управле¬
ния в строительстве. Сер. 1. — 1981. —
Вып. 3, —С. 8—10.18. Файнер М.Ш. Введение в математичес¬
кое моделирование технологии бетона. —
Львов: Свит, 1993. — 241 с.19. Файнер М. Ш. Методологические про¬
блемы бетоноведения // Бетон и железо¬
бетон. — 1989. — № 8. — С. 28—29.20. Файнер М.Ш. К вопросу о критериях и
принципах оптимизации режимов тепло¬
вой обработки бетона // Изв. вузов. Стро¬
ительство и архитектура. — 1979. —
№ 10.— С. 72—78.21. Файнер М.Ш. Концепция оптимального
проектирования бетона // Бетон и желе¬
зобетон. — 1992. —№ 1, —С. 15—17.
330 Технологические основы математического моделирования и компьютеризации.22. Файнер М.Ш. Обратная связь в системе ав¬
томатизированного управления производ¬
ства цементных композитов // Компьютер¬
ное материаловедение и обеспечение каче¬
ства: Материалы XXXVI Международ. семи¬
нара МОК 36. — Одесса: МИА, 1997. —17 с.23. Файнер М.Ш. Регулирование расхода мате¬
риалов для приготовления бетонов // Строит,
материалы и конструкции.— 1990.—№ 1.—18 с.24. Файнер М.Ш. Экспересс-контроль качества
бетона. — Киев: НИИСК; Композит, 1997.— 88 с.
Глава 8рШШ;. .Chapter 8I ПРАКТИЧЕСКАЯ
РЕАЛИЗАЦИЯ
ИССЛЕДОВАНИЙ И
РАЗРАБОТОКPRACTICAL
APPLICATION OF
RESEARCH AND
INVENTIONS
332Глава 8Большие масштабы внедрения,
многомиллионные эффекты — это лишь
небольшая часть невостребованных
исследований.С позиций практики — что лучше
вводить добавки при помоле цемента или
при приготовлении бетонной смеси?Какие цементы и сколько их намнужно?Много ли мы теряем из-за незнания
новых закономерностей в бетоноведе¬
нии?Как определить, к примеру, морозо¬
стойкость бетона в конструкции и
насколько отличаются результаты
испытаний в образцах от реальных
свойств бетона?Проблемы расширения объемов
реализации исследований и разработок.Large scale of application,
multi-billion effect — these
are the small part of unclaimed
research.What is better from the stanpoint of
practice — to\dope the additives during the
grinding of cement or when preparing the
concrete mix?Which cement and how much do we
need?How much do we loose because of lack of
knowledge about the tendencies in concrete
studies?How can one deter mine, fer instance, the
frost resistance of concrete in construction
and how much do the results of sample
tests differ from the real properties of
concrete?Problems of increasing the volumes of
research and developments realization.
Chapter 8333ПРАКТИЧЕСКАЯ
РЕАЛИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
И РАЗРАБОТОКРеализация результатов авторских иссле¬
дований и разработок более чем на 600 пред¬
приятиях, расположенных в широком геогра¬
фическом диапазоне (от Южно-Сахалинска до
Львова и Парижа, от Тюмени и Хельсинки до
Симферополя), многочисленные ссылки в оте¬
чественных и зарубежных литературных ис¬
точниках, десятки нормативных и методичес¬
ких документов государственного уровня, не
считая тысяч технологических линий и участ¬
ков, где используются отдельные фрагменты
авторских разработок, добавок и изобретения,
а также реальный многомиллионный эконо¬
мический эффект могут убедить читателей в
большой научно-практической ценности мо¬
нографии. К сожалению, перечисленное дале¬
ко от видения автором масштабности резуль¬
татов своих исследований и глубины их вос¬
требованности. Какие конкретные результаты
оказались полезными для практики и каков ре¬
альный эффект от применения тех или иных
исследований и разработок, насколько под их
влиянием изменилась философия производ¬
ства? Выше уровня решения узкопрактичных
задач и примитивного прагматизма результа¬
ты исследований и разработок (и не только
автора монографии) пока не поднимаются.
Поэтому цель этой главы состоит не в отчете
о проделанной работе, и оправданиях за не¬
удачные попытки внедрения тех или иных ис¬
следований и разработок, а в мотивации бо¬
лее глубокого и широкого изучения пробле¬
мы для ее решения.8.1. Реализация системно¬
структурной концепцииЗадача исследования состоит не только в
получении прямого экономического эффекта,
но и в поиске истины и формировании науч¬
ного мировоззрения. Одним из существенных
отличий этого исследования является форми¬
рование полисистемного мышления в техно¬
логии бетона. Важно определить, не как зави¬
сит какое-то свойство от одного (хотя и это
важно), двух или нескольких факторов, а какPRACTICAL APPLICATION
OF RESEARCH AND
INVENTIONSGeography of the author’s research and
inventions application is very wide: they
have been used at more than 600 enterpris¬
es located from Yuzhno-Sakhalinsk till
Lviv and Paris, from Tiumen and Helsinki
till Simpheropol. Numerous quotations in
the foreign and domestic literary sources,
in scores of normative and methodology
documents on the national level, let alone
thousands of processing lines and areas
where individual fragments of the author’s
inventions have been used as well as addi¬
tives designed by him, real economic effi¬
ciency of many millions might convince the
readers of great scientific-practical impor¬
tance of the given monograph. Unfortu¬
nately, the above-mentioned is far from the
author’s vision of the scale of his research
and demand for it. Which results turned out
to be useful in practice and what is the real
efficiency of applying that or another re¬
search and invention, in what way did it
influence the philosophy of production?
Research results and inventions (and not
only of the author’s) do not exceed the lev¬
el of solving narrow tasks and of primitive
pragmatism. The objective of this chapter
is not only to report the work that has been
done and to justify oneself for unsuccess¬
ful attempts to apply one or another inven¬
tion and research in industry but to stipu¬
late in-depth and comprehensive study of
the problem.8.1. Implementation of system-
structural conceptThe objective of the research is not only
to obtain direct economic effect, but also
to search for the truth and to create scien¬
tific outlook. Formation of polysystemic
thinking in concrete technology is another
significant peculiarity of the current re¬
search. It is important not only to deter¬
mine in what way a property depends on
one, two, or three factors (though this is
334Практическая реализация исследований и разработоквлияет система факторов на систему свойств
и экономическую эффективность, как выбрать
наиболее эффективное решение в многофак¬
торной и многоаспектной производственной
ситуации и на уровне отдельной технологичес¬
кой линии и экономики государства в целом,
и если формализовано, то научиться мыслить
полисистемой уравнений, приведенных в гла¬
ве 2, — вот в чем суть рассматриваемого эта¬
па исследований. Не умаляя творческие спо¬
собности читателей, скажем прямо, что уме¬
ние системного и полисистемного мышления
дано не каждому, а овладение им — процесс
длительный, сложный и изменяет не только ха¬
рактер мышления, но и профессиональное ми¬
ровоззрение изучающего.Итак, к примеру, не такая уж сложная, на
первый взгляд, задача: какие цементы и каких
марок следует производить? Кому-то покажет¬
ся, что это локальная задача каждого цемент¬
ного завода или, в более масштабном виде, —
цементной отрасли промышленности. Но
спрос формирует рынок, т. е. строительные
организации и предприятия по производству
бетона и железобетона. Знают ли участники
рынка, какие виды и марки цемента им нуж¬
ны и насколько эти знания достоверны, убе¬
дительны и, самое главное, экономически обо¬
снованные? А если не знают, то какие исход¬
ные данные и количественные зависимости
нужны для решения поставленной задачи? Ока¬
зывается, что ее решение имеет не местное, а
важное стратегическое государственное значе¬
ние, так как от структуры производства цемен¬
та существенно зависит энергетический баланс
страны. 'За последние десять лет в странах СНГ про¬
изошли значительные структурные изменения
в строительстве: промышленные и оборонные
объекты уступили приоритет малоэтажному
жилью и малым архитектурным формам, бе¬
тоны марок 400—700 (ВЗО—В55) — строитель¬
ным растворам марок 25—75 и бетонам клас¬
сов В7,5—В25, резко повысилась цена энерго¬
носителей. Такие изменения должны были по¬
влиять и на структуру производимых цемен¬
тов. Но увы! Каки Юлетназад, основнойно-
менклатурой цементных заводов являютсяimportant as well), but to define in what
way a system of factors affects the system
of properties and economic efficiency, how
to select the most efficient solution in mul¬
tifactor and multiaspect production situa¬
tion on the level of individual processing
line and national economy as a whole.
The essence of this stage of research is to
learn to think in terms of polysystem of
equation cited in chapter 3. It should be
mentioned that not everybody is granted
the ability of systemic or polysystemic
thinking, to acquire it - is a long, compli¬
cated process changing both character of
thinking and professional outlook of the
learner.Now, for instance, not very complicat¬
ed problem, at the first sight: which cements
of which brands should be produced? One
might suggest that this is a specific prob¬
lem of certain cement works or, on a larger
scale, of cement industry. However, de¬
mand shapes the market, i.e. construction
companies and enterprises producing con¬
crete and ferro-concrete. Do the market
participants know which brands of cement
they need and how reliable or persuasive
and, what is most important, how eco¬
nomically sound these data are? If not,
what input data and quantitative depen¬
dencies do they require to solve the prob¬
lem? It turns out that the solution is of
strategic national importance since the
energy balance of the state significantly
depends on the structure of cement pro¬
duction.Significant structural changes took
place in the CIS states for the last ten years:
industrial and military sites gave way to
low construction with small architectural
forms, concrete brands 400 - 700 (B30 -
B55) gave way to the mortar of brands 25- 75 and concrete of brands B7.5 - B25;
the price of energy carriers has sharply
increased. Such changes should have af¬
fected the structure of cements produced.
But alas! Cements of brands 400 - 500 re¬
main the basic nomenclature as it was 10
Practical application of research and inventions335цементы марок 400 и 500, причем до 20% объе¬
ма — бездобавочиые, а производство цемен¬
тов марки 300 не превышает 5%.Для решения задачи используем приведен¬
ные в гл. 4 и 5 количественные зависимости
влияния основных факторов на свойства бе¬
тона. Определив составы, рассчитаем интег¬
ральную энергоемкость цементов и бетонов
(табл. 8.1.1).Таблица 8.1.1
Расход цемента (Ц, кг)
и интегральная энергоемкость
цементов (Эц, кг у. т.)
и бетонов (Э.), 1м3years ago. Besides, 20% of the volume are
cements without additives; production of ce¬
ments of the brand 300 does not exceed 5%.We shall use qualitative dependencies of
main factors impact on the concrete proper¬
ties cited in Ch. 4 and 5 in order to solve the
problem. Having determined the mixes we
shall calculate the integrated energy consump¬
tion of cements and concrete (table 8.1.1).Table 8.1.1
Consumption of cement (C, kg) and
integrated energy consumption of cemcnts
(Ec, kg of equivalent fuel)
and concrete (Ec), 1 mlВидTypeМаркаBrandРасход
уел.топ¬
лива,
кг/тConsum¬
ption of
equiva¬
lent fuel,
kg/tКлассы ClassesВ 7,5В 15В 25В 35В 50ЦЭцЭбЦЭцЭеЦЭцЭеЦЭцЭбЦЭцЭбПортланд¬
цемент, тип 1,
ДОPortland cement,
type 1, D3540024720049572736773417103108570141145———50026920054602486773372101106494133137———6002972005966230687332998104435129134580172176Портланд¬
цемент с
минеральными
добавками,
тип II, Д35Portland cement
with minerla
additives, type II,
D35400206200414827857634238792578119123———500224200445125357633778489500112116———600251200505723258643338490442111116600151155Шлако-
портланд¬
цемент, тип III,
Д60Portland slag
cement, type III,
D6030014720029353244853508757940016520033402824753429717658697101———500201200404725451573837782508101106———Компози¬
ционный
цемент, тип V,
Д70Composition
cement, type V,
D703001262002538340434840014320029363004348466
336Практическая реализация исследований и разработокСогласно данным табл. 8.1.1, для бетонов
классов до В15 наиболее эффективно приме¬
нение шлакопортландцемента и композицион¬
ных цементов марки 300. При этом экономит¬
ся в государственном масштабе до 25% энер¬
горесурсов. Шлакопортландцемент и компо¬
зиционные цементы марок 300 и 400 достаточ¬
но эффективны и для бетонов классов В20 и
В25. Однако здесь необходимо учесть, что при¬
менение шлакопортландцемента и композици¬
онных цементов ограничено для бетонов с вы¬
сокими требованиями к морозостойкости, при
ведении бетонных работ в условиях отрица¬
тельных температур, а для сборного железо¬
бетона требуют увеличения расхода энерго¬
ресурсов при тепловой обработке на 10—
15%, т. е. на 1,5—2 кг уел. т. на 1 м3. В то же
время перерасход тепловой энергии на заво¬
дах ЖБК на 1,5—2 кг уел.т/м3 в государ¬
ственном масштабе позволяет получить эко¬
номию 10—12 кг уел. т/м3.С учетом современного объема производ¬
ства бетона и железобетона и проведения бе¬
тонных работ в осенне-зимний период можно
рекомендовать для условий Украины следую¬
щую структуру производства цементов
(табл. 8.1.2).Таблица 8.1.2
Рекомендуемаясгруктура
производства цементов по pei ионам
Украины, %According to the table in case of con¬
crete of brand B15 the most efficient is the
application of portland blast-furnace ce¬
ment of brand 300. On the national scale
up to 25% of energy resources is saved.
Portland blast-furnace ccment of brands
300 and 400 are quite efficient for concrete
of class B20 and B25. However, one should
bear in mind that application of portland
slag cement and composition cements is lim¬
ited to concrete with high requirements to¬
wards frost resistance, concreting at nega¬
tive temperatures, whereas for precast con¬
crete it is necessary to increase energy re¬
sources consumption during thermal treat¬
ment by 10-15%, i.e. by 1.5 -2 kg of equiv¬
alent fuel per 1 m3. At the same time exces¬
sive consumption of thermal energy at con¬
crete product plant by 1.5 - 2 kg of equiva¬
lent fuel/m3 on the national level result in
economy of 10 12 kg of equivalent fuel/m3.Taking into consideration the volume
of concrete and ferro-concrete production
as well as concreting during autumn-win¬
ter period the following cement production
structure might be suggested for Ukraine
(table 8.1.2)Table 8.1.2Recommended ccment
production structure by regions
of Ukraine, %Название, вид
Title, typeМаркаBrandЗападный
Western UkraineЦентральный
Central UkraineВосточный
Eastern UkraineПортландцемент, тип 1
Portland cement, type 15005. 68400111212Портландцемент с
минеральными добавками,
тип IIPortland cement with
mineral additives, type II50087940051ig34Шлакопортландцемент и
композиционные цементы,
тип III, VPortland slag and
composition cement, type III,
V40092117300153419
Practical application of research and inventions337Автором учтена потребность в цементах
типа I для дорожного и аэродромного бето¬
на и конструкций из высокопрочных бетонов.
Безусловно, со временем в связи с увеличени¬
ем объемов производства конструкций из вы¬
сокопрочных бетонов, а также с расширени¬
ем масштабов дорожного строительства воз¬
растет доля бездобавочных низкоалюминат-
ных цементов марок 500 и 600. В настоящее
время из-за отсутствия ясной технической по¬
литики и системного подхода к проблеме при
производстве цементов и бетонов теряется до
30% энергоресурсов.Немаловажное преимущество полисистем-
ного анализа — совместное рассмотрение
всех составляющих (а точнее, уровней) стро¬
ительного процесса с позиций эффективнос¬
ти конечного результата. Казалось бы, про¬
стая задача, возникает практически на всех
производствах: что выгоднее — повысить рас¬
ход цемента или ввести добавки (и какие),
либо увеличить длительность твердения бе¬
тона или температуру? Где, к примеру, в сжа¬
тых элементах конструкций золотая средина— в сечении, прочности бетона и армирова¬
нии? Решение этих задач требует комплекс¬
ного полисистемного подхода. Именно такой
подход позволил автору получить характе¬
ристики обобщенной структуры энергоемко¬
сти бетона и железобетона (табл. 8.1.3), ко¬
торые могут быть использованы для оценки
овеществленной энергоемкости конструк¬
ций, зданий и сооружений.Таблица 8.1.3Обобщенная структура интегральной энерго¬
емкости бетона н железобе тонаThe author took into consideration the
need for cements of type I for road and air-
field-grade cement as well as constructions
out of high strength concrete. No doubt, in
time the share of low-aluminate concrete of
brands 500 and 600 without additives will
increase due to the production expansion of
constructions made out of high strength
concrete as well as expansion of road-build¬
ing. At present up to 30% of energy resources
are wasted during cement and concrete pro¬
duction due to the absence of clear techno¬
logical policy and system approach.Simultaneous consideration of all compo¬
nents (or rather, levels) of construction pro¬
cess from the standpoint of efficiency is an¬
other important advantage of polysystems
analysis. One would think, a simple problem
emerges practically on all manufactures: what
is more efficient-to increase cement consump¬
tion or to dope additives (and which ones?),
or to increase the period and temperature of
the concrete hardening? Where is the golden
mean in the compressed elements of the con¬
structions - in the section, concrete strength
and reinforcement? Solution of these problems
requires comprehensive polysystem approach.
It is this approach that allowed the author to
achieve the characteristics of generalized con¬
crete and ferroconcrete energy consumption
structure (table 8.1.3), which might be used for
assessment of materialized power consumption
of constructions, buildings and installations.Table 8.1.3Generalized structure of integrated power
consumption of concrete and ferroconcreteСтатьяэнергоемкостиArticle of power
consumptionСборный железобетон
Precast concreteМонолитный железобетон
Monolithic ferroconcreteКонструктивные
элементы из
тяжелого бетона
(100%)Construction elements
out of heavy concrete
(100%)Ограждающие
конструкции из
легких бетоновFrame filling out
of light concreteВ летних
условияхSummerperiodВ зимних
условияхWinterperiodБетонная смесь Concrete mix1.1. Овеществленные здания,
оборудования
Materialized buildings,
equipment0,50,50,20,2
338Практическая реализация исследований и разработокПродолжение табл. 8.1.3 Continuation of table 8.1.3СтатьяэнергоемкостиArticle of power
consumptionСборный железобетон
Precast concreteМонолитный железобетон
Monolithic ferroconcreteКонструктивные
элементы из
тяжелого бетона
(100%)Construction elements
out of heavy concrete
(100%)Ограждающие
конструкции из
легких бетоновFrame filling out
of light concreteВ летних
условияхSummerperiodВ зимних
условияхWinterperiod1.2. Овеществленный цемент
Materialized cement24,718,222,625,71.3. Овеществленные
заполнители
Materialized aqqreqates1,5k16,41,51,51.4. Овеществленные вода и
добавкиMaterialized water
and additives0,60,30,66,21.5. Переработка и транспорт
Treatment and transportation1,31,52,53,11.6. Содержание и эксплуатация
зданий и оборудования
Contents and use of buildings0,10,20,10,1ИТОГО TOTAL28,737,127,536,8Арматура Reinforcement2.1. Овеществленные здания,
оборудованиеMaterialized buildings,
equipment0,60,60,20,22.2. Овеществленные сталь и
прокатMaterialized steel and rolling41,426,838,238,22.3. Переработка и транспорт
Processing and transport1,92,13,53,92.4. Содержание и эксплуатация
зданий и оборудованияContents and operation of
buildings and equipment0,10,10,10,1Формование и твердение Molding and hardening3.1. Овеществленные здания,
оборудование
Materialized buildings,
equipment2,32,30,50,53.2. Формы
Forms3,22,82,62,63.3. Чистка, смазка форм
Cleaning, pan coating0,10,10,10,13.4. Армирование
Reinforcement0,10,10,10,13.5. Укладка и уплотнение
бетонной смеси
Laying and compaction
of concrete mix2,532,93,5
Practical application of research and inventions339Окончание табл. 8.1.3Finish of table 8.1.3СтатьяэнергоемкостиArticle of power
consumptionСборный железобетон
Precast concreteМонолитный
железобетон
Monolithic ferroconcreteКонструктивные
элементы из тяжелого
бетона (100%)Construction elements
out of heavy concrete
(100%)Ограждающие
конструкции из
легких бетоновFrame filling out of
light concreteВ летних
условияхSummerperiodВ ЗИМНИХусловияхWinterperiod3.6. Ускорение твердения
Hardening acceleration15,415,40,58,83.7. Доводка испытания
Development of test0,10,2——3.8. Содержание и эксплуатация
зданий и оборудования
Content and use of buildings
and equipment0,20,20,10,1ИТОГО ALTOGETHER23,924,16,813,7ПРОЧИЕ THE OTHERS3,43,23,74,1ВСЕГО TOTAL100948097Для демонстрации возможностей систем¬
но-структурного подхода к объекту исследо¬
вания и современных математических мето¬
дов приведем еще один нетрадиционный при¬
мер, касающийся перспектив применения раз¬
рядно-импульсной технологии бетона. Ниже
показана (хотя и неполно) практическая цен¬
ность не столько самой технологии, сколько
предложенной концепции и возможностей ис¬
пользования математического моделирования
для решения производственных задач. В каче¬
стве основных факторов можно принять не со¬
держание активированной части цемента и чис¬
ло импульсов обработки, а длительность и тем¬
пературу изотермической выдержки и т. п.Для проведения эксперимента использо¬
вали план Бокса—Бенкина для трех факто¬
ров. Принятое планирование эксперимента
позволяет при определенном сочетании фак¬
торов получить контрольные точки, т. е. без
использования ВЭР. Условия планирования
приведены в табл. 8.1.4, а матрица и резуль¬
таты эксперимента — в табл. 8.1.5.We shall give another example con¬
cerning the perspectives of discharge-im-
pulse concrete technology in order to
demonstrate the possibilities of system-
structural approach towards the object of
investigation. Below the practical value
not so much of the technology rather than
the concept suggested is illustrated as well
as the possibilities of mathematical mod¬
eling for the purpose of solving the man¬
ufacturing problems. Period and temper¬
ature of isothermal exposure, etc will be
adopted as main factors instead of the
content of activated part of cement and
the number of treatment impulses.Box-Benkin plan for three factors was
used in order to conduct the experiment.
The adopted design of experiment allows
to achieve point of reference at certain com¬
bination of factors, i.e. without application
of HED. Design conditions are cited in the
table 8.1.4, and the matrix and test results- in the table 8.1.5.
340Практическая реализация исследований и разработокТаблица 8.1.4 Table 8.1.4Условия планирования эксперимента при Design conditions of experiment for testing
изучении активации связующего ВЭР coupling agent activation with HEDФакторFactorОбозначение фактора
Factor designationУровни варьирования
Levels of variabilityИнтервалварьированияVariabilityintervalнатураль¬ноеnaturalкодиро¬ванноеcode—10+1Цементно-водное
отношение
C/W ratioЦ/ВXl1,22,2k3,21Содержание активирован¬
ной части цемента в
вяжущем, %
Content of activated part of
cement in the binder, %Цa*20204020Число импульсов обработки
Number of treatment
impulsesNa*30200400200Таблица 8.1.5 Tahle 8]5Матрица планирования и рез\лыа!ы Planning matrix and coupling agentэксперимента по исследованию активации activation test resultsсвязующегоТочкапланаФакторFactorПрочность связующего, МПа
Coupling agent strength, MPaОсадкаконуса(у 1). смSlump
(у,), cmПрочность бетона, МПа
Concrete strength, MPaPoint of
planXlX2*3припропаривании
At steamingв возрасте 28
сут
At 28 daysпри сжатии
Compressionпри осевом
растяжении
Axial tensionприизгибеben¬dingприсжатииcomp¬ressionприизгибеben¬dingприсжатииcomp¬ressionпосле TBO
After
steaming(Уг)в возрасте
28 сут
At 28 days(Уз)в возрасте
28 сут
At 28 days{у а)1++04,4327,26,0348,51,342,159,73,62+—04,1225,75,7743,30,840,755,133—+04,4327,26,0348,58,58,916,31,64——04,1225,75,7743,37,38,114,71,450++4,5528,46,150,25,827,639,62,660+—4,0124,15,6140,24,023,934,52,370—+4,125,25,78434,924,8362,580——4,0124,15,6140,24,223,334,22,39+0+4,6829,56,2451,91,645,162,93,6100+4,6929,56,2451,98,79,916,41,711■0—4,0124,15,6140,20,238,452,83,312—0—4,0124,15,6140,26,97,714,11,5130004,7629,36,0748,94,827,738,32,4140004,6828,76,1651,45,329,340,52,5150004,7329,66,2948,36,128,841,12,6
Practical application of research and inventions341После реализации эксперимента были
рассчитаны коэффициенты уравнений регрес¬
сии (табл. 8.1.6) и выполнена статистическая
оценка результатов (табл. 8.1.7). Некоторые
коэффициенты уравнений оказались незначи¬
мыми, но приняты для дальнейшего анализа,
так как имеют технологический смысл.Примечание: статистически незначимые коэффи¬
циенты подчеркнуты.Таблица 8.1.7Статистические характеристики уравнений
регрессии при исследовании активации
связующего ВЭРUpon the experiment regression equa¬
tion coefficients were calculated (table
8.1.6), statistic assessment of results was
conducted (table 8.1.7). Some coefficients
of equations turned out to be insignificant,
however, they are accepted for further anal¬
ysis since they possess technical meaning.Notes: statistically insignificant coefficients are
underlinedTable 8.1.7
Statistical characteristics of regression
equations while investigating HED
activation of the coupling agentТаблица 8.1.6Значения коэффициентов уравнений регрес-
ciiii удобоукладываемостн и прочности
бетона на связующих, обработанных ВЭРTable 8.1.6Estimates of coefficients of regression equa¬
tion for workability and strength of concrete
on the couplingents treated with HEDКоэф¬фици¬ентCoef¬ficientВыходные параметры Output parameterУдобоуклады-ваемостьWorkability(Pi)Прочность при сжатии
после ТВО
Compression strength
after steaming(у 2)Прочность при сжатии
в возрасте 28 сут
Compression strength
at 28 days(Рэ)Прочность при осевом рас¬
тяжении в возрасте 28 сут
Axial tension strength
at 28 daysCV4)bO5,328,639,952,5Ы—3,416,4621,120,95b2OJOJ1.260.08b3OJ1,762,410,12M1—D.6—1,64—1.550.04b22—0.3—2,02—2.03—0.06ЬЗЗ-0.4—1,69—1.93-0.01М2—0.20.150.750.01М3—0.10.551.950.01b23—0.31,120.820.01Выходной параметр
Output parameters2mS2MS2MS2h]FУ\0,430,1430,0530,1060,11687,2У 20,670,2230,0840,1680,1812,92У 32,170,7240,2720,5430,5895,32У 40,010,00330,00120,00250,002716,9
342Практическая реализация исследований и разработокСтатистический анализ показал, что все по¬
лученные уравнения регрессии можно считать
адекватными с 90%-й доверительной вероятно¬
стью. Вместе с тем необходимо отметить сла¬
бую чувствительность подвижности бетонной
смеси к параметрам активации. В то же время,
как известно, подвижность бетонной смеси не
полностью учитывает тиксотропный фактор.
Поэтому фактический эффект влияния парамет¬
ров активации на удобоукладываемость более
весомый, хотя и незначительный. Прочность
бетона при осевом растяжении моделируется не
очень четко. Однако если рассмотреть уравне¬
ние прочности при сопоставимой удобоуклады-
ваемости, то влияние факторов будет выраже¬
но более ярко.Анализ оценок коэффициентов уравнений
прочности бетона при сжатии прежде всего
подтверждает общеизвестную закономерность
влияния Ц/В на прочность бетона. При этом
отрицательные оценки при квадратичном чле¬
не показывают, что рассматривамая зависи¬
мость нелинейна с выпуклостью вверх. С
увеличением содержания активированной
части цемента до определенного предела
прочность бетона повышается, а затем на¬
чинает снижаться. Нетрудно определить, что
для уравнения прочности бетона при фикси¬
рованных значениях Ц/В и числа импуль¬
сов на основном уровне экстремальное зна-
x2„w„ = -Ьг,/2Ь„ =0,72:2,02 = 0,1733,чение "'Lexir~~b2/2Й22z,u‘‘“u’1'JJ’ т- е-
Цяаххг = 0,1733 • 20 + 20 = 23,5% дли условий теп¬
ловой обработки и ^ехп=1,262,03=0,31 т. е.
Uaexxt = 0,31 • 20 + 20 = 26,2% для условий
нормального твердения. Аналогичное влия¬
ние оказывает и число импульсов обработки.Для нахождения экстремальных значений
содержания активированной части цемента и
числа импульсов обработки, обеспечиваю¬
щих максимальную прочность бетона при теп¬
ловой обработке, возьмем частные производ¬
ные по Xj.X2.X3 и приравняем их к нулю:\дУ\ /д*2
[ду2 / дх3Statistical analysis showed that all
the regression equations possess 90%
confidence level. It is necessary to stress
weak activation sensitivity of mobility
of concrete. At the same time mobility of
concrete does not account fully for the
thixotropic factor. That is why actual
effect of activation parameters influence
on the workability is more weighty
though not significant. Axial tension
concrete strength cannot be clearly mod¬
eled. At the same time, if we consider the
strength equation at comparable work¬
ability the influence of factors will be
more pronounced.Analysis of coefficient estimates for
compression strength equation, first of all,
verifies the well-known tendency of C/W
impact on the concrete strength. Negative
estimates of quadratic term shows that the
dependence under investigation is nonlin¬
ear with the upward convexity. Increasing
the content of activated part of cement till
the certain limit will result in increase of
the concrete strength, after it will go
down. It is not difficult to determine that
for concrete strength equation, values of
C/W and number of impulses on the main
level being constant, the extreme value
X2ex,r=-/>2/2A„=0,722,02=0,1733 i.e.ЦЯго*=0,173320+20=235% for thermal
treatment and ^ 2MI,=1,26:2,03=0,31 i.e.
Ц°ехх1 = 0,31 • 20 + 20 = 26,2% for normal
hardening conditions. Similar impact is
exercised by the number of treatment im¬
pulses.In order to define the extreme values of
activated part of cement content and num¬
ber of treatment impulses providing for the
maximal concrete strength at thermal
treatment we shall accept partial deriva¬
tions by Xj, xx} and put them to zero:
0,7-4,04x2 +0,15X] + l,12x3 =0
1,76-3,3 8x3 +0,55X] +1,12x2 =0. (8.1.1)Преобразовав полученные данные в сис
тему линейных уравненийHaving converted the obtained data
into the system of linear equations and fur¬
ther having solved it- 4,04x2 +1,12x3 = -0,7 - 0,15x,,1,12x2 -3,38x3 = -1,76-0,55x, (8.1.2)
Practical application of research and inventions343и решив ее, получим значения содержания ак¬
тивированной части цемента и числа импуль¬
сов обработки, обеспечивающих максималь¬
ную прочность бетона после тепловой обра¬
ботки в зависимости от Ц/В:we shall achieve the content of activated
part of cement and the number of treatment
impulses providing for maximal concrete
strength after thermal treatment depend¬
ing on C/W:x2 exir =0,35 +0,1c,;
X3 extr =0,63 + 0,19*].(8.1.3)Если бы критерием эффективности техно¬
логического процесса была прочность бето¬
на после тепловой обработки, то задачу оп¬
тимизации можно было считать решенной.
Аналогично решалась бы задача выбора оп¬
тимальных параметров активации и для проч¬
ности бетона в проектном возрасте.Рассмотрим влияние параметров актива¬
ции на технико-экономические показатели.
Для этого используем результаты исследова¬
ний математических моделей, свойств бетона,
расширив их данными об энергоемкости про¬
цесса, затратах на содержание и эксплуатацию
оборудования и издержках производства. Ра¬
бочая матрица планирования и результаты
расчетов приведены в табл. 8.1.8.После реализации расчетов были получены
следующие уравнения регрессии и статистичес¬
кие характеристики влияния Ц/В (xj), содер¬
жания активированной части цемента (х2) и
числа импульсов обработки (х3) на издержки
производства (р5) в условных единицах (не в
S) с 95%-й доверительной вероятностью:Should the concrete strength after
steaming be adopted as an efficiency of
production process the problem might have
been considered solved. The problem of se¬
lecting optimal parameters of activation for
concrete strength at design age would be
solved similarly.Let us consider the influence of activa¬
tion parameters on technical-economical
indexes. We shall use the test results of the
mathematical models, properties of con¬
crete, having expanding them by the data
on power consumption of the process,
maintenance, operating and production
costs. Draft design matrix nd calculations
results are presented in the table 8.1.8.The following regression equations and
statistical characteristics of CAV (x,), con¬
tent of activated part of cement (x2) and
number of treatment impulses (x3) influence
on the production costs (y5), in equivalent
units (not in $), with the 95% level of con¬
fidence were obtained:y} = 7626,4+28445x, +120,4x2 +157,4x3 +380x,2 +380xj2 +35x2 -6Дх3 +12,2x,x3 -20x,x3 +130x2x3,
Sfo = 56,6; Sfa) = 18,7; 7,05; sfaj = 15,33; F = 74.1. (8.1.4)Проанализируем влияние параметров акти¬
вации на издержки производства при сопос¬
тавимых показателях прочности бетона. Для
этого первоначально решим уравнения проч¬
ности относительно х2. Так, для уравнения
прочности бетона после тепловой обработки
решение будет иметь видFurther we shall analyze the influence
of activation parameters on production costs
at comparable indexes of concrete strength.
In order to do this we should, first of all, solve
the equation with respect to x,. Thus, for equa¬
tion of concrete strength after thermal treat¬
ment the solution of equation will look as
followsX, =[-B + ylB2-4ЬиВ0 У 2(8.1.5)
Таблица 8.1.8.Рабочая матрица планирования эксперимента и расчетов при
использовании активации цемента ВЭРTable 8.1.Working matrix for test planning and calculations when
activating cement with HEDТочки
плана
Points
of the
planXlЦ/ВX2ЦаХзNaСостав бетона, кг/м^, в т. ч.
Concrete mix, kg/m3, includingЗатраты на материалы,
у. е./м
Materical costs,
equivalent units/ mЭнергозатраты
Power consumptionЗатраты на содержание
и эксплуатацию, у. е./м
Maintenance and
operation costs,
equivalent units/ mИздержки
производств, у. e./MJ
Production costs,
equivalent units/ mЦВбсЦаЩПДЦВбсЩПДkbt.-4/mj
kw-h/ m3py6./MJ
roubles/ m3123456789101112131415161718191+3,2+40020072322628911093451,4588210,3217011912,721,5236,560110132+3,200200730228010993251,4689060,3216931802,73,336,3301084831,2+4002002301929211517990,4628060,2717734420,821,5236,560531941,200200232193011487930,4628300,2717694390,83,336,3305105502,2+40+40044220117711356150,8853920,2817493401,651,7568,7808132602,2+40044720317911316000,8954530,2817433321,60007530702,20400440200011376080,8853680,2817523361,67,582,5407580802,200444202011336020,8954170,2817463331,6000749893,2020+40071422314311103551,4387110,3217111962,726,6292,670 —10982101,2020+400227189011608020,4527690,2717874440,826,6292,670536411+3,2020072622714511023291,4588570,3216961782,700010736121,202002321934611487910,4628300,2717694380,800050381302,202002004401998811396170,8853680,2817553411,610,6116,64576271402,202002004401998811396170,8853680,2817353411,611,3124,35076401502,202002004401998811396170,8853680,2817553411,610,8118,8557640344 Практическая реализация исследований и разработок
Practical application of research and inventions345где whereB = ~(b\ +bUx2 + Ь1ЪХз)>В 0 = b0 + b2X2 + Ьъхъ + b22 *2 + b33 x3 + b23 X2X3 ~ У2' (8.1.6)Полученное выражение подставляем в
уравнение издержек производства и имеем
зависимость издержек производства у5 от
основных факторов. Для примера проанали¬
зируем влияние параметров активации на из¬
держки производства для бетона класса В25
с требуемой прочностью после тепловой об¬
работки 25,7 МПа. Результаты анализа све¬
дем в табл. 8.1.9.Таблица 8.1.9Влншше параметров активации на издерж¬
ки производства для бетона класса В25 и
прочностью после тепловой обработки
25,7 МПаАнализ показал, что экстремальные зна¬
чения х, и х2, обеспечивающие максималь¬
ную прочность бетона, оказались далеко не
оптимальными с позиций критерия мини¬
мальных издержек производства. Так, если
для получения максимальной прочности опти¬
мальные значения содержания активирован¬
ной части цемента составляют 26—32%, а чис¬
ла импульсов обработки — 300—350, то с по¬
зиций минимальных издержек производства —
соответственно 20—25% и 240—280 циклов.Согласно аналогичным расчетам для
других свойств бетона, оптимальное со¬
держание активированной части цемента
составляет 20—25%, а наиболее экономич-The obtained expression we shall place into
production costs equation in order to receive the
following dependence of production costs y5 with
respect of other main factors. As an example
we shall analyze the influence of activation pa¬
rameters on the production costs for concrete
of brand B25 with the required strength after
thermal treatment equal to 25.7MPa. The anal¬
ysis results are presented in the table 8.1.9.Table 8.1.9Influence of activation parameters on the
production costs for concrete of brand
B25 with the strength after thermal
treatment equal to 25.7 MPaThe analysis showed that the extreme
values x, and x2 providing for the maximum
concrete strength are not the optimal ones
from the standpoint of minimal production
costs. For instance, in order to achieve the
maximum concrete strength the optimal val¬
ues of activated part of cement content equal
to 26-32% and the number of treatment puls¬
es — 300 - 350; from the standpoint of min¬
imal production costs - 20-25% and 240¬
280 cycles respectively.According to the similar calculations for
other properties of concrete the optimal con¬
tent of activate part of concrete equals to 20- 25% and the most efficient number ofЗначение Ц/В (x-i)
Value of C/WПараметры активации
Activation parametersИздержки производства,
уел. ед./м3Production costs, equivalent
units/m3x2Хз(Ц.) Ca№2,338 (0,1384)-1 (0)-1 (0)7756,62,137 (—0,06331)—0,5 (0,5)—0,5 (100)7368,982,027 (—0,1732)0 (20)0 (200)7145,22,003 (—0,197)0 (20)+ 0,5 (300)71631,997 (—0,203)+0,5 (30)+0,5 (3007244,22,006 (—0,1939)+0,5 (30)+ 1 (400)7318,62,041 (—0,1591)+ 1 (40)+ 1 (400)7615,1
346Практическая реализация исследований и разработокное число импульсов — 200—350. Эти. ха¬
рактеристики будут меняться в зависимости
от свойств применяемых цементов и соотно¬
шения цен на электроэнергию и цемент, хотя
общая тенденция установлена верно.Применение системно-структурной кон¬
цепции не ограничивается только техноло¬
гией цементов и бетонов. Наиболее полно
она может быть реализована при решении
многоаспектных и многофакторных задач
как производства цементов и бетонов, так
и производства и применения железобетон¬
ных конструкций. Рассмотрим в общем эту
задачу, оставив ее количественное решение
тем, для кого она предназначена.Итак, при производстве цементов (вид
цемента, как показано далее, определяет по¬
требитель) возникает типовая задача: какие
добавки и в каком количестве вводить при
помоле клинкера. Если обозначить проч¬
ность цемента в раннем возрасте или при
тепловой обработке через Лцт (при сжатии
и изгибе 7?^. ) и в стандартном (со¬
ответственно Яц и Л“), нормальную густо¬
ту цементного теста через НГ, расход до¬
бавок Дц, и Дц2.„ а затраты на производ¬
ство цемента (в т. ч. и энергоемкость) че¬
рез 5ц , то поставленная задача в форма¬
лизованном видеimpulses 200 - 350. These characteristics
will change depending on the properties of
cements being used and the correlation of
electric power and cement prices, though
the overall tendency is true.Application of system-structural con¬
cept is not limited to the concrete and ce¬
ment technology. It might be fully realized
while solving the multifold and multifactor
problems of both concrete and cement pro¬
duction, an4 production and utilization of
ferroconcrete constructions. Let us consid¬
er this problem in general, abandoning its
quantitative solution for those it is meant
for.Thus, a typical problem arises during
production of cements (the type of cement,
as it will be further illustrated, is determined
by the customer): what additives and in what
amount should be doped during the clinker
grinding. If we mark the concrete strength
at an early age or during thermal treatment
as ЛцТ (at compression as R^T and at bend¬
ing as ,R“T) and that one at the standard age
as Ru (R° and respectively), regular
density of cement paste as RD, consumption
of additives Дц, and Дц2, whereas the costs
for cement production including (power
consumption) as S , the problem put byКт =Ф1(Дц1Дц2-ДцД
К =ф2(Дц1Дц2-ДцД
, К =Фз(Дч1Ди2-ДЦп)>К =ф4(Дц1Дц2-ДцДНГ = ф5(Дц|Дц2...Дцп),
5ц=Фб(ДЦ,Дц2...Дцп) (8.1.7)будет состоять в выборе расхода добавок,
обеспечивающих заданные требования по
показателям качества (R^T , R"T ...) при ми¬
нимальных затратах.Имея такие количественные зависимости,
можно определить, как влияют рассмотрен¬
ные свойства цемента (уже как факторы) на
показатели качества бетонной смеси и бето¬
на: удобоукладываемость бетонной смесиin the formalized way will come to the choice
of consumption of additives providing for the
input requirements in terms of quality index¬
es (R£T and Rщ ...) at minimal costs.According to these dependencies one
might determine in what way the above¬
mentioned properties of cement (now as the
factors) influence the quality indexes of con¬
crete mix and concrete itself: workability
Practical application of research and inventions347(У), прочность в заданном возрасте (R) или
после тепловой обработки (RT), морозостой¬
кость (F), водонепроницаемость (IV) пт. д.
