Диссертация (1141519), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Видно, чтонаиболее адекватно оптимальность таких структур может быть описана контактной системой именно заполненного типа. Данная структура способствует формированию микрозон пластических деформаций, что отвечает требованию повышенной трещиностойкости МЗКБ.Технологические приемы представляют собой последовательность проектирования смеси МЗКБ, которая создаст наиболее компактную, низкопористую,монолитную и максимально уплотненную структуру. Для фракций заполнителямелкозернистых бетонов от 0,1 мм до 5 мм наиболее оптимальным является использование непрерывной гранулометрии по формуле Функа-Дингера, модифицрованной В.В.
Беловым.Y=100[α+(1-α)·(Dn-Dnнижн)/(Dnверх-Dnнижн)](3.10)где α – коэффициент, учитывающий форму и фактуру зерен.Для карбонатного наполнителя хорошую эмпирическую зависимость дляполного прохода дает формула Вейбулла, хорошо описывающая распределениетонких фракций известнякового микронаполнителя.Gпр=100[1–Exp(–1,075dm)](3.11)где модуль вариации m=0,72 (рисунок 3.13).
Они получены по методикеописанной выше для тонких фракций карбонатного наполнителя в связующем.5832,6532,5162,51,96921/m1,51,139xmlnx/xm10,5000,511,522,533,5Рисунок 3.13 – График для определения модуля вариации m=0,72 при использовании вышеуказанных фракцийДля фракций выше 5 мм используется зависимость Фуллера-ТомсонаGпр=100[d/dmax)]n(3.12)В частности это выражение приведено в нормах Германии [114].В работе [115] также указывается, что к сверхтонким фракциям, с цельюописания распределения частиц используется нормальный закон распределения.Рисунок 3.13 отражает оптимальное значение модуля вариации m и диаметр dm(позиционный параметр).Более низкие значения предельного напряжения сдвига и вязкости в случаях наличия СП-1 в смеси обусловлены следующей закономерностью (рис.3.14).Схематичный график вязкости, подвижности смеси в зависимости от добавлениясуперпластификатора СП-1 и воды:η (вязкость)Добавление суперпластификатораДобавление водыПодвижность смесиРисунок 3.14 –Изменение реологических показателей с добавлением воды исуперпластификатора59Положительное влияние минерального тонкодисперсного порошка на физико-механические свойства объясняется повышением ранней прочности за счетзаполнения воздушных и капиллярных пор между частицами клинкера и интенсификации процесса гидратации алита и трехкальциевого алюмината.
Вот почемутак важен правильный гранулометрический подбор как вяжущей части, так и заполнителей-наполнителей и модификаторов (рисунок 3.15):Цементное тестоРастворБетонРисунок 3.15 Уровни применения тонкодисперсного известнякового наполнителяВ нормах Германии (DIN 66145) используется распределение RRSB(Rosin, Rammler, Sperling and Bennett). В данной работе использовалось базовоераспределение Вейбулла, согласно которого и определялось соотношение компонентов связующего. Было исследовано влияние процентного соотношения известнякового наполнителя в связующем совместно с оптимизацией гранулометрического состава известнякового мелкозернистого заполнителя по формуле распределения Функа-Дингера и фиксированного количества суперпластификатора СП1 на комплекс физико-механических и реологических характеристик карбонатного мелкозернистого бетона. Была проведена оптимизация наполнителя по распределению Вейбулла (распределение RRSB).
Изготовление образцов производилосьпри различных режимах технологии обработки фракций – совместный помол известняковой крошки, цемента и суперпластификатора СП-1 в качестве вяжущейчасти. Гранулометрический подбор фракций известнякового заполнителя производился в соответствии с зависимостью Функа-Дингера, связывающей проход снаименьшей и наибольшей крупностью частиц и размером сита. Водоцементноеотношение и массовые доли фракций известняка и цемента в экспериментах былипостоянными.60В настоящей работе фракция заполнителя представлена оптимизированнойпо Функу-Дингеру гранулометрической зависимостью семи фракций известняка,фракция наполнителя – ультрадисперсной фракцией известнякового порошка судельной поверхностью более 500 м2/кг и размером частиц менее 100 мкм, афракция вяжущего - двухкопонентным составом из смеси в определенных пропорциях цемента и оптимизированной по закону RRSB-распределения (Rosin,Rammler, Sperling und Bennett) микрофракций, базисом которого является стандартное распределение Вейбулла, фракции известнякового наполнителя (0-0,050,08).F(х)=1–exp[(–x–xa)m/xa]Наполнитель(3.13)частица цементаD<=0,08заполнение порМодификатор гидратациикарбонатныйзаполнительизвестняковыйD>=0,05компонент вяжущегопорошокРисунок 3.16 – Иллюстрация типов функциональной роли тонкодисперсного известнякового компонентаДиаграмма (рисунок 3.16) иллюстрирует принцип изменения функциональных свойств компонентов в зависимости от степени дисперсности:Скелетная фракцияСвязующее.Раздвигаемая фракцияРаздвигающая фракцияИзвестняковый компонент представлен в работе функционирую-щим на всех четырех уровнях.Зернистые системы, состоящие только из фракции одного размера, представляют собой сингулярные системы, совокупные свойства которых главнымобразом определяются способом укладки зерен в единице объема.
