Планирование эксперимента. Методика экспериментальных исследований
Объектом исследований является высокопрочный бетон с модифицированными добавками.
Программа экспериментальных исследований прочностных, деформационных, силовых и энергетических характеристик высококачественного бетона после воздействия высоких температур в диапазоне от 100 до 700°С представлена на рис. 2.14 и в табл. 2.7.

Рис. 2.14. Программа эксперимента определения остаточных характеристик бетона
При планировании эксперимента принимали во внимание следующие выводы, сформулированные на основе аналитического обзора:
- - прочность бетона, подвергнутого высокотемпературному нагреву и затем охлажденного до комнатной температуры, т.е. остаточная прочность не выше прочности нагретого (минимальная прочность);
- - неравновесные испытания дают вполне достоверную оценку трещи- ностойкости (вязкости разрушения);
- - прочность бетона под нагрузкой при воздействии высоких температур выше ненагруженного.
Для определения характеристик высококачественного бетона изготавливались образцы-кубы размерами 100x100x100 мм и образцы призмы размерами 100x100x400 мм.
Перед замесом компоненты дозировались в необходимых для каждого конкретного случая пропорциях в соответствии с табл. 2.8. Приготовление смесей производилось в миксере, предназначенном для перемешивания строительных смесей.
Уплотнение образцов производилось на стандартной лабораторной виброплощадке с амплитудой колебаний 0,35 мм и частотой колебаний 3000 об/мин. Продолжительность вибрирования определялась экспериментально.
На образцах-призмах экспериментально фиксировали диаграмму «а-s», определяли призменную прочность и модуль упругости, на образцах-кубах - прочность на сжатие, вязкость разрушения, влажность, массу и плотность. Неразрушающими методами измерялось время прохождения ультразвукового импульса и прочность.
Модель эксперимента

Составы экспериментальных смесей
Для испытаний отобрано четыре состава (табл. 2.8).
Состав бетонных смесей и их прочность на сжатие
Бетонная смесь |
Расход компонентов, кг/м' |
|||
Серия 1 |
Серия 2 |
Серия 3 |
Серия 4 |
|
Цемент ПЦ500-Д0 |
580 |
520 |
600 |
580 |
Щебень гранитный фракции 5-20 мм |
1180 |
1180 |
1120 |
1120 |
Песок |
620 |
570 |
620 |
620 |
Пластифицирующая добавка «ГП-1» |
6,76 |
11,58 |
- |
5,79 |
Микрокремнезем |
- |
60 |
- |
- |
Пластифицирующая добавка «С-3» |
- |
- |
17,98 |
- |
Фибра стальная |
- |
- |
- |
2% |
Вода |
150 |
150 |
170 |
184 |
Водоцементное отношение |
0,258 |
0,288 |
0,283 |
0,317 |
Прочность на сжатие на 28 сут, МПа |
85,7 |
87,5 |
75,6 |
80,1 |
Цемент. В экспериментальных смесях использовался цемент ПЦ500- ДО производства ОАО «Красносельскстройматериалы». Химические и физические свойства цемента указаны в табл. 2.9.
Физические и химические характеристики цемента
Таблица 2.9
Минералогический состав клинкера, % |
SO,. % |
Активные минеральные добавки, % |
Удельная поверхность, Syp, м2/кг |
Нормальная густота, % |
Группа по эффективности и пропаривания |
Активность цемента, МПа |
|||||||
c |
С, S |
С,А |
с Vi г |
F, |
F, |
r,f |
|||||||
|
|
|
|
|
- |
290-320 |
23-25 |
2 |
16 |
23 |
50 |
||
Сроки схватывания |
Истинная плотность, г/м3 |
Водоотделение, % |
Предел прочности, МПа, в возрасте 28 сут |
||||||||||
Начало |
Конец |
при изгибе |
при сжатии |
||||||||||
1 ч 45 мин |
3 ч 55 мин |
3,14 |
13.41 |
7,29 |
50.7 |
Заполнитель. Крупным и мелким заполнителем являлся гранитный щебень ПРУП «Гранит» смеси фракций 5-20 мм, удовлетворяющий требованиям ГОСТа 8267-93 и имеющий характеристики, представленные в табл. 2.10.
Таблица 2.10
Характеристики щебни
Зерновой состав щебня |
Плотность зерен, р', кг/м3 |
Межзерновая пустотность, тпз |
Удельная поверхность, Syd, м2/кг |
|||
Частные остатки в % на ситах размером, мм |
||||||
20 |
10 |
5 |
<5 |
|||
8,9 |
64,2 |
23,9 |
3,0 |
2,72 |
0,37 |
0,365 |
Мелкий заполнитель - песок карьера «Волма» с характеристиками, представленными в табл. 2.11.
Характеристики песка
Таблица 2.11
Название песка |
Зерновой состав |
1 О ?с | |
ё- i | 0 $ А 1 ^ И |
Удельная поверхность, Syt), м/кг |
Водопоглащение порами, и-,„ % |
||||||
Остаток на сите 5 мм, % |
Частные остатки в % на сигах размером, мм |
||||||||||
2,5 |
1,25 |
0.63 |
0,315 |
0,14 |
<0.14 |
||||||
«Волма» |
1,0 |
10,4 |
12,7 |
30,5 |
29,8 |
14,6 |
2,1 |
2.69 |
2,68 |
8,1 |
0,801 |
Микрокремпезем. Микрокремнезем (МК) Новолипецкого комбината использовался в качестве минеральной добавки. Химический состав и свойства МК приведены в табл. 2.12. Основной составляющей МК является Si02.
Таблица 2.12
Характеристики микрокремнезема
Размер частиц, мкм |
Эффективная плотность, кг/м3 |
Насыпная плотность, кг/м3 |
Удельная поверхность, см2/г |
Гидравлическая активность СаО при 20°С в 28 сут, мг/г |
Водопот- ребность, % |
0,1-0,3 |
2,1-3,1 |
0,15- 0,62 103 |
5000-45 000 |
46-518 |
40-140 |
Суперпластификаторы. В экспериментальном исследовании использовалась добавка «ГП-1», изготовленная на основе водного раствора эфира поликарбоксилата (табл. 2.13).
Физико-химические показатели добавки «ГП-1»
Таблица 2.13
Наименование показателя |
Значение «ГП-1» |
Внешний вид |
Прозрачный - до мутноватого, желтоватый раствор |
Плотность, кг/м3 |
1080-1100 |
Массовая доля сухого вещества, % |
27-33 |
Водородный показатель, единицы pH |
7-8 |
Содержание ионов хлора, % |
до 0,2 |
В исследовании также использовалась суперпластификатор «С-3» производства ОАО «Полипласт».
Фибра стальная. Стальная фибра произведена на предприятии РУП «Белорусский металлургический завод» (г. Жлобин, РБ) в соответствии с техническими условиями ТУ BY 400074854.628-2009 «Фибра из стальной проволоки для армирования бетона» (табл. 2.14).
Таблица 2.14
Характеристики стальной фибры
Вид фибровой арматуры |
Нормативные сопротивления растяжению, fa МПа |
Частный коэффициент безопасности по фиб-ровой арматуре, уЛ, при расчете конструкций по предельным состояниям |
Расчетные сопротивления растяжению фибры для предельных состояний пер- вой группы, ffd, МПа |
Модуль упругости фибры, Е/, МПа |
|
Первой группы |
Вто рой группы |
||||
Фибра по ТУ BY 400074854.628- 2009 из низкоуглеродистой стали |
800 |
1,25 |
1,00 |
640 |
2,1 105 |