Математическое моделирование технологических процессов бетонирования монолитных конструкций из мелкозернистых смесей

Введение. Внедрение инновационных технологий и материалов в строительной отрасли сдерживается по ряду причин, связанных с недостаточной изученностью технологических процессов и повышенной стоимостью высокоэффективных инновационных материалов. Поэтому исследования в области технологии монолитного бетона, отражающие особенности бетонирования конструкций из самоуплотняющихся смесей и направленные на снижение их себестоимости за счет применения строительных отходов, являются актуальными. Целью настоящей работы является экспериментально-статистическое моделирование реологических характеристик мелкозернистых самоуплотняющихся бетонных смесей и физико-механических свойств бетонов в зависимости от влияния двух рецептурных факторов — расхода суперпластифицирующей добавки и гранулометрического состава заполнителя, включающего строительные отходы. 

Материал и методы. Для приготовления мелкозернистых самоуплотняющихся бетонных смесей использовали портландцемент ЦЕМ 0 52,5Н, песок природный кварцевый и песок из дроблёного бетона смеси трех фракций  0,63–5,0 мм и химическую добавку — суперпластификатор на основе эфиров поликарбоксилатов Полипласт ПК. Технологические характеристики мелкозернистых самоуплотняющихся смесей (удобоукладываемость, вязкость, текучесть) определяли по стандартным методикам. Предельные напряжения сдвига смесей устанавливали с помощью прибора, включающего цилиндр с насадкой и стеклянное основание с разметкой окружностей. Моделирование реологических и физико-механических свойств мелкозернистых самоуплотняющихся бетонов осуществлялось с применением двухфакторного симплекс-суммированного плана на шестиугольнике, вписанном в окружность, являющегося одним из наиболее удобных для решения технологических задач строительного материаловедения. 

Результаты исследования. Получены экспериментально-статистические модели реологических характеристик мелкозернистых самоуплотняющихся смесей и прочностных свойств бетона, адекватно описывающие экспериментальные данные. 

Обсуждение и заключение. Применение методов математического планирования эксперимента позволило комплексно оценить влияние двух наиболее значимых рецептурных факторов на технологические процессы бетонирования монолитных железобетонных конструкций из мелкозернистых самоуплотняющихся смесей с использованием заполнителя из строительных отходов. Установлено, что оптимальное содержание зерен из дробленого бетона в природном песке составляет 30–35 %, а дозировка суперпластификатора Полипласт ПК — 1,2–1,25 % массы вяжущего. 

1. Васильева Е.Ю. Значение и перспективы применения инновационных материалов и технологий в жилищном строительстве. Вестник МГСУ. 2022;17(11):1586–1593. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2022.11.1586-1593

2. Османов С.Г., Манойленко А.Ю., Литовка В.В. Выбор вариантов механизации бетонных работ в монолитно-каркасном строительстве. Инженерный вестник Дона. 2019;1. URL: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2019/5507 (дата обращения: 02.07.2023).

3. Лопатин Н.А., Моторная А.И., Негуляева Е.Ю. Наиболее эффективные дробильные установки и рециклинг вторичного бетонного щебня. Строительство уникальных зданий и сооружений. 2015;10:34–45. https://doi.org/10.18720/CUBS.37.3

4. Гранева А.В. Применение рециклинга в процессе переработки бетона и железобетона. Инженерный вестник Дона. 2023;3. URL: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2023/8286 (дата обращения: 21.07.2023).

5. Булдыжов А.А., Алимов Л.А. Самоуплотняющиеся бетоны с наномодификаторами на основе техногенных отходов. Промышленное и гражданское строительство. 2014;8:86–88.

6. Ларсен О.А., Наруть В.В., Воронин В.В. Технология переработки бетонного лома с целью получения самоуплотняющегося бетона. Строительство и реконструкция. 2020;(2):61–66. https://doi.org/10.33979/2073-74162020-88-2-61-66

7. Ivanov I.M., Kramar L.Ya., Orlov A.A. Influence of Superplasticizer-Microsilica Complex on Cement Hydration, Structure and Properties of Cement Stone. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017;262:012028. https://doi.org/10.1088/1757-899X/262/1/012028

8. Kong F.R., Pan L.S., Wang C.M., Zhang D.L., Xu N. Effect of Polycarboxylate Superplasticizers with Different Molecular on the Hydration Behavior of Cement Paste. Construction and Building Materials. 2016;105:545–553. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.12.178

9. Смирнова О.М. Совместимость портландцемента и суперпластификаторов на поликарбоксилатной основе для получения высокопрочного бетона сборных конструкций. Инженерно-строительный журнал. 2016;6:12–22. https://doi.org/10.5862/MCE.66.2

10. Lange A., Plank J. Formation of Nano-sized Ettringite Crystals Identified As Root Cause for Cement Incompatibility of PCE Superplasticizers. In: Nanotechnology in Construction: Proceedings of NICOM5. Cham: Springer; 2015. P. 55–63. https://doi.org/10.1007/978-3-319-17088-6_6

11. Nesvetaev G., Koryanova Yu., Korchagin I. To the Problem of the Methodology for Evaluating the Effectiveness of the Use of Superplasticizers in Concretes. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020;709:044056. https://doi.org/10.1088/1757-899X/709/4/044056

12. Несветаев Г.В., Корянова Ю.И., Сухин Д.П. Некоторые вопросы технологии бетонирования массивных фундаментных плит с применением самоуплотняющихся бетонных смесей. Инженерный вестник Дона. 2022;8. URL: http://wmv.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n8y2022/7870 (дата обращения: 08.08.2023).

13. Несветаев Г.В., Корянова Ю.И., Чепурненко А.С., Сухин Д.П. О влиянии некоторых технологических факторов на качество бетона монолитных железобетонных конструкций. Инженерный вестник Дона. 2021;11. URL: https://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n11y2021/7256 (дата обращения: 12.07.2023).

14. Kastornykh L., Kaklyugin A., Kholodnyak M., Osipchuk I. Modified Concrete Mixes for Monolithic Construction. Materials Science Forum. 2021;1043:81–91. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1043.81

15. Касторных Л.И., Каклюгин А.В., Гикало М.А. Влияние суперпластификаторов на основе поликарбоксилатов на эффективность термообработки монолитного бетона. Строительные материалы. 2023;4:35–41. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-812-4-35-41

16. Баженов Ю.М., Демьянова В.С., Калашников В.И. Модифицированные высококачественные бетоны. Москва: Издательство АСВ; 2006. 368 с.

17. Вознесенский В.А., Ляшенко Т.В., Огарков Б.Л. Численные методы решения строительно-технологических задач на ЭВМ. Киев: Выща школа; 1989. 324 с.

18. Роговенко Т.Н., Каклюгин А.В. Izoline2015. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, № 2015614784. 2015.