МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ НАЗНАЧЕНИЯ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОГО СОСТАВА БЕТОНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОЛОТОГО ГРАНУЛИРОВАННОГО ДОМЕННОГО ШЛАКА
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.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.Библиографические ссылки
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. 1