03.09.2010 17:04:42
Согласно формуле Боломеяпрочность портландцементного бетонапропорциональна активности цемента ицементо – водному отношению. Следовательно,химические добавки, повышающие прочностьбетона можно классифицировать на тригруппы:
Увеличивающие цементо – водное отношение при одинаковой пластичности (пластифицирующие – водоредуцирующие по ГОСТ 24211-2003);
Увеличивающие активность цемента, гидратирующего в растворе добавки относительно гидратирующего в воде (повышающие прочность по ГОСТ 24211-2003);
Двойного действия.
В соответствии с ГОСТ24211-2003 пластифицирующие добавки делятсяна три подвида по уровню пластификации:
Пластифицирующие – увеличивающие подвижность бетонной смеси от П1 до П3 или растворной от Пк1 до Пк2;
Сильнопластифицирующие – от П1 до П4 или от Пк1 до Пк3;
Суперпластифицирующие – от П1 до П5 или от Пк1 до Пк4 соответственно.
Поскольку отрицательнымпобочным действием добавок являетсяуменьшение активности цемента, ГОСТ24211-2003 установливает требование сниженияпрочности бетона не более 5% во все срокитвердения. В целом, водоредуцированиес одной стороны положительный фактор,позволяющий, в частности, сократитьвремя достижения отгрузочной прочностии количество противоморозной добавки,с другой – отрицательный, т.к. уменьшаетсяобъем смеси за счет уменьшения самогодешевого компонента – воды. Уменьшениеобъема необходимо компенсироватьувеличением расхода остальных компонентов.В результате экономический эффект отприменения добавки не обязательноположительный и требует расчета длякаждого случая.
Для повышающих прочностьдобавок ГОСТ 24211-2003 установлено минимальнонеобходимое увеличение прочности на20% в проектном возрасте относительноконтрольного образца.
В любом случае добавкуможно охарактеризовать показателями- кв – коэффициент водоредуцирования,кв =ВД/В, где В и ВД – масса воды вкубическом метре бетона заданнойподвижности без добавки и с добавкойсоответственно; кц – коэффициентизменения активности цемента призатворении в растворе добавки посравнению с активностью цементазатворяемого водой.
Экономия от применениядобавки при производстве кубическогометра товарного бетона определяетсяпо разнице стоимости материалов:
Э = С – СД,
где СД – стоимостьматериалов в кубическом метре бетонас добавкой, С – стоимость материалов вкубическом метре бетона без добавки.Предполагая, что количество крупногозаполнителя в обоих случаях одинаково,
С = СцЦ + СпП + СщЩ,
СД = СцЦД + СпПД + СщЩ +СдД,
Э = Сц(Ц – ЦД) + Сп(П –ПД) - СдДЦД,
где Сц – цена 1 кгцемента, Сп – цена 1 кг песка, Сщ – цена1 кг щебня, Ц, П, Щ – масса цемента, песка,щебня в кубическом метре бетона бездобавки, ЦД, ПД – масса цемента и пескав кубическом метре бетона с добавкой,Д – дозировка добавки относительновеса цемента, Сд – стоимость 1 кг добавки.
Известно, что прочностьбетона пропорциональна произведениюактивности цемента и его количества иобратно пропорциональна количествуводы, следовательно, для одинаковойпрочности бетона по правилу подобия ЦД= кцквЦ. Объем цементо – песчаной смесипри одинаковом количестве щебня в обоихслучаях одинаков, следовательно, изправила абсолютных объемов:
Ц/рц + П/рп + В = Цкцкв/рц+ ПД/рп + Вкв,
где рц – плотностьцемента, рп – плотность песка. Длябездобавочного портландцемента итипичного кварцевого песка в г/мм3 рц =3,1, рп = 2,6. Выразив П-ПД и осуществивподстановку, получим:
Э = ЦСц(1 - кцкв) +Сп(0,84Цкцкв + 2,6Вкв – 0,84Ц – 2,6В) – СдДквкцЦ,
Или, в более удобномвиде:
Э = (Сц(1 - кцкв) – 0,84Сп(1- кцкв) – СдДквкц)Ц + 2,6СпВ(кв – 1).
Таким образом, экономияот применения добавки является линейнойфункцией относительно количествацемента:
Э = АЦ + В,
где А = Сц(1 - кцкв) –0,84Сп(1 - кцкв) – СдДквкц, В = 2,6СпВ(кв –1).
Используя полученнуюформулу сравним экономию при применениидвух добавок, относящихся к разнымгруппам по принципу действия:
С – 3 – типичныйсуперпластификатор без эффекта повышенияактивности цемента;
ПКФ-70Ф – модификаторпрочности практически без эффектапластификации.
Характеристики добавоксведены в таблицу:
| Химическая добавка | Сд, руб/кг | Д/Ц | кв (П3) | кц |
| Суперпластификатор С-3 | 40 | 0,005 | 0,8 | 1,05 |
| Модификатор прочности ПКФ-70Ф | 120 | 0,001 | 0,95 | 0,8 |
Для расчета экономическогоэффекта следует задать параметры бетонаи стоимости материалов. При использованиицемента ЦЕМ I 42,5Н производства ОАО«Мордовцемент», подвижности бетона П3и расходе щебня 1000 кг/м3 значение В = 165.В условиях 2-го квартала 2010 года в г.Ярославле Сц = 3 руб/кг, Сп =0,2 руб/кг.Значения коэффициентов для рассматриваемогослучая:
| Химическая добавка | Кв – 1 | Кв Кц | 1 - Кв Кц | А | В |
| Суперпластификатор С-3 | -0,2 | 0,84 | 0,16 | 0,285 | -17,16 |
| Модификатор прочности ПКФ-70Ф | -0,05 | 0,76 | 0,24 | 0,588 | -4,29 |
В рядовом бетонеколичество цемента обычно находится вдиапазоне 200 – 400 кг/м3. Результатывычислений представлены на графике,где по оси ординат - экономия в рублях:
Таким образом, дляпроизводства товарного бетона применениемодификаторов прочности оказываетсявыгоднее, чем применение суперпластификаторов.