МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ НАЗНАЧЕНИЯ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОГО СОСТАВА БЕТОНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОЛОТОГО ГРАНУЛИРОВАННОГО ДОМЕННОГО ШЛАКА

Илья Михайлович Иванов, Людмила Яковлевна Крамар

Аннотация


Произведѐн выбор материалов, повышающих эффективность бетонов, предложен под-ход к оптимальному использованию гранулированного доменного шлака. В целях получения высокого экономического эффекта реализована оптимизация состава бетона с учѐтом дина-мики набора его прочности, для чего выведены упрощѐнные уравнения твердения бетона, яв-ляющиеся ядром разработанной математической модели. Контроль качества принятых мате-риалов, испытания бетонных смесей на удобоукладываемость и образцов бетона на проч-ность проведены в соответствии с действующими стандартами России. Обработка получен-ных данных выполнена в программном обеспечении Microsoft Excel, а получение уравнений и графиков поверхностей откликов – в StatSoft STATISTICA. Проведѐн планированный экс-перимент, в котором варьируемыми факторами приняты: расход цемента (от 280 до 440 кг на 1 м3 бетона) и содержание шлака в цементе (от 24 до 76 %). В каждой точке плана произ-ведѐн экспериментальный подбор параметров состава бетона, получены уравнения и графики поверхностей откликов для этих параметров. Испытания образцов бетона на прочность при нормальных условиях твердения стремились выполнять на 3, 7 и 28-е сутки, а при твердении с тепловой обработкой (7 ч, 70 C) – на 1, 7 и 28-е сутки. По средним значениям прочности в фактические сроки испытания для всех полученных составов определены уравнения тверде-ния, из которых вычислена прочность ровно в 1-е и 28-е сутки для всех точек плана, а затем получены уравнения поверхностей отклика по прочности. Последние необходимы для вы-числения прочности любого из плана состава бетона к заданному сроку по ранее выведенным упрощѐнным уравнениям твердения. Эти и другие полученные уравнения объединены в ма-тематическую модель, состоящую из блоков: вводных параметров, вычисления прочности, вычисления параметров состава бетона, расчѐта расхода компонентов и оценки себестоимо-сти. Представленная в статье математическая модель через разработанные виджеты в среде Excel позволяет быстро и достаточно точно решать задачу оптимизации – для выбранных ус-ловий твердения назначать состав бетона с минимальной себестоимостью и условием обес-печения требуемой прочности к заданному сроку.

Ключевые слова


математическая модель, оптимизация состава бетона, высокоэф-фективный бетон, молотый гранулированный доменный шлак (МГДШ), портландцемент (ПЦ или ЦЕМ I), шлакопортландцемент (ШПЦ или ЦЕМ III), отсев дробления щебня.

Полный текст:

PDF

Литература


Ozbay, E. Utilization and Efficiency of Ground Granulated Blast Furnace Slag on Concrete Properties – A Review / E. Ozbay, M. Erdemir, H.I. Durmus // Construction and Building Materials. – 2016. – Vol. 105. – P. 423–434.

Saranya, P. Eco-friendly GGBS Concrete: A State-of-The-Art Review / P. Saranya, P. Nagarajan, A.P. Shashikala // IOP Conference Se-

ries: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 330, № 1. – P. 012057, 1–5.

Ozturk, O. Mechanical and Workability Eva-lution of Self-Compacting Concrete Incorporating High Volume Ground Granulated Blast Furnace Slag / O. Ozturk, B. Dalgic, U.S. Keskin // Cement Wapno Beton. – 2017. – Vol. 22, № 2. – P. 145–148.

Tang, K. Early-age Heat Development in GGBS Concrete Structures / K. Tang, S. Millard, G. Beattie // Proceedings of the Institution of Civil Engineers: Structures and Buildings. – 2015. – Vol. 168, № 8. – P. 541–553.

Osborne, G.J. Durability of Portland Blast-furnace Slag Cement Concrete / G.J. Osborne // Ce-ment and Concrete Composites. – 1999. – Vol. 21, № 1. – P. 11–21.

Performance of Reinforced Concrete Beams Cast with Different Percentages of GGBS Replace-ment to Cement / R.A. Hawileh, J.A. Abdalla, F. Fardmanesh et al. // Archives of Civil and Mechani-cal Engineering. – 2017. – Vol. 17, № 3. – P. 511–519.