Но при этом добавляются еще факторы тех¬
нологии бетонов: водосодержание бетонной
смеси, (В5с), Ц/В, доля мелкого заполнителя
(а), характеристика водопотребности или
крупности заполнителей (Мк), добавки к бе¬
тонной смеси Щ, Дг.., параметры режимов
твердения (Г, т) и т. п. Следовательно, зада¬
ча системно-структурного анализа для бето¬
на примет следующий вид:(IV), strength at the specified age (R) or af¬
ter thermal processing (RT), frost resistance
(F), water permeability (IV), etc. At the
same time other factors of concrete tech¬
nology are added: water content of con¬
crete mix ((B6c)), W/C, share of fine aggre¬
gate (a)characteristics of water require¬
ments or coarse aggregate (MK), additives
to the concrete mix Д,,Д2..., parameters
of hardening modes (Г, r), etc. Consequent¬
ly, the problem for system-structural anal¬
ysis of concrete will look as follows:У = cp7 (НГ, В бс, Ц/В,a, MK...),R = cp8 (КцТ,Лц ,Ц/В,Вбс,а, Мк,Г,г, Д1( Д2--\
Ri = Ф9 fcT ■ Кт - ШД Вбс, а, М К,Т, т, Д,, Д2..)
^ = Ф]0(лци,Ц/В,Вбс,а Д,х,Д„Д2..)W = ф,, (Ц/В, В бс, а, Т, х, Д,, Д 2...),= Ф12 (^д > > WB36c,a,7 Д1) Д2(8.1.8)и будет состоять в выборе такого соотноше¬
ния факторов, которые обеспечивают мини¬
мальную себестоимость бетона ( 5б) при по¬
казателях качества не ниже требуемых.При проектировании конструкций возни¬
кает задача выбора параметров сечения —
ширины (b), высоты (Л), формы (/), армиро¬
вания, вида (А) и диаметра арматурной стали
(d3) свойств бетонной смеси и бетона, обеспе¬
чивающих несущую способность (N), трещи-
ностойкость (Т) и долговечность (L) здания
или сооружения при минимальных затратах
(SK), или конструкционно-технологический
энергоемкости (П ):and will come to the choice of such factors
correlation that will provide for the minimal
cost price of concrete () at the indexes of the
concrete not lower than the required ones.While designing the constructions the
problem of section parameters choice -
width (b), height (h), form (/), reinforcement,
shape (A) and diameter of reinforcing-bar
steel (d3), properties of concrete mix and con¬
crete providing for the load-carrying ability
(N), crack resistance (T) and durability (L)
of the building or construction at minimal
costs (SK) or constructional-technological
power consumption (Пт):N = (pu(R,b,h,f,A, da..\
Т = Ф H(R,b,h,f,A, da..),L = cpls(F,W,A...),SK=cpJy,R,RT,F,W,b,h,f,A,da4nKT3=<P\7(y,R,R1,F,W,b,h,f,A,da..).3.1.9)Таким образом, системно-структурная
концепция не только позволяет сформиро¬
вать своеобразное научное мировоззрение
при решении технических задач, но и являет¬
ся ключом к их практическому решению.Therefore, system-structural concept
not only allows us to create peculiar scien¬
tific outlook while solving the technical
problems, but is also the key to its practi¬
cal solution.
348Практическая реализация исследований и разработок8.2. Применение новых методов
оценки качестваВ научных исследованиях отрицательный
результат — это тоже результат. И как бы не
было неприятно, приходится начинать изло¬
жение именно с такого результата. Его нео¬
бычность состоит в следующем. Несмотря на
установленное влияние прочности цемента
при изгибе на прочность бетона при сжатии,
из стандартов на испытания цемента испыта¬
ния на изгиб изъяты. Хотя известно, что прак¬
тически все конструкции работают на изгиб
и растяжение, а стандартные испытания на
сжатие есть не что иное, как определение проч¬
ности бетона на растяжение при сжатии. Чем
это объяснить — корреляцией с прочностью
при сжатии? Но если это так, то зачем испы¬
тывать прочность бетона на изгиб? Вопросы
остаются открытыми. Но научная истина не
подчинена стандартам, и установленные за¬
кономерное гн влияния прочности цемента при
изгибе на прочность бетона при сжатии (а так¬
же на морозостойкость, динамическую проч¬
ность, истираемость и т. д.) не потеряли акту¬
альности для практики. Не менее важна оцен¬
ка качества цемента по двум показателям:
прочности н растекаемости цемеитно-песча-
иого раствора на встряхивающем столике при
постоянных значениях В/Ц и абсолютного
объема. При таких, предложенных автором
методах испытаний манипуляции с искусст¬
венным повышением показателей прочности
цемента станут невозможными, а растекае-
мость цементно-песчаного раствора, опреде¬
ляемая прямым экспериментом, станет пока¬
зателем водопотребности цементов. Отпадет
необходимость и в определении устаревшего
показателя нормальной густоты цементного
теста, который не учитывает, особенно для
пластифицированных цементов, такой важ¬
ный фактор, как тиксотропный эффект. Та¬
кова логика научного процесса, и аргумен¬
тированных возражений против нее, на наш
взгляд, нет.Разработанные методы оценки водонот-
ребности заполнителей имеют больше теоре¬
тическое, чем практическое значение, так как
чаще всего их крупность и удельная поверх¬
ность коррелированы. Вместе с тем для от¬
дельных случаев разработанная методика
имеет практическую направленность. К при¬
меру, при проведении крупномасштабных8.2. Application of new quality
assessment methodsNegative result in research is a re¬
sult as well. No matter how unpleasant
it is we shall proceed our statement from
the negative things. Despite the deter¬
mined influence of bending strength of
concrete on the compression strength,
bending strength tests are removed from
the standards. Though it is known that
practicallyv all constructions operate at
bending and axial tension, regular com¬
pression strength tests are nothing but
determination of axial tension strength
tests at compression. Should we explain
it by correlation with the compression
strength? If it is so, why should we con¬
duct the bending strength tests? These
questions still have no answers. The sci¬
entific truth does not obey to the stan¬
dards and the determined regularities of
bending strength of concrete influence
on the compression strength (as well as
on frost resistance, dynamic resistance,
wearability, etc) are still pressing in
practice. Concrete quality assessment in
terms of the following two indexes is of
no less importance: strength and spread-
ability of the compo at the jointing table
at the constant values of C/W and abso¬
lute volume. In case of the tests suggest¬
ed by the author manipulations with the
artificial increase of concrete strength
indexes will be impossible, and the
spreadability of the compo, determined
by immediate experiment will become
the index of cement water requirement.
The necessity to determine the archaic
index of cement paste density which does
not account for such important factor as
thixotropic effect, especially for plasti¬
cized cements will fall away. That is the
logic of scientific process and there are
no well-reasoned objections against it.The elaborated methods of aggregates
water requirement are of more theoretical
importance than the practical one since most
often their size and specific surface area are
correlated. At the same time for some cases
the above-mentioned methods have the prac¬
tical orientation. For instance, when con¬
ducting large-scale research in order to as-
Practical application of research and inventions349исследований по оценке эффективности мелких
заполнителей на предприятиях Западной Укра¬
ины и Киевской области пришлось столкнуть¬
ся с тем фактом, что водопотребность песка Не-
полоковского карьера с Мк = 2,63 оказалась
не на много меньше таковой днепровского пес-
касМк = 1,41, апри введении в бетонную смесь
пластифицирующих добавок технологическая
эффективность этих песков оказалась равной,
хотя экономический эффект от применения мел¬
ких песков из-за снижения транспортных рас¬
ходов оказался выше. Аналогичная ситуация
возникла при сравнении прибалтийского, тра-
кайского, крупного песка с мелкими песками
Львовской и Ровенской обл. И еще один нема¬
ловажный практический вывод из этих иссле¬
дований состоит в том, что не так уж важно
следовать установившимся старым догмам об
обязательном использовании песков с
Мк = 2—2,5, отвечающим требованиям стан¬
дартной кривой просеивания. Во-первых, мо¬
дуль крупности не является досгаточно полной
характеристикой водопотребности песка; во-
вторых, ранее применявшиеся методы оценки
водопотребности недостаточно корректны; в-
третьих, при использовании разработанной ме¬
тодики и применении добавок ПАВ совершен¬
но меняется картина водопотребности бетонных
смесей; в-четвертых, в конечном счете эффек¬
тивность заполнителей определяется технико¬
экономическим анализом. К сожалению, уста¬
новившиеся десятки лет назад стереотипы и
догмы до сих пор остаются в учебниках и со¬
знании многих специалистов.Выявленные автором закономерности
формирования пустотности заполнителей,
имеют, без преувеличения, самое актуальное
практическое значение. Определение соотно¬
шения между мелким и крупным заполните¬
лем не «на глазок», а на основании четкой
взаимосвязи пустотности крупного заполни¬
теля с сечением конструкции и густо гож! ее ар¬
мирования — серьезный вклад не только в
науку о бетоне, но и в технологию бетонных
н железобетонных изделий и конструкций.
Для практического использования указанной
закономерности нами предлагается для тон¬
костенных густоармированных конструкций
определять насыпную плотность крупного за¬
полнителя в сосуде диаметром 25,4 мм и вы¬
сотой 254 мм при максимальной крупности
заполнителя до 20 мм и, соответственно, 50,8sess the efficiency of fine aggregates at the
enterprises of the Western Ukraine and in
the Kyyiv region we faced the fact that the
water requirement of the Nepolokovskiy
quarry sand with the Mj.^2.63 turned out
not so much less than that of the Dnieper
bank sand with the Mt = 1.41. When doping
plasticizing additives into the concrete mix
economic efficiency of fine sand application
turned out to be higher due to reduction of
transportation costs. Similar situation
emerged when comparing the Baltic coast,
тракайский, coarse sand with the fine sands
in Lviv and Rovno regions. Another impor¬
tant practical conclusion of this research is
that it is not so important to follow the estab¬
lished archaic tenets concerning the manda¬
tory application of the sands with Mk= 2 -
2.5 meeting the requirements of the stan¬
dards of boltic curve. First, gradation fac¬
tor is not a full characteristics of sand water
requirement; second, methods of water re¬
quirement assessment used before are not
sufficiently correct; third, when using the
elaborated method and applying surface-ac¬
tive agent additives the picture of water re¬
quirement of concrete mix changes com¬
pletely; fourth, in the long run the efficiency
of aggregates is determined by technical-
economic analysis. Unfortunately, the ste¬
reotypes and the dogmas established de¬
cades ago still remain in the text books and
in the mentality of many scientists.The regularities of air voids formation
ill the aggregates determined by the author,
literally, possess pressing practical mean¬
ing. Determination of fine and coarse ag¬
gregate correlation not “by eye” but based
on distinct interconnection between the void
of coarse aggregate and the construction
section and reinforcement density is a seri¬
ous contribution not only to the concrete sci¬
ence, but to the concrete and ferroconcrete
items and constructions technology. For
practical application of the above-men¬
tioned regularity for the thin-walled dense¬
ly reinforced constructions we suggest to
determine the bulk density of the coarse ag¬
gregate in the vessel with the diameter of
25.4 mm, height - 254 mm with the maxi¬
mal size of an aggregate - up to 20 mm; and
correspondingly, 50.8 mm and 508 mm with
350Практическая реализация исследований и разработокмм и 508 мм при максимальной крупности до
40 мм. Для массивных конструкций, наобо¬
рот, диаметр сосуда может быть увеличен в
5—10 раз, а высота уменьшена на такую же
величину. Изменение при этом состава бето¬
на иллюстрируют данные табл. 8.2.1.Как видим, изменение насыпной плотно¬
сти с 1,336 г/см3 для тонкостенных конст¬
рукций до 1,42 г/см3 для массивных повлек¬
ло снижение расхода цемента на 8% и уве¬
личение расхода щебня на 80 г/см3. Выпол¬
нив расчеты и даже лабораторный экспери¬
мент, по известным рекомендациям нам при¬
шлось бы в процессе производства выбирать
между расслаиваемостью смеси и расходом
цемента.Таким образом, проведенные исследова¬
ния позволяют решать практические задачи
по комплексной оценке качества цемента,
эффективности заполнителей и научнообос¬
нованному выбору соотношения между мел¬
ким и крупным заполнителем.Уже более 10 лет не теряют своей попу¬
лярности, привлекательности и актуальнос¬
ти разработанные методы оценки морозо¬
стойкости и водонепроницаемости бетона.
Отличительная особенность этих методов,
как показано ранее, — установление кор¬
реляции сопротивления прохождению воз¬
духа сквозь тело бетона, измеренного парал¬
лельно слоям уложенной бетонной смеси, с ка-the maximal size of an aggregate of up to 40
mm. For large constructions, vice versa, the
diameter of the vessel might be increased 5¬
10 times, and the height should be reduced
as much. Changes of the concrete mix are
illustrated in the table 8.2.1.As you can see, changes of bulk density
from 1.336 g/cm3 for thin-walled construc¬
tions to 1.42 g/cm3 fog large ones resulted in
reduction of cement consumption by 8% and
increase of crushed stone consumption by 80 g/
cm3. Having done the calculations and even the
laboratory experiment according to the existing
recommendations, in the process of the experi¬
ment we should have choose between the strati¬
fication of the mix and cement consumption.Therefore, the conducted research al¬
lows to solve the practical problems of con¬
crete quality integrated assessment, efficien¬
cy of the aggregates and scientifically well-
founded choice of correlation between the
fine and coarse aggregate.The elaborated frost resistance and wa¬
ter permeability of concrete evaluation meth¬
ods have been topical for more than 10 years.
The distinctive feature of these methods, as
it was shown before, is the determination of
correlation between the airflow resistance
in the body of concrete, measured in paral¬
lel with the layers of poured concrete mix
and the capillary porosity and, consequent-Таблица 8.2.1Составы бетона класса В25 удобоуклады-
ваемостью ПЗ для конструкций, различаю¬
щихся сечением и густотой армирования,
кг/м3Table 8.2.1
Concrete mix of B25 class with the
workability of ПЗ for constructions,
various in the section and reinforcement
1 density, kg/m3КонструкцииConstructionЦементCementВодаWaterЩебеньCrushedstoneПесокSandДобавка ЛСТ, %
от массы цементаLignosulphonate
additive, % of
cement massТонкостенныегустоармированныеThin-walled densely reinforced47020810866140,28ОбыкновенныесреднеармированныеRegular medium reinforced44520311525820,28Массивные мапоармированные
Large low reinforced43220011665860,28
Practical application of research and inventions351пиллярной пористостью и соответственно с
его проницаемостью и морозостойкостью.
Понятно, что морозостойкость и водонепро¬
ницаемость бетона зависят не только от его
капиллярной пористости. Однако на одина¬
ковых цементах и заполнителях такая связь,
безусловно, есть, и, хотя и грубо, определить
морозостойкость и водонепроницаемость бе¬
тона в конструкции представляется возмож¬
ным. Другого способа диагностики бетона и
доказательства указанных свойств пока нет.Нами не только разработан способ, но и
получены количественные зависимости взаи¬
мосвязи сопротивления прохождению возду¬
ха с морозостойкостью и водонепроницаемо¬
стью бетона. Будут они нормированны стан¬
дартами или нет, это вопрос другой. Но этим
способом до сих пор пользуются более 600
предприятий СНГ и других стран, поэтому для
них представляют практический интерес по¬
лученные автором новые количественные за¬
висимости (табл. 8.2.2; рис. 8.2.1).Таблица 8.2.2Взаимосвязь сопротивления прохождению
воздуха (тс) с морозостойкостью (Г) и водо¬
непроницаемостью (IV)бетонаly, with its permeability and frost resis¬
tance. It is obvious that the frost resistance
and water permeability of concrete depend
not only on its capillary porosity. Howev¬
er, this type of connection do exist in case
of similar cements and aggregates; frost
resistance and water permeability of concrete
in the construction might be measured,
though approximately. There is no other
method of concrete diagnostics and proof of
the above-mentioned properties.We have both elaborated the method
and obtained the quantitative dependencies
of correlation between the airflow resistance
and the frost resistance and water perme¬
ability of concrete. Will they be standard¬
ized is another issue. However, more than
600 enterprises in the CIS and other coun¬
tries still use this method. That is why new
quantitative dependencies (table 8.2.2; fig.
8.2.1) obtained by the author are of prac¬
tical interest.Table 8.2.2Correlation between the airflow resistance
(mc), frost resistance (F) and water
permeability of concrete (W)Марка
бетона
по моро¬
зостой¬
кости
Concrete
brand in
terms of
frost
resis¬
tanceМинимальное значение сопротивления
прохождению воздуха тс
Minimal value of airflow resistance mcМинима¬
льное
значе¬
ние
проч¬
ности
при
сжатии,
МПа
Minimal
value of
compres
sion
strength,
MPaМарка
бетона по
водоне¬
прони¬
цаемостиBrand of
concrete in
terms of
water
permea¬
bilityМинимальное
значение
сопротивления
прохождению
воздуха
Minimal values of
airflow resistance,
mc с/см3Характеристика цементов (C3 А до 8%)
Cement characteristics (Сз A up to 8%)бездобавокWithoutaddi-tivesс мине¬
ральны¬
ми до¬
бавками
до 20%With the
mineral
additives
up to 20%с мине¬
ральны¬
ми до¬
бавками
до 35%With the
mineral
additives
up to 35%шлакопорт-
ландцемент с
содержанием
шлака
до 60%Portland slag
cement with the
content of slag
up to 60%По дан¬
ным
автораAccording
to the
author's
dataГОСТ12730.5-84standardГОСТ12730.5-84F501,8/12,62,6/19,33,7/—6,2/—15/30W22,33,1F754,5/28,55,8/32,36,9/—12,4/—20/40W44,54,6F1006,2/39,37,9/56,39,4/—22,7/—25/45W696,6F1509,1/52,418,1/-22,6/——30/50W817,19,5F20012,6/65,736,4/-56,7/—_35/55W1264,219,7F30028,5/74,7———40/60W1681,5—Примечание: перед чертой — бетон общестроитель¬
ного назначения, за чертой — аэродромный и
дорожный.Note: before the line - common purpose con¬
crete, behind the line - airfield-grade and road
concrete
352Практическая реализация исследований и разработокюgs5 щ
.о е
s ёо §5 “
<в оз £
о0с: gQ) t1O S<o Q-o »*.CQ Q)I0,80,40,25ssS
4 ®
1 8
I<8
О ■
§n 13з sо -Q§e CDо -С
03s -с£ §>С») -J0 оIf
«II*
g <08 <U1 uCD *■;t пз5о Q>§- q;оОкапиллярная пористость, Пк, %
Capillary porosity, Pk, %Рис. 8.2.1. Зависимость сопротивления про¬
хождению воздуха и водонепроницаемости бе¬
тона от капиллярной пористости цементного
камняНеобходимо заметить, что приведенные
данные касаются бетонов без кольматиру-
ющих добавок, так как при кольматации (на¬
пример, бентонитовой глиной) может быть
достигнуто повышение водонепроницаемо¬
сти и сопротивления прохождению воздуха
бетона, но не обязательно его морозостой¬
кости.С помощью разработанного способа авто¬
ром были проведены натурные обследования
изделий и конструкций на 126 объектах стран
СНГ (табл. 8.2.3).Согласно данным табл. 8.2.3, если задан¬
ные требования по прочности бетона в конст¬
рукциях, в основном, обеспечиваются, то по
морозостойкости отличаются не только от
проектных требований, но и от результатов
стандартных испытаний в образцах в 1,5—2,
.а в некоторых случаях в несколько разFigure 8.2.1. Airflow resistance and wa¬
ter permeability of concrete dependence on
capillary porosity of cement stoneIt should be mentioned that the cited
data concern the concrete without the col-
mating additives since during the colma-
tion (for instance of bentonite clay) one
might achieve the increase of water per¬
meability and airflow resistance of con¬
crete but not necessarily of its frost resis¬
tance.Field observation of items and con¬
structions on 126 sites in the CIS countries
were conducted with the help of the meth¬
od elaborated by the author, (table 8.2.3).According to the data presented in the
table 8.2.3 if the predetermined requirements
towards the strength of concrete in construc¬
tions, in general, are met, in terms of frost
resistance they differ not only from the de¬
sign objectives but from the standard test
results of the samples 1.5-2 times and in
Practical application of research and inventions353Таблица 8.2.3 Table 8.2.3Некоторые результаты натурных обследова- Field observation results for items andiuri'i изделий и конструкций на объектах constructions on the sites inв разных городах different citiesНаименование изделий и
конструкций
Title of items and
constructionsМесто
проведения
обследования
Test siteГодYearПроектные данные, под¬
твержденные документом
изготовителя
Design data confirmed by
the manufacture plantФактические данные
по результатам
обследования
Actual
test resultsR, МПаFWR, МПаFWГидротехнические сооруже¬
ния Днестровского каскада
ГЭС и ГАЭС
Hydraulic engineering
structures of Dniester
coordinated hydroelectric
system of hydroelectric
power station and
hydroelectric pumped
storage power stationНоводнестровскNovodnestrovsk199220303010015020046818.4
28,733.575100150246Изделия канализационных
сооружений завода “Кварц"ЧерновцыChernivtsi199230100625,950—Items of collecting system of
“Quartz" plant30150828,5502Мостовые конструкции
BridgeСтрийStryi19944050200200—42,847,315015088Контрольные БелНИИС
Reference BeiRIМинскMinsk199340200648,21506Контрольные НИИЖБ
Reference RIFCIМоскваMoscow199340200845,41506Мостовые конструкции
BridgeЧелябинскCheliabinsk199240200—42,31506Дорожные покрытия
PavingЧерновцыChernivtsi199540200—36,1754Конструкции канализацион¬
ных сооруженийCollecting system itemsХарьковKharkiv199540200852,6752Плиты трамвайных путей
Slabs for tram railsХарьковKhrakiv199840200—45,31004Тротуарная плитка
Sidewalk slabЧерновцыChernivtsi199640200—28,9502Тротуарная плитка
Sidewalk slabКиевKyyiv199940200—51,3754Бордюр железнодорожных
платформBorder of baysХмепьницкийKhmelnitskiy200040200—38,71506
354Практическая реализация исследований и разработокРис.8.2.2. Типовая картина разрушения до¬
рожных покрытий и тротуарных плит, избе¬
жать которой можно было бы, используя раз¬
работанный способ(рис. 8.2.2). Это еще раз свидетельствует о низ¬
кой эффективности контроля морозостойкос¬
ти и водонепроницаемости бетона стандарт¬
ными методами и о необходимости более ши¬
рокого практического использования предла¬
гаемого способа. На основании исследований
автором рекомендуются проектные требова¬
ния к бетону в сложных условиях эксплуата¬
ции конструкций (табл. 8.2.4).Таблица 8.2.4Проектные показатели свойств тяжелого
цементного бетона для различных условий
эксплуатацииFig. 8.2.2 Typical picture of paving and
side-walk deterioration which might be avoid¬
ed by means of the suggested methodsome cases even more (fig. 8.2.2). This once
again testifies to the low efficiency of stan¬
dard frost resistance and water permeabili¬
ty inspection methods as well as to the ne¬
cessity of wider practical application of the
suggested method. Based on the research the
author suggests the following design require¬
ments towards concrete in difficult service
conditions (table 8.2.4).Table 8.2.4Design property measures for heavy
cement concrete at different service
conditionsУсловия
эксплуатации
Service conditionsСрок
эксплуа¬
тации, годы,
не менееService life,
years, not
less thanТребуемые свойства бетона, не ниже
Required properties of concrete, not less thanМорозо¬стой¬костьFrostresis¬tanceВодопро¬ницае¬мостьWaterpermea¬bilityПроч¬
ность при
сжатии
Compressi
on
strengthПрочность
при осевом
растяжении
Axial
tension
strengthСопротивление
прохождению
воздуха, с/см3
Air flow
resistance,
c/cm^Гидротехнический
бетон подводный
Hydraulic underwater
concrete50F100W6B20В,1,69,6Гидротехнический
бетон переменного
уровня воды
Hydraulic concrete for
variable water level50F200W8B30В, 218,5
Practical application of research and inventions355Окончание табл. 8.2.4 Finish table 8.2.4Условия эксплуатации
Service conditionsСрок
эксплуа¬
тации, годы,
не менееService life,
years, not
less thanТребуемые свойства бетона, не ниже
Required properties of concrete, not less thanМорозо¬стой¬костьFrostresis¬tanceВодопро¬ницае¬мостьWaterpermea¬bilityПроч¬
ность при
сжатииCompressionstrengthПрочность
при осевом
растяженииAxialtensionstrengthСопротивление
прохождению
воздуха, с/см3Air flow
resistance,
c/cm^Гидротехнический
бетон в условиях
переменного уровня
воды и механо-
химической эрозииHydraulic concrete
under conditions of
variable water level and
mechanochemical
erosion30F300W12B40В, 2,843,8Дорожный и аэродром¬
ный при малой интен¬
сивности движенияRoad and airfield-grade
at low volume of traffic30F200W8B30В, 2,436,3Дорожный и аэродром¬
ный при интенсивном
движенииRoad and airfield-grade
at heavy of traffic20F300W12B40В, 2,865,7Бетон резервуаров,
лотков, труб при
переменном уровне
замерзающей
жидкости и при
механохимической
эрозии бетонаConcrete for reservoirs,
shoots, and pipes at
variable level of freezing
liquid and
mechanochemical
erosion of concrete30F300W12B30В, 2,843,8Бетон контейнеров
для захоронения
радиоактивных
отходовRadioactive wastes
container concrete50F300W16B50В, 3,265,7
356Практическая реализация исследований и разработокРассмотренный способ — пока единствен¬
ный для обследования конструкций по показа¬
телям морозостойкости и водонепроницаемос¬
ти бетона, он позволяет прогнозировать долго¬
вечность и реальный ресурс их эксплуатации.
К сожалению, опубликованные автором в
1995—1997 гг. данные о долговечности дорож¬
ных покрытий и тротуарных плиток печально
подтвердились с точностью до 1 года.8.3. Использование новых
закономерностей при
проектировании и оперативном
регулировании составов бетонаВ 50—60-х годах в СССР и за рубежом про¬
ходили бурные научные дискуссии по выбору
составов бетона. Работы в этом направлении
до сих пор продолжаются в Австралии, Гер¬
мании, Японии и других странах. В чем же со¬
стоит выбор составов бетона? В уточнении
коэффициентов известной формулы Боломея,
определении оптимального соотношения
фракций заполнителей и расхода добавки?
Или эта задача намного глубже и шире? И, на¬
конец, чем же закончились все дискуссии и ис¬
следования по этому вопросу XX века и есть
ли действительно выбор?Поставим еще раз указанную задачу в прак¬
тической плоскости. Итак, выбор составов бе¬
тона состоит в нахождении вида, расхода ком¬
понентов, обеснечнвающнх требуемые свойства
бетонной смеси и бетона в конструкции при ми¬
нимальных затратах. Задача четкая и ясная,
вопрос в том, как ее решить. До сих пор, не¬
смотря на сотни фрагментарных методик, она
не решена. На вопрос — можно ли рассчитать
все возможные составы бетона и использовать
их в практической деятельности без экспери¬
ментальной проверки, ответ однозначен —
нет. Ни один расчет не способен учесть все
многообразие свойств применяемых материа¬
лов и условий производства. На основании
расчетов можно рекомендовать предваритель¬
ные составы бетонов, но их эксперименталь¬
ная проверка и уточнение обязательны. В при¬
ложении для практического ориентира и про¬
ведения предварительных технико-экономи¬
ческих расчетов автором на основании иссле¬
дований такие составы даны, и насколько ониThe suggested method - is the only one
at present designed to examine the con¬
structions in terms of frost resistance and
water permeability of concrete. It enables
to forecast the durability and real resource
of their service. Unfortunately, the forecasts
published by the author in 1995 -1997 con¬
cerning the durability of paving and side¬
walk slabs turned out to be prices to 1 year.8.3a Application of new
tendencies during design
and on-line adjustment of
concrete mixHot discussions were hold in the 1950s
and 60s in the USSR and abroad concerning
the concrete mix content. Works on this is¬
sue are still in process in Australia, Germa¬
ny, Japan and other countries. What does the
choice of concrete mix consist in? Is it the
specification of the coefficient estimates of the
well-known Bolomey formula, or determina¬
tion of optimal correlation between the ag¬
gregate fractions and additive consumption?
Or is this task much deeper and wider? And
finally, what were the results of all the discus¬
sions about the important issue of the XX c.
and is there really a choice?Let us examine this issue in practice.
Thus, the choice of concrete lies in the selec¬
tion of the type, determination of components
consumption providing for the required prop¬
erties of concrete mix and concrete in con¬
structions at minimal costs. The task is clear
and distinct; the question is how to solve
it. So far, despite the hundreds of fragmen¬
tary methods it has not been solved. There
is no answer to the question if one can esti¬
mate all the possible concrete mixes and use
them in practice without the empirical ver¬
ification. None of the estimates is able to
account for the diversity of properties of
the materials being used and manufactur¬
ing environment. One can recommend the
preliminary concrete mixes based on the
estimates, however, their empirical verifi¬
cation is mandatory. The author suggest¬
ed such mixes in the appendix based on the
preliminary technical-economic estimates.
Practical application of research and inventions357удачны и близки к различным условиям про¬
изводства и эксплуатации конструкций, судить
читателю. Для практического использования
составов необходимы лабораторный экспери¬
мент, корректирование на влажность и грану¬
лометрический состав заполнителей, а также
технико-экономические расчеты с учетом фак¬
тических свойств, цен материалов и производ¬
ственных затрат.Но если нет решения поставленной задачи
расчетным путем, как же ее решить экспери¬
ментально? Оказывается, и четкого экспери¬
ментального решения также до сих пор нет.
Рассмотрим, как же решалась многие десяти¬
летия эта практическая задача в промышлен¬
но развитых странах и странах бывшего
СССР.Подход к выбору составов бетона в США,
Германии, Японии и многих других странах
довольно серьезный, но, к сожалению, науч¬
ные закономерности в нем почти не использу¬
ются. Такой подход напоминает шихтовку
компонентов бетона 2000-летней давности:
тщательную, скрупулезную, серьезную..., но
менее всего научную. На первом этапе рабо¬
ты на основании изучения рынка с учетом ре¬
комендаций по химико-минеральному и веще¬
ственному составу цементов, свойствам за¬
полнителей и виду добавок выбираются пред¬
полагаемые поставщики компонентов бетон¬
ной смеси. Затем путем подбора (при этом ис¬
пользуются известные закономерности форми¬
рования пустатности заполнителей) тщатель¬
но выбирается соотношение фракций запол¬
нителей, обеспечивающих минимальную пу-
стотность смеси. Вопрос о применении доба¬
вок — пластификаторов или суперпластифи¬
каторов, решен, остается только уточнить,
какая добавка экономичней. Для бетонов с
повышенными требованиями по морозостой¬
кости не подлежит обсуждению и необходи¬
мость применения воздухововлекающих до¬
бавок. При этом для гидротехнических, до¬
рожных и аэродромных бетонов использова¬
ние низкоалюминатных бездобавочных це¬
ментов и воздухововлекающих добавок яв¬
ляется догмой. А можно ли получить бетон за¬
данной прочности и морозостойкости при со¬
держании, к примеру, С3А в цементе 8,2 и 15%
минеральных добавок, используя не воздухо-How successful and perceptive to various
manufacturing environment and service con¬
ditions they are will be determined by the read¬
ers. Laboratory experiments, adjustment in
terms of moisture and granulometric content
of aggregates, as well as technical-economic
estimates accounting for real properties, costs
of materials and production costs are neces¬
sary for practical utilization of the mixes.If there are no solution by means of
computation methods how can it be solved
empirically? It turns out that, so far, there
is now clear-cut empirical solution as well.
Let us examine how what practical way-out
was used for many years in the fUSSR
countries and in many industrially devel¬
oped states.There is a serious approach towards the
selection of concrete mix in the USA, Ger¬
many, Japan and many other countries but
it does not account for scientific regulari¬
ties. Such approach resembles burdening of
concrete components of 2000 years’ pre¬
scription: thorough, scrupulous, serious...
but least of all scientific. At the first stage,
the potential suppliers of concrete mix are
selected based on the market study and tak¬
ing into account the recommendations on
the chemical-mineral and materialized con¬
tent of cements, properties of the aggregates
and type of additives. Later on, ratio of
the aggregate fractions, providing for min¬
imal air void of the mix, is thoroughly spec¬
ified by means of selection (making use of
the well-known regularities of air void for¬
mation in the aggregates). The issue con¬
cerning the application of additives-plas-
ticizers or superplasticizers is settled. The
only thing to specify is which additive is
more efficient. There is no sense even to
discuss the necessity to use air-entraining
additives for concrete with the high re¬
quirements towards frost resistance. At the
same time for hydraulic, road and airfield
-grade concrete application of low-alumi-
nate cements without additives and air-
entraining additives is a dogma. Is it possi¬
ble to obtain concrete of the specified
strength and frost resistance with the con¬
tent of, let’s say, C3A in concrete equal to
358Практическая реализация исследований и разработоквовлекающую, а пластифицирующую добав¬
ку, и гарантирует ли постоянный контроль
воздухововлечения бетонной смеси получение
требуемых свойств бетона? Стереотипы и дог¬
мы 30—50-х годов прошлого века еще долго
будут оставаться в сознании специалистов всех
стран. Это положительное явление отражает
объективные знания о том, что повышенное со¬
держание С3А и минеральных добавок снижа¬
ет долговечность бетона, а содержание 3—5%
эмульгированного воздуха повышает его мо¬
розостойкость. На какую же величину повы¬
шаются эти свойства и каково же содержание
С3 А и минеральных добавок должно быть в це¬
менте, без излишней перестраховки, — именно
на эти вопросы, которые, к сожалению, даже
не обсуждаются, должен дать ответ научно
обоснованный выбор составов бетона.Зафиксировав свойства цементов, запол¬
нителей и добавок, на следующем этапе, на¬
пример в США, Великобритании, Австралии
и других странах, экспериментально опреде¬
ляют зависимость прочности бетона от
Ц/В, а при необходимости проверяют моро¬
зостойкость, водонепроницаемость и другие
свойства бетона. На основании полученных
зависимостей находят значения Ц/В и расхо¬
да компонентов для получения бетонной сме¬
си и бетона требуемых свойств. Полученные
значения и зафиксированные свойства мате¬
риалов являются законом для практического
исполнения.Следовательно, при рассмотренном подхо¬
де малейшее изменение свойств цементов и за¬
полнителей влечет за собой снижение или по¬
вышение показателей свойств бетонной сме¬
си и бетона. По этой прнчине обязательными
условиями функционирования производства
является необходимость использования гаран¬
тированной прочности цемента и пяти—девя¬
ти фракций заполнителей. ЭВМ, точнейшие
приборы и механизмы — это уже все прило¬
жения к громаднейшей рутинной работе, ко¬
торая была выполнена при выборе составов
бетона, а затем постоянно будет проводиться
и при контроле качества производства для
того, чтобы получить материал с показателя¬
ми качества не ниже проектных. При такой
системе, с высокой вероятностью, будет га¬
рантирован браковочный минимум в резуль-8.2 and that of mineral additives - to 15%
using plasticizing additive instead of air-en¬
training one? Does the permanent concrete
mix air-entrainment control guarantee the
required properties of concrete? Stereotypes
and dogmas of the 1930s and 50s will still re¬
main in the mentality of the specialists of all
states. This positive phenomenon reflects the
objective knowledge about the fact that in¬
creased content of С 3 A and mineral additives
reduce the durability of concrete, and the con¬
tents of 3-5% emulsified air increases its frost
resistance. How much do these properties in¬
crease and what content of C3A and mineral
additives should be in cement? It is the scien¬
tifically grounded selection of concrete that
should provide answers to these questions
which have not been even discussed.Having specified the properties of ce¬
ment, aggregates and additives, concrete
strength dependence on C/W, and in case
of necessity frost resistance, water perme¬
ability and other properties of concrete are
specified at the next stage in the USA, Great
Britain, Australia and other countries.
Based on the obtained dependencies the
values of C/W and components consump¬
tion are specified in order to obtain the
concrete mix with the required properties.
The results obtained and the properties of
materials specified are the law for practi¬
cal application.Consequently, in the suggested method
the slightest change of cement and aggre¬
gates properties results in the reduction or
increase of the values of concrete mix prop¬
erties. Due to this reason the necessity to
use guaranteed strength of cement and 5-9
fractions of aggregates is an indispensable
condition of production functioning. Com¬
puter, precision tools and mechanisms are
all supplements to the huge routine work
done while selecting the concrete mix, and
later will be done on the permanent basis
during production quality control in order
to obtain the material with the properties
not less than the design ones. This system
with a great likelihood will guarantee the
minimum of wastes as a result of deliberate
increase of concrete property values. That
Practical application of research and inventions359тета сознательного завышения показателей
свойств бетона. Именно поэтому, на наш
взгляд, используется и до 9 фракций заполните¬
лей, хотя экспериментальная проверка показы¬
вает, что заданные, даже самые высокие, тре¬
бования к бетону обеспечиваются уже при 4—5
фракциях. Снижение пустотности заполнителей
за счет 5-й, 6-й и 7-й фракций позволяет сэконо¬
мить не более 10—30 кг цемента. Если соизме¬
рить затраты на фракционирование заполните¬
лей и их дозирование со стоимостью сэконом¬
ленного цемента, то игра вряд ли будет стоить
свеч. Причина здесь в том, что гранулометри¬
ческий состав заполнителей зафиксирован при
подборе составов бетона, и если он изменится,
то при отсутствии четкой системы регулирова¬
ния (а ее как раз и нет в указанных странах)
нарушится ход технологического процесса.