Например, издвух типовмономодальных упаковок, простой кубической и гексагональной61(шахматной), меньшей пористостью и более плотной структурой (меньшей энтропией самоорганизации) обладают гексагональные упаковки (рисунок 3.17):Более устойчивое состояниеМенее устойчивое состояниегранулаdS1 = 0dS2>0Гексагональная мономодальнаяструктурагранулаПростая кубическая мономодальнаяструктураРисунок 3.17 – Виды сингулярности структурdS1 – изменение энтропии гексагональной упаковки (обратимый процесс),dS2 –изменение энтропии кубической упаковки (необратимый процесс).Данные упаковки (рисунок 3.17) характерны тем что коэффициент ξ=К/Gравен единице, а µ=(ξ+1)2/ξ равен четырем, где К – количество контактов, а G –количество гранул в единице объема упаковки (смотрите далее).Расчет бинарных систем произведен для случая комбинации фракций 5; 2,5;1,25; 0,63; 0,315; 0,16 и 0,1 известнякового заполнителя, которые принимались вэкспериментах данной работы согласно распределению Функа-Дингера.
Для получения бинарных смесей объемом 1 литр на основе указанных фракций определены коэффициенты α и θ. В результате определена величина пустотности каждойбинарной смеси на основе данных фракций. Величину насыпной плотности длябинарных смесей известнякового заполнителя определяем по формуле:γсм=2,7 [V1(1–Vп1)+V2(1–Vп2)],(3.14)где V1 и V2 – насыпной объем в составе бинарной смеси соответственнокрупнозернистой и мелкозернистой фракций, доля единицы объема,Vп1 и Vп2 – пустотность соответственно крупнозернистой и мелкозернистой фракций, безразмерная величина, 2. 7 – истинная плотность известняка, кг/дм3.
Данный способрасчета составов определяет точность соотношений компонентов (таблица 3.2).62Таблица 3.1 – Матрица для вычисления коэффициентов раздвижки и уплотненияD1D2D2D2D2D2D2Коэфициент раздвижки зерен2,55Α =(1+dn/dn-1)31,2552,50,6352,51,25Коэффициент уплотнения фракций0,315 52,51,250,63Φ =(1-dn/dn-1)0,1652,51,250,630,3150,152,51,250,630,315 0,16диаметры фракций, значения которых находятся в знаменателе расчетной формулы и соответствующие коэффициенты α и υ552,52,51,251,250,630,630,3150,135 0,160,16ΑΦΑΦΑΦΑΦΑΦΑΦ3,375 0,53,375 0,53,402 0,496 3,375 0,53,4290,492 4,291 0,3751,953 0,751,963 0,748 1,963 0,748 1,972 0,746 2,2870,6831,428 0,874 1,428 0,874 1,435 0,872 1,556 0,8411,201 0,937 1,205 0,936 1,260,921,099 0,968 1,125 0,961,061 0,98Величины пустотности фракций Vп10,4440,4540,4630,5340,5420,552Расчет расходов фракций в бинарных смесях производится по формулам:V1= 1л/α и v2=(υ*vп1+ α-1)/α, для v1 значения расходов следующие:V5V2,5V1,25V0,63V0,315V0,160,2960,2960,2940,2960,2920,2330,5120,5090,5090,5070,4370,70,70,6970,6430,8330,830,7940,910,8890,943Для V2 значения расходов следующие:0,7690,7710,7740,7830,7860,8150,6580,6640,6670,6950,7250,5710,5780,5840,6460,5140,5230,5440,4810,4990,468Величины пустотности каждой бинарной смеси: Vпсм=V1*Vп1*(1-υ)+V2*Vп20,4150,4240,4820,5030,5140,5290,3560,3660,4160,4450,4750,2980,3080,3530,4050,2570,2660,320,2310,2470,22163Зависимости величины пустотности фракции с размерами зерен d1от коэф-Пустотность фракцииd1=Vпd1/αфициента раздвижки зерен d1 зернами d2 иллюстрирует график:0,50,40,30,20,100123456789Коэффициент α раздвижки зерен d1 зернами d2Рисунок 3.18 – Зависимость пустотности от коэффициента раздвижкиПроектирование бинарных смесей являет собой расчетный базис для подбора состава многокомпонентных, полифракционных мелкозернистых композитов спомощью коэффициентов (рисунок 3.18).
Известно [108], что величина пустотности при повышении модальности упаковок изменяется незначительно, когда количество фракций увеличивается. Бимодальная кубическая упаковка имеет большую пустотность, по сравнению с тернарной кубической упаковкой. Следовательно, насыпная плотность имеет предел, независимо от числа фракций:наименьшая – при монофракционной кубической упаковке, наибольшие, порядка65 %, и почти постоянные значения насыпной плотности наблюдаются, начиная скватернарной гексагональной, оптимизированной упаковки, в случае заполненной и контактной структуры.Вышеописанная методика расчета составов бинарных смесей равно применяется и к тернарным системам, состоящим из трех фракций.
Тернарные смеси,наиболее плотные по упаковке частиц представляют собой заполненные, контактные системы, при правильном подборе которых через соотношения радиусов частиц фракций минимизируется величина пустотности смеси. Схема соотношенийрадиусов (рисунок 3.19):64(Для приведения в дальнейшем к разным размерностям R1 принимаем равным единице)R1СоотношенияСледующие:R2/R1= 0.156R3/R1= 0.063R3/R2=0.404R2=1 (нм, мкм, мм, см, м), взависимостиот количественноконтактногопредставленияR1R3R1Данные соотношения получены из расчета пропорций прямоугольного треугольника [А.И.Голубев. Методы оптимизации составов сыпучих смесей на основе сферофракций, Тверь,1994]Рисунок 3.19 – Схема к расчету плотной тернарной упаковкиДанная схема используется для проектирования смесей на единицу объемадля гексагональных уплотненных структур композитов.Зернистые системы на основе полифракционных минеральных материалов сповышенной величиной насыпной плотности можно приготовить двумя принципиально отличающимися способами.При описании способов проектирования оптимальных упаковок МЗКБ рассматривается сложное комбинирование всех типов упаковок в соответствии с физико-химическим взаимодействием компонентов в связующем МЗКБ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