Aghaeipour, A. Effect of Ground Granulated Blast Furnace Slag (GGBFS) on RCCP durability / A. Aghaeipour, M. Madhkhan // Construction and Building Materials. – 2017. – Vol. 141. – P. 533–541.

Xu, G. Effect of Steel Slag and Granulated Blast-furnace Slag on the Mechanical Strength and Pore Structure of Cement Composites / G. Xu, X. He, Y. He // Journal Wuhan University of Technology, Materials Science Edition. – 2018. – Vol. 33, № 5. – P. 1186–1192.

Air Void System and Frost-salt Scaling of Concrete Containing Slag-Blended Cement / Z. Giergiczny, M.A. Glinicki, M. Sokołowski, M. Zie-linski // Construction and Building Materials. – 2009. – Vol. 23, № 6. – P. 2451–2456.

GGBS and Fly Ash Effects on Compressive Strength by Partial Replacement of Cement Concrete / A.A. Phul, M.J. Memon, S.N.R. Shah, A.R. Sandhu // Civil Engineering Journal. – 2019. – Vol. 5, № 4. – P. 913–921.

Samad, S. Strength Development Characte-ristics of Concrete Produced with Blended Cement Using Ground Granulated Blast Furnace Slag (GGBS) under Various Curing Conditions / S. Samad, A. Shah, M.C. Limbachiya // Sadhana – Academy Proceedings in Engineering Sciences. – 2017. – Vol. 42, № 7. – P. 1203–1213.

Rao, S.K. Abrasion Resistance and Mechan-ical Properties of Roller Compacted Concrete with GGBS / S.K. Rao, P. Sravana, T.C. Rao // Construc-tion and Building Materials. – 2016. – Vol. 114. – P. 925–933.

Richardson, I.G. Microstructure and Micro-analysis of Hardened Cement Pastes Involving Ground Granulated Blast-furnace Slag / I.G. Richard-son, G.W. Groves // Journal of Materials Science. – 1992. – Vol. 27, № 22. – P. 6204–6212.

Lukowski, P. Durability of Mortars Contain-ing Ground Granulated Blast-furnace Slag in Acidand Sulphate Environment / P. Lukowski, A. Salih // Procedia Engineering. – 2015. – Vol. 108. – P. 47–54.

Ground Granulated Blast Furnace Slag Ef-fect on the Durability of Ternary Cementitious System Exposed to Combined Attack of Chloride and Sulfate / G. Li, A. Zhang, Z. Song et al. // Construction and Building Materials. – 2018. – Vol. 158. – P. 640–648.

Иванов, И.М. Бетон на основе шлако-портландцемента для дорожных и аэродромных покрытий / И.М. Иванов, Л.Я. Крамар, А.А. Кир-санова // Цемент и его применение. – 2019. – № 2. – С. 96–102.

Ключевые показатели цементной и строительной отраслей России за 2019 год. – https://jcement.ru/statistic/klyuchevye-pokazateli-tsementnoy-i-stroitelnoy-otrasley-rossii-za-2019-god/ (дата обращения: 9 мая 2020).

Pizon, J. Influence of Hardening Accelerat-ing Admixtures on Properties of Cement with Ground Granulated Blast Furnace Slag / J. Pizon, P. Miera,

B. Lazniewska-Piekarczyk // Procedia Engineering. – 2016. – Vol. 161. – P. 1070–1075.

Трофимов, Б.Я. Молотый доменный гра-нулированный шлак и способы его активации / Б.Я. Трофимов, К.В. Шулдяков // Труды междуна-родной научно-технической конференции «Пром-Инжиниринг» 2015. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2015. – С. 146–152.

ТУ 38.32.22-012-99126491-2017. Добавка активная минеральная для производства бетонов, растворов и сухих строительных смесей Green-Cems GGBS-450 (шлак доменный гранулированный молотый). – Челябинск: ООО Мечел-Материалы, 2017. – 25 c.

Хицков, А.А. Влияние глинистых частиц различных песков на эффективность поликарбок-силатных суперпластификаторов и свойства це-ментного камня / А.А. Хицков, И.М. Иванов, Л.Я. Крамар // Строительство и реконструкция. – 2018. – № 6. – С. 102–116.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.