Изложенное относится и к режимам приготов¬
ления бетонной смеси, формования и твердения
бетона. Ни производство, ни ЭВМ, ни испол¬
нительные устройства к серьезным неожидан¬
ностям (а у нас их не занимать!) не готовы.В странах бывшего СССР на многих от¬
ветственных объектах выбор составов бето¬
на проводился аналогично, хотя при произ¬
водстве основной массы бетона производи¬
тель не утруждал себя описанной изнуритель¬
ной работой и ограничивался, как правило,
подгонкой составов бетона к общесоюзным
нормам расхода цемента с максимизацией по¬
вышающих коэффициентов до уровня воз¬
можной фантазии и проверкой их пробными
замесами. При этом иногда проводились и
расчеты по известным формулам с использо¬
ванием в отдельных случаях ЭВМ, выполняв¬
шей роль арифмометра и печатающего уст¬
ройства, но на выбор составов бетона полу¬
ченные данные не влияли.Отличительной особенностью выбора со¬
ставов бетона в странах бывшего СССР был
ориентир на минимальный расход цемента.
Такой критерий, на первый взгляд, заслужи¬
вает справедливой критики. Однако не будем
спешить с выводами. В условиях громадней¬
ших по тем временам объемов строительства,
когда при использовании мощностей цемент¬
ных заводов на 90—95% в стране хронически
не хватало цемента, такой подход, на наш
взгляд, был оправдан, так как каждый про-is why, in our opinion, up to 9 fractions are
used, though empirical verification shows
that the specified highest requirements to¬
wards concrete are met even in case of 4-5
fractions. Reduction of air void of aggre¬
gates at the expense of the 5th, 6th, and the
7th fractions enables to save not more than
10 - 30 kg of cement. If we compare the costs
of aggregates fractionating and their batch¬
ing with the costs of cement saved, the game
is not worth the candle. The reason is that
the granulometric content of aggregates is
fixed during the selection of concrete mix,
and should it change, the production pro¬
cess will change in case of the absence of
distinct control system (it is absent in the
states mentioned). The above-mentioned
concerns the modes of concrete mix prepa¬
ration, molding, and concrete hardening as
well. Neither the production itself, nor com¬
puters, execution units are ready to the seri¬
ous unexpectedness (we do have them a lot!).In the countries of the former USSR con¬
crete mix selection at the responsible sites
was done similarly, though when producing
the basic mass of concrete mix he manufac¬
turer did not burden himself with the de¬
scribed above, exhausting work and limited
himself, as a rule, to the adjustment of con¬
crete mix to the all-union norms of cement
consumption with the maximization of step-
up coefficients up to the level of possible
imagination and testing it with the sample
batch. Sometimes computer -assisted calcu¬
lations according to the well-known formu¬
la were done; computers rather played the
role of calculating machine and the printing
device. The obtained data as a rule did not
affect the concrete mix selection.The distinctive feature of concrete mix
selection in the countries of the former
USSR was the minimal consumption of
cement. Such criterion, at first sight, de¬
serves fair criticism. However we shall not
be in a hurry to conclude. At the times of
huge volumes of construction when there
was a permanent lack of cement, even de¬
spite the fact that the cement works were
working at 90-95% of their capacity such
approach was justified since every percent
360Практическая реализация исследований и разработокцент экономии цемента превращался в допол¬
нительные жилые дома, фабрики, заводы и ин¬
женерные сооружения. Другое дело, что при
отсутствии надежного оборудования приме¬
нение неоправданно жестких бетонных смесей
приводило к снижению качества изделий и
конструкций, повышению трудозатрат на их
изготовление. Расход цемента без уточнения
его вещественного состава, вида и свойств до¬
бавок далеко не всегда отражал реальные за¬
траты в масштабах народного хозяйства. До¬
вольно часто экономия цемента достигалась
за счет ухудшения качества бетона. Потери из-
за безхозяйственности, отсутствия надежных
методик выбора и регулирования составов бе¬
тона в процессе производства достигали 15—
20%. Хотя, согласно отчетам, диссертациям и
научным публикациям, уже к 1990 г. бетон
можно было бы изготавливать со сниженным
на 40—60% расходом цемента. Та реальная
экономия, которая отражалась в материаль¬
но-технических отчетах предприятий, опреде¬
лялась не в сравнении с научно обоснованным
расходом цемента, а явно завышенными нор¬
мами. За последние годы положительных из¬
менений почти не наблюдается, скорее всего,
наметилась даже общая отрицательная тен¬
денция.После такого пространного отступления
продолжим тему выбора составов бетона,
рассмотрев следующий ее этап — назначе¬
ния Ц/В. Во многих странах, в т. ч. и СНГ,
значение Ц/В определяют на основании экс¬
периментальной зависимости прочности от
этого показателя R = <р(Ц/В). Значение Ц/В
находят в зависимости от заданных требо¬
ваний прочности бетона в необходимые сро¬
ки твердения. Для бетонов с повышенными
требованиями по морозостойкости и водо¬
непроницаемости расход цемента для бетон¬
ной смеси требуемой удобоукладываемос-
ти определяется по экспериментальной за¬
висимости этих свойств от капиллярной по¬
ристости цементного камня, т. е. F, (W) =
ф(Пк). Взаимосвязь морозостойкости и во¬
донепроницаемости бетона с капиллярной
пористостью выражается достаточно четко.
Но взаимосвязь прочности и Ц/В уже более
100 лет вызывает сомнение (рис. 4.3.1 и4.3.2). Например, самым тщательным обра-of savings on cement turned into addition¬
al block of flats, plants, and engineering
services. Another thing is that due to the
absence of appropriate equipment the ap¬
plication of stiff concrete mix resulted in
the reduction of quality of constructions
and items, increase in man-hours for their
production. Cement consumption without
specification of its materialized content,
type and properties of additives did not al¬
ways reflect on the real inputs in the na¬
tional scale. Quite often the economy was
reached at the expense of concrete deterio¬
ration. Tosses because of mismanagement,
lack of reliable methods of concrete mix
selection and adjustment reached 15 - 20%
in the process of production. Though ac¬
cording to the reports, dissertations and
publications, as far as by 1990, concrete
might have been produced with the cement
consumption reduced by 40-60%. The real
economy, reflected in material and techni¬
cal reports of enterprises was defined in
comparison with increased norms instead
of scientifically sound consumption of ce¬
ment. Recently, no positive changes are ob¬
served, rather general negative tendency is
taking shape.After such extensive digression we shall
keep on going with the concrete mix selec¬
tion and consider its following stage - pur¬
pose of C/W. In many countries, including
the CIS, the value of С/Wis determined on
the basis of strength empirical dependence
on this index R = <p(CAV)- The value of CAV
is defined depending on the specified require¬
ments towards the concrete strength within
the specified period of hardening. Consump¬
tion of cement for concrete mix with the spec¬
ified workability in case of concrete with in¬
creased requirements towards frost resistance
and water permeability is defined according
to the empirical dependence of these proper¬
ties on the capillary porosity of cement stone,i.e. F](1V) - ф(Рс). Correlation between the
frost resistance, water permeability and cap¬
illary porosity is quite distinct. The correla¬
tion between the C/W and the strength has
been raising doubts for the last 100 years
(Fig. 4.3.1 and 4.3.2). For instance, the most
Practical application of research and inventions361зом выполненный эксперимент по получению
зависимости прочности бетона от Ц/В слабо
воспроизводится даже на цементах одинако¬
вой активности, что объясняется, как уже от¬
мечалось ранее, несопоставимостью методов
испытаний и существенным влиянием колеба¬
ний прочности цемента при изгибе. Следова¬
тельно, закон Ц/В в классической его форму¬
лировке: прочность бетона на постоянных ма¬
териалах пропорциональна Ц/В, имеет ло¬
кальный характер. И не случайно методика
выбора составов бетона НИИЖБ Госстроя
СССР предусматривала в практической ра¬
боте получение зависимости прочности бе¬
тона от Ц/В для каждой партии цемента, а в
практической деятельности строители США
пользуются, в целях страховки (страховка
от незнания! — М.Ф.), нижней ветвью зави¬
симости R6 = ф(Ц/В).Установленные нами закономерности за¬
висимости прочности бетона от Ц/В, от¬
крывшие влияние методов испытаний це¬
мента н его прочности при изгибе, на проч¬
ность бетона, устраняют этот пробел в бето-
новеденни, благодаря чему закон Ц/В не
только приобретает общий и фундаменталь¬
ный характер, но и становится надежным
инструментом в практической деятельности.
Прочность бетона при сопоставимых мето¬
дах оценки качества цемента на заполните¬
лях постоянного качества пропорциональ¬
на Ц/В — в такой формулировке закон вос¬
производим для всех применяемых цементов.Для примера сравним выбор Ц/В при прое¬
ктировании составов бетона по известному и
предлагаемому способу. Так (рис. 8.3.1) тре¬
буемое значение Ц/В по известному методу на¬
ходят по кривой R6 = ф(Ц/В) на цементе оп¬
ределенной активности. Как правило, в усло¬
виях производства следующая партия цемен¬
та характеризуется другими свойствами, и ус¬
тановленное при подборе состава бетона Ц/В
уже не обеспечивает требуемые свойства бе¬
тона. Поэтому значение Ц/В приходилось по¬
стоянно корректировать и из-за требуемого
большого объема работ довольно часто
интуитивно.thorough experiment with the purpose to de¬
fine concrete strength dependence on
C/W is poorly reproduced even in case of ce¬
ments with the similar activity. As it was men¬
tioned before, this is explained by the incom¬
parability of test procedures and significant
influence of concrete bending strength fluctu¬
ations. Consequently, the law of C/W in its
classical wording: concrete strength on the
fixed materials is proportionate C/W, is of
local character. It is not by chance that the
concrete mix selection procedure of RIFCI of
the State Construction Agency of the USSR
provided for possibility to obtain the concrete
strength dependence on W/C for each batch
of cement in practical work; while the build¬
ers in the USA use, for the purpose of insur¬
ance (insurance against ignorance! — M.F.)
the lower branch of dependence Rc=<p(CfW).The regularities of concrete strength de¬
pendence on the C/W we have determined,
reveal the cement test procedures and its bend¬
ing strength influence on concrete strength.
They bridge this gap in concrete studies.
Owing to this the law of C/W not only ac¬
quires general and fundamental character but
also becomes the reliable tool in practice. The
following wording of the law - Concrete
strength at comparable evaluation methods
of cement quality based on the aggregates of
the fixed quality is proportionate to the C/W- is reproducible for all cement being used.As an illustration we shall compare the
selection of C/W while designing concrete
mixes according to the already existing and
suggested method (fig. 8.3.1), and the required
value of W/C according to the existing meth¬
od of the i?6=<p(CAV) curve on the basis of
cement wiyh definite activity. As a rule, un¬
der the production conditions each successive
batch of cement is characterized by different
properties and the C/W determined during the
selection of concrete mix does not provide for
the required properties. That is why the value
of C/W had to be adjusted. Due to the huge
amount of work quite often it was done by
intuition.
362Практическая реализация исследований и разработок<Nоо+lafпIО-ч чи -о. е ^Т 25•Ь £
Сл
с: ?&§11
$ <5.
э а§ Iас: сQ. Ф
i i0,460,440,420,400,380,360,340,320,300,280,260,240,22ч= ш
та тэ
Сс .сРис. 8.3.1. Определение необходимого
значения Ц/В по известному (я) и предлагае¬
мому (Л) методамFig.8.3.1. Determination of the required
C/W values on the basis of the existing (a)
and the suggested (b) methodsУстановленные закономерности (рис.8.3.2,b) позволяют достаточно точно опреде¬
лять требуемое значение Ц/В при изменении
не только активности цемента, но и его проч¬
ности при изгибе, а также водопотребности,
влияющей, как известно, при стандартных ис¬
пытаниях на показатель прочности вяжуще¬
го. Следовательно, в производственных усло¬
виях изменение водопотребности цемента, его
активности и прочности при изгибе в предло¬
женном способе регулирования составов не
повлечет за собой необходимости дополни¬
тельных опытов, не приведет к изменению
прочности бетона и неприятным неожиданно¬
стям, которые, увы, так часто встречаются в
практике строительства. Аналогично уста¬
навливается и требуемое значение Ц/В в лю¬
бом возрасте твердеющего бетона, однако при
этом в соответствии с возрастом и условиями
твердения бетона необходимо привести в со¬
поставимый вид и испытания цемента.ПО “Львовжелезобетон”, Стрийское
МСУ-1, Черновицкие ДСК, завод ЖБК иThe regularities determined (fig,8.3.2, b) enable to determine the required
value of C/W with the sufficient preci¬
sion both in case of cement activity and
the bending strength changes as well as
the values of water permeability affect¬
ing, as it is known, binder strength in¬
dex during the regular tests. Consequent¬
ly, in the working environment changes
of water requirements of cement, its ac¬
tivity and bending strength in the sug¬
gested method of concrete mix adjust¬
ment will not entail the necessity of ad¬
ditional test, changes of concrete
strength and unpleasant unexpectedness
which might be so often observed in prac¬
tice. The required value of W/C at any
age of concrete is determined similarly,
however cement tests should be put into
comparable form with respect to the age
and hardening conditions.Production association “Lvovferrocon-
crete”, Stryi constructing-and-mounting= 0,2941.4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6Цементно-водное отношение Ц/В
C/W ratio, C/Wb
Practical application of research and inventions363КПП, Днестровский каскад ГЭС и ГАЭС
... Тысячи составов бетона, десятки пред¬
приятий и несколько нормативных докумен¬
тов, достоверность и, самое главное, надеж¬
ность и воспроизводимость — не лучшее ли
доказательство практической ценности раз¬
работанной на основании установленных
закономерностей методики выбора соста¬
вов бетона. В предложенной методике вы¬
бирается не один состав бетона, а исполь¬
зуются все возможные варианты его полу¬
чения при изменении свойств цементов.Выбор составов бетона не ограничива¬
ется установлением Ц/В. Влияние Ц/В на
прочность, морозостойкость, водонепрони¬
цаемость и другие свойства рассматривает¬
ся при определенном соотношении фракций
заполнителей. Необходимо знать и соотно¬
шение между мелким и крупным заполните¬
лями. С позиций минимального расхода це¬
мента выбор соотношения должен обеспе¬
чивать минимальную водопотребность бе¬
тонной смеси заданной удобоукладываемо-
сти. С позиций минимальной себестоимос¬
ти бетона соотношение между мелким и
крупным заполнителем, обеспечивающее
минимальную водопотребность бетонной
смеси заданной удобоукладываемости, не
всегда оказывается наиболее экономичным,
особенно в тех случаях, когда цена крупно¬
го заполнителя в десятки раз превышает
цену мелкого. Поэтому более глубокое ре¬
шение задачи предполагает получение зави¬
симостей свойств бетона от Ц/В при разных
соотношениях мелкого и крупного запол¬
нителя, обеспечивающего, разумеется, за¬
данные свойства бетонной смеси и бетона.
При этом определение соотношения фрак¬
ций заполнителя, обеспечивающего требу¬
емые свойства бетонной смеси в конструк¬
ции, как отмечалось ранее, задача не такая
уже и простая. Значения коэффициентов
раздвижки зерен, приведенные в известных
источниках, не учитывают динамики про¬
цесса и в некоторых случаях оказываются
завышенными (к примеру, для высокопроч¬
ных бетонов) или заниженными (для высо¬
коподвижных и литых смесей). Установлен¬
ные закономерности формирования пустот-
ности заполнителей в зависимости от сече-department No.l, Chernivtsi ДСК, ferro-con¬
crete items plant and КГ1П, Dniester coordi¬
nated hydroelectric system of hydroelectric pow¬
er station and hydroelectric pumped storage
power station .. .Thousands of concrete mixes,
dozens of enterprises, several normative docu¬
ments, authenticity and, the most important, re¬
liability and reproducibility - aren’t they the best
evidence of the practical value of the method
elaborated on the basis of determined regulari¬
ties of concrete mix selection process. In the sug¬
gested method not only one mix is selected but
also all possible variants of its production are used
taking into consideration properties of cement.Selection of concrete mix is not limited to
the determination of the C/W. The impact of
CAV on the strength, frost resistance, water
permeability and other properties is consid¬
ered at the specified correlation of aggregate
fractions. There is the necessity to be aware
of the correlation between the fine and coarse
aggregate. From the standpoint of the mini¬
mal cement consumption the choice should
provide for the minimal water requirement of
concrete mix of specified workability. From
the standpoint of minimal cost price of con¬
crete the correlation between the fine and
coarse aggregate providing for the minimal
water requirement of concrete mix of speci¬
fied workability is not always efficient, espe¬
cially in those cases when the coarse aggre¬
gate price is dozens of times higher than the
price of the fine one. That is why the solution
of the problem suggests the dependence of
concrete properties on the C/W at various
correlations between the fine and coarse ag¬
gregate, providing for, the required proper¬
ties of concrete mix. At the same time deter¬
mination of aggregate fractions correlation
providing for the required properties of con¬
crete mix in the construction, as it was men¬
tioned earlier, is not a simple task at all. Esti¬
mates of grain separation coefficients cited in
the existing sources do not account for the
process dynamics and in some cases are top-
heavy (for instance, for high-strength con¬
crete) or understated (for high-workability
and mush concrete). The determined regu¬
larities of air void of aggregates formation
depending on the section and the density of
364Практическая реализация исследований и разработокния и густоты армирования конструкций и ко¬
эффициента раздвижки зерен от удобоукла-
дываемости бетонной смеси позволяют без из¬
вестного корректирования “на глазок” полу¬
чать требуемые свойства бетонной смеси.Наиболее интересные результаты реали¬
зации установленных закономерностей фор¬
мирования пустотности заполнителей и коэф¬
фициента раздвижки зерен были получены при
массовом производстве конструкций из высо¬
копрочных бетонов с прочностью при сжатии
до 80 МПа и осевом растяжении до 4 МПа, а
также в изделиях кассетного производства,
бетонировании резервуаров и изготовлении
малых архитектурных форм. Массовое изго¬
товление высокопрочных бетонов из высоко¬
подвижных и литых бетонных смесей потре¬
бовало изменения подходов и установивших¬
ся стереотипов в выборе составов бетона. Раз¬
работанные совместно с НИИЖБ Госстроя
СССР на основании установленных законо¬
мерностей составы высокопрочных бетонов
нашли применение практически на всех пред¬
приятиях бывшего СССР, а также при проек¬
тировании и освоении производства первого
в стране специализированного завода высоко¬
прочных железобетонных конструкций. Осо¬
бенности выбора соотношения между мелким
и крупным заполнителями отражены в моно¬
графии В.П.Сизова “Проектирование соста¬
вов тяжелого бетона” и научно-методических
материалах (руководства, рекомендации, по¬
собия) государственного уровня. Напомним,
что при известном подходе к выбору соотно¬
шения между мелким и крупным заполните¬
лями литые бетонные смеси расслаивались и
приходилось просто “на глазок” добавлять
песок. Аналогичное положение было и при
бетонировании тонкостенных густоармиро-
ванных конструкций, кассет, малых архитек¬
турных форм и т. п.При работе с французской фирмой
“KPEBS” для использования установленных
закономерностей при бетонировании резерву¬
аров пошли еще дальше: изготовили модель
фрагмента опалубки и пустотность заполни¬
телей измеряли непосредственно во фрагмен¬
те с проектным расположением арматуры.Таким образом, установленные закономер¬
ности позволили осуществлять гибкое управ-construction reinforcement; the coefficient
of grain separation coefficient dependence
on the workability of concrete mix enable
to obtain the required properties of con¬
crete mix without the adjustment “by eye”.The most interesting implementation
results of determined regularities of aggre¬
gates air void formation and grain separa¬
tion coefficients were obtained during mass
production of constructions out of high-
strength concrete with the compression
strength equal to 80 MPa and axial tension
strength up to 4 MPa, as well as in the items
of cassette production, concreting of the
reservoirs, and production of small archi¬
tecture forms. Mass production of high-
strength concrete out of high-workability
and mush concrete required the change of
approaches and stereotypes when select¬
ing the concrete mix. High-strength con¬
crete mixes elaborated in co-operation with
the RIFCI of State Construction Agency
of the USSR on the basis of the determined
regularities were applied practically on all
enterprises of the former USSR, as well as
when designing and mastering the produc¬
tion of the first specialized high-strength
concrete product plant. Peculiarities of se¬
lection process of correlation between the
fine and coarse aggregate are reflected in
the monograph of V. P. Sizov “Design of
heavy concrete mixes” and various guidanc¬
es (manuals, recommendations, text-books)
on the national level. It is necessary to re¬
mind that in the existing selection method
of correlation between the fine and coarse
aggregate mushy concrete mix were stratified
and one should add the sand “by eye”. Simi¬
lar situation was observed during concreting
of thin-walled densely reinforced construc¬
tions, cassettes, small architectural forms, etc.During the co-operation with the French
company “KREBS”in order to use the de¬
termined regularities while concreting the res¬
ervoirs the model of encasement fragment was
made and the air void of the aggregates was
measured immediately in the fragment with
the design arrangement of reinforcement.Therefore, the established regularities
allowed to carry out flexible control over
Practical application of research and inventions365jieiiuc процессом производства бетонных сме¬
сей заданного качества. Ни одна зарубежная
фирма, с которой приходилось работать ав¬
тору, не имела гибкой модели проектирова¬
ния и регулирования составов бетона в про¬
цессе производства, из-за чего даже самые не¬
значительные изменения в свойствах приме¬
няемых цементов и заполнителей приходилось
согласовывать на уровне проектных органи¬
заций и руководства крупных корпораций. К
примеру, изменение содержания мелкого за¬
полнителя в крупном с 3 до 10%, приводящее
к изменению его пустотности, реальной круп¬
ности используемого мелкого заполнителя и
т. п., потребовало уточнений зарубежных
фирм на протяжении одного-двух месяцев,
хотя с помощью разработанной методики эта
задача решалась за час-два. Подобное отме¬
чалось и в тех случаях, когда, например, вме¬
сто проектной активности цемента 49,2 МПа
поставлялся цемент с фактической активнос¬
тью 44, 9 МПа. При строительстве аэропорта
“Борисполь” снижение воздухосодержания бе¬
тонной смеси с 4,5 до 2,5% многими специа¬
листами Украины и зарубежных стран оцени¬
валось как чрезвычайное происшествие и чуть-
ли не как'брак. Проведенные нами исследова¬
ния позволили не только установить причину
уменьшения воздухосодержания, но и опера¬
тивно отрегулировать составы бетона и гаран¬
тировать высокую морозостойкость “сомни¬
тельного” бетона, что позднее было подтвер-
джено контрольными испытаниями в НИИСК
Г осстроя Украины.Следует еще раз отметить, что методик
расчетов составов бетона может быть много
и каждая из них будет по-своему верной. Пред¬
варительный состав бетона можно определить
любым способом, так как все известные спо¬
собы заканчиваются фразой: “Окончательный
состав бетона определяется эксперименталь¬
но" . Вся проблема в том, как эксперименталь¬
но установить состав бетона н использовать
его в производстве. Эту проблему и решил
автор.Не последнюю роль в выборе составов бе¬
тона и управлении технологическими процес¬
сами играют приборы, оборудование и куль¬
тура производства (рис. 8.3.2), но это все — в
лучшем случае, приложение к знаниям и уме¬
нию специалистов.the process of concrete mix production
with the specified quality. None of the for¬
eign companies I worked with did possess
the flexible model of adjustment and design
of concrete mix n the process of production.
Owing to this even the slightest changes of
the properties of cements and aggregates
used should be agreed on the level of devel¬
oping organizations and the management
of the corporations. For instance, change of
the fine aggregate content in the coarse on
from 3% till 10% resulting in the change of
its air void, real size of the fine aggregate
used, etc. required the specifications from
foreign companies which took one or two
months, thought with the help of the suggest¬
ed method this task might have been solved
for two hours. Similar situations was ob¬
served in those cases, when, for instance,
instead of the design activity of cement equal
to 49.2MPa cement with the actual activity
of 44.9 MPa was supplied. During the con¬
struction of the “Borispol” airport reduc¬
tion of air content of concrete mix from 4.5
to 2.5% was assessed as an extraordinary
situation or defect by many Ukrainian and
foreign specialists. The research we have
conducted allowed not only to determine the
reason air content reduction but also to ad¬
just the concrete mix on-line and to guaran¬
tee high frost resistance of “concrete of
doubt”. They were lately confirmed by tests
carried out by Research Institute of State
Construction agency of Ukraine.It should be stressed one more time, that
there might be many methods of concrete
mix calculation and each of them will be
correct in its own way. Preliminary concrete
mix content might be determined by any
method since all existing methods end with
the same phrase: “Final concrete mix con¬
tent is determined empirically”. The prob¬
lem is how to determine the concrete mix
empirically and use it in the production. This
is the problem the author has solved.Not he least role in the process of con¬
crete mix selection and production process
control is played by tools, equipment and
production standards (fig. 8.3.2), but all
this - at best, is a supplement to the knowl¬
edge and skills of the specialists.
366Практическая реализация исследований и разработокРис. 8.3.2. Лаборатория ученого —его мозг,
но техническое оснащение предприятия совре¬
менным испытательным оборудованием игра¬
ет не последнюю рольПроведенные исследования создают основ¬
ные предпосылки для избавления от сложив¬
шихся догм и стереотипов при проектировании
составов бетона и позволяют предложить прак¬
тически осуществимую научно обоснованную
методику оперативного регулирования расхода
материалов при производстве бетонных смесей.8.4. Опыт применения
модификаторов вяжущих и бетоновПо-видимому, у каждого специалиста воз¬
никает вопрос,и который по неизвестным при¬
чинам почему-то вслух ни разу не произносил¬
ся: если модификаторы действуют только на
связующую систему, то зачем их вводить в бе¬
тонную смесь, когда гораздо проще это сделать
при производстве вяжущих?! Почему же? Гид-
рофобизирующие добавки, как известно, вво¬
дили при производстве вяжущих в древние вре¬
мена, а в 50—60-х годах прошлого века былоFig. 8.3.2. Laboratory of the scientist
is his brain, but supplying the production
with the state-of-the-art equipment plays
not the least roleThe conducted research creates the pre¬
requisites for disavowal of the dogmas and
stereotypes during the process of concrete
mix design and suggests feasible scientifi¬
cally sound method of the on-line adjust¬
ment of materials consumption during the
process of concrete mix production.8.4. Experience of binder and
concrete modifiers applicationProbably every scientist has a question,
which he had never asked aloud: if the mod¬
ifiers affect the bonding system why should
they be doped into the concrete mix when
it is better to do this during the production
of the binders?! Why is it so? Water-repel¬
lent additives, as it is known, were doped
in the process of binders production in the
ancient times, and in the 1950s and 1960
production of hydrophobic and plasticiz-
Practical application of research and inventions367организовано производство гидрофобных и
пластифицированных цементов. Но почему-то
в 70—80-х годах об этом забыли, и только орга¬
низация производства вяжущих низкой водо-
потребности (ВНВ) снова всколыхнула науч¬
ную мысль и заставила вспомнить давно забы¬
тое старое, правда, на новой научной базе и с
новым подходом к проблеме. Напомним, что
ВНВ представляют собой продукт интенсивно¬
го помола портландцемента (или портландце¬
мента с минеральными добавками) с порошко¬
образными суперпластификаторами. Первые
партии ВНВ выпускались с суперпластифика¬
торами С-3 и ПФМ-БС и их прочность достига¬
ла 100 МПа. По мнению авторов, высокая
прочность вяжущего достигалась вследствие
механической деструкции зерен цемента и ми¬
неральных добавок, а также снижения водопот-
ребности связующего. Автор не считает необ¬
ходимым вступать в дискуссию о механизме
действия порошкообразных суперпластифика¬
торов на свойства вяжущего и повторять со¬
держание многочисленных работ в этом на¬
правлении, а ставит целью изложение своей
концепции по данной проблеме.В цементной промышленности для повы¬
шения тонкости помола вяжущих широко при¬
меняли интенсификаторы, в частности извест¬
ные добавки ССБ и JICT. По неизвестным
причинам вопросы интенсификации помола и
пластификации цементов рассматривались
отдельно, а в качестве пластификаторов реко¬
мендовались сухие или высококонцентриро¬
ванные продукты. Наши исследования пока¬
зали, что применение сухих или высококон¬
центрированных добавок не обязательно. Ско¬
рее, наоборот. Было установлено, что даже
введение в процессе помола воды в количестве
0,05—0,12% от массы вяжущего способствует
(хотя и незначительно) повышению тонкости по¬
мола цемента. Этот эффект объясняется терми¬
ческим ударом при взаимодействии горячих зе¬
рен вяжущего и воды, что приводит к растрес¬
киванию зерен цемента. Дальнейшая же интен¬
сификация помола при использовании водных
растворов ПАВ объясняется расклинивающим
эффектом добавок. Таким образом, добавки
ПАВ оказывают полифункциональное дей¬
ствие на цементную систему, одновременно по¬
вышая тонкость помола и пластифицируя ее.
Еще больший эффект достигается при введе¬
нии в процессе помола вяжущего органо-миие-
ральных комплексов, включающих в себя золу,ing cements was set up. However, in the
1970 and 80s they were forgotten about and
only the establishment oflow water require¬
ment binders production agitated the sci¬
entific thought. The low water requirement
binders are the derivatives of intensive
grinding of the portland blast-furnace ce¬
ment (or portland cement with the mineral
additives) with the powder-like superplas¬
ticizers. First batches of low water require¬
ment binders were produced along with the
C-3 and ПФМ-БС superplasticizers, their
strength reached 100 MPa. In the author’s
opinion, high strength of the binders was
reached as a result of mechanical destruc¬
tion of cement and mineral additives grains
as well as of reduction of the water require¬
ment of the binder. The author has no in¬
tentions to hold the debate about the im¬
pact of the powder-like superplasticizers on
the properties of the binder and to repeat
the content of numerous works on this is¬
sue; rather he issues the challenge to state
his concept related to the problem.Intensifiers, in particularly lignosulpho-
nates and ССБ, were widely used in cement
industry in order to increase the fineness of
binders grinding. Due to the unknown prob¬
lems issues of grinding intensification and
plasticization of cements were considered
separately; dry or high concentration prod¬
ucts were recommended as plasticizers. Our
research proved that the application of dry
or high concentration additives is not man¬
datory. Most likely, vice versa. It was deter¬
mined that even doping the water in the
amount of 0.05 - 0.12% of the binder mass
during the process of the grinding contribut¬
ed (though insignificantly) to the increase of
the fineness grinding cement. This effect is
explained by thermal blow during interac¬
tion of hot grains of binder grains and water
resulting in fracturing of cement grains. Fur¬
ther intensification of grinding while apply¬
ing surface-active agents water solutions is
explained by wedging effect of additives.
Thus, surface-active agent additives have
polyfunctional influence on cement system
resulting in the increase of fineness of the
grinding and plasticizing it at the same time.
Even greater effect is achieved when doping
organo-mineral complexes consisting of ash,
plasticizers, slag and of other mineral addi-
368Практическая реализация исследований и разработокпластификатор, шлак и другие минеральные
добавки. Это практически подтвердилось
при выпуске золопортландцемента, порт¬
ландцемента и портландцемента с минераль¬
ными добавками на Каменец-Подольском
цементном заводе (рис. 8.4.2), а затем при
производстве шлакопортландцемента в
ОАО “Днепроцемент”, дорожных цементов
на Николаевском ЦГК и других предприя¬
тиях. При этом достигалось увеличение
удельной поверхности цемента на 10—15%,
снижение нормальной густоты цементного тес¬
та на 7—12% и повышение производитель¬
ности мельниц на 20—30%. Применение та¬
ких цементов, пластифицированных обык¬
новенными добавками УПБ-М и УПСБ, по¬
зволило для равноподвижных бетонных сме¬
сей повысить прочность бетона на 10—15%,
а их морозостойкость и водонепроницае¬
мость — в 1,3—1,5 раза. Намного больший
эффект достигался в экспериментальных
партиях с суперпластификатором ПФМ-БС.
Согласно рис. 8.4.1, возможно получение до-tives in the process of binder grinding. This
was confirmed in practice in the process of
ash portland cement, portland cement, and
portland cement with the mineral additives at
the Kamenets-Podolskiy cement works, (fig.8.4.2), and later on in the process of portland
blast-furnace cement production at the open
joint-stock company “Dneprocement”, road
cements at the Nikolaev cement-aluminous in¬
dustrial complex and other enterprises. At
these enterprises the following results were
achieved: speeific surface area increased by 10¬
15%, regular density of cement paste was reduced
by 7 - 12%, and productivity of mills was in¬
creased by 20 - 30%. Application of such ce¬
ments plasticized by regular additives УПБ-М
and УПСБ enabled to increase concrete
strength by 10-15% for equally active concrete
mixes, and the frost resistance and water per¬
meability index 1.3 - 1.5 times. Much greater
effect was achieved in the experimental batches
with the superplasticizers ПФМ-БС. According
to the fig. 8.4.1 it is possible to produce the road33u."-QEоо'3ОEооСПоQ.ОСодержание шлака Ш, %Contents of slag, %Рис. 8.4.1. Зависимость морозостойкости
бетона от содержания доменного гранулиро¬
ванного шлака в цементе (В/Ц = 0,4; Пк = 7%):1 — общестроительный бетон; 2 — дорожный и
аэродромный бетонFig. 8.4.1.Frost resistance dependence on
the blast-furnace granulated slag in cement
(C/W=0.4; Pc=7%):1 - common purpose cement; 2-road and airfield-
grade concrete
Practical application of research and inventions369рожных и аэродромных бетонов даже при со¬
держании С3А в цементе до 8,5% и шлака —
до 20%.Следует заметить, что рассматриваемые
добавки применялись не для демонстрацион¬
ных опытов или опытных партий, а использу¬
ются на предприятиях более 10 лет, выпуще¬
но уже миллионы тонн цемента, в том числе
для Польши, Германии, Испании и многих
других стран.Решена ли проблема до конца? И где же
эффективнее вводить пластификаторы: при
производстве цементов или бетонов?
На наш взгляд, и это подтверждено эконо¬
мическими расчетами, пластифицирую¬
щие добавки необходимо вводить при про¬
изводстве цементов, так как это поз¬
воляет:• одновременно решить вопросы повы¬
шения тонкости помола, увеличения произво¬
дительности мельниц и снижения водопотреб-
ности цементов;• снизить расход вяжущего или повысить
качество продукции;• избавиться тысячам мелких и средних
производителей бетонных смесей и строитель¬
ных растворов от необходимости строительства
и эксплуатации установок для приготовления
рабочих растворов пластификаторов.Производство пластифицированных компо¬
зиционных цементов, в том числе и шлакопорт-
ландцемента, до 40—50% общего годового вы¬
пуска (преимущественно в летнее время) позво¬
лило бы в 1,3—1,5 раза снизить овеществлен¬
ную энергоемкость бетонов и растворов и в зна¬
чительной степени решило бы проблему повы¬
шения их качества. Однако при этом имеют
место трудности. Первая из них состоит в необ¬
ходимости пересмотра стандартов на цемент, в
которых необходимо было бы предусмотреть
выпуск трех видов цементов, к примеру: сла-
бопластифицированных (расплыв конуса на
встряхивающем столике не менее 125 мм), сред-
непластифицированных — 150 мм и суперпла-
стифицированных — 180 мм, изменить в соот¬
ветствии с изобретениями автора методы испы¬
таний цемента (при постоянных значениях В/Ц,
например —0,4, и абсолютного объема раство¬
ра). Вторая трудность заключается в достиже¬
нии взаимопонимания на основе экономических
расчетов и государственного подхода между
производителями и потребителями цементов.and airfield-grade cements even with the con¬
tent of C3A up to 8.5% and of slag - up to 20%
in cement.It should be mentioned that the above¬
mentioned additives were used not for dem¬
onstration or experimental batches; they
have been used at the enterprises for more
than 10 years, more than a million of tons
of cement are produced in Poland, Ger¬
many, Spain, and many other countries.Is this problem solved completely?
Where is it more efficient to dope the plas-
ticizers: in the process of cement or con¬
crete production? In our opinion, and this
is confirmed by economic analysis, plasti¬
cizing additives should be doped in the
process of cement production since this en¬
ables to:• increase the fineness of grinding
and productivity of mills, reduce water
requirement of cements simultaneously;• reduce consumption of binder or
increase the quality of the produce;• spare thousands of medium and
small producers of concrete mix and mor¬
tar of the necessity to run the devices for
preparation of working solutions of plas-
ticizers.Production of plasticized composite ce¬
ments, including portland blast-furnace
cement, in the amount of up to 40-50% of
the total output (mainly in the summer
time) would enable to reduce the materi¬
alized power consumption of concrete and
the mortar 1.3 - 1.5 times and, to a great
extent, would solve the problem of their
quality increase. A the same time there are
some difficulties. The first lies in the ne¬
cessity to revise the cement standards in
order to envisage the production of three
types of cement, for instance: lightly plas¬
ticized (slump at the jointing table not less
than 125 mm), medium plasticized - 150
mm and superplasticized - 180 mm; to
change cement test procedures in accor¬
dance with the author’s innovations (at
constant values of C/W, for instance - 0.4
and absolute volumes of the mortar), Sec¬
ond difficulty lies in achievement of mutu¬
al understanding between the producers
and cement consumers on the basis of eco¬
nomic analysis and national approach.
370Практическая реализация исследований и разработокРис. 8.4.2. ОАО “Подольский цемент” —
флагман производства высококачественно¬
го вяжущегоКак следует из результатов анализа, рас¬
ширение объемов производства пластифици¬
рованных цементов дает существенный эко¬
номический эффект и не требует практически
больших капиталовложений. Насколько уда¬
стся в ближайшие годы решить связанные с ис¬
следованиями организационные вопросы, во
многом зависит реальное выполнение государ¬
ственных программ энергосбережения, и не
только на Украине.Требуют решения и вопросы производства
быстротвердеющих цементов с комплексными
добавками ПАВ и электролитов в связи с огра¬
ничениями по применению последних. Придет¬
ся решать и вопросы повышения тонкости по¬
мола вяжущих.Применение добавок — это реальный резерв
снижения материалоемкости бетона и повыше¬
ния его качества. Результаты исследований по
разработке и эффективному применению доба¬
вок были реализованы на протяжении 30 лет бо¬
лее чем на 300 предприятиях, в том числе и бо¬
лее чем на 100 из них при непосредственном уча¬
стии автора. Наибольший интерес представля¬
ют работы, связанные с освоением производ-Fig. 8.4.2. Open Loint-Stock company
“Podolskiy cement” — leader of high-
quality binder productionAs it follows from the analysis results
increase of plasticized cements produc¬
tion volume has a significant economic
effect and is not capital-intensive. Im¬
plementation of state programs on ener¬
gy-saving and not only in Ukraine de¬
pends, in many respects, on the solution
of administrative issues.The issues of high-early-strength ce¬
ment with the complex additives of sur¬
face-active agent due to the limitations
of the application of the latter should be
solved. One should meet the challenge
of improving the fineness of binder
grinding.Application of the additives is a real
resource of concrete material capacity re¬
duction and increase of its quality. Results
of additives application efficiency tests
have been implemented at more than 300
enterprises during the 30 years; the author
was present and took an immediate part at
more than 100 enterprises. The work re¬
lated to the production of concrete and fer¬
roconcrete items, as well as the construc-
Practical application of research and inventions371ства бетонных и железобетонных изделий, а
также конструкций при применении суперплас¬
тификаторов. Если первые работы ограничи¬
вались разработкой технологии бетона с супер¬
пластификаторами С-3 и СМФ, то в дальней¬
шем полученные результаты были использо¬
ваны для создания и расширения производства
и применения полифункционального модифи¬
катора ПФМ-БС, который уже более 20 лет ус¬
пешно используется в Украине и Республике
Беларусь. Как известно, одними из серьезных
недостатков суперпластификатора С-3 являют¬
ся вовлечение в бетонную смесь крупных пу¬
зырьков воздуха, трудности в определении точ¬
ного расхода воды для высокоподвижных и ли¬
тых бетонных смесей и малая жизнеспособность
смесей. Рассмотренные недостатки совместно
с НИИЖБ Госстроя СССР удалось устранить
модификацией нафталинсульфонатов меласс-
ной унаренной бардой и регуляторами струк-
турообразования, выполняющими роль анни¬
гиляторов крупных пузырьков воздуха путем
превращения их в мельчайшие образования.Существенным вкладом в технологию моди¬
фицирования бетонов является установление
научно обоснованных зависимостей, определя¬
ющих эффективное соотношение между мелким
и крупным заполнителями для высокоподвиж¬
ных и литых бетонных смесей, что позволило
предотвратить их расслоение без снижения ка¬
чества бетона. Способ полицикличного вибро¬
уплотнения бетонных смесей окончательно ре¬
шил проблему массового применения высоко¬
подвижных и литых бетонных смесей в заводс¬
ком производстве сборного железобетона.Если в 50—70-х годах добавки применялись,
в основном, для снижения расхода цемента, то
суперпластификаторы позволили взглянуть на
проблему намного шире. И действительно, сто¬
ит ли применять дорогостоящие суперпласти¬
фикаторы только для экономии цемента, и ка¬
ков при этом экономический эффект? Экономич¬
нее использовать суперпластификаторы для
улучшения удобоукладываемости бетонных сме¬
сей и получить возможность изготовления тон¬
костенных конструкций, повысить производи¬
тельность и снизить трудоемкость при выпол¬
нении бетонных работ. Другое направление,
открывшее применение суперпластификаторов— это получение бетонов высокой прочности,tions when applying superplasticizers are
of the greatest interest. The first tests were
limited to the elaboration of concrete tech¬
nology with the superplasticizers C-3 and
СМФ. Later on the obtained results were
used to create and expand the production
of polyfunctional plasticizer ПФМ-БС
which has been successfully used for more
than 20 years in Ukraine and Republic of
Belarus. AS it is known among the draw¬
backs of C-3 superplasticizer are entrain-
ment of large air bells into the concrete
mix, difficulties when determining the ex¬
act consumption of high workability and
mushy concrete mix, as well as low viabil¬
ity of concrete mix. These defects were
eliminated in co-operation with the RIF-
CI of State Construction agency of the
USSR by way of naphthalensulphonates
modification with molasses steamed grain
and regulators of structure formation, serv¬
ing as annihilators of large air bells by
means of turning into the finest formations.Determination of scientifically sound de¬
pendencies defining the efficient correlation
between the fine and coarse aggregates for
high workability and mushy concrete mix is
another significant contribution to the con¬
crete modification technology, which en¬
abled to prevent their stratification without
reduction of quality. Method of polyfunc¬
tional vibration consolidation of concrete
mixes completely solved the problem of mass
application of high workability and mushy
concrete mix in the process of precast con¬
crete production.If in the 1950s and 70s the additives were
used in order to reduce the consumption of
cement, applications of superplasticizers
allowed to cast a wider glance at the prob¬
lem. Is it efficient to use expensive plasticiz-
ers just in order to save cement and what is
the economic efficiency of it? It is more effi¬
cient to use the superplasticizers in order to
improve workability of concrete mix and to
enable the production of thin-walled con¬
structions, to increase the productivity and
to reduce material capacity of concreting.
Another possible application of superplasti¬
cizers is to produce concrete of high-
372Практическая реализация исследований и разработокморозостойкости и водонепроницаемости в ре¬
зультате существенного снижения водопотреб¬
ности, т. е. уменьшения В/Ц без ухудшения удо-
боукладываемости бетонных смесей. Эти два
самых эффективных, на наш взгляд, направле¬
ния и развивались в работах автора.Впервые широко использовались суперпла¬
стификаторы при производстве коробчатых на¬
стилов НКП-90/Зх 18 для перекрытия многоэтаж¬
ных промышленных зданий из бетонов марок
400—600. Неординарная тонкостенная густоар-
мированная конструкция многие годы не могла
найти применения из-за трудностей формова¬
ния. Получить высокие показатели прочности
бетона при использовании высокоподвижных
бетонных смесей в 70-х годах XX в. оказалось в
промышленных масштабах СССР нереальным.
Выпуск отдельных партий конструкций был
связан с огромными трудозатратами и нередко
заканчивался браком. Например, при исполь¬
зовании смесей с осадкой конуса 4—6 см тру¬
дозатраты на укладку и уплотнение смеси для
одной конструкции составляли более 60 чел.-
часов. Применение суперпластификатора С-З
позволило получать бетонные смеси с осадкой
конуса 17—22 см, что дало возможность сни¬
зить трудоемкость этого процесса в 4—6 раз, в
результате чего производительность техноло¬
гических линий на Червоноградском заводе
ЖБК-1 возросла на 20—30%. Можно ли соиз¬
мерить эффект, полученный за счет увеличения
оборачиваемости массивных форм и увеличе¬
ния объемов производства, с той экономией, ко¬
торую позволило бы получить применение до¬
бавки для экономии цемента? Экономический
эффект выбранного направления оказался в не¬
сколько раз выше. В дальнейшем для изготов¬
ления коробчатых настилов, ферм и балок по¬
крытия, подкрановых балок, колонн из высо¬
копрочных бетонов, а также других изделий и
конструкций вместо суперпластификатора С-З
использовался ПФМ-БС (рис. 8.4.3—8.4.7).Расход добавки составлял 0,5—0,8% мас¬
сы цемента (в пересчете на сухое вещество).
Добавка вводилась в процессе приготовле¬
ния бетонной смеси в виде рабочего раство¬
ра 10%-й концентрации вместе с водой зат-strength, frost resistance and water perme¬
ability as a result of significant decrease of
water requirement, i.e. reduction of W/C
without deterioration of concrete mix work¬
ability. These two the most efficient, in our
opinion, applications were developed in the
works of the author.For the first time superplasticizers
were widely used for production of box
planking НКП-90/3 18 for floors of the
industrial Buildings made out of concrete
brands 400-600. Non-ordinary thin-walled
densely reinforced construction for many
years could not be used due to its molding
difficulties. It turned out to be impossible to
achieve high concrete strength indexes dur¬
ing application of high workability concrete
mix at the 1970s in the industry. Production
of individual batches of constructions was
associated with the huge power consump¬
tion and quite often resulted in wastes. For
instance, when using mixes with the slump
of 4-6 cm man-hours for packing and com¬
paction of concrete mix for one construction
was equal to more than 60. Application of
superplasticizer C-3 enabled to obtain con¬
crete mixes with the slump of 17 - 22 cm,
which enabled to reduce man-hours of this
process 4-6 times. As a result, the produc¬
tivity of Chervonohradskiy concrete prod¬
uct plant No. 1 increased by 20 - 30%. Is it
possible to compare the effect achieved at
the expense of increase of massive form turn¬
around and production volumes with the
economy of additive application? Econom¬
ic efficiency of the selected direction turned
out to be several times higher. Later on
ПФМ-БС plasticizer was used instead of C-
3 for the production of box floors, trusses
and beams of the floors, crane girders, col¬
umns out of high-strength constructions and
items (fig. 8.4.3 - 8.4.7).Consumption of additive was equal to 0.5- 0.8% of cement mass (converted to dry sub¬
stance). The additive was doped along with
the water in the process of concrete mix pro¬
duction in the form of the 10% working
Practical application of research and inventions373Рис. 8.4.3. Коробчатые настилы, изготов¬
ленные из литых бетонных смесей с суперпла¬
стификатором ПФМ-БСFig. 8.4.3. Box floors produced out of cast
concrete mix with the superplasticizer
ПФМ-БСPuc. 8.4.4. Фермы покрытия, удостоенные
государственного “Знака качества”ворения. Режим твердения включал предва¬
рительное выдерживание 2—3 ч и тепловую
обработку со ступенчатым подъемом тем¬
пературы: первый час до 30 °С, второй —
до 56 и третий —до 78 °С, изотермическую
выдержку 4 ч и охлаждение до температу¬
ры 40—60 °С.Fig. 8.4.4. Girders of the surface grant¬
ed the national “Quality mark”solution.Hardening mode included prelim¬
inary storage for 2-3 h and thermal treat¬
ment with the stage temperature increase:
in the first hour up to 30°, second hour -
up to 56° and the third hour - up to 78°,
isothermal exposure for 4 h and freezing
up to the temperature of 40 - 60°.
374Практическая реализация исследований и разработокРис. 8.4.5. Подкрановые балки из бетона
марки 600Fig. 8.4.5. Crane girders out of concrete
of brand 600Puc. 8.4.6. Фермы покрытия с параллель¬
ными поясами из бетона марки 700Результаты опытно-промышленных иссле¬
дований в ПО “Львовжелезобетон”, Бровар-
ском ЗСК, ПО “Киевжелезобетон” и на дру¬
гих предприятиях были обобщены в виде ко-Fig. 8.4.6 Trusses of the surface with the
parallel girdles out of brand 700 concreteResults of experimental-industrial re¬
search in the enterprises “Lvov ferrocon¬
crete”, Brovary plant of engineering struc¬
tures, “Kyyiv ferroconcrete”, etc. were gene-
Practical application of research and inventions375Puc. 8.4.7. Возведение подземных сооруже¬
ний Днестровского каскада ГЭС и ГАЭСличественных зависимостей влияния основ¬
ных факторов на свойства бетонной смеси и
бетона, а также технико-экономические по¬
казатели производства.На рис. 8.4.8 представлены зависимости
относительного снижения трудоемкости изго¬
товления конструкций (бетонные работы) от
удобоукладываемости бетонных смесей. По¬
лученные данные, на наш взгляд, не только
играют роль иллюстративного материала, но
и позволяют соизмерить реальные затраты
при различных вариантах проектирования кон¬
струкций, а также провести научно обоснован¬
ный технико-экономический выбор требуемой
удобоукладываемости бетонной смеси.Таким образом, анализ показал техничес¬
кий и экономический эффект, а также дал воз¬
можность сломать сложившиеся стереотипы
необходимости какого-либо нормирования удо¬
боукладываемости бетонной смеси. Удобо-
укладываемость бетонной смеси должна оп¬
ределяться не по нормам, а по наиболее эф¬
фективному результату.Установленный совместно с проф. В.Б.Ра-
тиновым синергический эффект ряда комп¬
лексных добавок ПАВ и электролитов был ис-Fig. 8.4.7. Construction of underground
facilities of the coordinated hydroelectric sys¬
tem of Dniester hydroelectric power station and
hydroelectric pumped storage power stationsralized in the form of quantitative dependen¬
cies of main factors influence on the proper¬
ties of concrete and concrete mix, as well as
technical economic indexes of production.In the figure 8.4.8 the dependence of
relative reduction of concreting labour-in¬
tensiveness on the workability of concrete
mix is presented. The obtained data, in
our opinion, not only plays the role of the
illustration, but enable to compare the
real costs at various design of construc¬
tions, as well as to conduct scientifical¬
ly sound technical-economic selection
of the required workability of concrete
mix.Therefore, the analysis proved the tech¬
nical-economic efficiency as well as enabled
to break the stereotypes concerning the ne¬
cessity to regulate the workability of con¬
crete mix. Workability of the concrete mix
should be defined not according to the
norms but according to the most efficient
result.Synergetic efficiency of complex addi¬
tives of surface-active agents and electrolytes
determined in cooperation with prof. V.B. Ra-
376Практическая реализация исследований и разработокт120S.*О Q)5 S?0 о
■§§1 Jf
а: то0 ч-.Е °Ш 0)vo с
го 81 Ч-.2 о'О Q.
го ш<3°во60чо2D\L■\V\\-V\\J \X4i2X. • 1<)4 6 В 10 12 М /tf да 20
Условная трудоемкость, %
Conditinal of labour-intansivenss, %22 гьРис. 8.4.8. Зависимость трудоемкости изготов¬
ления конструкций от подвижности бетонной
смесиконструкции: / — уникальные («Динакоры»); 2 —
тонкостенные густоармнрованные (кессоны, балки);
3 — тонкостенные слабоармированные (ребристые
плиты и т.п.); 4 — сечением 30x30 см и более (ко¬
лонны, сваи, фермы)пользован для получения модификаторов по-
лифункционального действия. К примеру, в
ПО “Ровножелезобетон”, Львовском заводе
ЖБК, Черновицком КПП и других предприя¬
тиях успешно использовались комплексные
добавки, включающие в себя нитрат кальция
и сульфат натрия, УПБ, ПФС, нитрит натрия
и т. п. Применение этих добавок позволило
наряду со снижением расхода цемента на 7—
10% сократить длительность или температу¬
ру тепловой обработки на 20—30%. Заметим,
что на отдельных предприятиях, например в
ПО “Ровножелезобетон”, на отдаленных по¬
лигонах из-за больших теплопотерь в сетях
температура изотермического прогрева изде¬
лий никогда не превышала 45 °С, из-за чегоFig. 8.4.8. Dependence of labour-
intensivenss on constructions production
on the mobility of concrete mix
1 — unique («Dinakor»); 2 — thin-walled
dencely reinforccd (caisson, beams); 3 — thin-
walled low reinforced (ribbed slabs, etc.); 4 —
section 30x30 cm and more (columuns, piles,
trusses)tinov was used for the production of modifi¬
ers with polyfunctional effect. For instance,
complex additives comprising calcium nitrate
and salt cake, УПБ, ПФС, sodium nitrite, etc.,
were successfully used at “Rovno ferrocon¬
crete”, Lviv concrete product plant, Cher-
nivtsi КПП and other enterprises. Applica¬
tion of such additives allowed to reduce the
period or temperature of thermal treatment
by 20 - 30% along with the reduction of ce¬
ment consumption by 7 - 10%. It should be
mentioned that at certain enterprises, for in¬
stance, at “Rovno ferroconcrete” at the re¬
mote testing areas due to the huge losses of
heat the temperature of isothermal warming-
up had never exceeded 45°C resulting in the
Practical application of research and inventions377приходилось выдерживать изделия в камерах
до 3 сут. Применение комплексных добавок,
включающих в себя пластификатор и ускори¬
тель твердения, позволило сократить длитель¬
ность твердения в 1,5—2 раза, что наряду с эко¬
номией тепловой энергии привело к увеличе¬
нию производительности технологических ли¬
ний.Установленный автором двойной синерги¬
ческий эффект совмещения ПАВ с электроли¬
тами различного механизма действия, напри¬
мер УПСБ с СН и НК, обусловил создание
высокоэффективного противоморозного мо¬
дификатора УПБ-М (НК), который успешно
применяется на предприятиях Украины уже
более 18 лет. Успех этой добавки по сравне¬
нию с известными объясняется не только по-
лифункциональным действием, но и меньшим
на 20—30% расходом (по данным других ав¬
торов, в т. ч. зарубежных источников, — в
1,5—3 раза). Общность установленной зако¬
номерности дает возможность осуществлять
эквивалентную замену ряда компонентов, на¬
пример УПБ на НДК, СН, на другие сульфат-
и сульфидсодержащие продукты без ухудше¬
ния качества конечного продукта.Ограничения же по использованию элект¬
ролитов остаются в силе до тех пор, пока не
будут выполнены полномасштабные исследо¬
вания влияния расхода добавок на процессы
внутренней коррозии бетона и растрескивания
предварительно напряженной термически уп¬
рочненной арматуры.За последнее десятилетие возникли новые
задачи в практике применения добавок. В ми¬
ровой практике это проблемы повышения дол¬
говечности бетонов, а в отечественной —
энергосбережения. Эти задачи возникли не
случайно. Положительный и отрицательный
эффекты добавок исследовались многие
годы. Однако острая необходимость в сокра¬
щении расхода тепловой энергии, возникшая
в странах бывшего СССР в начале 90-х годов,
заставила “позабыть” во имя ускорения твер¬
дения бетонов многие отрицательные эффек¬
ты добавок. К примеру, все чаще стали при¬
менять хлорид кальция, и об осторожной воз¬
можности его применения для армированных
конструкций и бетонов высокой долговечно¬
сти стали указывать в нормативных докумен¬
тах. В повышенных количествах снова ста¬
ли использовать гидроксиды, сульфаты иfact that the construction had to be stored at
the chambers for up to 3 days. Application
of complex additives comprising the plasti-
cizers and the hardeners enabled to reduce
the period of hardening 1.5-2 times result¬
ing in the processing lines productivity in¬
crease along with the heat energy saving.Double synergetic effect of matching the
surface-active agents and electrolytes with
various operation mechanisms, for instance,
УПСБ with CH and HK, determined by the
author, stipulated the creation of high-per¬
formance antifreeze modifier УПБ-М (HK)
which has been successfully used at the en¬
terprises of Ukraine for more than 18 years.
The success of this additive as compared to
the existing ones is explained not only by
the polyfunctional effect, but also by the con¬
sumption, which is 20-30% lower (according
to the data of other authors, including the for¬
eign ones - 1.5-3 times). Commonality of the
tendency determined enables to carry out equiv¬
alent replacement of some components, for in¬
stance, УПБ with НДК, CH with other sul¬
phate- and sulphide-bearing products without
making the quality of the product worse.Limitations concerning electrolytes ap¬
plication are in force until large-scale re¬
search of additives consumption influence
on the processes of internal erosion and
bursting of pre-stressed thermally strength¬
ened reinforcement are carried out.For the last decades new challenges
emerged in the practice of additives appli¬
cation. In the world practice these are the
issues of concrete durability increase, where¬
as in the domestic one - issues of energy sav¬
ing. These challenges emerged not by
chance. Positive and negative effects of ad¬
ditives have been studied for many years.
However, an exigency to reduce heat ener¬
gy consumption that emerged in the coun¬
tries of the former USSR at the beginning of
the 90s forced to “forget” about many nega¬
tive effects of the additives in the name of
concrete hardening acceleration. For in¬
stance, calcium chloride used to often ap¬
plied. In the normative documents it was
mentioned about its careful application for
reinforced constructions and concrete of high
durability. Hydroxides, sulphates and sul¬
phides used to be applied in increased
378Практическая реализация исследований и разработоксульфиды. Ситуацией воспользовались пред¬
приятия коксохимической промышленности,
которые за многие годы так и не решили про¬
блему утилизации продуктов сероочистки
коксового газа. А ускоряющий эффект для
твердения бетонов веществ, содержащих суль¬
фаты, сульфиды, роданиды, мышьяк и другие
вредные для бетона примеси, дал уникальную
возможность, не затратив ни одной копейки
на очистные сооружения, с высокой рента¬
бельностью производить захоронение много¬
тонных отходов производства под различны¬
ми торговыми марками в бетонных и железо¬
бетонных конструкциях.Вместо технического решения проблемы
энергосбережения многие научные и произ¬
водственные предприятия пошли по сомни¬
тельному пути экономии тепловой энергии за
счет резкого увеличения расхода цемента. Ав¬
тор не считает необходимым нормирование
расхода цемента, однако эффект от снижения
температуры и длительности тепловой обра¬
ботки должен, на наш взгляд, соизмеряться с
убытками, понесенными за счет увеличения
овеществленной энергоемкости при повыше¬
нии расхода цемента (и довольно часто чисто
клинкерного). Рассмотренная задача проил¬
люстрирована на рис. 8.4.9.amounts. Enterprises of by-product-coking
industry, which did not solve the problem of
recycling the by-products of coke-oven gas
desulphurization, took the advantage of the
situation. The hardening accelerating effect
for concrete out of the substances, contain¬
ing sulphates, sulphides, thiocyanates, ar¬
senic and other admixtures hazardous for
concrete, provided an unique opportunity to
dispose of wastes under various trade marks
in concrete and ferroconcrete constructions
without additional spendings, with high prof¬
itability rates.Many enterprises instead of technical so¬
lution of this problem took the doubtful path
of saving the heat energy at the expense of
concrete consumption increase. The author
does not consider it necessary to regulate
the cement consumption. However the effect
of temperature and the period of thermal
treatment reduction, in our opinion, should
be compared with the losses caused by the
increase of materialized material capacity
when increasing cement consumption (and
quite often neat cement). The illustrated
problem is presented at the fig. 8.4.9.Puc. 8.4.9. Зависимость расхода цемента от Fig. 8.4.9. Cement consumption depen-
длительности и температуры твердения dence on the period and temperature of con-
бетона crete hardening
Practical application of research and inventions379Для получения сопоставимой прочности
бетона имеются разные варианты. Можно
увеличить расход цемента или температуру
и длительность твердения. Какой вариант
наиболее эффективен? Идеальным является
вариант, когда имеется возможность тверде¬
ния бетона при температуре 20—25 °С и вы¬
сокой относительной влажности до набора
необходимой прочности, т. е. вариант бес-
прогревного твердения. Но этот процесс не¬
редко бывает длительным. За ускорение твер¬
дения приходится платить тепловой энерги¬
ей, добавками и т. п. Поэтому лозунги нача¬
ла 90-х годов о так называемой беспропа-
рочной технологии оказались популистски¬
ми, так как способа ускорения твердения они,
по сути не предлагали. О том, что бетон твер¬
деет и без тепловой обработки, известно дав¬
но и предусмотрено п. 1.5 СНиП 3.09.01-85
“Производство сборных железобетонных
конструкций и изделий”. Проблема в том, как
без побочных отрицательных явлений наибо¬
лее экономично осуществить беспрогревное
твердение бетона или, если даже не беспрог¬
ревное, то с минимальным расходом тепловой
энергии!И здесь, безусловно, применение добавок— существенный фактор. На наш взгляд, наи¬
более рациональный, не вызывающий побоч¬
ных отрицательных явлений путь ускорения
твердения — уменьшение водосодержания бе¬
тонной смеси, которое достигается примене¬
нием пластификаторов типа ЛСТМ-2, УПБ-
М, ПФС, С-3, “Дофен”, ПФМ-БС и др. 10—
20%-й водоредуцирующий эффект этих доба¬
вок позволяет на 20—40% снизить расход теп¬
ловой энергии или ускорить беспрогревное
твердение в 1,5—2 раза. Еще больший эффект
достигается при совмещении этих добавок с
ускорителями твердения. Но здесь возникает
проблема известных побочных отрицатель¬
ных эффектов. Автор не столь категоричен в
требованиях неукоснительного соблюдения
ограничений нормативных документов по ис¬
пользованию электролитов и ставит вопрос
об их минимальных расходах, которые не
должны привести к снижению качества бе¬
тона и железобетона. Однако эта позиция не
имеет ничего общего с путаницей и в некото¬
рых случаях с некомпетентностью отдельныхThere are various variants in order to
obtain comparable strength of concrete. It
is possible to increase consumption of ce¬
ment or the temperature and period of hard¬
ening. Which one is the most efficient? The
ideal variant is the one when there is a pos¬
sibility of concrete hardening at the temper¬
ature of 20 - 25°C and high relative humidi¬
ty until the acquisition of the necessary
strength, i.e. the variant of non-steaming hard¬
ening. However, quite often this process turns
out ot be too long. One pays with the heat
energy, additives, etc., for hardening accelera¬
tion. That is why the motto at the beginning
of the 1990s about the so-called “non-steam¬
ing” technology turned out to be populist, since
they did not offer any method of hardening
acceleration. The fact that concrete can hard¬
en without the thermal treatment has been
known for a long time and was foreseen in the
article 1.5ofCHun 3.09.01 -85 “Production
of precast ferroconcrete constructions and
items”. The problem is how to efficiently carry
out nonsteaming hardening of concrete without
negative by-effect or with the minimal consump¬
tion of heat energy, even if not non-steaming one!No doubt, application of additives is a
significant factor. In our opinion the most
efficient way to accelerate the hardening
without negative by-effects is to reduce wa¬
ter content of concrete mix which is achieved
by means of plasticizers of the types JICTM-2, УПБ-М, ПФС, С-3, “Дофен”, ПФМ-
БС, etc. 10-20% water reducing effect of
these additives allows to reduce the heat en¬
ergy consumption by 20-40% or to acceler¬
ate the non-steaming hardening 1.5-2 times.
Even greater effect is achieved when match¬
ing these additives with the hardeners. How¬
ever, this causes the problem of existing neg¬
ative by-effects. The author is not so rigid in
his requirements towards rigorous obser¬
vance oflimitations stated in the normative
documents concerning the application of
electrolytes, he puts a question about their
minimal consumption which should nor re¬
sult in concrete and ferroconcrete quality
deterioration. However, this position has
nothing in common with the confusion and
in some cases, incompetence of the norma-
380Практическая реализация исследований и разработокнормативных документов и выводов в от¬
дельных научных статьях. Так, если при¬
знать научно обоснованными нормативные
документы на воду для приготовления бе¬
тонных смесей и цемент, ограничивающие
содержание сульфат-ионов и оксидов, убе¬
дительность фундаментальных работ по
внутренней коррозии бетона и влиянию элек¬
тролитов на процессы растрескивания пред¬
варительно напряженной термоупрочненной
арматурной стали, то можно прийти к выво¬
ду о необходимости запрещения применения
сульфат- и сульфидсодержащих добавок, ко¬
торые вводятся в несколько раз больших ко¬
личествах, чем допускается в воде и цемен¬
те. Такие ограничения имеются в норматив¬
ных документах по защите бетона от корро¬
зии, а также в СНиП 3.0.01-87 “Несущие и
ограждающие конструкции”, который (с.
160) запрещает использование добавки СН
для бетонов, эксплуатируемых в зонах пе¬
ременного уровня воды, агрессивной газо¬
вой среде и т. п. В то же время ДБН В. 2.7.¬
64—97 “Правила застосування х1м1чних
добавок у бетонах та буд1вельних розчинах”
(с. 31—32) именно для этих целей примене¬
ние добавки СН считается целесообразным.
В этом же нормативном документе примене¬
ние одних и тех же добавок, например С-З,
“Дофен”, ПЛКП и др., для железобетонных
конструкций с преднапряженной арматурой
в украинской редакции (с. 31) не рекоменду¬
ется, а в русской (с. 32) — рекомендуется, то
же и с СН, ПДКО и другими. Как не удиви¬
тельно, но даже одни и те же авторы в пуб¬
личных выступлениях и научных статьях
отстаивают противоположные позиции в
отношении одинаковых добавок.В практической деятельности постоянно
приходится сталкиваться с использованием
научных знаний для манипуляции результа¬
тов исследований в пользу той или иной до¬
бавки. К примеру, в отдельных авторитет¬
ных журналах известными специалистами
опубликованы данные о якобы уникальных
возможностях добавки “Релаксол”, пред¬
ставляющей собой не что иное как механи¬
ческую смесь продуктов мокрой сероочист¬
ки коксового газа и ЛСТ, которая якобы при
расходе до 2% от массы цемента позволяет
обеспечить противоморозные свойства бе-tive documents and conclusions of the scien¬
tific publications. For instance, if we ac¬
knowledge the normative documents for wa¬
ter to prepare concrete mix and cement, re¬
stricting the content of sulphate-ions and ox¬
ides, the persuasiveness of fundamental works
on internal corrosion of concrete as well as
impact of electrolytes on the bursting process¬
es of pre-stressed thermally strengthened re-
inforcing-bar steel as scientifically sound, one
might come to the conclusion about the neces¬
sity to ban application of sulphate- and sul¬
phide-bearing additives which are doped in
the amounts several times higher than it is al¬
lowed in the water and cement. Such limita¬
tions are stated in the normative documents
on concrete protection against corrosion, as
well as СНиП 3.0.01-87 “Load-carrying and
filler structures”, which (see p. 160) prohibits
the application of CH additive for concrete
exploited in the areas of variable water level,
aggressive gaseous medium, etc. At the same
time, ДБН B.2.7.-64 ■ 97 “Regulations on
application of chemical additives in concrete
and the mortar” (see p.31 - 32) considers the
application of CH for these purposes advis¬
able. The same normative document does not
recommend application of the same additives,
for instance, С-З, Дофен, ПЛКП, etc. for fer¬
roconcrete items with the pre-stressed rein¬
forcement in the Ukrainian version, whereas
in the Russian one (see p. 32) - their applica¬
tion is recommended. The same concerns CH,
ПДКО and others. No matter how surprising
it might seem, but the same authors stand up
for contrary principles concerning the same
additives in their public appearances and pub¬
lications.In practice one might come across the
use of scientific knowledge for the purpose
of wangling the results of research in favour
of this or another additive. For instance, in
some authoritative journals famous special¬
ists published the data on the so-called
unique possibilities of “Relaxol” additive,
which is nothing else than the mix of the
products of wet coke-oven gas desulphur¬
ization and lignosulphonates. Allegedly,
this additive in the amount of 2% of the ce¬
ment mass allows to obtain frost antifreez¬
ing properties at the temperature of -20°C,
Practical application of research and inventions381тонной смеси при температуре до —20 °С, по¬
высить прочность и морозостойкость бетона
в 2—3 раза. Наши исследования показали,
что эквивалентная замена в комплексной до¬
бавке СН + ЛСТ сульфата натрия продуктом
сероочистки коксового газа (“Релаксол”)
практически не дает эффекта по сравнению с
аналогом. Требуют объяснения и данные нор¬
мативных документов об отсутствии отрица¬
тельных побочных эффектов добавок ПЛКП
(М, С), “Релаксол”.Эффективность той или иной добавки сле¬
дует оценивать не по данным печатных работ
и нормативных документов, а по воспроизво¬
димости результатов и в сравнении с извест¬
ными аналогами.Таким образом, многолетней практикой
подтверждены установленные механизмы дей¬
ствия и закономерности влияния добавок на
свойства бетонной смеси и бетона и их эконо¬
мическая эффективность. Наряду с этим вы¬
явлены путаница и недобросовестная рекла¬
ма в использовании некоторых добавок, что
может привести к дискредитации такого
актуального направления, как химизация
бетона.8.5. Обобщение и систематизацияопыта практической реализации
исследований
и разработокОпыт практической реализации исследова¬
ний не ограничивается только использовани¬
ем установленных закономерностей, примене¬
нием добавок, методов контроля качества и
критическим анализом нормативных докумен¬
тов. Практическая реализация результатов
всех исследований осуществлялась в комплек¬
се технологического процесса. Например, ис¬
пользование добавок потребовало изменения
не только составов бетона, но и режимов при¬
готовления и формования бетонных смесей,
процессов ускоренного твердения бетонных и
железобетонных изделий и конструкций. Одно
только направление научных исследований,
связанное с малоэнергоемкими технологиями
производства бетона и железобетона, потре¬
бовало глубокого и широкого анализа как но¬
вых закономерностей и технических решений,to increase strength and frost resistance of
concrete 2-3 times. Our research proved
that the equivalent replacement of salt cake
in the complex additive of CH + lignosul-
phonate with the product of coke-oven gas
desulphurization (“Relaxol”) has practi¬
cally no effect as compared with the ana¬
logue. Data in the normative documents
about the absence of negative by-effects of
ПЛКП additives (M, C) “Relaxol” re¬
quires explanation as well.The efficiency of this or another addi¬
tive should evaluated not according to the
data of the published works and normative
documents, but according to the reproduc¬
ibility of results and in comparison with the
existing analogues.Therefore, long-term practice has
proved the determined operation mecha¬
nisms and regularities of additives impact
on the properties of concrete mix and con¬
crete as well as their economic efficiency.
Along with it confusion and unfair adver¬
tisement were revealed, which might dis¬
credit such topical trend as the chemicalix-
ation of concrete.8.5. Generalizing and classifying
the experience of practical
application of research and
innovationsThe experience of practical applica¬
tion of research is not limited only to utili¬
zation of determined regularities, addi¬
tives, quality control methods and critical
analysis of the normative documents. Prac¬
tical implementation of the research re¬
sults was carried out as a part of produc¬
tion process. For instance, application of
additives required not only the change of
concrete mix content , but also of the modes
of concrete mix preparation and molding,
processes of accelerated hardening of con¬
crete and ferroconcrete items and con¬
structions. The sole direction of scientific
research related to the low power con¬
sumption of concrete and ferroconcrete
production technologies stipulated in¬
depth analysis of regularities, technical
382Практическая реализация исследований и разработоктак и всех возможных альтернативных пу¬
тей, в том числе и оргтехмероприятий. К при¬
меру, далеко не на всех предприятиях при¬
менение даже самых эффективных добавок
для снижения расхода тепловой энергии ока¬
зывается экономически целесообразным.
Так, на Тернопольском заводе ЖБК, Киев¬
ском заводе ЖБК-1 и других предприятиях,
где были проведены оргтехмероприятия по
устранению потерь пара, экономия при ис¬
пользовании добавок для снижения расхода
тепловой энергии оказалась соизмеримой со
стоимостью самих добавок. В условиях этих
предприятий следовало бы использовать
обычные модификаторы для экономии це¬
мента. В начале 90-х годов, когда бывшие
страны СССР оказались в условиях энерге¬
тического кризиса, перед участниками про¬
ходившего в октябре 1992 г. в г. Черновцы
Международного симпозиума по ресурсосбе¬
регающим модификаторам бетона неожи¬
данно возникло совершенно непрогнозируе¬
мое решение вопроса энергосбережения. Чер¬
новицкий ДСК, куда отправились участни¬
ки симпозиума для изучения опыта примене¬
ния добавок, отключили от теплосети за за¬
держку в оплате энергоносителей, и предпри¬
ятие, применяя модификатор ПФБ-БС с по¬
вышенным содержанием сульфата натрия,
работало без тепловой энергии, а с наступ¬
лением холодов для тепловой обработки из¬
делий использовало продукты сгорания
топлива. Аналогичная ситуация возникла в
том же году на Каменец-Подольском заводе
ЖБК. В странах же Прибалтики, не решивших
энергетическую проблему, в 1993—1994 гг. в
осенне-зимний период были остановлены
практически все заводы ЖБК.Разработка конкретной программы энер¬
госбережения в новых условиях оказалась до¬
вольно сложной задачей. В табл. 8.5.1 в ка¬
честве примера приведен только один вари¬
ант анализа возможностей энергосбереже¬
ния при производстве бетонных и железобе¬
тонных изделий и конструкций, который был
нами проанализирован при подготовке этой
программы. Таких вариантов при решении
практических задач рассматривалось не¬
сколько. Одна из серьезных проблем прак¬
тической реализации результатов исследова-solutions and all possible alternative ways,
including administrative and technical mea¬
sures. For instance, not on all enterprises
application of the most efficient additives
in order to reduce heat energy consumption
turns out economically sound. For instance,
at Ternopil concrete product plant, Kyyiv
concrete product plant No. 1 and other en¬
terprises where the administrative and orga¬
nizational measures were taken in order to
avoid the losses of steam, the economy of
additives application for the purpose of heat
energy consumption reduction turned out to
be comparable with the cost of the additives
themselves. It might have been more efficient
to use regular modifiers for the economy of
cement at these enterprises. At the beginning
of the 1990s when the countries of the fUSSR
faced the energy crisis, participants of the In¬
ternational symposium which took place in
Chernivtsi in October 1992 on energy saving
modifiers of concrete suddenly came across
the unpredictable solution of energy saving
problem. Chernivtsi ДСК where all the par¬
ticipants observed the experience of additives
application was cut off from the heating sys¬
tem due to the delays of energy resources pay¬
ments. The enterprise at which the modifier
ПФМ-БС with the increased content of salt
cake was used, worked without thermal ener¬
gy and during cold weather used fuel combus¬
tion products for thermal treatment of its pro¬
duce. Similar situation was observed the same
year at Kamenets Podolskiy concrete prod¬
uct plant. In the Baltic States, which did not
solve the energy resources problem, practi¬
cally all concrete product plants were stopped
in autumn-winter period of 1993-1994.Elaboration of specific energy saving
program under new conditions turned out
to be difficult one. One of the alternative
variants of analysis of energy saving pos¬
sibilities during the production of concrete
and ferroconcrete constructions is present¬
ed in the table 8.5.1. It was analyzed dur¬
ing the process of elaboration of the pro¬
gram. Several variants were considered
when solving the practical tasks. One of the
serious problems of practical implementa¬
tion of research results is the improvement
Practical application of research and inventions383Таблица 8.5.1 Table 8.5.1Энергосберегающие методы ускорения Energy-efficient methods of concreteтвердения бетона hardening accelerationНаправлениеTendencyКомментарийCommentsПрименение высокомарочных и
быстротвердеющих цементовApplication of high-brand and high-early-strength
cementsНеобходимо соизмерить затраты на цемент с
реальной экономией энергоресурсовIt is necessary to compare the cost of cement with the
real economy of energy resourcesУменьшение водосодержания бетонной смеси
Reduction of water content of concrete mixУвеличение затрат на уплотнение бетонной
смеси; при некачественном уплотнении возможны
раковины в бетоне. Желательно применение
вибропригрузаIncrease of costs for concrete mix compaction; in
case of low quality compaction blisters are possible in
concrete. Application of vibrocantledge is desirableУменьшение водосодержания бетонной смеси при
сопоставимой удобоукладываемости за счет
пластифицирующих добавок, в т. ч.
суперпластификаторовReduction of water content of concrete mix at
comparable workability at the expense of plasticizing
additives, including plasticizersБольшие единовременные затраты на
приобретение суперпластификаторов.
Необходимо соизмерить затраты на добавку с
реальной экономией энергоресурсовLarge lump-sum costs for purchase of
superplasticizers. It is necessary to compare the
costs of additives with the real economy of energy
resourcesУвеличение Ц/В за счет расхода цементаIncrease of C/W at the expense of cement
consumptionНеобходимо соизмерить дополнительные затраты
на увеличение расхода цемента с реальной
экономией энергоресурсовIt is necessary to compare additional costs of
increasing the cement consumption with the real
economy of energy resourcesУвеличение доли крупного заполнителя в
бетонной смесиIncrease of coarse aggregate share in the concretemixВозможны расслоение бетонной смеси в
производственных условиях, снижение прочности
бетона при растяжении, водонепроницаемости,
раковиныDisintegration of concrete mix, reduction of tensile
strength, water permeability, blisters are possible in
the working environmentСнижение водопотребности бетонной смеси за
счет увеличения крупности крупного заполнителяReduction of water requirement of concrete mix at the
expense of size increase of the coarse aggregateНеобходимо соизмерить крупность заполнителя с
размерами сечения и армированием. Возможны
раковины, снижение прочности при растяженииIt is necessary to compare the size of an aggregate
with the size of the section and reinforcement. Blisters
and reduction of tensile strength are possibleУменьшение водосодержания бетонной смеси за
счет обогащения мелкого заполнителя зернами
крупных фракцийReduction of water concrete of concrete mix at the
expense of enrichment of fine aggregate with the
grains of large fractionsЗерна крупных фракций (обычно отсевы
камнедробления) не всегда качественныеGrains of large fractions (usually the wastes of
lithoclasty)Фракционирование и промывка заполнителей
Fractionating and ablution of aggregatesHe всегда возможно
It is not always possible
384Практическая реализация исследований и разработокПродолжение табл. 8.5.1 Continuation of table 8.5.1НаправлениеTendencyКомментарийCommentsСистема регулирования составов бетона в
процессе производства в зависимости от свойств
применяемых материалов и условий тверденияSystem of concrete mix regulation in the process of
production depending on the properties of materials
being used and hardening conditionsБез коментариев.No comments.Эффективно! Без коментариев.
Effective! No comments.Применение добавок-ускорителей твердения или
комплексных добавок ПАВ и электролитовApplication of hardeners or complex additives of
surface-active agents and electrolytesС учетом ограничений по применению добавок-
электролитов, изложенных в нормативной
литературе и в этой работеTaking into consideration the limitations on the
additives-electrolytes application stated in the
normative documents and this workУвеличение длительности перемешивания
бетонной смеси, в т. ч. с поэтапной дозировкой
добавокIncrease of concrete mix agitation period , including
phased dosage of additivesHe всегда возможно в гравитационных
смесителяхIt is not always possible in the gravity mixerТепловая активация бетонной смеси в процессе
приготовленияThermal activation of concrete mix in the process of
productionНеобходимы надежное оборудование и
оперативное формованиеReliable equipment and on-line molding are
necessaryМеханическая, механохимическая и электрофи¬
зическая активация компонентов бетонной смесиMechanical, mechano-chemical and electrophysical
activation of concrete mix componentsЭффективна только при надежном и экономичном
оборудованииIt is effective only in case of reliable and efficient
equipmentВибровакуумирование бетонной смеси
Vibrovacuumization of concrete mixПрактически осуществимо только для плоских и
мелкоштучных изделийIt is feasible only for flat and small-pieces itemsВибропропрессование и виброштампование из
жестких бетонных смесейVibropressing and vibropunching out of no-slump
concreteПрактически осуществимо только для
мелкоразмерных изделийIt is feasible only for small-pieces itemsПолициклическое уплотнение бетонной смеси
Polycyclic concrete mix compactionВысокоэффективно только для высокоподвижных
и литых смесей, уплотняемых на виброплощадках
с вертикально направленными колебаниями, и в
кассетахIs efficient only for high workability and mushy
concrete mix, compacted at the vibroarea with the
vertical vibrations and in the cassettesТепловая обработка горячим'воздухом,
продуктами сгорания природного газа или
нефтепродуктовThermal treatment by means of hot air, products of
natural gas or oil products combustionОправдана только при обеспечении необходимой
влажности твердеющего бетона. Возможны
образование микротрещин, снижение прочности,
морозостойкости и водонепроницаемости бетона
в процессе эксплуатации конструкцийIt is justified only when securing the necesary
humidity of hardening concrete. Small cracks,
reduction of the strength, frost resistance and water
permeability of concrete in the process of exploitation
of constructions are possible
Practical application of research and inventions385Окончание табл. 8.5.1. End of table 8.5.1НаправлениеTendencyКомментарийCommentsГелиотермообработка под пленочными
покрытиямиHeliothermal treatment under the film coatingТрудноосуществима для крупных изделий,
зависит от климата и погодыHard to carry out for large constructions; depends on
the climate and the weatherТермообработка в закрытых формах горячими
маслами и нефтепродуктами, газамиThermal treatment in the closed forms by means of
hot oils and mineral oil, gasДля многих конструкций практически
трудноосуществимаHard to carry out for the most of constructionsИспользование экзотермии цемента
Utilization of heat of cementВысокоэффективно только для массивных
конструкций и при кассетной технологииHighly efficient only for massive constructions and
cassette technologyЭффективные режимы тепловой обработки с
постоянно возрастающей скоростью подъема
температуры до максимального значения
изотермической выдержки, кратковременная
изотермическая выдержка с последующим
медленным остываниемEfficient modes of thermal treatment with the
permanently increasing rate of temperature climb up
to the maximal value of isothermic exposure, brief
isothermic exposure with further slow freezingРеально осуществимо
FeasibleТермопное еыдерживание конструкций
Thermos exposure of constructionsТрудности в реконструкции камер и тепловых
агрегатовDifficulties related to the reconstruction of chambers
and heat unitsИнтенсивная циркуляция греющей среды
Intensive circulation of the heating environmentНеобходимо высокое давление в сети
теплоносителяHigh pressure should be maintained in the heat
carrier networkИспользование последующего (12—48 ч) нараста¬
ния прочности бетона после тепловой обработкиUtilization of successive (12—48 h) increase of
concrete strength after thermal treatmentЭффективно при положительной температуре
Efficient at positive temperatureний— совершенствование нормативной базы
строительства, заключающееся в повышении
научного обоснования государственных стан¬
дартов и строительных норм, их гармонизации
и приведении в соответствие между собой.При изложении результатов исследований
уже не один раз рассматривались серьезные
ошибки и просчеты в нормативных докумен¬
тах, не только создающие путаницу при их ис¬
пользовании, но и не позволяющие при ссыл¬
ке на эти документы привести результаты ис¬
следований разных лет в сопоставимый вид.of normative construction documents,
which consisted in advancement of scien¬
tific substantiation of national standards,
their harmonization and bringing into ac¬
cord with each other.Serious mistakes and miscalculations
were considered in the normative docu¬
ments many times when stating the research
results. They not only caused confusion, but
also, when quoting these documents, did
not allow to bring the test results conduct¬
ed at various times into comparable form.
386Практическая реализация исследований и разработокТак, результаты исследований особенностей
твердения бетонов при отрицательных темпе¬
ратурах на цементах, содержащих минераль¬
ные добавки, в настоящее время не могут быть
рекомендованы для использования в строи¬
тельстве только потому, что изменилась клас¬
сификация цементов. Например,на основании
многолетних исследований большого коллек¬
тива ученых в строительных нормах и прави¬
лах запрещалось использование шлакопорт-
ландцемента для морозостойких бетонов и при
отрицательных температурах. При проведе¬
нии исследований в те годы шлакопортланд-
цементом называли цемент, содержащий бо¬
лее 20% шлака. По современных же стандар¬
тах к примеру, ДСТУБ.В.2.7-46-96 «Цементы
общестроительного назначения», цементы, со¬
держащие до 35% шлака, относятся к портлан¬
дцементу II типа, а шлакопортландцемент (тип
III) это уже цемент, содержащий более 35%
шлака. Аналогично по этому же стандарту к
портландцементу II типа может быть отнесен
пуццолановый цемент (тип IV), применение
которого ограничено многими областями.
Следовательно, в соответствии с новой клас¬
сификацией во избежание отрицательных по¬
следствий необходимо внести изменения во все
строительные нормы и ведомственные инст¬
рукции.Другим серьезным барьером в расширении
объемов реализации проведенных исследова¬
ний является слепое следование исполнителей
на предприятиях стандартам, строительным
нормам и ведомственным инструкциям. Заме¬
тим, что аккуратное выполнение всех инструк¬
ций по производству бетонных работ было и
есть в настоящее время залогом обеспечения
высокого качества работ, так как, несмотря на
многие недостатки, в их основу положены фун¬
даментальные исследования. В то же время мно¬
гие устаревшие положения нормативных доку¬
ментов представляют собой преграду для вне¬
дрения новых, более эффективных технических
решений. Так, до сих пор приходится убеждать
многих специалистов в том, что песок, харак¬
теристики зернового состава которого выхо¬
дят за рамки стандартной кривой просеивания,
может успешно применяться, особенно при ис¬
пользовании пластифицирующих добавок, для
изготовления бетонов, в т. ч. и высокой моро-Therefore, the research results of the
concrete hardening regularities of con¬
crete, containing mineral additives, can¬
not be recommended at present for appli¬
cation in the construction because the clas¬
sification of cement has changed. For in¬
stance, based on the long-term research
done by the large group of scientists the
application of portland blast-furnace ce¬
ment for frost-proof concrete at negative
temperatures was prohibited in the con¬
struction normative documents. During the
research at those years portland blast-fur¬
nace cement was a cement containing more
than 20% of slag. According to the present-
day standards, for instance ДСТУБ.В.2.7,-
46-96 “Cement for common construction
purposes” cements containing up to 35% of
the slag are assigned to the portland cement
of type II, and portland blast-furnace cement
(type III) contains more than 35% of the
slag. According to his very standard poz-
zolanic cement (type IV) might be assigned
to portland cement of type II, which is ap¬
plied in many spheres. Consequently, ac¬
cording to the new classification and in
order to avoid negative consequences it is
necessary to introduce changes into all
construction norms and instructions.Another serious obstacle on the path
to expansion of research results imple¬
mentation is a blind following of the
norms by the performers at the enterpris¬
es. It should be mentioned that accurate
carrying out of instructions concerning
concreting was and still is the guarantee
of high quality since despite many draw¬
backs fundamental research are assumed
as their basis. At the same time many out-
of-dated regulations of the normative
documents are the obstacles for applica¬
tion of new, more efficient technical so¬
lutions. For instance, so far, it is neces¬
sary to persuade the specialists that the
sand, characteristics of the grain content
of which exceed the bounds of standard
bolting curve, might be successfully used,
especially when using plasticizing addi¬
tives, to produce concrete, including the
ones of high frost resistance; that the ce-
Practical application of research and inventions387зостойкости; что расход цемента не обязатель¬
но должен соответствовать общесоюзным нор¬
мам; что тепловая обработка сборных железо¬
бетонных изделий и конструкций при правиль¬
но выбранных режимах не снижает прочности
и долговечности бетона; что не обязательно ис¬
пользовать для дорожных, аэродромных и гид¬
ротехнических бетонов добавки СДБ и СНВ и
что они имеют не только эквивалентную, но и
более эффективную замену и т. д. Со всеми эти¬
ми не решенными на предприятиях вопросами
приходится постоянно сталкиваться при реали¬
зации исследований. Объектов применения, как
и нерешенных вопросов, за многолетнюю прак¬
тику работы оказалось немало.Приведенный в табл. 8.5.2 перечень объек¬
тов использования результатов исследований
показывает, что, несмотря на специфику, пред¬
приятия имеют много общего в решении прак¬
тических задач. Это позволило автору на оп¬
ределенном уровне обобщить и систематизиро¬
вать основные направления ресурсосбережения
и повышения качества продукции в строитель¬
ной индустрии.В монографии сознательно опущены воп¬
росы неразрушающей оценки и статистичес¬
кого контроля качества бетона, которые ре¬
шались параллельно с практической реали¬
зацией исследований. Как известно, точность
экспертной оценки по результатам неразру¬
шающего контроля прочности во многом за¬
висит от правильно установленных тариро-
вочных зависимостей, однако требования
нормативных документов по их построению
довольно противоречивы. С одной стороны,
результаты оценки прочности бетона этими
методами признаются достоверными, а с дру¬
гой — требования к построению тарировоч-
ных зависимостей делают их практически не¬
выполнимыми и ставят под сомнение целесо¬
образность использования. К примеру, по дей¬
ствующим нормативным документам, тариро-
вочные зависимости должны быть построены
для фиксированных составов бетона и усло¬
вий твердения. Но тогда и без неразрушаю¬
щих методов можно с не меньшей точностью
прогнозировать прочность бетона. Как обес¬
печить для монолитного бетона одинаковую
продолжительность и условия твердения об¬
разцов и конструкции? При натурных нссле-ment consumption should not necessari¬
ly correspond to the all-union norms;
that the thermal treatment of precast con¬
crete constructions at the correct modes
does not reduce the strength and dura¬
bility of concrete; that the CHB and СДБ
additives should not be necessarily used
for road, airfield-grade and hydraulic
concrete and that they have equivalent
and more efficient substitution, etc. One
will always face these unsolved issues
when applying the research results at the
enterprise. There a lot of unsolved issues
and fields of application during the long
work experience.Table 8.5.2 presents the list of sites
where the research results were used. It
shows that, despite the specific character,
these enterprises have a lot in common
while solving the practical tasks. This al¬
lowed the author to generalize and classify
major directions of energy saving and qual¬
ity increase in the industry.In this monograph we deliberately omit¬
ted the issues of non-destructive evaluation
and statistical concrete quality control which
were solved in parallel with the practical im¬
plementation of research results. As it is
known, accuracy of expert evaluation ac¬
cording to the results of non-destructive
strength control in many respects depends
on the correctly defined calibration depen¬
dencies. However, the requirements of the
normative documents concerning their de¬
velopment are quite contradictory. On the
one hand, concrete strength evaluation re¬
sults according to these methods are ac¬
knowledged as reliable, on the other hand -
requirements to the development of calibra¬
tion dependencies make them practically not
feasible and call the expediency of their ap¬
plication in question. For instance, accord¬
ing to the valid normative documents, calibra¬
tion dependencies should be elaborated for fixed
concrete mixes and hardening conditions. But
in this case concrete strength can be forecasted
with the same accuracy without the non-destruc¬
tive methods. How can we ensure equal period
and conditions of monolithic concrete samples
hardening? In case of full-scale study of frost
388Практическая реализация исследований и разработокТаблица 8.5.2 Table 8.5.2Объекты практического использовании Sites of practical implementation of research
результатов исследований resultsОбласть
строи¬
тельства
Area of
construc¬
tionПредприятияEnterprisesГодыYearПродукцияProduceРезультаты исследований
Research resultsПромы¬шленноестрои¬тельствоIndustrialconstruc¬tionno«Львовжеле-зобетон»“Lvovferroconcrete”1979—1986Коробчатые
настилы, фер¬
мы, балки, до¬
рожные плиты
Box floors,
girders, beams,
pavement plateСуперпластификатор ПФМ-БС, составы литых
бетонных смесей, полициклическое уплот¬
нение, экспресс-контроль морозостойкости и
водонепроницаемости бетона
Superplacticizers ПФМ-БСб mushy concrete mix
polycyclic compaction, express control of frost
resistance and water permeability of concreteТрест
Раздолхим-
строй, фирма
"KREBS"
(Франция)
Turst "Rasdolk-
himstroy”,
“KREBS"
company1980—1983РезервуарыReservoirsЗависимость прочности бетона от прочности
цемента при сжатии и изгибе, формирование
пустотности заполнителей в зависимости от
сечения и густоты армирования конструкций,
коэффициент раздвижки зерен для
высокопрочных бетонов, ТУ
Concrete strength dependence on cement
compression and bending strength, molding of
air void of aggregates depending on the section
and density of construction reinforcement,
coefficients of grain separation for high-strength
concrete, ТУРовенский за¬
вод
высокопроч¬
ных ЖБК
Rovno high-
strength
concrete
product plant1981—1984Фермы,
подкрановые
балки,
колонны
Girders, crane
girders, beams,
columnsСуперпластификатор СМФ, количественные
зависимости влияния основных факторов на
свойства высокопрочных бетонов, режимы
твердения
Superplasticizer СМФ, quantitative
dependencies of main factors influence on the
properties of high-strength concrete, modes of
hardeningБроварскойзекВ ro vary1977—1983Плиты по¬
крытий, балки,
колонны,
фермы
Roof plates,
beams, co¬
lumns, girdersСуперпластификатор С-3, литые бетонные
смеси, энергосберегающие режимы
формования, полициклическое уплотнение
бетонной смеси, режимы TBO
Superplasticizers С-3, mushy concrete mix,
energy-efficient modes of molding, polycyclic
compaction of concrete mix, modes of steamingТрест
«Черновиц-
строй »
Trust “Chernivtsi
construction"1987—1993Колонны,резервуары,покрытияColumns,reservoirs,surfacesКомплексные добавки, управление приготов¬
ления бетонных смесей, компьютеризация
производства, экспресс-контроль качества
бетонаComplex additives, concrete mix preparation
control, computerization of production, concrete
quality express controlВсего 28
пред¬
приятий28enterprise
s in totalСветлогорский
завод ЖБИ
Трест № 20
(РБ)
Svetlogorskiy
concrete pro¬
duct plant, Trust
No. 20 (РБ)1994Балки,колонны,плитыBeams,columns,platesЭкспресс-контроль качества бетона
Concrete quality express control
Practical application of research and inventions389Продолжение табл. 8.5.2 Continuation of table 8.5.2Область
строи¬
тельства
Area of
construc¬
tionПредприятияEnterprisesГодыYearПродукцияProduceРезультаты исследований
Research resultsГ ражда-
нское
строи¬
тельство
Civil engi¬
neeringВсего 72
пред¬
приятия72enterprise
s in totalКиевский ДСК-1
“ Kyyiv ДСК-1”1973—1978Плиты,
перекрытия,
перегородки
прокатного
производства
Plates, surface,
partitions of
rolling-mill
productionЭнергосберегающие режимы твердения,
комплексные добавки
Energy-efficient modes of hardening, complex
additivesno«Киевжелезо-бетон»“Kyyivferroconcrete”1979—1984Колонны,
скорлупы,
плиты
Columns,
shells, platesСистема регулирования составов
высокомарочных бетонов с добавками СМФ и
ПФСControl system of high-brand concrete mix with
additives СМФ and ПФСБельцский
завод КПД
Beltsi КПД1982—1988Стеновые
панели, плиты
перекрытий
Wall panel,
floor slabsСистема регулирования составов бетона с
помощью ЭВМ
Concrete mix computer assisted control systemСургутский
завод КПД
Surgut КПД1993Стеновые
панели,
перегородки
Wall panels,
partitionsРекомендации по выбору составов бетона,
экспресс-контроль морозостойкости бетона
Recommendation on concrete mix selection,
express control of frost resistance of concreteЧерновицкий
ДСК
Chernivtsi ДСК1987—1993Стеновые па¬
нели, перего¬
родки, плиты
перекрытия и
покрытия,
объемные
элементы
Wall panel,
partitions, floor
and roof slabs,Суперпластификатор ПФМ-БС, комплексные
добавки, система оперативного
регулирования составов бетона с помощью
ЭВМ, энергосберегающие режимы твердения,
беспогревное твердение бетона
Superplasticizer ПФМ-Б, complex additives, on¬
line computer-assisted concrete mix control
system, energy-efficient modes of hardening,
non-steaming concrete hardeningКаменец-
Подольский
завод ЖБК
Kamentes-Po-
dolskiy concrete
product plant1987—1999Плиты
перекрытия,
колонны,
балки
Floor slabs,
columns, bulksКомплексные добавки, экспресс-контроль
качества бетона, беспрогревное твердение
бетонаComplex additives, concrete quality express
control methods, non-steaming hardening of
concreteBAT«Хмельницк-железобетон»“Khmelnitskiyferroconcrete'11995—2001Плиты пере¬
крытия, лотки,
балки, троту¬
арная плитка
дорожные
плиты
Roof slabs,
shoots, beams,
side-walk
slabs,
pavement plateСуперпластификатор ПФМ-БС, комплексные
добавки, методы оценки
водонепроницаемости и морозостойкости
бетонаSuperplasticizer ПФМ-БС, complex additives,
water permeability and frost resistance
evaluation methods
390Практическая реализация исследований и разработокПродолжение табл. 8.5.2 Continuation of table 8.5.2Область
строи¬
тельства
Area of
construc¬
tionПредприятияEnterprisesГодыYearПродукцияProduceРезультаты исследований
Research resultsКомму¬
нальное
и тран¬
спортное
строи¬
тельство
MunicipalСтрийское
МСУ-1
Stryi
constructing and
mounting
department
No.11988—2001Мостовые
балки и плиты
Bridge beams
and platesСуперпластификатор ПФМ-БС, экспресс-кон¬
троль качества бетона, оперативное регули¬
рование составов бетона с помощью ЭВМ
Superplaslicizer ПФМ-БС, concrete quality
express control methods, on-line computer-
assisted concrete mix control systemconst¬ructionТрест
Балттрасстрой
(г. Рига)
Trust
Balttrasstroy
(Riga)1993Портовые
сооружения,
мосты
Dock facilities,
bridgesЭкспресс-контроль качества бетона
Concrete mix express controlДнепропетров¬
ский завод
МЖБК
Dnepropetrovsk
concrete
product
plant1981,1999Мостовые
балки
Bridge beamsКомплексные добавки, оценка качества
Complex additives, quality assessmentТрест
«Сахалин-
трансстрой»
Trust “Sakhalin-
transstroy’11993МостовыеконструкцииBridgeconstructionsСпособ оценки морозостойкости бетона
Concrete frost resistance assessment methodХарьковский
завод ЖБК-5
Kharkiv
concrete
product
plant No.51995—1999Трамвайные
плиты, сваи,
лотки
Tram slabs,
piles, shootsКомплексные добавки, энергосберегающие
технологии, экспресс-контроль качества
бетонаComplex additives, energy-efficient
technologies, concrete quality express controlХмельницкий
завод ЖБК
ЮЗЖД
Khmelnitskiy
concrete
product
plant1998—2001Плиты и балки
платформ
Slabs and
beams of the
platformКомплексные добавки, экспресс-контроль
качества бетона
Complex additives, concrete quality express
controlВсего 364
пред¬
приятия364
enterprise
s in total«Walter-Bau»(Германия)“Walter-Bau"(Germany)1998—2000Взлетно-поса¬
дочные поло¬
сы аэропорта
«Борисполь»
Landing strips
of the
“Borispoi"
airportЭкспресс-контроль морозостойкости бетона, в
т. ч. в конструкциях
Concrete frost resistance express control,
including in the constructions
Practical application of research and inventions391Продолжение табл. 8.5.2 Continuation of table 8:5.2Область
строи¬
тельства
Area of
construc¬
tionПредприятияEnterprisesГодыYearПродукцияProduceРезультаты исследований
Research resultsГ идро-
техниче¬
ское и
энергети¬
ческое
строи¬
тельство
Hydraulic
and
power
construc¬
tionВсего 72
предпри¬
ятия72 enter¬
prises in
totalТюменский
завод ЖБК-1
Tiumen concrete
product plant
No. 11991—1993Конструкции
газопроводов
Constructions
of gas pipe lineОценка водо- и газонепроницаемости,
морозостойкости бетона
Evaluation of water- and gas permeability, frost
resistance of concreteНефтегазстрой
(г. Полтава)
Neftegasstroy
(Poltava)1993Газгольдеры,трубыGas-holders,pipesСпособ оценки газонепроницаемости и
морозостойкости бетона
Evaluation of gas permeability and frost
resistance of concreteУправление
строительства
Днестровского
каскада ГЭС и
ГАЭС
Construction
department of
coordinated
hydroelectric
system of Dnie¬
ster hydro¬
electric power
station and
hydroelectric
pumped storage
power station,1988—2000Конструкции
плотин,
водоводов,
облицовок
каналов
Constructions
of dams,
conduits, canal
liningСуперпластификатор ПФМ-БС, экспресс-
контроль морозостойкости и
водонепроницаемости бетона, система
регулирования составов бетона с помощью
ЭВМSuperplasticizer ПФМ-БС, frost resistance and
water permeability of concrete express control,
computer-assissted concrete mix control
systemBAT«Черномор-гидрострой»"Chernomorhydrostroy"1996—2000Конструкции
портов и
подводных
сооружений
Constructions
of docks and
underwater
facilitiesСуперпластификатор ПФМ-БС, экспресс-
контроль качества бетона
Superplasticizer ПФМ-БС, concrete quality
express controlПСК «Придне¬
провский»
завод ПСК
Pridneprovskiy1992—1997Плиты, балки,
колонны
Plates, beams,
columnsЭнергосберегающие технологии, экспресс-
контроль качества бетона
Energy-efficient technologies, concrete quality
express controlЧернобыльская
АЭС
Chernobyl
nuclear power
station1986Подземные
сооружения
энергоблока
Underground
facilities of
power-
generating unitСоставы литых бетонных смесей с добавками
Mushy concrete mix with additivesУправление
строительства
Ровенской АЭС
Department of
construction,
Rovno nuclear
power station1977,1988ИнженерныесооруженияEngineeringstructureСуперпластификатор ПФМ-БС, оценка
качества бетона
Superplasticizer ПФМ-БС, concrete quality
evaluation
392Практическая реализация исследований и разработокПродолжение табл. 8.5.2 Continuation of table 8.5.2Область
строи¬
тельства
Area of
construc¬
tionПредприятияEnterprisesГодыYearПродукцияProduceРезультаты исследований
Research resultsСельско¬хозяй¬ственноестрои¬тельствоAgricul¬turalХмельницкий
комбинат
стройматери¬
алов
Khmelnitskiy
plant of building
materials1970—2001Плиты, балки,
рамы,
колонны
Plates, beams,
frames, columnКомплексные добавки, система
проектирования, оперативного регулирования
и учета расхода материалов
Complex additives, designing system, on-line
regulation and tracking of materials consumptionconst¬ructionКаменец-ПодольскийкемKamenets-
Podolskiy
building
materials plant1989—1999Плиты пере¬
крытия и пок¬
рытия, рамы,
балки, дорож¬
ные плиты
Floor and roof
slabs, frames,
beams,
pavement
platesСуперпластификатор ПФМ-БС, экспресс-
контроль морозостойкости и
водонепроницаемости бетона
Superplasticizer ПФМ-БС, frost resistance and
water permeability of concrete express controlТернопольскийкомбинат«Строй¬индустрия»Ternopil“Stroyindustriya"plant1993—2000Плиты, балки,
блоки
Plates, beams,
blocksЭнергосберегающие технологии бетона и
железобетона
Energy-efficient concrete and ferroconcrete
technologyВиноградов-
ский завод
ЖБК
Vinohradov
concrete
product plant1995—2001Плиты, балки,
дорожные
покрытия
Plates, beams,
pavementСуперпластификатор ПФМ-БС, экспресс-
контроль качества бетона
Superplasticizer ПФМ-БС, concrete quality
express controlВсего 11
пред¬
приятий11BAT«Прикарпат-агрострой»“Prikarpat-agrostroy”1994—1997Балконы,дорожныепокрытияBalconies,pavingЭкспресс-контроль качества бетона
Concrete quality express controlenterprise
in totalНовоселецкийкомбинат«Строй¬индустрия»Novoselitsa“Stroy-industriya”plant1988—2001Плиты,блокиPlates,blocksМодификация структуры бетона добавками
Modification of concrete structure with additives
Practical application of research and inventions393Продолжение табл. 8.5.2 Continuation of table 8.5.2Область
строи¬
тельства
Area of
construc¬
tionПредприятияEnterprisesГодыYearПродукцияProduceРезультаты исследований
Research resultsОборон¬ноестрои¬тельствоMilitaryconstructionЛьвовский 3CK
Lviv1982—1998Дорожные и
трамвайные плиты,
товарный бетон и
ДР-Pavement and tram
plates, readymixed
concrete, etc.Методика оценки свойств цементов
и заполнителей, экспресс-контроль
качества бетона
Concrete and aggregates properties
evaluation methodologyЧисло
объектов
неизве¬
стно
The
number of
objects is
not knownУС Минобороны
СССР
Construction
Department, Ministry
of defense of the
USSR1983—1988КонструкцииподземныхсооруженийUndergroundfacilitiesconstructionsРазрядно-импульсная технология
приготовления бетонной смеси
Discharge-impulse technology of
concrete mix productionСтрийский завод
№ 344
Stryi plant № 3441981—1996Аэродромный
бетон, стеновые
панели, плиты
Airfieldgrade
concrete, wall
panels, platesРекомендации по выбору составов
высокоподвижных и литых смесей с
суперпластификаторами
Recommendations on selection of
high-workability and mushy concrete
mix with the superplasticizersХимичес¬
кая и
пищевая
промыш¬
ленность
Chemical
and foodЛужанский
эксперимен¬
тальный завод
Luzhany
experimental plant1976—2001Модификаторы
УПБ-М, ПФМ-БС,
УПБ-М (НК), УПСБ и
ДР-Modifiers УПБ-М,
ПФМ-БС, УПБ-М
(НК), УПСБ, etc.Утилизация многотоннажных
отходов производства
Utilization of large-tonnage production
wastesindustryПервоуральское
ПО «Хромпик»
Pervouralskoe
production
association
"Khrompik"1988—1993Модификатор
ПФМ-БС
Modifier ПФМ-БСУлучшение морозостойкости бето¬
нов и снижение себестоимости про¬
изводства суперпластификаторов
Improvement of frost resistance of
concrete, reduction of
superplasticizers production costМозырский завод
СЖБК-12
Mosyrskiy СЖБК-12
plant1983—1998Модификатор
ПФМ-БС
Modifier ПФМ-БСРасширение применения суперпла¬
стификаторов благодаря снижению
их цены и улучшению ряда свойств
Expanding the application of
superplasticizers owing to reduction of
their price and improving number of
propertiesВсего 9
пред¬
приятий
9enterprise
s in totalРубежанский
химзавод «Заря»
Rubezhanskiy che¬
mical plant “Zarya"1983—1992Модификатор
ПФС и ПФС-М
Modifier ПФС and
ПФС-МУтилизация многотоннажных
отходов производства
Utilization of large-tonnage production
wastesНовомосковский
ЗОС (РФ)
Novomoskovskiy
factory of organic
synthesis (Russian
Federation)1982—1994Опытные партии
порошкообразных
суперпластификато¬
ров С-Зк и ПФМ-БС
Experimental
batches of powder¬
like superplasticizers
C-3 and ПФМ-БСУлучшение свойств
суперпластификатора C-3 и
снижение его себестоимости
Improving the properties of
superplasticizers C-3 and reduction of
its cost price
394Практическая реализация исследований и разработокОкончание табл. 8.5.2End of table 8.5.2Область
строи¬
тельства
Area of
construc¬
tionПредприятияEnterprisesГодыYearПродукцияProduceРезультаты исследований
Research resultsЦемент¬наяпромыш¬ленностьCementindustryКаменец-
Подольский
цементный завод
Kamenets-
Podolskiy cement
works1971—2001Пластифици¬
рованный
портландцемент
М500,
композиционные
цементы,
дорожный цемент
Plasticized
Portland cement of
brand M500,
composite cement,
road cementВыпуск цементов с пластификаторами,
золой, пылью электрофильтров, методы
оценки качества цемента
Production of cement with the plasticizers,
ash, electrofilter dust, methods of concrete
quality evaluationНиколаевский
ЦГК
Nikolaev ЦГК1987—1989,2001Дорожный це¬
мент марки 500,
пласти¬
фицированный
портландцемент
Road cement of
brand 500,
plasticized
Portland cementВыпуск цементов с пластификаторами
Production of cement with the plasticizerВсего 6
пред¬BAT «Днепро-
цемент»
Dneprocement1993—2001Модифициро¬
ванный
шлакопорт-
ландцемент
Modified portland
blast-furnace
cementПластифицированный портландцемент
и шлакопортландцемент, метод оценки
качества цемента
Plasticized portland cement and portland
blast-furnace cement, concrete quality
evaluation methodsприятии6 enter¬
prises in
totalИвано-ФранковскийЦШКIvano-FrankovskЦШК1993—1998Модифициро¬
ванный цемент
Modified cementОпытные партии быстротвердеющих
цементов с комплексными добавками
пластификаторов и ускорителей
твердения УПБ М(УПСБ)+СН
Pilot batch of high-early-strength cement
with complex additives of plasticizers and
hardeners УПБ-М (УПСБ)+СНдованиях морозостойкости и водонепроница¬
емости бетона возникает вопрос о целесооб¬
разности оценки этих показателей но средним
значениям из-за того, что возможные разру¬
шения и течь возникают в наиболее ослаб¬
ленных участках, и здесь более эффективным
было бы на уровне нормативных документов
установление браковочного минимума.В литературных источниках и в практике
работы многих предприятий слишком много
внимания, на наш взгляд, уделяется статисти¬
ческому контролю качества, отмечается боль-resistance and water permeability of con¬
crete the question arise about the expedien¬
cy of evaluating these indexes in terms of
the average values due to the fact that pos¬
sible distractions and leaks emerge in the
weakest points. It would be more efficient
on the level of normative documents to de¬
termine the waste minimum.A lot of attention is paid to the statisti¬
cal quality control in the literary sources
and in practice of many enterprises, great
economy of cement is registered due to
Practical application of research and inventions395шая экономия цемента от использования ука¬
занных методов. Однако сама громоздкая
процедура оценки коэффициента вариации,
по сути, никакой экономии не дает, так как
высокан однородность бетона достигается не
методами контроля, а системой регулирова¬
ния технологических процессов. Кроме того,
сама концепция оценки надежности бетона в
конструкциях по показателям его однородно¬
сти при практической реализации вызывает
серьезные сомнения, так как научно обосно¬
ванное использование метода основано на
случайности и нормальном распределении
выборки. В условиях современного строи¬
тельства нет гарантии того, что даже при низ¬
ком коэффициенте вариации конструкции из
одной партии не будут установлены на одном
участке здания или сооружения.К сожалению, не все результаты исследо¬
ваний были востребованы практикой и реа¬
лизованы в полном объеме. Попытаемся про¬
анализировать основные причины. Возмож¬
но, они излишне теоретизированы, не воспро¬
изводятся в условиях производства, прежде
всего технически? Действительно, освоение
предложенной автором системно-структурной
концепции требует перестройки самого ха¬
рактера мышления. Теоретические авторские
разработки не воспринимаются не только не¬
которыми практиками, но и учеными. Непони¬
мание или примитивное понимание этой части
работы приходилось встречать не только среди
практиков, но и известных ученых. Объясне¬
ние этому простое: в условиях ко-мандной сис¬
темы управления руководители предприятий и
подразделений не привыкли глубоко осмысли¬
вать и анализировать как технологические про¬
цессы, так и экономические последствия. В ус¬
ловиях рынка коммерческая смекалка оказа¬
лась намного эффективнее научного анализа.
Ученым, занимавшимся всю жизнь изучением,
к примеру, процессов гидратации цементов, теп¬
ловыделения вяжущих или механизмов дей¬
ствия добавок, оказалось чрезвычайно сложно
воспринять рассматриваемую концепцию, осо¬
бенно с позиции критериев конечной цели, как
технических, так и экономических.Остались практически не востребованны¬
ми, не считая отдельных работ по Министер¬
ству обороны СССР и опытных партий в ЭКБ
НИИСК, исследования по разрядно-импуль¬
сной технологии бетона. Применение разра-the application of the above-mentioned
methods. However, the cumbersome pro¬
cedure of coefficient of variation evalua¬
tion does not result in any economy'since
high homogeneity of concrete is achieved
not by means of control methods but con¬
trol system of production processes. Be¬
sides, the concept of evaluation of concrete
reliability in the constructions in terms of
its homogeneity raises doubts during prac¬
tical implementation since the scientifical¬
ly sound application of the method is based
on random and normal distribution of the
sample. Under conditions of modern con¬
struction there is no guarantee that even
in case of low variation coefficient con¬
structions of one batch will not be installed
in one area of building or installations.Unfortunately not all research results
were claimed in practice and implement¬
ed in full. Let us analyze the main rea¬
sons. Is it possible that they are too theo¬
retical and do not technically reproduce
themselves under conditions of production?
Indeed, implementation of the system-
structural concept suggested by the author
requires transformation of thinking char¬
acter. Theoretical innovations of the au¬
thor are perceived neither by practitioners
nor the scientists. Misunderstanding of
primitive understanding of this part of the
work was often met among the famous prac¬
titioners and but scientists as well. The ex¬
planation is quite simple: under conditions
of administrative system the management
of the enterprises did not used to think over
and analyze both production processes
and their economic consequences. In the
market conditions commercial wit turned
out to be more efficient than the scientific
analysis. It turned out to be quite difficult
for the scientists that used to study, let’s say,
the processes of cement hydration, thermal
flux of the binders or operation mechanisms
of additives, to comprehend the concept, es¬
pecially from the standpoint of the ultimate
aims, both economic and technical.Research of discharge-impulse tech¬
nology of concrete left unclaimed, except
for some works at the Ministry of defense
of the USSR and pilot batches in ЭКБ
НИИСК. Application of the elaborated
396Практическая реализация исследований и разработокботанного способа дает технический и эко¬
номический эффекты, но, к сожалению, для
его реализации нет надежного технологичес¬
кого оборудования. Экономический эффект
можно получить намного проще и без значи¬
тельных капитальных вложений, используя
добавки. Но и возможности добавок когда-
то исчерпаются!Не вышли за рамки научных исследований
и отдельных предприятий и результаты работы
по математическому моделированию техноло¬
гических процессов. Следует заметить, что эй¬
фория по применению математических методов
в технологии бетонов 70-х годов закончилась
в 80-х лишь студенческими и аспирантскими
упражнениями. Одна из причин состояла в том,
что авторы научных исследований не смогли
доказать практическую ценность новых мето¬
дов, да и часто сами ими глубоко не владели.
Другая причина заключалась в неподготовлен¬
ности практических работников. В то же время
автор не сомневается в эффективности и перс¬
пективности этого научного направления.
Методы математического моделирования, без
сомнений, еще найдут широкое применение в
практике производства бетона н железобето¬
на. Как показал многолетний анализ, дело не в
сложности методов математического модели¬
рования, а, в отсутствии глубоких знаний тех¬
нологии бетона. Преподавательский опыт ав¬
тора подтвердил, что необходимыми знаниями
для математического моделирования техноло¬
гических процессов слушатели овладевали за
36 академических часов, а для освоения основ
технологии бетона им (дипломированным спе¬
циалистам!) потребовалось времени в несколь¬
ко раз больше. Овладение практиками основа¬
ми математического моделирования и глубо¬
кими знаниями бетоноведения приведет и к ши¬
рокому применению ЭВМ в технологических
процессах, а в дальнейшем — и АСУ ТП.На наш взгляд, широкое применение ре¬
зультатов исследований, а также научно-тех¬
нический прогресс в отрасли сдерживает так¬
же следующее. В науку о бетоне пришли в
свое время специалисты разных областей зна¬
ний: химики-технологи вяжущих и керамичес¬
ких изделий, механики, математики, физики
и др. Многие из них внесли существенный
вклад в развитие бетоноведения, но, к сожа¬
лению, деформировали науку о бетоне в сто¬
рону имеющихся у них знаний и своих инте¬
ресов. Вместо серьезных разработок в обла-method has technical and economic effect,
but, unfortunately, there is no reliable man¬
ufacturing equipment for its implementa¬
tion. Economic effect might be achieved
much easier without significant invest¬
ments, making use of additives. However,
the possibilities of the additives will exhaust
one day!Results of the mathematical modeling
of production processes did not exceed the
limits of scientific research and individual
enterprises.\i should be mentioned that the
euphoria concerning the application of
mathematical methods in concrete technol¬
ogy in the 70s came to an end in the 80s in
the prost-graduates exercises. One reason
was that the authors of scientific research
could not prove the practical value of new
methods and quite often were not aware of
them. Another reason was that the workers
were not ready themselves. At the same time
the author has no doubts as to the efficien¬
cy of this scientific direction. Methods of
mathematical modeling will, no doubt, be
widely used in the practice of concrete and
ferroconcrete production. As the long-term
analysis has proved the matter is not in the
difficulties of the mathematical modeling
methods but in the lack of concrete tech¬
nology knowledge. The experience of the
author has proved that the necessary knowl¬
edge of mathematical modeling of the pro¬
duction processes were mastered by the stu¬
dents for 36 teaching periods, whereas the
certified specialists required much more
time to master the basics of concrete tech¬
nology. Mastering basic skills of mathe¬
matical modeling will result in wide ap¬
plication of computers in the production
processes and later on - of process con¬
trol systems as well.In our opinion, wide application of re¬
search results as well as technological
progress is restrained by the following
facts. At one time specialists from various
areas of expertise came into concrete sci¬
ence: chemical engineers of the binders and
pottery works, mechanics, physicists, etc.
Many of them made significant contribu¬
tion int о the development of concrete stud¬
ies, but unfortunately deformed the science
of concrete in the direction of their knowl¬
edge and interests. Instead of serious inno-
Practical application of research and inventions397сти технологии бетона и железобетона, ки¬
пели страсти вокруг вопросов, далеких от
прикладного характера работы, таких, как
механизмы твердения вяжущих, реологичес¬
кой модели бетонной смеси, коэффициентов
в формуле Боломея, эффективности планов
МПЭ, симметрии в бетоне и т.п. В производ¬
ство на смену практикам пришли дипломи¬
рованные инженеры с глубокими лишними
квантовой механики, теории твердения це¬
ментов, реологии, математики, компьютер¬
ной техники, но не технологии бетона. Вы¬
делялись лишь огромные средства на бес¬
перспективные научные исследования, от ко¬
торых, кроме громоздких отчетов и статей в
журналах, ничего не осталось.Выполненный автором анализ показал,
что расширение практического использова¬
ния исследований выходит за рамки его на¬
учных интересов и имеет важное значение
для развития отрасли, а также решения го¬
сударственных задач ресурсосбережения и
повышения качества продукции.Список литературны1. А. с. СССР, на изобретение №939419 МКИ С
04 В 13/24. “Комплексная добавка для бетон¬
ной смеси”/ (авт. В.Б. Ратинов, Н.И. Сытник,
М.Ш.Файнер идр); 1980. — БИ № 24,— 1982.2. А. с. СССР на изобретение“Способ изготовле¬
ния бетонных изделий”. М. С04 В 41/30, 1481.— БИ№46, 1982. (М.Ш. Файнер).3. А. с. СССР на изобретение № 1146972 “Способ
приготовления комплексной добавки для цемен¬
тобетонной смеси”, 1983. (авт. М.Ш. Файнер,Н.М. Буденкова, С. В. Глазкова и др).4. А. с. СССР на изобретение №1184161 “Способ
изготовления строительных изделий” В 1/08. —
1984. (авт. JI.A. Малинина, Н.Н. Куприянов,
М.Ш. Файнер и др).5. Авторское свидетельство СССР на изобрете-
ние№ 17017707 “Способ приготовления бетон¬
ной смеси" С 04 В 40/00, 1987. — Бюл. № 48,
1991. (авт. М.Ш. Файнер).6. Авторское свидетельство СССР на изобрете¬
ние № 1189841 “Способ приготовления комп¬
лексной добавки для цементобетонной смеси”
С 04 В 24/18, 1983. — БИ. № 41, 1985. (авт. В.Б.
Ратинов, ИМ. Грушко, М.Ш. Файнер и др.).7. Авторское свидетельство СССР на изобрете¬
ние №1564135 “Вяжущее для теплоизоляцион¬
ных бетонов”, С04 В 7/14, 22/04, 1988. — Бюл.
№ 18, 1990. (авт. М.Ш. Файнер, Н.И. Липтуга,
М.В. Гордииа и др).vations in the sphere of concrete and ferro¬
concrete technology all discussions were
about the issues far from the applied charac¬
ter of the works, such as the mechanisms of he
binder hardening, rheological model of con¬
crete mix, coefficients in the Bolomey formu¬
la, efficiency of МПЭ designs, symmetry of
concrete, etc. Certified specialists with pro¬
found knowledge of quantum physics, theory
of cement hardening, rheology, mathematics,
computers but not of concrete technology
came into the production to take the place of
practitioners. Huge amounts were allocated
for unproductive research, which had no re¬
sults except for bulky reports and articles in
the newspapers.The analysis conducted by the author
proved that the expansion of practical appli¬
cation of research exceeds the bounds of his
scientific interests and possess important mean¬
ing for the industry development as well as for
the solution of national objectives of energy sav¬
ing and improvement of quality of products.Bibliography8. Авторское свидетельство СССР на изоб¬
ретение №1451122 “Бетонная смесь”,1987.— С 04 В 24/18. — БИ № 2, 1989. (авт. B.C.
Левина, И.В. Фурсенко, Н.В. Игнатович).9. Авторское свидетельство СССР на изоб¬
ретение “Способ приготовления гипсового
раствора” 1989. — БИ № 18,1991. (авт. М.Ш.
Файнер, Е.И. Зельцман, И.П. Мымко).10. Афанасьева В.Ф., Ипполитов Е.Н., Подлуб-
ная М.С. Технология железобетонных из¬
делий в примерах и задачах. — М.: Высш.
шк., 1982. — 192 с.11. Баженов Ю.М. Способы определения со¬
става бетона различных видов. — М.:
Стройиздат, 1978. — 272 с.12. Баженов Ю. М., Горчаков Г. И., Алимов Л. А.
и др. Получение бетона заданных свойств.— М.: Стройиздат, 1978. — 56 с.13. Баженов Ю.М., Комар А.Г. Технология бе¬
тонных и железобетонных изделий. — М.:
Стройиздат, 1984. — 672 с.14. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны.
Теория и практика. — М., 1998. — 768 с.15. Вылев В.Н. Исследование относительной
прочности бетона при термосном тверде¬
нии // Второй международный симпозиум
по зимнему бетонированию. — М.: Строй¬
издат, 1975. — С. 104—129.
398Практическая реализация исследований и разработок16. Гершберг О.А. Технология бетонных и желе¬
зобетонных изделий. — М.: Стройиздат, 1971.— 400 с.17. Горяйнов К.Э., Сорокер В. М., Коняев Б. В. Про¬
ектирование заводов железобетонных изде¬
лий. — М.: Высш. шк., 1970. — 391 с.18. Декларацшний патент Украша, МКИ А С 04
В 40/02, “Cnoci6 теплово! обробки бетонних
i зал1зобетонних вироб1в i конструкций“ /
М.Ш. Файнер. №28410 — 1997. — Бюл. № 8,
1999.19. Декларацшний патент Украши на винахщ
А С04 В 18/00 “Протиморозний модифжатор
бетонно! cyMiuii та буд1вельного розчпну” №
35687, 1997. — Бюл. № 3, 2001. (авт. М.Ш.
Файнер).20. Декларацшний патент Украши на винахщ А
s 01 № 33/38 “Cnoci6 ;.ц агностики довгов1ч-
ност1 бетону", № 35688, 1997. — Бюл. № 3,
2001. (авт. М.Ш. Файнер).21. Иванов Ф.М. Внутренняя коррозия бетона //
Бетон и железобетон. — 1992. — № 8. —
С. 8—10.22. Кайсер Л.А., Чехова Р.С. Цементы и их раци¬
ональное использование при производстве
железобетонных изделий. — М.: Стройиздат,
1972. — 82 с.23. Конопленко А.И. Технология бетона. Расче¬
ты и задачи. — Киев: Внщ. шк., 1975. — 248 с.24. Миронов С.А., Иванова О.С., Ярлушкина С.Х.
Морозостойкость бетона разной прочности
// Бетон и железобетон. — 1980. — № 10. —
С. 13—16.25. Москвин В.М. Бетон для морских гидротех¬
нических сооружений. — М.: Машстройиз-
дат, 1949. — 132 с.26. Нормы технологического проектирования
предприятий сборного железобетона. — М.:
Стройиздат, 1973. — 25 с.27. Патент Украши на винахщ № 23457 “Комп¬
лексна добавка для цемента i бетонних су-
MiuieiT’ А, С 04 В 13/24, 1996. (авт. М.Ш.
Файнер).28. Патент СССР на изобретение, №1794020. —
“Способ формования бетонных или железо¬
бетонных изделий", 1992. — В 28 В 1/00. №
2014305, — БИ, № 5, 1993. (авт.
М.Ш. Файнер).29. Патент РФ на изобретение “Способ опреде¬
ления расхода мелкого и крупного заполни¬
телей в бетонной смеси", С04 В 28/00, 1991.— Бюл. № 11, 1994. (авт. М.Ш. Файнер).30. Патент на изобретение № 2069200 “Вяжу¬
щее” С 04 В 7/52, 1992. — Бюл. № 32, 1996.
(авт. Файнер М.Ш., Рязанцев В.Я., Меленть-
ева B.C. и др.).31. Подбор составов и контроль качества бето¬
на в США. Пер. с англ. — М.: Госстройиз-
дат, 1959. — 160 с.32. Пособие по применению химических доба¬
вок при производстве сборных железобетон¬
ных конструкций и изделий (к СНиП 3.09.
01—85) — М.: Стройиздат, 1989. — 37 с.33. Пособие по проектированию защиты от кор¬
розии железобетонных строительных конст¬
рукций (к СНиП 2.03.11—85). — М.: НИ-
ИЖБ, 1986,— 169 с.34. Пособие по тепловой обработке сборных же¬
лезобетонных конструкций и изделий (к
СниП 3.09.01—85) —М.: ВНИИЖБ, 1989. —
49 с.35. Правила з&стосування ximihhhx добавок у
бетонах i буд1вельних розчинах. ДБН В 2.7— 64—97. — К.: Держбуд Украши, 1999. —
60 с.36. Применение мелассной упаренной после-
дрожжевой барды в качестве добавки в бе¬
тон. РСН 279—86 //Госстрой УССР. — Киев,
1986,— 17 с.37. Производство сборных железобетонных кон¬
струкций и изделий СНиП 3.09.01—85. — М.:
Госстрой СССР, 1985. — 41 с.38. Рекомендации по применению добавок су¬
перпластификаторов в производстве сбор¬
ного и монолитного железобетона. — М.: НИ-
ИЖБ, 1987, — 96 с.39. Рекомендации по применению методов мате¬
матического планирования эксперимента в
технологии бетона. — М.: НИИЖБ, 1982. —
103 с.40. Рекомендации по технико-экономической
оценке применения добавок в бетоне. — М.:
НИИЖБ, 1985.— 81 с.41. Рекомендации по технологии изготовления из¬
делий и конструкций из высокопрочных бе¬
тонов. — М.: НИИЖБ, 1987. — 74 с.42. Рекомендацй по застосуванню х1м1чних до¬
бавок у бетонах та буд1вельних розчинах. —
Чершвщ: MicTo, 1999. — 32 с.43. Руководство по подбору составов тяжелого
бетона. — М.: НИИЖБ, Стройиздат, 1979.— 104 с.44. Руководство по проектированию, изготов¬
лению и применению железобетонных цент¬
рифугированных конструкций кольцевого се¬
чения. — М.: Стройиздат, 1979. — 145 с.45. Руководство по производству бетонных ра¬
бот. — М.: Стройиздат, 1975. — 320 с.46. Сизов В.П. Проектирование составов тяже¬
лого бетона. — М.: Стройиздат, 1979. —
144 с.47. Сизов В.Н., Киров С.А., Попов Л.Н. и др. Тех¬
нология бетонных и железобетонных изде¬
лий. — М.: Высш. шк., 1972. — 518 с.48. Скрамтаев Б.Г., Дуров В.Д., Панфилова Л.И.
и др. Примеры и задачи по строительным
материалам. — М.: Высш. шк., 1970. —
232 с.
Practical application of research and inventions39949. Скрамтаев Б.Г., Шубенкин П.Ф., Баженов
Ю.М. Способы определения составов бето¬
на различных видов. — М.: Стройиздат, 1966.— 160 с.50. Технические условия на технологию изготов¬
ления конструкций из высокопрочных бето¬
нов для строительства резервуаров по про¬
екту французской фирмы “KREBS”, ВСН
10—01. — Львов; Париж: Главльвовстрой,
1984. — 59 с. (рус. и франц.).51. Технология изготовления сборных железобе¬
тонных конструкций из высокопрочных бе¬
тонов (РСН 311—86). — Киев: Госстрой
УССР, 1986. — 35 с.52. Файнер М.Ш. Методические рекомендации
по выбору составов и режимов тепловой об¬
работки высокопрочных бетонов. — Киев:
Укрпромспецстрой, 1977. —40 с.53. Файнер М.Ш., Рязанцев В.Я., Мелентьева B.C.
и др. Рекомендации по рациональному при¬
менению цементов Каменец-Подольского
цементного завода для изготовления бетон¬
ных и железобетонных изделий и конструк¬
ций. — Каменец-Подольский, 1991. —
24 с.54. Файнер М.Ш. Беспрогревное производство
сборного железобетона (история, проблемы,
решения). — Черновцы: НПФ “Композит”,
1997. — 32 с.55. Файнер М.Ш. Введение в математическое
моделирование технологии бетонов. —
Львов: CBiT, 1993. — 237 с.56. Файнер М.Ш. Теоретические и эксперимен¬
тальные основы разрядно-импульсной тех¬
нологии бетона. — Киев: УкрНТИ, 1993. — 81
с.57. Файнер М.Ш. Днепровский цемент. —
ЧЦНТИ, 1998.— 48 с.58. Файнер М.Ш. Определение ресурса бетона
при реконструкции зданий и сооружений //
Буд1вельш конструкцп, вип. 54. Всеукр.
наук.-практ. конф., “Реконструкщя буд1вель
та споруд. Досвщ та проблеми”. — К.: НД1БК,
2001. — С. 707—713.59. Файнер М.Ш. Исследования влияния добав¬
ки “Релаксол” на свойства бетона. — Чер¬
новцы: MicTO, 2001. — 32 с.60. Файнер М.Ш. Исследования морозостойко¬
сти и водонепроницаемости бетонов на це¬
ментах ОАО “Подшьський цемент”. — Чер¬
новцы: MicTO, 2001.— 28 с.61. Файнер М.Ш. Теоретические основы физи¬
ко-химической модификации бетона // Ресур¬
сосберегающие модификаторы бетона: Тез.
докл. Междунар. науч.-произв. симпозиума
29.09 — 3.10. 1992. — Черновцы: Прут, 1992.— С. 25—30.62. Файнер М.Ш. Модифицированные бетона (ре¬
цензия) // Бетон и железобетон. — 2001 р. —
№ 3, —С. 25—26.63. Файнер М.Ш. Практическое пособие по ма-
лоенергоемкой (в том числе беспрогревной)
технологии бетона и железобетона. — Чер¬
новцы: НПФ “Композит”, 1997. — 90 с.64. Файнер М.Ш. Производство высокопрочных
бетонов на предприятии строительной инду¬
стрии // Строительная индустрия. — 1985. —
Вып.8. — С. 1—24.65. Файнер М.Ш. Ресурсосберегающая модифи¬
кация бетона. — Черновцы: Прут, 1993. —
152 с.66. Файнер М.Ш. Снижение енергоемкости сбор¬
ного железобетона // Строительная индуст¬
рия. — М.: 1986. — Вып. 10. — С. 16—17.67. Файнер М.Ш., Тимощук Н.С., Кошелева Л.И.
и др. Опыт литьевого формования железобе¬
тонных конструкций из высокопрочных бе¬
тонов // Исследование и применение бето¬
нов с суперпластификаторами. — М.: НИ-
ИЖБ, 1982.— С. 36—39.68. Файнер М.Ш., Тимощук Н.С., Хватов А.С,
Журавлев П.Д. Эффективные добавки в бе¬
тоны // Строительная индустрия. Сер. III. —
1982. — Вып. 2, — С. 15—16.69. Файнер М.Ш. Экспресс-контроль качества
бетона. — Киев: НИИСК-НПФ, Композит,
1997. — 88 с.70. Файнер М.Ш. Технико-экономические осно¬
вы реанимации заводов КПД (Матер1ал нау-
ково-техшчно! конференци “Проблеми ви-
користання потужностей 1снуючих домобуд-
1вних комбшапв на Укрш'ш. Держбуд УкраТ-
ни. — Луцьк: 1999. — С. 52—53.71. Френкель И. М. Основы технологии тяжелого
бетона. — М.: Стройиздат, 1966. — 148 с.72. Цыганков И.И. Технико-экономический ана¬
лиз способов производства сборного желе¬
зобетона. — М.: Стройиздат, 1973. — 184 с.73. Цыганков И.И., Файнер М.Ш. Технология и
экономика изготовления железобетонных
изделий из литых бетонных смесей // Техно¬
логия формования сборного железобетона
(материалы семинара)// М.: МДНТП, 1982.— С. 109—113.74. Чистяков В.В., Дорошенко Ю.Н., Гранковс-
кий Ю.Г. Интенсификация твердения бето¬
на. — Киев, 1988. — 119 с.75. Эпштейн С.А. Подбор составов бетона и ра¬
створа. — Киев: Госстройиздат Украины,
1959. — 92 с.
400Новые закономерности в бетоноведении.../ New regularities in concrete studies.ПОСЛЕСЛОВИЕВяжущие и бетоны изготавливаются
уже тысячи лет. Немало бетонов изготов¬
лено с высокими показателями качества и
длительно эксплуатируются в самых суро¬
вых климатических условиях.За последние 100 лет в технологии це¬
ментов и бетонов сделано не очень много:
повысилась тонкость помола вяжущих, не¬
сколько увеличилось содержание C3S и
уменьшилось — С3А в клинкере, появилось
более совершенное оборудование для до¬
зирования компонентов, приготовления и
формования бетонных смесей, добавки.
Повысился уровень знаний о бетоне и же¬
лезобетонных конструкциях. Сильно ли это
повлияло на повышение эффективности и
улучшение качества бетона? К сожалению,
сегодня изготавливают бетоны, в том чис¬
ле с высокими требованиями прочности, мо¬
розостойкости и водонепроницаемости,
люди без специального образования. И не¬
редко также некачественно, как и на спе¬
циализированных предприятиях.Задача монографии состояла не только
в том, чтобы раскрыть новые закономерно¬
сти в бетоноведении и предложить более эф¬
фективные технические решения, но и по¬
мочь читателям изготавливать бетон более
эффективно и более качественно.Все новые научные положения и выво¬
ды работы ясны и воспроизводимы. Специ¬
алисты могут сами их проверить, оценить
использовать в практической деятельности.Автор не считает, что решил все про¬
блемы бетоноведения. Практика, как изве¬
стно, является критерием истины. И пусть
практика, основанная на глубоких знани¬
ях закономерностей бетоноведения и тех¬
нологии бетона, поможет читателям оце¬
нить полезность и эффективность авторско¬
го труда...EPILOGUEBoth knitting and concrete have been pro¬
ducing for already thousand years. Most of
the concrete are made with high parameters of
quality and is long are maintained in the most
severe climatic conditions for a long time.For the last 100 years in the technology
of cements and concrete nothing haschanged
much: grindipg subtlety of knitting has
raised(increased), the contents of C3S has
increased a little and that of C3A in clincer
has decreased, there also appeared more per¬
fect equipment for dosage of components,
preparation and modeling of concrete mix¬
es, additives. The level of knowledge about
concrete and ferro-concrete designs has in¬
creased. Has it strongly affected increase of
efficiency and improvement of quality of con¬
crete? Unfortunately, today the concrete, in¬
cluding with the high requirements of durabil¬
ity, frost resistance and water resistance, is pro¬
duced by people without special education.
And quite often it is also of poor quality, as
well as at the specialized enterprises.The task of the monography was not
only to open new laws in concrete studies
and to offer more effective technical deci¬
sions, but also to help the readers to make
concrete more effectively and of a better
quality.All new scientific rules(situations) and
conclusions of the work are clear and repro¬
duced. The experts can check them up, esti¬
mate to use in practical activity.The author does not consider(count),
that has solved all problems of the concrete
studies. The practice, as is known, is crite¬
rion of true. And let practice based on deep
knowledge of laws of concrete studies and
technology of concrete, help the readers to
estimate utility and efficiency of the au¬
thor's work...
402ПриложениеНа все случаи жизни
рецептов нет,
но справочные данные,
примеры расчетов,
унифицированные составы
бетонов,
анализ эффективности
бетонных
и железобетонных изделий
и конструкций
пригодятсяThere are по recipes for
all cases,however reference data,
calculation examples,
unified concrete mixes,
analysis of
efficiency
of concrete ahd
ferroconcrete items
and constructions
will be of use.
Appendix403Приложение 1 Appendix 2Классы и марки бетона по СНиП Classes and brands of concrete
2.03.01 — 84 according to СниП 2.03.01 — 84 . ' Таблица П.1.1 Table A.1.1Классы и марки бетонаClasses and types of concreteВид бетонаКласс по прочности при сжатииМаркиType of
concreteClasses (based on the compression strength)по средней
плотностиBrands (basedon average
density)ЦементныйB3,5B5B7,5B10В12.5 В15—тяжелыйB20B22,5 B25B27,5ВЗО В35 * '— ■Cement,B40B45B50B55В60—heavyЦементныйГруппа AГруппа Б Группа Вмелкозер¬B3,5B5B7,5B10B3,5В5 В7,5 В3,5 В5В7,5—нистымВ12,5 B15B20B22.5 B10В12.5 В15 В10 В12.5В15—Cement, fine-
aggregateB26B40B27.5 B30B35В20 В22,5 В25 В20 В22.5
В27.5 ВЗО — В27.5 ВЗОВ25—B2,5B3,5B5B7,5D800 D900B2,5B3,5B15В7,5 В10В12.5D1000 D1100ЛёгкийB2,5B3,5B5В7,5 В10В12.5 В15 ————D1200 D1300LightB3,5B5B7.5В10В12.5 В15 В20 В22,5В25В27.5ВЗОD1400 D1500B5B7,5B10В12,5 В15В20 В22.5 В25В27.5 ВЗОВ35D1600 D1700B10В12,5 B15В20В22,5 В25 В27.5 ВЗОВ35В40—D1800 01900———В20В22,5 В25 В27,5 ВЗОВ35В40—D2000 —B1B1,5D500B1B1,5B2 B2,5D600Ячеистый—В1,5B2 B2,5В3,5D700Cellular——— B2,5В3,5В5 — ———D800——— -В3,5В5 В7,5 ———D900——— ——В5 В7,5 В10——D1000В7,5 В10В12.5 В15D1100 D1200Поризо-ванныйB2, 5В3,5В5В7,5D800 D900
D1000 D1100Porous—В3,5В5В7,5D1200 D1300
D1400
404ПриложениеТаблица П.1.2 Table А. 1.2Классы по прочности при осевом
растяженииClasses of concrete (based on
tensile strength)Марки по морозостойкостиClasses of concrete (based on
tensile strength)Марки по водонепроницаемостиBrands based on the water
permeability——Bi0,8— F50F75——W2EM ,2Bi1,6B,2F100 F150F200W4W6W8Bi 2,4Bi 2,8Bi3,2F300 F400F500W10W12———Bi0,8— F50F75——W2Bi 1,2Bi1,6B,2F100 F150F200W4W6W8Bi2,4Bi2,8B,32F300 F400F500W10W12———Bi0,8— F25F35——W2F50F75Bi1,2Bi1,6Bi2F100 F150F200W4W6W8Bi2,4Bi 2,8Bi3,2F300 F400F500W10W12————F15F25——————F35F50——————F75F100——————F15 F25F35——————F50 F75F100———
Appendix405Приложение 2 Appendix 2Взаимосвязь классов, марок и Correlation of classes, brands, and
прочности бетона при сжатии при compression strength of concrete
коэффициенте вариации 13,5% with the coefficient of variation
equal to 13.5%КлассбетонаClass of concreteПоказатели прочности
при сжатииIndex of compression strengthБлижайшая марка
бетонаNearest concrete brandМПаMPaкгс/см2kgf/cm2B3,54,545,8M50B56,4265,5—B7,59,6398,1M100B1012,84130,9—B12.516,05163,7M150B1519,26196,4M200B2025,69261,8M250B22.528,9294,6M300B2532,11327,3—B27,535,32360M350B3038,53392,8M400B3544,95458,2M450B4051,37523,7M500B4557,8589,2M600B5064,2654,6—B5577,64720,1M700B6077,06785,5M800
406ПриложениеПриложение 3
Зависимость
концентрация — плотность
водных растворов добавок
при температуре 20 °СAppendix 3Concentration
- density dependence
of watersolutions of additives
at 20°CКонцен¬трация,%Concent
ration %Плотность водных растворов для добавок, г/см3
Density of water solutions for additives, g/cm3C-3"Дофен"ПФМ-БСлетУПБ-МПФС(ФНТ)ПЛКПснкНКПННсдо51,0231,0181,021,021,0191,031,0391,0441,0371,0441,0311,00871,0331,0311,0291,0291,0281,0411,0551,0631,051,0621,0451,01101,0491,0441,0431,0431,0411,0641,0781,0921,0771,091,0651,017151,0741,071,0661,0681,0631,0931,1171,1411,1171,1391,0991,025201,0991,0941,0891,0911,0821,1271,155—1,1541,191,1371,034251,1251,1181,1151,1171,1061,1531,194—1,2111,2431,1761,043301,151,1471,1381,1441,1291,1841,233—1,2591,31,2221,052351,1751,171,1621,1731,1531,191,28—1,311——1,06401,21,1951,1871,2021,1751,244——1,375——1,069
Appendix407Приложение 4Пример расчета состава тяжелого
бетона при тепловой обработке' (по материалам авторских
исследований и патентов на- изобретения СССР№ 1702308 и РФ № 2014305)Необходимо определить состав тяжелого
цементного бетона с требуемой прочностью
30 МПа при сжатии в возрасте 28 сут и после
тепловой обработки — 21 МПа, удобоуклады-
ваемостыо Ж1.Для приготовления бетонной смеси ис¬
пользуется портландцемент с минеральными
добавками марки 400 (стандартные показате¬
ли прочности при сжатии = 39,8 МПа и
при изгибе Кц =5,6 МПа) с показателями
прочности при пропаривании при сжатии
ЛцТ =25,8 МПа и изгибе R™T =4,3 МПа.
Нормальная густота цементного теста 26,5 %,
средняя плотность зерен цемента рц = 3,08
г/см3. В качестве заполнителей используется
гранитный щебень фракции 5—20 мм средней
плотностью зерен рщ = 2,772 г/см3, насып¬
ной плотностью 1,396 г/см3 и содержанием зе¬
рен менее 5 мм — Пщ = 12,6 %, песок кварце¬
вый очень мелкий средней плотностью зерен
2,646 г/см3 с содержанием зерен более 5 мм —
Щ„ = 3,7 %. Для ускорения твердения приме¬
няется комплексный модификатор ПФМ-БС
в количестве 0,8 % от массы цемента (в пере¬
счете на сухое вещество). Тепловая обработ¬
ка изделий длительностью 18 ч при темпера¬
туре 44 — 48 °С.Предварительным экспериментом установ¬
лена прочность цемента при пропаривании с
комплексным модификатором при сжатии
ЯцТ =31,5 МПа, при изгибе — = 4,8 МПа
и в возрасте 28 сут соответствен¬
но Яц = 43,2 МПа и Я" = 6,1 МПа.На основании предварительных опытов
определена водопотребность бетонной смеси
при сопоставимой удобоукладываемости без
добавки В6с = 198 кг/м3, с добавкой В6с = 169
кг/м3.На первом этапе определяем контрольный
состав бетона. Находим требуемое значение
Ц/В для бетона без добавки — 2,52. Необхо¬
димо обратить внимание на то, что в пред- Appendix 4Computational exercise: heavy
concrete mix at thermal treatment(based on the author’s research and
patents for inventions of the USSR No.
1702308 and of the Russian FederationNo. 2014305
The objective is to determine the heavy
concrete mix with the required compression
strength of 30 MPa, at 28 days and after
thermal treatment - of 21 MPa, with the
workability of Ж1.In order to prepare the concrete mix we
shall use portland cement with the mineral
additives of brand 400 (standard measure of
compression strength R“ = 39,8 MPa, and
that of flexural strength R" =5,6 MPa), the
index of compression strength during stream¬
ing ЛцТ = 25,8 MPa and flexural strength
during steaming R"T = 4,3 MPa. Regular
density of cement paste is 26.5%, average den¬
sity о f с |^=й.08 g/cm3.1As an
aggregate we shall use crashed granite with
the fractions of 5-20 mm with the average
grains density = 2.772 g/cm3, bulk densi¬
ty 1.396 g/cm3, the contents of grains (<5 mm)
Пщ = 12.6%; fine quartz sand with the aver¬
age grains density of 2.646 g/cm3, the contents
of grains (<5mm) Щп = 3.7%. Composite
modifier ПФМ-БС in the volume of 0.8% of
cement mass (converted to dry substance) will
be used in order to accelerate the hardening.
Thermal treatment will last 18 h at the tem¬
perature of 44 — 48°C.During the previous test the compression
strength of cement during steaming along
with the composite modifier was determined
to be ЯцТ =31,5 MPa, flexural strength
equal to R“r = 4,8 MPa whereas at 28 days
< =43,2 MPa and Я" =6,1 MPa.Based on the previous tests the water
requirement of concrete mix at compara¬
ble workability without the additive
WOT = 198 kg/m3, whereas with the additive
Wm = 169 kg/m3.At the first stage we shall define the ref¬
erence concrete mix. The desired values
of CAV determined according to the for¬
mula is equal to 2.52. Attention should be
408Приложениеставленной методике расчета использован paid to the fact that in the current design
нетрадиционный метод оценки прочности це- procedure we used non-traditional meth-
мента по его комплексному показателю: od of cement strength evaluation accord¬ing to the integrated indicator
Kj =Rm +8.2ЯцХ = 25,8 + 8,2-4,3 = 61 МПа MPa
Расход цемента: | Cement consumption is equal toЦ = B6c ■ Ц/В = 198 ■ 2,52 = 499 кг/м3 kg/m3.Расход щебня находим по известной зави- I Crushed stone consumption is defined
симости ' according to the existing dependenceЩ = 1000/(a Vnl p“ +1 / рщ), kгде a — коэффициент раздвижки зерен, опре¬
деляемый по табл. П4.1, V — пустотность
щебня;where а - grains separation coefficient,
determined according to the table П.4.1,
V„ - void of the crushed stone;Fn = 1-Рщ/рщ = 1 -1,396/2,772 = 0,496 ,Щ = 1000/(1,27 • 0,496/1,396 + 1/2,772) =1232 кг/м3 kg/m3.Таблица П4.1 Table А.4.1Значения коэффициента раздвижки зерен Value of grains separation coefficientУдобоукладывае-
мость бетонной смесиWorkability of concrete
mixВодопотребность бетонной смеси, кг/м3
Water requirement of concrete mix, kg/cm3150160170180190200210220Песок крупный (M„ > 2,5)
Coarse sand (Мк >2.5)Ж21,171,191,221,25————Ж11,211,231,261,291,32———П11,251,271,31,331,351,381,411,43П21,331,351,371,391,421,441,461,48ПЗ1,441,451,461,481,51,521,541,56П41,521,531,541,551,571,591,611,63Песок средней крупности (Мк = 2—2,5)
Medium sand (Мк >2 - 2.5)Ж21,141,151,181,211,251,27——Ж11,171,191,221,251,281,3——П11,211,231,261,291,311,341,371,39П21,291,311,331,351,381,41,421,44ПЗ1,41,411,421,441,461,481,51,52П41,481,491,51,511,531,551,571,59Песок мелкий и очень мелкий (Мк =1,1 - 1,8)
Fine and superfine sand (Мк>1.1-1.8)Ж21,091,111,141,171,211,241,27—Ж11,131,151,181,211,241,271,3—П11,171,191,221,251,271,31,331,35П21,251,271,291,311,341,361,381,4ПЗ1,361,371,381,41,421,441,461,48П41,441,451,461,471,491,511,531,55
Appendix409Расход песка определяется из формулы аб¬
солютных объемовSand consumption is determined ac¬
cording to the formula of absolute volumes:П = [1 ООО — (Ц/рц +Вбс +Щ/рщ +вв)]р£,where вв - is the volume of entrained air
(at the first stage of calculation it was set as
equal to 10-15 1/m3).П = [1000 — (499/3,08 + 198 + 1232/2,772 + +10)] ■ 2,646 = 491 кг/м3 kg/m3..где вв — объем вовлеченного воздуха (на
первом этапе расчета принимается 10—15 л/м3).С учетом гранулометрического состава
крупного и мелкого заполнителя (патент
РФ № 2014305, 1991)Taking into account granulometric
content of the coarse and fine aggregate
(patent for invention, issued in Russian
Federation No. 2014305, 1991)1Д = Рщ[Щ(1-Щп/Ю0)/рщ -П Щп/100р']/ (1 -Пщ/100-Щп/100);П = Рп[П О ~Пщ/100)/р^ -Щ Пщ/100рщ] /(1 -Пщ/100-Щп/100);Щ = 2,772 [1232 (1 -3,7/100) /2,772-491 -3,7/100 • 2,646]/(1 -12,6/100-3,7/100) = 1395кг/м3 kg/m3;
П = 2,646 [491(1-12,6/100) / 2,646-1232■ 12,6/100 • 2,772]/ (1 -12,6/100- 3,7/100)= 336кг/м3 kg/m3.Для бетона с комплексной добавкой:For concrete with the composite additiveR* =31,5 + 8,2-4,8 = 71 МПа. MPa.Based on the empirical dependenceНа основании экспериментальной зависи¬
мостиRT =ф(Ц/В) —Ц/В = 2,18; Ц= 169 ■ 2,18=368 кг/м3 kg/m3According to the table A. 4.1 a =1.18;По табл. П4.1 a = 1,18; IЩ = [1000/(1,18-0,496/1,395+1/2,772 = 1282 кг/м3 kg/m3;П = [1000-(368/3,08f 169+1282/2,772+10)]-2,646= 632кг/м3 kg/m3;Щ = 2,772[1282(1 -3,7/100)/Д772-632-3,7/100 -2,646]/(l-l2,6/100-3,7/100)= 1447 кг/м3 kg/m3;П = 12,646[632(632(1-12,6/100)/2,646-l282-12,6/100 -2,772]/(l-12,6/100-3,7/100)= 476 кг/м3 kg/m3.Расход добавки рабочей концентра¬
ции Др на 1 м3 бетона определяют по форму¬
ламConsumption of ап additive of operative
concentration Др per lm3 of concrete is de¬
termined according to the following formulaeили or Др=ЦД/С[кг/м ]Др =ЦД/Срд [кг/м3].Концентрацию добавки выбирают обыч¬
но 5—10% (это не имеет принципиального зна¬
чения), а плотность при заданной концентра¬
ции находят из приложения 3 или норматив¬
ного документа на добавку. В данном случае
для ПФМ-БС при концентрации 10%Usually the concentration of an additive is
set equal to 10 - 15% (though it does not mat¬
ter), whereas the density at the desired concen¬
tration is determined according to the Appen¬
dix 3 or normative document about the addi¬
tive. In this case given the concentration of 10%илиorРд —1,043,Др =368-0,8/10 = 29,4 кг/м3Д„ =368-0,8/10-1,043 = 28,2 л/м3
410ПриложениеРасход воды уменьшается на содержа¬
ние добавки, т. е. для бетонной смеси с до¬
бавкойConsumption of water is reduced by the
contents of an additive, i.e. for concrete
mix with an additiveB. =169-28,2 = 140,8 л/м3 1/m3^6cПриведенные данные могут служить толь¬
ко для пробных замесов. В результате экспери¬
мента необязательно получится требуемая проч¬
ность 21 МПа. А если даже и получится, то это
вовсе не означает, что подборы составов уже
выполнены. При изменении прочности цемента
(а прочность цемента на протяжении длитель¬
ного периода, и довольно часто изменяется)
будет, соответственно, изменяться и прочность
бетона. Поэтому, чтобы стабилизировать по¬
казатели прочности и не искать причину в том,
что накануне была прочность одна, а сейчас —
другая, нео бходимо выполнить серию опытов для
бетонов с широким интервалом Ц/В, например от1,2 до 3 на цементах разных партий, различаю¬
щихся также в широких интервалах показателя¬
ми прочности. Полученные данные фиксируются,
а затем обрабатываются методом наименьших
квадратов. В результате проведенной работы по¬
лучают рабочую таблицу или зависимость проч¬
ности бетона от Ц/В и прочности цемента в видеThe above-mentioned data might be
used only for trial batch. The desired
strength of 21 MPa will not necessarily
be obtained as a result of experiment.
Even if this happens it does not mean that
the selection of the mix is over. Changes
of cement strength (it will happen often
during the long period) will result in the
changes of concrete mix. That is why in
order to stabilize the indices of strength
one should conduct a series of concrete
tests with the wide range of C/W, for in¬
stance from 1.2 till 3 on cements from
different batches. The obtained data will
be fixed and than processed by way of
the least squares method. As a result the
operating table or concrete strength de¬
pendence on C/W and cement strength
will be produced that looks as
followsRT =AR«T( Ц/В-К),где коэффициенты А и К устанавливаются для
конкретных условий производства. Этими за¬
висимостями можно пользоваться при изме¬
нении свойств цемента и требуемой прочнос¬
ти бетона.Непосвященные в тонкости технологии
бетона практики желают получить от науки
готовые рецепты. Но наука может только по¬
мочь, указав путь, «как сделать». Это понят¬
но, так как нет одинаковых цементов, запол¬
нителей и условий производства. Очень важ¬
но не принимать желаемое за действитель¬
ное, а желаемое — это довольно часто попу¬
листские решения (бывают и с использова¬
нием ЭВМ). Выбор составов бетона, а осо¬
бенно с добавками, довольно кропотливая
работа. Здесь нами затронут только один ас¬
пект. Вместе с тем необходимо установить
еще наиболее эффективный расход добав¬
ки, выполнить технико-экономические рас¬
четы и т. п., эффективно использовать ЭВМ,where A and К are set for specific pro¬
duction conditions. One might use these
dependencies when changing the prop¬
erties of cement and the required con¬
crete strength.Those not consecrated in all the nuances
of the concrete technology practice want to
obtain the read-made recipes. However, the
science can only help by showing the way,
“how to do it”. Understandably since there
are no identical cements, aggregates or pro¬
duction conditions. It is very important not
to plunge into wishful thinking because in this
case the thing that we are longing for will be
populist solutions (sometimes computer-assist¬
ed). Selection of concrete mix, especially with
the additives, is a painstaking work. We touched
upon the one aspect only. At the same time one
should set the most efficient consumption of an
additive, perform technical and economic cal¬
culations, etc as well as use PCs efficiently.
Appendix411но только при глубоком понимании техно¬
логических зависимостей.И еще одна деталь, на которую следует
обратить внимание. Бетоны ускоренного твер¬
дения при правильном соблюдении режимов
имеют в проектном возрасте, как правило,
более высокую прочность. Например:Another aspect is to use the computer having
the in-depth understanding of all technologi¬
cal dependencies.Another detail to which we should pay
attention is that high-early-strength con¬
crete possesses the higher strength at the
design age in case of standards compliance.
For instance,R28 = 0,23 (Ц/В - 0,5) т. e. без добавки i. e. withont addatives;R28 =0,23 (39,8 + 8,2 -5,6) (2,52 -0,5) = 39,8 МПа MPa,R2S =0,23 (43,2 + 8,2 • 6,1) (2,18 — 0,5) = 36 МПа (с добавкой) MPa (with an addative).Это свидетельствует о реальной возмож¬
ности сокращения расхода цемента путем уве¬
личения температуры или длительности твер¬
дения. Поэтому, принимая решение и о режи¬
ме твердения, необходимо выполнить техни¬
ко-экономическое сравнение.This proves the possibility to reduce
cement consumption by way of increasing
the temperature or hardening period. That
is why in order to reach a decision it is
necessary to perform technical and eco¬
nomic comparison.
412ПриложениеПриложение 5
Пример расчета состава
модифицированного тяжелого
бетона в естественных условиях
твердения(по материалам авторских
исследований и изобретений)
Необходимо определить состав тяже¬
лого цементного бетона с проектной
прочностью 25,6 МПа, требуемой проч¬
ностью 12,8 МПа через 66 ч естествен¬
ного твердения во влажных условиях при
тем пер °4С. гг у гДля приготовления бетонной смеси
используется портландцемент с мине¬
ральными добавками марки 400 (стан¬
дартные показатели прочности при сжа¬
тии Лц =41,8 МПаи при изгибе =3,8
МПа в возрасте 3 сут соответственно22,2 и 3,8 МПа), Для ускорения тверде¬
ния применяется комплексная добавка
УПБ-М (модифицированная кальциевой
селитрой) при расходе 0,9% массы це¬
мента.Предварительным экспериментом ус¬
тановлена прочность цемента с комплек¬
сной добавкой в возрасте 3 сут = 27,5
МПа и при изгибе R“T = 4,4 МПа, а так¬
же в возрасте 28 сут соответственно 47,9
МПа и 6,1 МПа, водопотребность бетон¬
ной смеси без добавки 180, с добавкой
161 кг/м3.Определим контрольный состав бето¬
на. Находим комплексный показатель
прочности цемента без добавки:ЛцТ = 22,2 + 8,2-На графике зависимости (рис.
П.5.1) с учетом того, что водосодер-
жание при требуемом Ц/В незначитель¬
но влияет на прочность находим тре¬
буемое Ц/В = 1,78.Проверяем, обеспечит ли это значение
Ц/В требуемую проектную прочность:= 0,23 j
R"= 41,8 + 8,2 • 5,
R28= 0,23 ■ 89,36 (1,78Если бы принятое значение Ц/В не обес¬
печивало заданную проектную прочность,
то требуемое значение Ц/В выбиралось бы
исходя из заданной проектной прочности.Appendix 5
Computational exercise:
modification of heavy
concrete during regular
hardening(based on the authors research and
inventions)The objective is to determine the con¬
tents of heavy concrete with the potential
strength of 25.6 MPa, required strength of
12.8 MPa, in 66 hours of natural harden¬
ing in the moist conditions at the tempera¬
ture of 20-25°C.In order to prepare the concrete mix we shall
use the portland cement with the mineral addi¬
tives of brand 400 (standard measure of com¬
pression strength Rц =41,8 MPa, and that of
bending strength R" = 3,8 MPa, at 3 days 22.2
MPa and 3.8 MPa correspondingly). Compos¬
ite modifier УПБ-М (modified by calcium ni¬
trate) in the volume of 0.9% of cement mass (con¬
verted to dry substance) will be used in order to
accelerate the hardening.During the previous test the compression
strength of cement at 3 days with the composite
modifier was determined to be R= 27,5
MPa, bending strength equal to = 4,4 MPa
whereas at 28 days R“T = 47.9 MPa and Л“т =
6.1 MPa, water requirement of concrete mix
without an additive 180 kg/cm3, with an addi¬
tive 161 kg/cm3.Let us define the reference concrete mix.
The complex index of cement strength without
an additive is determidet according to the
formula:3,8 = 53,36 МПа.Taking into consideration that the water
requirement at the required W/C insignificant¬
ly influences the strength, we shall determine
the W/C. According to the diagram (fig. A.
5.1) it is equal to 1.78.Further we check if this value of C/W will
provide for the required strength:ц(Ц/В - 0,5);= 89,36 МПа MPa;- 0,5) = 28,4 МПа MPa.Should the adopted value of C/W not pro¬
vide for the required strength, it would have
been selected based on the specified potential
strength.
Appendix413к ~„ссПЗ ..с: сого .5 -СРис. П. 5.1. Зависимости прочности бе¬
тона в естественных условиях твердения от
основных факторов.Прочность бетона при водосодержанием
150 кг/м3 увеличивается на 10%, при 210 кг/м3 —
уменьшается на 10%Расход цемента при водосодержании
180 кг/м3Fig. А.5.1 Concrete strength depen¬
dencies on main factors in the natural
conditionsStrength of concrete at the water requirement
being equal to 150 kg/cm3 is increased by 10%, where¬
as at 210 kg/сш3 - it is reduced by 10%.Cement consumption at the water re¬
quirement of 180 kg/m3 is equal toЦ = 180 1,78 = 320 кг/м3 kg/m3.Расход крупного и мелкого заполните¬
ля находится аналогично предыдущему
примеру.Определяем по рис. П. 5.1 требуемое
значение Ц/В для бетона с добавкой.Consumption of coarse and fine aggre¬
gate is determined by analogy with the pre¬
vious example.The required C/W value for concrete with an
additive is determined according to the fig. A.5.1.Находим R*T:Требуемое Ц/В =Д*т = 27,5 + 8,2
1,68.4,4 = 61,94 МПа MPaThe required C/W is equal to 1.68.
414ПриложениеРасход цемента при водосодержании i Consumption of cement at water con-
161 кг/м3: I tents of 161 kg/m3 is equal to:Ц = 161 ■ 1,68 = 270 кг/м3 kg/m3.Проверяем обеспеченность проектной
прочности:Further we check the adequacy of de¬
sign output:28Расход мелкого и крупного заполнителя
определяется так же, как и в примере прило¬
жения 4.Находим расход добавки, предваритель¬
но определив плотность 10%-го раствора
Рд =1,066:Д = 0,9 ■ 270/10 ■ 1,Водосодержание бетонной смеси с добав¬
койR2S = 0,23 (47,9 + 8,2 - 6,1) (1,68-0,5) = 26,6 МПа МРа.Вбс161 - 23Как и в предыдущем примере, выполнен¬
ный расчет не является основанием для на¬
значения рабочего состава бетона. Проведя
эксперимент и уточнив коэффициенты, мож¬
но на основании полученных данных перей¬
ти к расчетам рабочего состава бетона.Consumption of fine and coarse aggre¬
gate is determined the same way as in the
computational example of appendix 4.Having determined that the density of
10% mortar is equal to =1,066 we
shall define consumption of an additive:
066 = 22,8 л 1.Water content of concrete mix with an
additive
138 л/м3 1/m3.As in the previous example the compu¬
tations conducted did not serve as the ba¬
sis for fixing the operative concrete mix.
Having conducted an experiment and spec¬
ified the coefficients one might pass on to
the operative concrete mix calculations.
Appendix415Приложение 6
Пример расчета состава
модифицированного легкого бетона
на пористых заполнителяхЗадачей проектирования состава легкого
бетона является получение требуемой прочнос¬
ти и средней плотности при минимально воз¬
можной себестоимости. Получение требуемой
прочности контрольных составов (без добавок),
как правило, не вызывает серьезных трудно¬
стей. Однако большая насыпная плотность при¬
меняемых крупных заполнителей и отсутствие
в некоторых случаях возможности поставок
пористых песков вызывают множество трудно¬
стей при получении требуемой средней плотно¬
сти бетона. Обычное введение воздухововле¬
кающих добавок только частично решает эту
проблему, так как к окончанию формования в
бетонной смеси остается не более 6% воздуш¬
ных пузырьков. Более радикальный путь — при¬
готовление из воздухововлекающих добавок
пены и введение ее в бетонную смесь непосред¬
ственно у места формования. Однако суще¬
ственное увеличение воздухосодержания бето¬
на ведет к резкому снижению его прочности.
Поэтому, наряду с воздухововлечением, при
проектировании составов бетонов необходимо
изыскивать пути применения более легких за¬
полнителей, включая и пенополимерные.Приведенный пример не может охватить
все возможные ситуации, однако указывает
на основное правило проектирования соста¬
ва бетона: сумма объемов всех компонен¬
тов (включая воздух) составляет 1000 л.
Например, требуется выполнить предвари¬
тельный расчет состава керамзитобетона
класса В5 средней плотностью 1300 кг/м3,
на керамзитовом гравии и керамзитовом
песке с воздухововлекающей добавкой
СДО в количестве 0,15% массы цемента.
Требуемая удобоукладываемость бетонной
смеси П1: применяется портландцемент с
минеральными добавками марки 400, на¬
сыпная плотность керамзитового гравия
600, керамзитового песка — 850 кг/м3.Appendix 6
Computational exercise:
modified light concrete mix based
on porous aggregateThe objective of light concrete mix
design is to achieve the required strength
and average density at minimal possible
cost price. As a rule it is not difficult to
achieve the required strength of the ref¬
erence mix (without additives). However,
the large bulk density of the coarse ag¬
gregates and the impossibility to supply
porous sand make it difficult to achieve
the required average density of concrete.
Doping of air-entraining additives solve
this problem partially since by the end
of the molding not more than 6% of air
bells remain in concrete mix. More rad¬
ical way is to prepare foam out of air-
entraining additive and dope it into the
concrete mix directly in the place of mold¬
ing. However, significant increase of air
content of concrete mix results in sharp
decrease of its strength. That is why,
along with the air entrainment one
should think over the possibility-to ap¬
ply light aggregates including expand¬
ed polymer ones during the concrete mix
design.The above-mentioned example can¬
not cover all the situations possible but
it points at the basic rule of concrete mix
design: sum of volumes of all components
(including air) equals to 1,000 1. For in¬
stance, it is necessary to calculate the clay¬
dite-concrete of class B5 with the average
density of 1300 kg/m3 based on keramz-
ite gravel and keramzite sand with the air-
entraining additive СДО in the volume of
0.15%o of cement mass. The required work¬
ability of concrete mix equals to П1: Port¬
land cement with the mineral additives of
brand 400 is used, with the bulk denisty of
keramzite gravel equal to 600 kg/m3, that of
keramzite sand 850 kg/m3.
416ПриложениеТаблица П. 6.1 Table А. 6.1Значения расхода цемента для контрольных Indices of cement consumption forсоставов легких бетонов на пористых reference mix of light concrete based onзаполнителях porous aggregatesКласс бетона
по прочностиМаркацементаНасыпнаяплотностьРасход цемента в зависимости от вида мелкого
заполнителя, кг/м3Class of
concrete in
terms of
strengthCementbrandпористого
заполни¬
теля, кг/м3Cement consumption, depending on the type of fine
aggregate, kg/m3Bulk
density of
porous
aggregate,
kg/m3ПористыйпесокPoroussandПерлитовый
(вспученный) песокPerlite (expanded)
sandЗола ТЭСk Ash from
thermoelectric
power stationsКрупнопористый
бетон (без песка)No-sand concrete
with coarse pores300250320230340300400210300220320500230280220280B3,5600220260220280300240300220320400400230280220300500220260220280600220240220260300260370240420300400250350230360500240320220340B5600230300220320300250350230380400400240320220340500230290220310600220270220290400310390290450300500290360270400600270330250360B7,5700250300230330400270360270420400500270330250360600250300230330700230270220300Примечание: для бетонных смесей удобоукла- Note: for concrete mix with the workability
дываемостью П1 расход цемента повышается на of П1 dement consumption increases by 8 - 9%
8—9, П2 — на 14—16%. and of П2 - by 14- 16%.
Appendix417Таблица П. 6.2 Table А. 6.2Предварительные значения расхода круп- Tentative values of consumption of thenoro пористого заполнителя coarse porous aggregate with the frac-
фракции 5 - 20 мм tions of 5 - 20 mmУдобоукпадываемость
бетонной смесиWorkability of concrete mixРасход крупного заполнителя, м3/мэ
Coarse aggregate consumption, m3/m3без воздухововлекающих добавок
w/o the air-entraining additivesс воздухововлекающими добавками
w/ the air-entraining additivesЖ211,05Ж20,951,02П10,910,95П20,850,9По табл. П6.1 находим предварительный
расход цемента:We define the tentative cement con¬
sumption according to the table A.6.1:230 + 230 ■ 8,5/100 = 250 кг/м3 kg/m3.Объем крупного заполнителя определяет¬
ся по табл. П6.2. В данном случае для конт¬
рольного составаК = 0,91 • 600 = 546 кг/м3 kg/m3,with an additiveThe volume of coarse aggregate is de¬
fined according to the table A.6.2. In this
case for reference mixс добавкойК = 0,95 600 = 570 кг/м3 kg/m3.Предварительное значение расхода мел¬
кого заполнителя (П) определяется по форму¬
леTentative value of fine aggregate con¬
sumption is determined according to the
formulaП = (p. - 1,15 Ц - К )/(l + вв/100),where cc - the required average density
of dry concrete, kg/m3, bb - air content
of concrete mix, % approximately 6—8%.
For reference mixгде p6 —требуемая средняя плотность бетона в
сухом состоянии, кг/м3, вв — воздухосодержа-
ние бетонной смеси, %, ориентировочно 6—8%.Для контрольного составаП = 1300 - 1.15 ■ 250 - 546 = 466 кг/м3 kg/m3
или or466/850 = 0,548 м3/м3.Для бетона с добавкой For concrete with an additiveП = (1300 - 1,15 ■ 250 - 570)/(l + 7/100)= 413 кг/м3 kg/m3
или or413/850 = 0,486 m3/m3 kg/m3.Предварительное значение водопотребно-
сти бетонной смеси определяется по табл.
П6.3 и уточняется экспериментально.Для рассмотренного примера:без добавок В6с = 278 л/м3;с добавкой В,- = 269 - 10 • 272/100 = 242 л/м3.Tentative value of water requirements of
concrete mix is determined according to the
table A6.3 and is specified empirically.For the above-mentioned example:
w/o additives W „=278 1/m3;cm ’w/anadditiveW„„ =269—10 272/100=242 1/m3.
418ПриложениеТаблица П. 6.3
Предварительные значения
водопотребности бетонной смеси на
пористом керамзитовом гравииTable А. 6.3Tentative values of water requirement of
concrete mix based on the porous
keramzite gravelУдобоукла-дываемостьбетоннойсмесиWorkability of
concrete mixВид мелкого заполнителя
Type of fine aggregateВодопотребность бетонной смеси (л/м3] при расходе
мелкого заполнителя (м3/м )Water requirement of concrete mix (I/m3) in case of fine
aggregate consumption (m3/m3)0,10,20,30,40,5Ж1Керамзитовый песок
Keramzite sand190205220235250Вспученный перлитовый песок
Expanded perlite sand200225250275300Зола ТЭСAsh from thermoelectric power
station195220245270295Мелкий кварцевый песок
Fine quartz sand180190200210—ПКерамзитовый песок
Keramzite sand210225240255270Вспученный перлитовый песок
Expanded perlite sand220240260285310Зопа ТЭСAsh from thermoelectric power
station215240260285310Мелкий кварцевый песок
Fine quartz sand195205220235—Расход 5%-го расхода добавки СДО при Consumption of 5% solutionof СДО
плотности 1,008 (приложение 3): additive at the average density equal to1.008 (appendix 3):
или or 0,15 - 250/5 = 7,5 кг/м3 kg/m30,15 • 250/1,008 ■ 5 =Расчетная средняя плотность бетона:250 + 570 + 413 + 242 =т. е. в сухом состоянии — 1300 кг/м3.Приведенный состав бетона проверяется эк¬
спериментально. При этом, как и для тяжелых
бетонов, необходимо уточнить наиболее эффек¬
тивное соотношение между крупным и мелким
заполнителями, выполнить замесы при различ¬
ных расходах цемента разных марок, изменяя
также расход добавки. Довольно часто при эк¬
спериментировании обеспечивается требуемая
прочность, но средняя плотность оказывается
завышенной или наоборот. Работа по выбору
составов легкого бетона с добавкой еще более
кропотливая, чем для тяжелых бетонов.7,44 л/м3 1/т3.Design average density of concrete:
1475 кг/м3 kg/m3,i.e. of dry concrete - 1300 kg/m3.The above-mentioned concrete mix
might be verified empirically. At the same
time as with the heavy concrete one should
specify the most efficient correlation between
the coarse and fine aggregates, to knead at
different cement consumption for various
brands of cement. Quite often the required
density is achieved during experimentation,
however, the required average density is over¬
estimated or vice versa. Selection of light
concrete mix is even more painstaking than
in case of heavy concrete.
Appendix419Приложение 7 Appendix 1Унифицированные составы тяжелых Uniform mixes of heavy cement
цементных бетонов concreteТабл. П. 7.1 Table A. 7.1Составы бетона общестроительного Concrete mixes for common constructionназначения (щебень гранитный фракции purposes (crushed granite with the5-20 мм, песок мелкий кварцевый) fractions of 5-20 mm, fine quartz sand)КлассClassУдобоукла-дывае-мостьбетоннойсмесиWorkability
of concrete
mixМаркацементаCementbrandц/вC/WРасход компонентов, кг/м3
Consumption of components,
kg/m3ДобавкаAdditiveцементcementиодаwaterщебеньcrushedstoneпесокsandВидTypeРасход, % массы
цемента в пересчете на
сухое веществоConsumption, % of
cement mass converted to
dry substanceТонкостенные густоармированные изделия и конструкции, малые архитектурные формы
Thin-wallad densely reinforced items and construction, small architectural formsB7,5Ж23001,162001601270792УПБ-М,лет,УПСБ0,2П13001,172071771189818То же0,2ПЗ3001,1824020310948130,22B15Ж23001,8329516112707080,2П13001,8433017911897070,22ПЗ3001,8638120510926870,25Ж24001,5424616012707530,2П14001,5527417711897600,22ПЗ4001,5631720310947470,25B20Ж23002,2737216412656390,22П13002,2841018011876390,25ПЗ3002,347620710906030,27Ж24001,8930416112707000,2П14001,934017911887000,22ПЗ4001,9239420510926790,25B25Ж24002,243671641265646лет,УПБ-М,УПСБ0,22П14002,254051801187643Тоже0,25ПЗ4002,274702071090606" “0,28Ж25001,993221621267685“ “0,22П15002,03601801187681“ “0,25ПЗ5002,024162061092654* •0,28
420ПриложениеПродолжение табл. П. 7.1 Continuation of tasble А. 7. 1.КлассClassУдобоукла-дывае-мостьбетоннойсмесиWorkability
of concretemixМаркацементаCementbrandЦ/ВC/WРасход компонентов, кг/м3
Consumption of components,
kg/m3ДобавкаAdditiveцементcementиодаwaterщебеньcrushedstoneпесокsandВидTypeРасход, % массы
цемента в пересчёте на
сухое вещество
Consumption, % of
cement mass converted to
dry substanceВЗОЖ24002,591684351255583лет,УПБ-М,‘УПСБ0,28П14002,61854811183570То же0,28ПЗ4002,631884941100630С-3,<Дрфен»,ПФМ-БС0,6Ж25002,291643761259639лет,УПБ-М,УПСБ0,25П15002,31804141180643То же0,25ПЗ5002,331874361100709С-3,<Дрфен»,ПФМ-БС0,55В35Ж24002,941755091250538лет,УПБ-М,УПСБ0,31П14002,961775241189549С-3,<Дрфен»,ПФМ-БС0,65ПЗ4002,991885621100572То же0,75Ж25002,591684351254583лет,УПБ-М,УПСБ0,27П15002,61754551192611с-з,(Дэфен»,ПФМ-БС0,6ПЗ5002,631974921100634То же0,65В40Ж24003,291625331270501С-3,«Дэфен»,ПФМ-БС0,7П14003,311805961180487То же0,75Ж25002,891604621270568“ “0,65П15002,911775151189556■ "0,7ПЗ5002,941885531100579" “0,75В45Ж25003,191615141270520“ »0,7П15003,211785711189503“ “0,75ПЗ5003,241835931106553■ “0,85Ж26002,861604581270571„ „0,65П16002,881775101189561“ “0,7ПЗ6002,911885471100585“ «0,75
Appendix421Продолжение табл. П. 7.1Continuation of tasble A. 7. 1.КлассClassУдобоукла-дывае-мостьбетоннойсмесиWorkability
of concrete
mixМаркаце¬ментаЦ/ВC/WРасход компонентов, кг/м3
Consumption of components,
kg/m3ДобавкаAdditiveCe¬mentbrandцементcementводаwaterщебеньcrushedstoneпесокsandВидTypeРасход, % массы цемента в
пересчете на сухое вещество
Consumption, % of cement
mass converted to dry
substanceB50Ж26003,121615021270531C-3,<Дэфен»,ПФМ-БС0,7П16003,141785591189516To же0,75ПЗ6003,171835801106567“ “0,85Обыкновенные мало- и среднеармированные изделия и конструкцииRegular low and medium reinforced items and constructionsB7,5Ж23001,142001581332737лет,УПБ-М,УПСБ0,2П13001,152001741250774То же0,2ПЗ3001,162311991156774„ ..0,22Ж23001,772791581322669лет,УПБ-М,УПСБ0,2B15П13001,783121751250675То же0,22ПЗ3001,7936020111536580,25Ж24001,4923515813327060,2П14001,526117412507210,22ПЗ4001,5130019911567140,25Ж23002,1935016013286030,22П13002,238717612456130,25B20ПЗ3002,2245120311505740,28Ж24001,8328915813326600,2П14001,8432217512506660,22ПЗ4001,8637420111536460,25Ж24002,1634616013286120,22П14002,1738217612456180,25B25ПЗ4002,1944520311505850,28Ж25001,9330515813326470,22П15001,9434017512506510,25ПЗ5001,9639420111536310,28Ж24002,54081631321556лет,УПБ-М,УПСБ0,27B30П14002,514521801238555То же0,27ПЗ4002,534661841164604С-3,<Дрфен»,ПФМ-БС0,6
422ПриложениеПродолжение табл. П. 7.1 Continuation of tasble А. 7. 1.КлассClassУдобоукла-дывае-мостьбетоннойсмесиWorkability
of concrete
mixМаркаце¬ментаЦ/ВC/WРасход компонентов, кг/м3
Consumption of components,kg/m3ДобавкаAdditiveCe¬mentbrandцементcementводаwaterщебеньcrushedstoneпесокsandВидTypeРасход, % массы
цемента в пересчете на
сухое вещество
Consumption, % of
cement mass converted to
dry substanceЖ25002,223571611327600лет,УПБ-М,УПСБ0,25ВЗОП15002,233901751250608То же0,25ПЗ5002,254141841164646с-з,ПФС-БС,«Дофен»,0,55Ж24002,834731671315495лет,УПБ-М,УПСБ0,31П14002,844911731252524С-З,«Дофен»,ПФМ-БС0,6В35ПЗ4002,875311851164542То же0,7Ж25002,514121641322552лет,УПБ-М,УПСБ0,27П15002,524311711253581с-з,«Дофен»,ПФМ-БС0,55ПЗ5002,554691841164601То же0,6Ж24003,175071601328468С-3,<Дофен»,ПФМ-БС0,7В40П14003,185531741250471То же0,75ПЗ4003,2158718311645030,85Ж25002,7943815713325350,65П15002,848217212535350,7ПЗ5002,8351218111685670,75Ж25003,0848715813324910,7П15003,0953517312504890,75В45ПЗ5003,1256818211685160,8Ж26002,7643315713325400,65П16002,7747617212535400,7ПЗ6002,850718111685710,75
Appendix423Окончание табл. П 7.1 Continnation of tasble A. 7. 1.КлассClassУдобоукла-дывае-мостьбетоннойсмесиWorkability
of concrete
mixМаркаце¬ментаЦ/ВC/WРасход компонентов, кг/м3
Consumption of components,
Kg/m3ДобавкаAdditiveCe¬mentbrandцементcementводаwaterщебеньcrushedstoneпесокsandВидTypeРасход, % массы
цемента в пересчете на
сухое вещество
Consumption, % of
cement mass converted to
dry substanceЖ25003,375531641320429C-3,«Дофен»,ПФМ-БС0,75B50П15003,385981771244430"0,8Ж26003,014751581332501“ “0,7П16003,025221731253498" *0,75ПЗ6003,055551821168527" "0,8B60Ж26003,5158616713153980,85Примечания:1. Для ускорения твердения вводится допол¬
нительно до 0,5% массы цемента в пересчете на
сухое вещество сульфат натрия (СН).2. При использовании щебня фракции 3(5)—
10 мм водосодержание бетонной смеси увеличи¬
вается на 12% с пересчетом всех компонентов по
примеру приложения 4.3. При использовании щебня фракции 5—40
мм водосодержание бетонной смеси уменьшает¬
ся на 7% с пересчетом всех компонентов по при¬
меру приложения 4,5.4. В приведенных таблицах принята насыпная
плотность щебня в стандартном сосуде 1,4 г/см3,
а в цилиндре диаметром 2,54 см — 1,34 г/см3, сред¬
няя плотность песка 2,64, щебня — 2,73 г/см3,
объем вовлеченного воздуха 10 л/м3.5. Рабочие составы бетона определяются эк¬
спериментально и корректируются на грануломет¬
рический состав и влажность заполнителей.Note:1. Up to 0.5% of mass cement converted to
dry substance salt cake (SC) is doped in order to
accelerate the hardening.2. Water content of concrete mix increase by
12% converting all the components ad exemplum
appendix 4. while using crushed stone with the
fractions of 3(5) - 10 mm.3.When using crushed stone with the fractions
of 5-40 mm the water content of concrete mix
goes down by 7% converting all the components
ad exemplum appendix 4, 5.4. In the above-mentioned tables the bulk
density of crushed stone in the standard vessel
equals to 1.4 g/m3, while in cylinder of 2.54 cm in
diameter - 1.34 g/cm3, average density of sand
equals to 2.64 g/cm3, that of crushed stone - 2.73
g/cm3, volume of entrained air equals to 10 1/m3.5. Operative concrete mixes are determined
empirically and adjusted taking into consideration
the granulometric content and humidity of
aggregates.
424ПриложениеТаблица П7.2 Table А 7.2Составы гидротехнического бетона Hydraulic concrete mixesКласспопроч¬ностиприсжатииClass in
terms of
com¬
pres¬
sion
strengthМаркаПО BO-доне-прони-цае-мостиBrandintermsofwaterperme¬abilityМарка
по моро¬
зостой¬
костиBrand in
terms of
water
perme¬
abilityУдобо-укла-дывае-мостьбетон¬нойсмесиWorka
bility of
con¬
crete
mixМаркаце¬мен¬таBrand
of ce¬
mentЦ/ВРасход компонентов, кг/м3Consumption of components,
kg/m3ДобавкаAdditiveСМ/цементcementводаwaterщебеньcrushedStoneVпесокsandВидTypeРасход,%
массы
цемента в
пересчете на
сухое
веществоConsumption,
% of cement
mass
converted to
the dry
substanceДля подводных сооружений, цементтип II, III, ШПЦFor submerged structures, cement type II, III, ШПЦЖ23001,492381601267758лет,УПБ-М,УПСБ0,2П13001,492641771188769То же0,22B10W2ПЗ3001,5932220310927450,25Ж24001,4923816012677580,2П14001,4926417711887690,22ПЗ4001,5932220310927450,25Ж23001,8329516112707080,2П13001,8433017911897070,22ПЗ3001,8938720410916980,25B15W4—Ж24001,5424616012707530,22П14001,7130217711887670,25ПЗ4001,8938720410916980,28Ж23002,2737216412656390,22П13002,2841018011876390,25ПЗ3002,347620710906030,28B20W4—Ж24001,8930416112707000,2П14001,934017911887000,22ПЗ4001,9239420510926790,25Ж23002,2737216412656390,22П13002,2841018011876390,25ПЗ3002,347620710906030,28B20W6—Ж24001,8930416112707000,22П14001,9835417911877060,25ПЗ4002,0542020510916890,28Ж24002,2436716412656460,22B25W8П14002,2540518011876430,25ПЗ4002,449620710906160,3B25W12—Ж24002,64181611270603С-3,«Дрфен»,ПФМ-БС0,55
Appendix425Продолжение табл. П7.2 Continnation of table A7.2Класспопроч¬ностиприсжатииClass in
terms of
com¬
pres¬
sion
strengthМарка
по во-
доне-
прони-
цае-
мостиBrandintermsofwaterperme¬abilityМарка
по моро¬
зостой¬
костиBrand in
terms of
water
perme¬
abilityУдобо-укпа-дывае-мостьбетон¬нойсмесиWorka
bility of
con¬
crete
mixМаркаце¬мен¬таBrand
of ce¬
mentЦ/ВРасход компонентов, кг/м3Consumption of components,
kg/m3ДобавкаAdditiveC/WцементcementводаwaterщебеньcrushedStoneпесокsandВидTypeРасход, %
массы це¬
мента в пе¬
ресчете на
сухое ве¬
ществоConsump¬
tion, % of
cement
mass
converted to
the dry
substanceB25W12—П14002,654771801187582C-3,"Дофен",ПФМ-БС0,6ПЗ4002,685021871100635To же0,65Ж24002,641816112706030,5П14002,6547717811875880,55B30W12ПЗ4002,6850218711006350,65Ж25002,4639416012706260,5П15002,6146517811875970,55ПЗ5002,6449318711006420,6Ж24003,0148816212675430,65П14003,0855217911875190,7B30W16ПЗ4003,1759618811005450,75Ж25002,9347216112705560,65П15003,0454117811875320,7ПЗ5003,1258318711005570,75Для зоны переменного уровня воды, цемент тип 1 ДО
For zone with varied water level, cement type 1 ДОB20W4F100Ж24001,893041611270702лет,УПБ-М,УПСБ0,2П14001,983361771189711То же0,22ПЗ4001,9238920310946930,25Ж24001,8930416112707020,2B20W6F150П14001,9634717711907170,22ПЗ4002,0541620310936970,25Ж24002,2436316212706490,22B25W6F150П14002,2539817711906570,25ПЗ4002,2745720410926360,28Ж24002,2436316212706560,22B25W8F200П14002,2539817711906570,25ПЗ4002,4149220410926000,3
426ПриложениеОкончание табл. П7.2 Finish table А 7.2Классnoпроч¬ностиприсжатииClass in
terms of
com¬
pres¬
sion
strengthМарка
ПО B0-доне-прони-цае-мостиBrandintermsofwaterperme¬abilityМарка
по моро¬
зостой¬
костиBrand in
terms of
water
perme¬
abilityУдобо-укла-дывае-мостьбетон¬нойсмесиWorka
bility of
con¬
cretemixМаркаце¬мен¬таBrand
of ce¬
mentЦ/ВРасход компонентов, кг/м3Consumption of components,
kg/m3ДобавкаAdditiveC/Wцементcementводаwaterщебеньcru¬shedStoneпесокsandВидTypeРасход,%
массы це¬
мента в
пересчёте
на сухое
веществоConsumptio
п, % of
cement
mass
converted to
the dry
substanceB40W16F500Ж25003,054861591270552C-3,"Дофен",ПФМ-БС0,65П15003,095401751195535* “0,7ПЗ5003,135761841104571“ ■0,8Примечания: 1. См. примечания к таблице П 7.1.2. Для массивных конструкций предусмотреть
мероприятия по снижению тепловыделения цемен¬
та (замедлители, конструктивные мероприятия).Note: 1. See notes to the table A7.1 2. For
massive construction one should envisage
measures aimed at reduction of thermal flux of
cement (aggregates, design measures).
Таблица П7.3 Table А 7.3Составы дорожного и аэродромного бетонов* Road and airfield-grade concrete*Класс по
прочности
при сжатииКласс no
прочности
при осевом
растяженииМарка no
морозо¬
стойкостиМарка no
водоне¬
проница¬
емостиУдобоукла-дывае-мостьбетоннойсмесиWorkability
of concrete
mixВид це¬
ментаМаркацементаЦ/ВРасход компонентов, кг/м3Consumption of components,
kg/m3ДобавкаAdditiveClass in
terms of
compression
strengthClass in
terms of
axial tension
strengthBrand in
terms of
frost
resistanceBrand in
terms of
water
permeabilityType of
cementBrand of
cementC/Wцементcementводаwaterще¬беньcrus¬hedstoneпесокsandВидTypeРасход % массы
цемента в пересчёте
на сухое вещество
Consumption, % of
cement mass converted
to dry substanceB25B,2F100W4Ж2Тип I
(ДО)4002,163461601305635ЛСТ,УПБ-М,УПСБ0,22П1То же4002,183791741226646To же0,25ПЗ.. ,4002,448020011245890,28Ж2■5002,4939615913085920,25B30B, 2,4F150W8П1• ■5002,574321681243601C-3,«Дэфен»,ПФМ-СБ0,6ПЗ- •5002,74881801142617То же0,7Ж2■ ■5002,9946615613155320,55B40B, 2,8F200W12П1■ ■5003,065171691243526■ ■■0,65ПЗ5003,0955417911435630,75B50B, 3,2F300W16Ж25003,3754316113034670,65П1■ •5003,3858117212304740,75*См. примечание к табл. П7.1.*See notes to table A7.1Appendix 427
428ПриложениеПриложение 8 Appendix 8Значения 10 (a+im‘), или (10 х) Values of Ю^+Ат^,ог (10х)ПоказательПоказательПоказательПоказательстепенистепенистепенистепениExponentjg(a+bmc)Exponentjg(a+bmc)ExponentjQ(a+bmc)Exponent]0 [а+Ьтс)а + Ьтсa + bmcа + Ьтса + Ьтс0,091,23030,312,04170,533,8840,755,62340,11,25890,322,08930,543,46740,765,75440,111,28820,332,1380,553,54810,775,88840,121,31830,342,18780,563,63080,786,02560,131,3490,352,23870,573,71540,796,1660,141,38040,362,29090,583,80190,86,30960,151,41250,372,34420,593,89050,816,45650,161,44540,382,39880,63,98110,826,60690,171,47910,392,45470,614,07380,836,76090,181,51360,42,51190,624,16670,846,91830,191,54880,412,57040,634,26580,857,07950,21,58490,422,63030,644,36520,867,24440,211,62180,432,69150,654,46680,877,41310,221,65960,442,75420,664,57090,887,58580,231,69820,452,81840,674,67740,897,76250,241,73780,462,88400,684,78630,97,94330,251,77830,472,95120,694,89780,918,12830,261,81970,483,020,75,01190,928,31760,271,86210,493,09030,715,12860,938,51140,281,90550,53,16230,725,24810,948,70960,291,94980,513,25590,735,37030,958,91250,31,99530,523,31130,745,49540,969,12011,0511,22021,319,95261,5535,48131,863,09571,112,58921,3522,38721,639,81071,8570,79461,1514,12541,425,11891,6544,66841,979,43261,215,84891,4528,18381,750,11871,9589,12511,2517,78281,531,62281,7556,23412100,00
Appendix429Приложение 9 Appendix 9Некоторые стандартные Standard metrologicalметрологические термины и terms andопределения definitionsМетрологияMetrologyНаука об измерениях, методах и средствах обеспечения их
единства и способах достижения требуемой точности
Science about measurements, methods and means to provide their
uniformity and modes to achieve the required precisionИстинное значение физической
величиныTrue value of physical quantityЗначение физической величины, которое идеальным способом
отражало бы в качественном и количественном отношениях
соответствующее свойство объекта
Value of physical quantity ideally reflecting the qualitative and
quantitative ratio of specific property of the objectДействительное значение
физической величиныReal value of physical quantityЗначение физической величины, найденное экспериментальным
путем и настолько приближающееся к истинному значению, что
может быть использовано вместо негоIndex of physical quantity evaluated empirically. It is so close to the true
value that might be used instead of itПогрешность измерения
Metering errorОтклонение результата измерения от истинного значения
измеряемой величиныDeviation of the measurement result from the true value of the
measurable quantityАбсолютная погрешность
измеренияAbsolute error of measurementПогрешность измерения, выраженная в единицах измеряемой
величиныError of measurement evaluated in units of the measurable quantityОтносительная погрешность
измеренияRatio error of measurementОтношение абсолютной погрешности измерения к истинному
значению измеряемой величиныRatio of absolute error of measurement to the true value of the
measurable quantityСистематическая погрешность
измеренияSystematic inaccuracy of
measurementСоставляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной
или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной
и той же величиныError of the measurement component remaining constant or expected
to change at duplicate measurements of the same quantityИнструментальная погрешность
измеренияInstrumental errorСоставляющая погрешности измерения, зависящая от погрешности
применяемых средств измеренийError of the measurement component depending on the error of the
measuring tools being usedПогрешность метода измерений
Measurement method errorСоставляющая погрешности измерения, происходящая от
несовершенства метода измеренияError of the measurement component caused by imperfection of the
measurement methodПогрешность поверки
Calibration errorПогрешность измерений при поверке средств измерений
Inaccuracy of measurements at instrument calibrationСреднее квадратичное
отклонение результата
измеренийMean square deviation of
measurement resultПараметр функции распределения результатов измерений,
характеризующий их рассеивание и равный корню квадратному из
дисперсии результатов измерения (с положительным знаком)
Parameter of measurement result distribution function describing their
spread and equal to the square root of measurement results dispersion
(with the «+» sign)Точность измерения
Measurement acuracyКачество измерений, отражающее близость их результатов к
истинному значению измеряемой величины
Quality of measurement reflecting the proximity of results to the true
values of measurable quantity
430ПриложениеПродолжение приложения 9 Confirmation of appendix 9РепрезентативностьRepresentativenessУровень соответствия выборочных данных их генеральной
совокупностиLevel of sample data fit to the total populationСходимость измерений
Precision of measurementКачество измерений, отражающее близость результатов
измерений, выполняемых в одинаковых условиях
Quality of measurements reflecting proximity of results of
measurements conducted in similar conditionsПравильность измерений
Accuracy of measurementКачество измерений, отражающее близость к нулю ошибок
измеренияQuality of meausrements reflecting tt\eir proximity to the metering error
zeroЕдинство измерений
Uniformity of measurementsСостояние измерений, при котором их результаты выражены в
указанных единицах и погрешности измерений известны с
заданной вероятностьюState of measurements at which their results are expressed in the
specified units and metering errors are known with the specified
probabilityЕдинообразие средств
измеренийUniformity of measuring toolsСостояние средств измерений, характеризующееся тем, что они
проградуированы в указанных единицах и их метрологические
свойства соответствуют нормамState of measurement tools characterized by the fact that they are
calibrated in the specified units and their metrological properties
corresond to the standardsАдекватностьAdequacyСоответствиеComplianceНадзор за средствами
измеренийMeasuring tools monitoringДеятельность органов метрологической службы, направленная на
обеспечение единства измеренийActivities of supervising authority in metrology aimed at maintenance of
uniformity of measurementПоверка средств измерений
Instrument calibrationОпределение метрологическим органом погрешностей средств
измерений и установление их пригодности к применению
Definition of measuring tools errors and, consequently, their operational
capability by the supervising authority in metrologyМетрологическая аттестация
средств измеренийMetrologicl certification of
measuring toolsИсследование средств измерений, выполняемое метрологическим
органом для определения метрологических свойств этих средств
измерений и выдача документа с указанием полученных данных
Inspection of measuring tools conducted by supervising authority in
metrology in order to define metrological properties of these measuring
tools and their operational capabilityЮстировка средств измерений
Measuring tools alighmentСовокупность операций по доведению погрешности средств
измерений до значений, соответствующих техническим
требованиямSet of actions in order to adjust measuring tools errors to the values
corresponding to technical requirementКоэффициент вариации
Coefficient of variationОтношение среднего квадратичного отклонения ксреднеарифметическому значениюRatio of mean square deviationto the simple mean valueКонтрольControlДеятельность, связанная с анализами, испытаниями, измерениями
и оценками, направленная на проверку соответствия продукции
нормативным требованиямActivities associated with analysis, tests, measurements and estimates,
aimed at inspection of the products conformance to the normative
requirements
Appendix431Приложение П10
Соотношение между единицами
измеренийТаблица 10.1
Соотношение между единицами энерпш• Appendix 10Correlation between the unitsTable A 10.1
Correlation between the units of energyЕдиницаUnitДжоуль
(Дж)
Joule (J)Эрг(эрг)ErgКилограмм-сила-метр
(кгс • м)Kilogram-force-meter (kgf m)Калория(кал)Calorie (cal)Киловатт-час
(кВт • ч)Kilowatt- hour (kW h)ДжоульJoule11070,1020,2392,78 • 10-7ЭргErg10~711,02- 10—s •2,39 • 10-a2,78 ■ 10~MКилограмм-сила-метрKilogram-force-meter9,80679,8067 • 10712,3432,78 • 10“®КалорияCalorie4,18684,1868 ■ 1070,4268611,16 • 10~6Киловатт-часKilowatt-hour3,6- 10“®3,6 ■ 10133,67- 1058,6 ■ 1051Таблица П10.2 Table A10.2Соотношение между единицами мощности Correlation between the units of powerЕдиницаВатт(Вт)Эрг в секунду
(эрг/с)Килограмм-сила-метр в
секунду (кгс • м/с)Калория в секунду
(кал/с)Лошадиная
сила (л. с.)UnitWatt(W)Erg per
second (erg/s)Kilogram-force-meter per
second (kgf m/s)Calorie per second
(cal/s)Horsepower(hp)ВаттWatt11070,1020,2391,36- 10_3Эрг в секунду
Erg per second10-71eotОCNО2,39 • 10-81,36 • 10“10Килограмм-сила-
метр в секундуKilogram-force-meter
per second9,80679,8067 • 1071 .2,343I ' '7оCDСОКалория в секунду
Calorie per second4,18684,1868- 1070,42715,69 ■ 10~3Лошадиная сила
Horsepower7367,36- 10975175,51Таблица П10.3 Table A10.3Соотношение между единицами длины Correlation between the units of lengthЕдиница UnitМетр (м) Meter (m)Фут (ft) Foot (ft)Дюйм (in) Inch (in)Метр Meter13,2839,37Фут Foot0,3048112Дюйм Inch0,02540,08331
432ПриложениеТаблица П10.4 Table А10.4Соотношение между единицами массы Correlation between the units of weightЕдиница UnitКилограмм (кг) Kilogram (kg)Фунт (eb) Foot (lb)Унция (oz) Ounce(oz)Килограмм Kilogram12,204635,274Фунт Foot0,454116Унция Ounce0,028350,06251Таблица П10.5 Table A10.5CooTiiouieiuie между единицами угла Correlation between the units of angle4-ЕдиницаUnitРадиан (рад)
Radian (rad)ГрадусП
Degree ( )Гон (гон, град)Минута (')
Minute (?)Секунда ('')
Second (?)РадианRadian157,363,73438206265ГрадусDegree0,017511,1111603600Гон0,01570,91543,24 ■ 103МинутаMinute2,91 • 10“*0,01670,0185160СекундаSecond4,848 ■ 10-62,78 • 10-43,09 • 10~41,67 • 10-21Таблица Til 0.6 Table A10.6Соотношение между единицами давлешш и Correlation between the units of pressure
напряжения and tensionЕдиницаUnitПас¬каль(Па)Pascal(Ра)Бар(бар)Bar (bar)Миллиметр
ртутного
столба
(мм рт. ст.)Millimeter of
mercury
(mm Hg)Миллиметр
водяного
столба
(мм вод. ст.)Millimeter of
water (mm
H20)Дина на
квадратный
сантиметр
(дин/см2)Dyne per square
centimeter
(dyn/cm2)Килограмм-сила
на квадратный
сантиметр
(кгс/см2)Kilogram-force
per square meter
(kgf/cm2)ПаскальPascal110-50,1027,502 ■ 105101,02 • 10~5БарВаг10511,02 • 104750,241061,02Миллиметр
ртутного столбаMillimeter of
mercury9,80679,807 • 10~510,073598,110'4Миллиметр
водяного столбаMillimeter of water1.330,0013313,611,33 • 1030,00136Дина на квадрат¬
ный сантиметрDyne per square
centimeter0,110-60,01027,50 • 10-411,02 • 10“®Килограмм-сила
на квадратный
сантиметрKilogram-force per
square meter980670,980671047359,81 ■ 1051
Appendix433Таблица П 10.7 Table А 10.7Соотношение между единицами силы Correlation between the units of forceЕдиницаНьютон(H)Дина (дин)Килограмм-сила (кге)UnitNewton (N)Dyne (dyn)Kilogram force (kgf)Ньютон11050,102NewtonДина10511,02 • 10'6DyneКилограмм-сила9,80679,8067 • 1051Kilogram force
434ПриложениеПриложение 11
Примеры построения тарировочных
зависимостей сопротивление
прохождению воздуха —
морозостойкость бетонаAppendix 11Development of air flow resistance
-frost resistance calibration
dependenciesПример 1. Требуется построить тарпровоч-
ную зависимость по данным, приведенным в
табл. П11.1.Исходные данные: портландцемент марки
400, щебень из доломитизированного извест¬
няка, песок кварцево-полевошпатный, добав¬
ка ПФС + СНВ.Таблица П11.1Illustration 1. The objective is to devel¬
op calibrate dependence based on the data
presented in the table A11.1.Input ‘data: portland cement of brand
400, crushed stone out of dolomitic lime¬
stone, quartz-feldspar sand, additive
ПФС+СНВ.Table A 11.1№ri/nСостав бетона, на 1м3
Concrete mix, per 1 m3Сопротивление бетона
прохождению воздуха, с/см3Air flow resistanceМорозостой¬
кость бетона в
возрасте
28 сут, циклыFrost
resistance of
concrete at 28
days, cyclesЦемент,кгCement,kgВода,кгWater,kgЩебень,кгCrushed
stone, kgПесок,кгSand,kgДобавка, % от
массы цементаAdditive, % of
cement massпосле TBO
after steamingв возрасте
28 сутat 28 days130018811556640,53,75,425235019211476220,64,97,250340019611405740,77,512,1100В данном случае взаимосвязь можно ап¬
проксимировать кусочно-линейной зависимо¬
стьюF = a + bmn.Коэффициенты уравнения определяются из
соотношенияIn the given case the correlation might
be approximated by piecewise-linear depen¬
denceEquation coefficients are define by the
following correlation:a+bYjn>c=YJFДля расчета коэффициентов представим
полученные данные в табл. П11.2.Таблица П11.2In order to determine the coefficients the
obtained data will be presented in the table
All.2.Table All.2№n/nПОСЛЕ TBO
AFTER STEAMINGFВ ВОЗРАСТЕ 28 СУТ
AT 28 DAYSmc2m сmcFmc2m сmcF13,713,6992,5255,429,16113524,924,01245507,251,8436037,556,25750100112,1146,411210n = 3==2>c^ =ZF=175M3nIIzx=MII= 16= 93,95= 1087,5= 24,7= 227,41= 1705
Appendix435Получаем зависимость после ТВО:After steaming the dependence will look like:откуда3a + 16,116 + 175;16,1a + 93,956 = 1087,5,| whence it follows16,1a+ 86,46 = 939,2;16,1a +93,956 = 1086,5;
6=148,3/7,55 = 19,6;
a = -46,9;F0 =-46,9 + 19,6mc.Для зависимости в возрасте 28 сутAt 28 days the dependence will look like3a+ 24,76=175;24,7a+ 227,416 = 1705;
24,7a+ 203,46 =1440,8;
24,7a+ 227,416 = 1705;
6 =264,2/24 = 11;
a = -32,3;F„ =-32 + 11 mr.Сопоставим полученные значения и оце¬
ним морозостойкость бетона по параметру
сопротивления прохождению воздуха
(табл. П11.3)Таблица П11.3Now we shall compare the obtained
data and evaluate the frost resistance of
concrete in terms of airflow resistance pa¬
rameter (table A11.3).Table A 11.3Значения сопротивления
прохождению воздухаValue of air flow resistanceПрогнозируемые значения
морозостойкости бетона по
параметру тс после ТВОPredicted value of frost
resistance of concrete in terms
of mc parameter after steamingОценка значения
морозостойкости бетона по
параметру тс в возрасте 28 сутEstimates of the frost resistance of
concrete values in terms of mc at
28 daysпосле TBO
after steamingв возрасте 28 сут
at 28 days2,34,519183,96,029345,28,155576,710,884878,912,81271093,75,225254,97,550506,29,77575При построении тарировочных зависимо¬
стей проводится и оценка погрешности рас¬
смотренного метода: в данном случае погреш¬
ность экспресс-метода не превышает 20%.When developing calibration depen¬
dence evaluation of method error is con¬
ducted as well: in the given case the express
method error is not more than 20%.
436ПриложениеРешив полученные уравнения относи¬
тельно F, можно получить требуемые зна¬
чения т, для контроля морозостойкости
бетона. Так, для получения морозостой¬
кости 25 циклов значения сопротивления
прохождению воздуха должно быть не
ниже 3,7 после ТВО и 5,2 в возрасте 28 сут,
для 50 циклов соответственно 4,9 и 7,5,
для 75 циклов — 6,2 и 9,7.Пример 2. Требуется построить тариро-
вочную зависимость сопротивление про¬
хождению воздуха по прибору АГАМА-2р— морозостойкость бетона. Исходные дан¬
ные: портландцемент с минеральными до¬
бавками марки 400, щебень гранитный
фракции 5—20 мм, песок кварцевый с Мк=
= 1,41, добавка УПБ-М — 0,2% массы це¬
мента, режим тепловлажной обработки (3)
+ 3,5+ 10+ 2 при 72° С.Результаты испытаний приведены в
табл. П11.4.Таблица П11.4Having solved the equation in terms of /the
required values of m for frost resistance of con¬
crete control might be obtained. For instance, in
order to obtain the frost resistance value equal
to 25 cycles of air flow resistance should be no
less than 3.7 after steaming and 5.2 at 28 days,
while in order to obtain the frost resistance value
equal to 50 cycles the air flow resistance values
should be 4.9 and 7.5 correspondingly; for 75
cycles these values should be 6.2 and 9.7.Illustration 2. The objective is to develop
“air flow resistance according to the АГАМА-
2p device-frost resistance” calibration depen¬
dence. Input data: portland cement with the
mineral additives of brand 400, crushed gran¬
ite with the fractions of 5-20 mm, quartz sand
with Afk = 1.41, УПБ-М additive - 0.2% of ce¬
ment mass, (3)+3.5+10+2 steaming mode at
72°C.Test results are presented in table
All.4.Table A11.4№n/nСостав бетона, кг/и3
Concrete mix, kg/m3Сопротивление бетона прохождению
воздуха, с/смAir flow resistance, s/cm3Морозостойость
бетона, циклы, (F),
в возрасте 28 сутFrost resistance of con¬
crete, cycles (F), at 28
daysцементcementводаwaterщебень
crushed stoneПесокSandПосле ТВО
After steamingВ возрасте 28 сут
At 28 days120018011908310,71,625225018511857871,43,150335020011636883,84,6100440020011686496,18,3200545020511686079,210,4250Представляем зависимость морозостой¬
кости бетона от сопротивления прохожде¬
нию воздуха уравнением Ферхюльста:F = FmFrost resistance dependence on air flow
resistance might be presented in the form of
Ferhulst equation:/|l + l0M>mc)lИЛИlg(Fm^/F~1) = a + bmcДля получения коэффициентов уравне¬
ния результаты эксперимента обрабатыва¬
ем методом наименьших квадратов, прини¬
мая значение максимальной морозостойко¬
сти с коэффициентом 1,1.Для удобства расчетов сводим получен¬
ные данные в табл. Г111.5 для показателей
после ТВО и табл. П11.6 — в возрасте
28 сут. Значение F принимаем 275.In order to obtain the equation coeffi¬
cients we shall convert the test results by way
of the least squares method, the maximal
value of frost resistance coefficient being set
as 1.1.The obtained values after steaming are pre¬
sented in the table A11.5 and the values at 28
days in the table A11.6. The value of Fma is
equal to 275.
Appendix437Таблица П11.5 \ Table All.5№n/nmcF™ 2
m с1,1Fmax/F1,1Fmax/F—1lg(1,1Fma*/F— 1)mclg(1,1Fma>/F—1J10,7250,49111010,721,4501,965,54,50,6530,91433,810014,442,751,750,2430,92346,120037,211,3750,375-0,426-2,59959,225084,641,10,1-1-9,2Примечание:Notes:n =5 £шс=21,2 £шс2 =138,74 £/g(i,lFmex/F-i; =0,470; £™c/gfl,lFmax/F-i; = -9,26.Получаем систему уравнений:The following equations set is obtained:
0,47 = 5a + 21,2;-9,26 = 21,2a+ 138,746,1,99 = 21,2a+89,896;-8,955 = 21,2a + 138,746,6 = -11,25 /48,85 = -0,23, a = 1,07.Следовательно, уравнение зависимости
морозостойкости от сопротивления прохож¬
дению воздуха после ТВО будет иметь видConsequently, equation expressing frost
resistance dependence on airflow resistance
after steaming will look as follows:F0 = 275/[l + 10(l'07~(U3m‘)].Аналогично определяем значение коэффи¬
циентов а и 6 для зависимости сопротивление
прохождению воздуха — морозостойкость бе¬
тона в возрасте 28 сут (табл. П 11.6).Таблица П11.6Values of coefficients a and b for air
flow dependence on frost resistance at 28
days are estimated similarly. (Table
A 11.6).Table A11.6№n/nmcFm с1,1Fmax/F1,1Fma*/F—7lg(1,1Fmax/F— 1)mclg(1,1Fmax/F—1)11,6252,56111011,623,1509,615,54,50,6532,02434,510020,252,751,750,2431,09448,320068,891,3750,375-0,426-3,536510,4250108,161,10,1-1-10,4Примечание: Notes:n = 5 £»;c=27,9 =209,47 £/gn,lFraax/F-i; = 0,47 ^/«c/gn,lFmax/F-U = -9,2iaПолучаем систему уравнений: | The following equations set is obtained:JO,47 = 5a + 27,96
[-9,22 = 27,9a + 209,476
откуда I whenceJ2,623 = 27,9a + 155,686;[-9,22 = 27,9a+ 209,476;6 = -11,84 / 53,79 = -0,22, a = 1,32.
438ПриложениеУравнение взаимосвязи сопротивления
прохождению воздуха и морозостойкости бе¬
тона в возрасте 28 сут примет следующий вид:Equation expressing correlation of air
flow resistance and frost resistance at 28
days will look as follows:F„ = 275//1 + 10 (1-32_0,22mc)На основании полученных зависимостей
можно оценить морозостойкость бетона экс¬
пресс-методом.Frost resistance of concrete can be eval¬
uated by way of express method based on
the dependencies obtained.v
Appendix439Приложение 12Наиболее характерные дефекты и
повреждения бетона в изделиях и
конструкциях — Appendix 12
Typical defects and damage of
concrete in items and
constructionsУсловные обозначенияХарактеристикаВозможные причиныПути устраненияSymbolic notationCharacteristicsPossible reasonsPossible solutionsТехнологические дефектыTechnological defectКрупные раковины иНарушение режимовУлучшение способов ипустотыуплотнениярежимов уплотненияLarge blisters and voidsViolation of compactingили удобоукладывае-modesмости бетонной смесиТо improve methods andUr-tfv Ъ-modes of compacting orworkability of concreteЖ*7mixВытекание цементногоУплотнение форм илитестаопалубкиDischarge of cementТо compact of forms orpasteencasementПовышенноеОткорректировать сос¬содержание крупноготав бетона. При расче¬заполнителяте составов бетонаIncreased content ofучесть пустотностьcoarse aggregateкрупного заполнителяTo adjust concrete mix.To take into considera¬tion voids of coarseaggregates at thecalculations stageУтечки приУстранение утечектранспортированииTo eliminate leakageLeakage duringtransportationНедостаточноеВведение воздуховов¬содержание растворнойлекающих добавок илисоставляющеймикронаполнителейInsufficient content ofТо dope air entrainingmortar componentadditives or microfillersЗапесоченный бетонНеправильноОткорректированиеOversand concreteвыбранный илисостав бетона. Приоткорректированныйкорректированиисостав бетонаобратить внимание наWrong selection orсодержание в крупномadjustment of concrete
mixзаполнителе фракций
менее 5 ммТо adjust the concretemix. During adjustmentto pay attention to thecontent of frictions ofless than 5 mm incoarse aggregate
440ПриложениеПродолжение приложения 12Confirmation of appendix 12УсловныеобозначенияSymbolicnotationХарактеристикаCharacteristicsВозможные причиныPossible reasonsПути устраненияPossible solutionsРасслоение бетона
Concrete disintegrationПереуплотнение бетонной
смеси. Несоответствие
амплитудно-частотных
характеристик
оборудованияOvercompacting of concrete
mix. Mismatch of gain- ‘
frequency characteristics of
equipmentРазличная плотность
компонентов бетонной
смесиVarious density of concrete
mix componentsПравильный подбор
режимов и способов
уплотненияТо select the appropriate
modes and methods of
compactingВведение воздухововлека¬
ющих добавок, полицикли¬
ческое послойное
уплотнениеТо dope air-entraining additi¬
ves, polycyclic compactingC’OOlSU*аоосй&т:Водоотделение бетонной
смесиDehydration of concrete mixПереуплотнение бетоннойсмеси, несоответствиеамплитудно-частотныххарактеристикоборудованияOvercompacting of concretemix.Mismatch of gain-frequency
characteristics of equipmentПониженное содержание
мелкого заполнителя,
повышенный расход
добавок ПАВReduced content of fine
aggregate, increased
consumption of surface-
active agent additives Правильный выбор режимов
и средств уплотненияТо select the appropriate
modes and methods of
compactingУвеличение доли песка в
смеси заполнителей,
уменьшение расхода
добавок ПАВТо increase the share of sand
in the mix of aggregates; to
reduce the consumption of
surface-active agent additivesКрупные поры на
поверхности и в теле
бетонаLarge pores on the surface
and in the body of concreteНеправильный режим
уплотненияWrong mode of compactingПовышенный расход
добавок ПАВIncreased consumption of
surface-active agent
additivesВысокая пенообразующая
способность смазки для
форм, плохо очищенные
формыHigh foam forming capacity
of mold paste, pooriy cleaned
formsПолициклическое,
послойное уплотнение с
кратковременными паузамиPolycyclic level-to-level
compacting with the short¬
term pauses
Уменьшение расхода
добавок ПАВТо reduce the consumption of
surface-active agent additivesЗамена смазки для форм,
чистка формТо replace the mold paste, to
clean the forms
Appendix441Продолжение приложения 12 Continnation of appendix 12УсловныеобозначенияSymbolicnotationХарактеристикаCharacteristicsВозможные причины
Possible reasonsПути устранения
Possible solutions■л\л\\\Л\ы
- 0 PТрещины в верхней
растянутой зоне при
расчетной схеме консолиCracks in the upper tension
region at design model of
consoleНеправильно установлена
опалубка. Перемещение
рабочей арматуры из
растянутой зоны в
нейтральнуюEncasement installed
incorrectly. Travel of main
reinforcement from tension
region into neutralВыверка и правильная
установка форм.
Фиксирование рабочей
арматурыТо adjust and install the
forms correctly. To fix main
reinforcementПI ^ \Трещины в верхней сжатой
зоне близко к опорам и сре¬
дине при расчётной балоч¬
ной схеме на двух опорахCracks in the upper
compression zone close to
bearing and in the middle at
design beam model on two
bearingsДеформация формы или
опалубкиDeformation of the forms or
encasementПроверить жесткость
формы или опалубки и
правильности ее установки
в соответствии с расчетной
схемойТо check for form or
encasement rigidity and
accurate installation
according to the design
modelПродольные трещины
Longitudinal cracksПерерывы в процессе
бетонирования, нарушение
режимов укладки и
формованияInterruptions in the process
of concreting, violation of
modes of laying and molding
of concreteНепрерывное послойноеравномерноебетонированиеContinuous layer balancing
concreting-> Трещины в верхней сжатой
зоне преднапряжённых
конструкцийCracks in the upper
compression zone of
pretensioned structureРастягивающие
напряжения, недостаточно
высокая прочность бетонаTensile stress insufficiently
high strength of concreteПовышение прочности
бетона, дополнительное
армирование верхней
зоны. Проверить
правильности напряжения
арматурыТо increase concrete
strength, additional
reinforcement of the upper
zone. To check the accuracy
of reinforcement stressh. df-Поперечные и продольные
трещины в опорной части
преднапряжённых
конструкций (в некоторых
случаях и местные
повреждения)Cross and longitudinal cracks
in the bearing part of
pretensioned structure (in
some cases local tension as
well)Резкое снятие напряжения,
проскальзывание
арматуры, низкая
прочность бетонаSharp stress relief, slipping
of reinforcement, low
concrete strengthПлавное снятие напряже¬
ния, проверка напряжения
арматуры. Повышение
прочности бетона. Заделка
торцов конструкции в
местах снято напряжения
арматурыSmooth stress relief, check
for reinforcement tension. To
increase concrete strength.
Embedment of ends of
construction in the places of
stress relief
442ПриложениеПродолжение приложения 12Confirmation of appendix 12Условные обозначения
Symbolic notationХарактеристикаCharacteristicsВозможные причиныPossible reasonsПути устраненияPossible solutionsТрещины по одной
боковой поверхности
преднапряженных
конструкцийCracks on one lateral
surface of pretensioned
structureЭксцентриситет в
расположении рабочей
арматурыEccentricity in the
arrangement of main
reinforcementПроектноерасположение арматурыDesign arrangement of
reinforcementТрещины поверхности
перпендикулярно к
расположению
преднапряженной
арматурыCracks on one lateral
surface athwart to the
arrangement of
pretensioned
reinforcementНеравномерный отпуск
напряжения арматуры
по сечениюUneven stress relief of
reinforcement along the
sectionСовместное или
чередующееся с двух
сторон симметричное
снятие напряженияСо- or alternating from
both sides symmetrical
stress reliefБеспорядочные
волосные трещины no
всей поверхности после
тепловой обработкиRandom hair-crack all
over the surface after
thermal treatmentРазличные коэффици¬
енты температурного
расширения металла
форм или арматуры и
бетонаVarious coefficients of
temperature expansion of
the metal of the forms or
reinforcement and
concreteСнятие всех зажимных
устройств, вкладышей, а
в отдельных случаях и
напряжения арматуры,
до охлажденияRemoval of all clutches,
bearing brasses, and in
some cases of
reinforcement tension
until coolingГлубокие трещины по
всей поверхности
верхней зоныCrevasses all over the
surface of the upper zoneПластическая усадка
Plastic slumpУкрытие поверхности
влажной тканью,
повышение влажности
среды, уменьшение
содержания мелкого
заполнителяТо cover the surface with
the damp fabric; to
increase the humidity of
the environment, to
decrease the content of
the fine aggregateРазмытые участки,
отдельные трещины на
поверхностиDiffused areas, individual
cracks on the surfaceПадение конденсата на
поверхность изделия
Fall of condensate on the
surface of the itemУкрытие поверхности
изделий, конструирова¬
ние внутренних поверх¬
ностей крышек камер с
уклоном, отделка их
пористым материаломТо cover the surface of
the items; to design tilted
interior surface of
chamber covers; to trim it
with the porous materialJ
Appendix443Продолжение приложения 12 Confirmation of appendix 12УсловныеобозначенияSymbolicnotationХарактеристикаCharacteristicsВозможные причиныPossible reasonsПути устраненияPossible solutionsВспучивание и трещины в
верхней зонеBloating and cracks in the
upper zoneМалая продолжительность
выдерживания и высокая
скорость подъема темпера¬
туры, повышенное воздухо-
вовлечение или газообра¬
зование бетонной смесиShort-term storage and high
rate of temperature increase,
increased air-entrainment or
gasification of concrete mixУвеличение продолжитель¬
ности предварительного
выдерживания, уменьшение
скорости подъема темпера¬
туры, снижение расхода
добавок, полициклическое
уплотнение бетонной смеси
с послойной укладкойТо increase the period of
preliminary storage; to
decrease the rate of tempera¬
ture increase; to reduce the
consumption of additives;
polycyclic compacting of
concrete mix with layering\ \Волосные трещины,
преимущественно в
верхней зонеHair-crack mostly in the
upper zone ТемпературныенапряженияTemperature stressУменьшение перепада
температурReduction of temperature
dropsТранспортные и эксплуатационные повреждения
Transportation and operating damage/ i/ /Трещины в растянутой зоне
Cracks in the tension regionПерегрузка. Неправильная
установка рабочей
арматуры. Неправильное
складирование или
транспортированиеOverload. Wrong installation
of the main reinforcement.
Inadequate storing or
transportationСоблюдение проектного
армирования. Складирова¬
ние и транспортирование в
соответствии с расчетной
схемойObservance design
reinforcement. То store and
transport according to the
design modelМестные трещины в сжатой
и растянутой зонахLocal cracks in the
compression and tension
regionРазная длина строп или
несимметричное
расположение петельVarious length of top cords or
asymmetric arrangement of
stitchesПравильный выбор длины и
центрирование строп,
применение траверсТо determine the appropriate
length and centering of top
cords. To apply cross-beamТрещины в верхней сжатой
зоне над опорамиCracks in the upper
compression zone above the
bearingsНепроектный изгибающий
момент в сжатой зоне из-за
неправильного
расположения опорNon-design bending moment
in compression zone caused
by incorrect arrangement of
bearingsПравильное расположение
опор в соответствии с
расчетной схемойТо arrange the bearings
appropriately according to the
design modelМестный срез бетона
Local shear of concreteНизкая прочность бетона,
отсутствие проектной
арматурыLow concrete strength,
absence of design
reinforcementКонтроль натяжения
арматуры и прочности
бетонаТо control the tension of
reinforcement and concrete
strengthI
444ПриложениеПродолжение приложения 12Confirmation of appendix 12УсловныеобозначенияSymbolicnotationХарактеристикаCharacteristicsВозможные причиныPossible reasonsПути устраненияPossible solutionsHIЗначительные деформации
и трещиныSignificant deformations and
cracksНеправильное расположе¬
ние рабочей арматурыIncorrect arrangement of
main reinforcementКонтроль защитного слоя и
расположения арматурыТо control the protective layer
and arrangement of
reinforcementТрещины в пакете изделийCracks in the pack of the
constructionsСмещение прокладок или
высокие динамические
нагрузки при
транспортированииDisplacement of padding or
high dynamic load during
transportationУлучшение фиксации паке¬
та, замена амортизирующих
устройств транспортных
средствТо improve the fixation of the
packs; to replace the shock
absorbers of the carriersМеханические поврежде¬
ния от ударов, пробивки
отверстий и т. п.Mechanical failure caused by
the blows, slotting, etc.Недостаточно высокая ди¬
намическая прочность бе¬
тона. Халатность, непреду¬
смотрительность при
осуществлении заказовInsufficiently high dynamic
strength of concrete.
Negligence and short¬
sightedness when performing
the orderПовышение динамической
прочности. Устройство
отверстий и проемов на
стадии изготовленияТо increase the dynamic
strength. Arrangement of
apertures and embrasures at
the stage of manufactureТрещины вдоль
расположения арматурыCracks along the
reinforcementПовреждения защитного
слоя, нарушение сцепле¬
ния арматуры с бетоном,
коррозия арматурыDamage of protective layer,
violation of cohesion of
reinforcement with concrete,
corrosion of reinforcementПовышение плотности и
увеличение размеров
защитного слоя, защитные
покрытияТо increase the density and
the size of protective layer; to
improve protective coatШелушение и отслаивание
поверхностного слоя
бетонаPeeling and sag of protective
layerДействие агрессивных фак¬
торов (замораживание—
оттаивание; увлажнение—
высыхание; агрессивные
газы или жидкости)Action of aggressive factors
(freezing - defrosting;
moistening - insiccation;
corrosive gases or liquids)Повышение плотности
бетона, гидрофобизация
поверхностиТо increase the density of
concrete and hydrophobiza-
tion of the surfaceСледы фильтрации
жидкости или газовTraces of fluid or gas
filtrationНизкая проницаемость
бетонаLow permeability of concreteУточнение состава бетона,
применение кольматирую-
щих добавок, устройство ги¬
дроизолирующих покрытийТо specify the concrete mix;
to apply colmating
arrangement of water-
repelling surface of concrete
Appendix445Окончание приложения 12Finish of appendix 12УсловныеобозначенияSymbolicnotationХарактеристикаCharacteristicsВозможные причиныPossible reasonsПути устраненияPossible solutionsГ)Белые пятна на поверхно¬
сти перпендикулярной к
фильтрации водыWhite stains on the surface
of perpendicular fluid filtrationКоррозия выщелачивания
бетонаCorrosion of concrete
leachingПовышение плотности бето¬
на, применение цементов с
минеральными добавкамиТо increase the consistency
of concrete; to apply cements
with the mineral additivesfo*
r- ~oСмывание растворной сос¬
тавляющей, нарушение ее
сцепления с заполнителемWashing off mortar
component, infringement, of
coupling with an aggregateГидромеханическая или
механохимическая эрозия,
кавитация
Hydromechanical or
mechano-chemical erosion,
kavitationПовышение плотности
бетона, конструктивные
мероприятия, защитные
покрытияIncrease of density of
concrete, constructive
measures, sheetingНизкая прочность бетона
Low concrete strengthНеправильно установлен¬
ный состав бетона или
нарушение технологииIncorrect concrete mix or
violation of technologyПравильное регулирование
технологических процессовТо regulate the engineering
processes appropriatelyМестные повреждения, свя¬
занные с нарушением сцеп¬
ления растворной состав¬
ляющей с заполнителемLocal damage, caused by
violation of mortar
component cohesion with an
aggregateДлительное действие
агрессивных факторов (за¬
мораживание-оттаивание,
агрессивные газы или жид¬
кости)Long-term action of
aggressive factors (freezing- defrosting; corrosive gases
or liquids)Повышение плотности бето¬
на, применение воздухово¬
влекающих добавок, пропит¬
ка и гидрофобизация по¬
верхности бетонаТо increase the consistency
of concrete to apply the air-
entraining additives,
impregnation and
hydrophobization of concrete
surfaceВырыв или обрыв петельExtraction or break of the
stitchesПрименение для изготов¬
ления петель кипящей или
высокоуглеродистой стали,
плохая анкеровка петель.
Недостаточная прочность
бетонаApplication of unkilled steel
or high-carbon steel, poor
anchoring of stitches,
insufficient concrete strengthПрименение проектных пе¬
тель и улучшение их анке-
ровки, повышение прочнос¬
ти бетонаТо apply the design stitches;
to improve their anchorage, to
increase the concrete strength
446 Новые закономерности в бетоноведении.../ New tendencies in concrete studies.СОДЕРЖАНИЕПредисловие 3Введение 7Глава 1. Краткий исторический очеркразвития науки о бетоне II1.1. Бетоны в древнем мире 131.2. Развитие технологии бетоновв VIII—XIX веках 181.3. Бетоны XX столетия 231.4. Перспективы развития наукио бетоне в XXI столетии 37Список литературы 49Глава 2. Методологическая концепция 512.1. Методологический подход 532.2. Критерии эффективности 622.3. Структурно-логическая схема описа¬
ния технологических процессов ... 682.4. Оптимальностьтехнологических решений 73Список литературы 75Глава 3. Теоретические основыбетоноведения 773.1. Анализ теоретических моделей
бетонной смеси 793.2. Формирование структурыбетона 873.3. Анализ технологических процессов
производства бетона 1053.4. Теоретические модели бетона 116Список литературы 135Глава 4. Закономерности влияния основныхфакторов на свойства бетона. . . .1374.1. Обеспечение сопоставимости и дос¬
товерности экспериментальных
данных 1394.2. К закономерностям влияния основных
факторов на свойствабетонной смеси 1474. 3. Закономерности влияния основныхфакторов на прочность бетона. . . .156Список литературы 183Глава 5. Модификация структуры бетонадобавками - регуляторами свойств. .1855.1. Классификация модификаторов
бетона 1875.2. Исследование влияния добавок
на основные свойства бетоннойсмеси и бетона 2055.3. Отрицательные побочные эффекты
при применении добавок 2235.4. Рациональные направления
применения добавок 228Список литературы 242Глава 6. Теоретические и эксперимен¬
тальные основы активации
компонентов бетонной смеси . . . .245THE CONTENTSPreface 3Introduction 7Chapter I. Evolution of the concrete sciencehistorical outline II1.1. Concrete in the ancient world 131.2. Development of concrete technologyin the VIII - XIX с 181.3. Concrete in the XX с 231.4. Prospects of concrete sciencein the XXI century 37Bibliography 49Chapter2. Methodological concept 512.1. Methodological approach 532.2. Efficiency criteria 622.3. Structural-logical scheme of description
of production processes 682.4. Optimumtechnological solutions 73Bibliography 75Chapter 3. Theoretical basics ofconcrete studies 773.1. Analyzing theoretical modelsof concrete mix 793.2. Formation of concretestructure 873.3. Analysis of concreteproduction processes 1053.4. Theoretical models of concrete . . . . 116
Bibliography 135ChapterA. Influence of main factors upon theconcrete properties 1374.1. Providing for compatibility
and reliability of empiricaldata 1394.2. Influence of main factors
on the properties ofconcrete 1474.3. Influence of main factorsupon the strength of concrete. ... 156
Bibliography 183Chapter 5. Modification of Concrete structureby additives - properties governor. . 1855.1. Classification of concretemodifiers 1875.2. Investigation of additives infl
uence upon the main propertiesof concrete mix and concrete itself. . . 2055.3. Negative by-effects ofadditives application 2235.4. Efficient applications ofadditives 228Bibliography 242Chapter 6 Theoretical and empiricism of
concrete mix components
activation 245
Новые закономерности в бетоноведении.../ New tendencies in concrete studies...4476.1. Основные предпосылки
активации компонентовбетонной смеси 2476.2. Физический эффект высоко¬
вольтного электрическогоразряда в жидкости 2486.4. Исследование и разработка техно¬
логических процессов активации
компонентов бетонной смеси. . . . 2606.5. Экспериментальные исследования
влияния параметровактивации на свойства бетоннойсмеси и бетона 264Список литературы 281Глава 7. Технологические основы матема¬
тического моделирования и ком¬
пьютеризации производства. . . . 2857.1. Основы математического моде¬
лирования технологических
процессов 2877.2. Основы алгоритмизации 3097.3. Управление технологичес¬
кими процессами спомощью ЭВМ 322Список литературы 329Глава 8. Практическая реализацияисследований и разработок . . ..3318.1. Реализация системно¬
структурной концепции 3338.2. Применение новых методовоценки качества 3488.3. Использование новых законо¬
мерностей при проектировании
и оперативном регулировании
составов бетона 3568.4. Опыт применения модифика¬
торов вяжущих и бетонов 3668.5. Обобщение и систематизация
опыта практической реализации
исследований и разработок 381Список литературны 397Приложение 4016.1. Underlying preconditions of
concrete mix componentsactivation 2476.2. Physical effects of high-voltage
electric discharge in theliquid 2486.4. Research and elaboration of
concrete mix components activation
engineering processes 2606.5. Empirical research of activation
parameters influence on the
properties of concrete mix and
concrete itself 264Bibliography 281Chapter 7. Technological basics of mathema¬
tical modeling and computeri¬
zation of production 2857.1 Basics of mathematicalmodeling of major engineering
processes 2877.2. Basics of algorithmization 3097.3. Computer-assisted
control of engineeringprocesses 322Bibliography 329Chapter 8. Practical application ofresearch and inventions 3318.1. Implementation of system-structural concept 3338.2. Application of new qualityassessment methods 3488.3. Application of new tendenciesduring design and on-lineadjustment of concretemix 3568.4. Experience of binder and concrete
modifiers application 3668.5. Generalizing and classifying the
experience of practical applicationof research and innovations 381Bibliography 397Appendix 401Наукове видання
Файнер Марко Шикович
HoBi 3aK0H0Mipii0CTi у бетонознавств1 га ix практичне застосуванняРосшською мовою
Кшв, видавництво «Наукова думка», 2001Ha6ip i комп’ютерна верстка II. Семенюк, Н.В.Фрацив1р
(видавництво РЖ(в) «Зелена Буковина»)Переклад англшською В. Мжадзе Коректор Ж. С. КветковськаПцдаис до друку 05.11.01. Формат 84 х 108/16. Пашр офс. №1. Офс. друк.Ум. друк. арк. 38,6. Обл,-
вид. арк. 36. Тираж 1000 прим. Зам. № 3710.Р.С. №05417561 вщ 16.03.95.01601, Кшв I, вул. Терещенювська, 3.Пол1граф1чие шдприемство “АНТ ЛТД” —58003, м.Чершвцг вул. Зелена, 5.
Научно-производственная фирма
«КОМПОЗИТ»58022, г. Черновцы, ул. Герцена, 1-а. Тел. (0372) 530796, телефакс (044) 2481195• разрабатывает и производит эффективные добавки к цементам, бе¬
тонным смесям и строительным растворам, применение которых позво¬
ляет снизить влажность сырьевых шламов, интенсифицировать помол
клинкера, пластифицировать цементные системы, замедлить схватыва¬
ние и ускорить твердение строительных растворов и бетонов;• разрабатывает и осуществляет внедрение системы проектирования,
оперативного регулирования и учета расхода материалов для при¬
готовления бетонов, в том числе с использованием ЭВМ;• разрабатывает и оказывает научно-техническую помощь в реализации
программного обеспечения ЭВМ и элементов АСУ ТП при производ¬
стве бетонов и железобетонных конструкций;• разрабатывает программное обеспечение автоматизированных ра¬
бочих мест руководителей предприятий, главных технологов и началь¬
ников лабораторий заводов по производству бетона и железобетона;• разрабатывает и реализует приборы и методы контроля качествабетона и железобетона;• проводит обучение рабочих, ИТР и служащих по эффективным на¬
правлениям ресурсосбережения и повышения качества продукции;• проводит консультации специалистов предприятий и технико-эко¬
номический аудит производства.На 1 единицу затрат не менее 5 единиц экономического эффекта
для предприятия — принцип работы НВФ «КОМПОЗИТ»
ОПЕЧАТКИСтраницаСтрокаНапечатаноПравильно426 сверхух небылоне было40-41 сверху •существуетсуществуют2724 сверху8...10:11:8...1031табл. 1.3.1, гр.З, 8 снизуглинозмистыйглиноземистый3618 сверху20—40°С— 20—40°С522 сверхуполистнмаполисистема6 сверху• atx\iatx и703 снизуd/XliOfXy85рис. 3.1.5МакосвелаМаксвела11012 сверхуповорныхповторных16 сверхуохватывай иясхватывания11526 сверху• преложенияпредложения1175 сверхудиметровдиаметровф-лаЗ.4.1= JSEP/aRmsx=jEP/a4 снизунаскольконесколько1264 сверхунаибольшиенебольшие15125 сверхуполученыхполученных1737 снизувсех—1749 снизуконкретизированыеконкретизированыISO27 снизуэто, нашэто, на наш1936 сверхуиндиферрентныиндифференты214табл. 2.1.4 1 графа
последняя строка380580215табл. 5.2.2, последний
столбикМ-БСПФМ-БС21715 сверхускорескорее17 сверхупод эффектом сокращения под эффектом
сокращенияпод эффектом
сокращения28310, правая колонка19921982290последняяi* 1i*j29610 снизуВ I I/-MВ и-м3179 блок левая сторонаЗрз3/рз— ]у„щ/т-34231 сверху*2ехи = ~Ь2 /7Ь22 = °>72 : 2>02 = ОД 733х1т =0,72/2-2,0233 сверхух2тг =1,26:2,03 = 0,31х2ш, =1,26/2-2,0334 сверхудчя условий нормального твердения-362рис. 8.3.1 а~*чV
<<V4181 строка под табл.расхода J раствора
v '">• <&■: 5' •>3? •■-.J- V;f
. ' - g .■ ®г яE, V-'i?V ч M;-:.¥f в ^ if - '44scr щттшжте щж^\-' ?' ' :V/i'aaS» wЖ31ТГ'ч T?~3 "vX " ^v?Tl?3 (6®cisra g-iC3i£ —. _ •Gs-i .' .;■r, ^T;,^ zr -rpgrtffr
jL^'t£s?&d.' fcU? mi eCi' tis'?x • -лм