Виртуальный бетон

• 

  Сергей Ружинский

  Мне приходилось множество раз слышать - Дай рецептуру бетона, такой-то марочности, подвижности и морозостойкости. Ты нам мол по телефону продиктуй секретные цифирки, а мы тут на месте сколампацаем. Вот и опять, уже в рамках этого форума, всплывает этот извечный вопрос - подскажите некий универсальный рецепт.
  Без детальной и исчерпывающей лабораторной проверки компонентов сотавляющих бетонную смесь это невозможно сделать. Во всяком случае (об этом ниже) в наших условиях. А возможно только дать ориентировочный состав бетона, ориентировочную рецептуру со столь-же ориентировочными показателями как реологическими так и эксплуатационными.
  Бетон это, научным языком, композиционный материал приобретающий потребительские качества по воздействием внешних и внутренних условий. И его конечные показатели изменяются в зависимости от характеристик материалов составляющих эту композицию, от условий твердения и последующей эксплуатации а также характера предполагаемого нагружения. Причем эти все факторы изменчивости не просто аддитивны по отношению к конечным показателям а инвариантны в степенной зависимости. (Во загнул. Сейчас растолкую нормальным языком).
  Возьмем, например, простейший случай - цемент и вода. Смешиваем. Можно наперед сказать, что получится в итоге, какова будет хотя бы прочность? Вряд ли. Для моделирования процесса нам, как минимум, необходимо знать - какой цемент, каково его соотношение с водой (В/Ц), как твердел? Давайте, для простоты, ограничимся только этими факторами. Их у нас оказалось всего 3. Теперь условимся, что каждый из этих факторов имеет изменчивость равную только двум - цемен может быть М400, а может М500; В/Ц может быть 0.4 а может 0.5; твердение может быть нормальное, а может быть тепло-влажностное (пропаривание). В итоге конечных вариантов той-же прочности может быть 8 (2 в третьей степени).
  А если теперь эти рассуждения перенести на реальную почву, где факторов изменчивости и их инвариантности будет во много раз больше? Если сюда еще добавить и факторы реального производства обусловленные случайнностью или неконтролируемые производителем (марочность цемента не соответствует паспортной, гранулометрия заполнителей колеблется в каждой партии, дозировочное оборудование вносит погрешности, человеческий фактор, опять же и т.д.). Надеюсь канва моих рассуждений ясна. Как же быть?
  Бетоноведение решило случайные факторы опустить (это грубое конечно обьяснение, за подробностями обратитесь к соответствующей литературе) и создать мат. модели описывающие хотя бы факторы, степень изменчивости которых предсказуема, либо наперед задана.
  Степнь достоверности результатов, получаемых при помощи этих моделей достаточно высока. Настолько, что в Америке, Канаде, Германии и даже Польше уже давно существуют, так называемые "Лаборатории виртуального бетона". Позвонил по телефону, задал исходные параметры и тебе тут же выдают потребную рецептуру. Не бесплатно разумеется.
  Скажете мы, как всегда плетемся в хвосте? Ничуть. У нас тоже есть подобные модели. И даже получше. И соответствующие компьютерные программы есть. Но у нас, в отличие от благополучного Запада, факторы обусловленные случайностью, описываемые человеческим языком в категориях "Примерно", "Около", "Допускается", "Может быть ..." и прочие "авось" настолько определяющи, что какое либо моделирование, пусть трижды математическое, в конце концов, будет обязательно сведено на нет пьяным дядей Васей забывшем бутылку на тензоре весового дозатора.
  И если человеческий фактор при желании возможно минимизировать, то куда деваться от несовершенства отечественного строительного законодательства? Все свое существование СССР бился за качество цемента. Почитайте соответствующую переодику - из года в год одно и то же. Что в итоге? А в итоге то, что на Украине сейчас действуют нормативные законы (вероятней всего пролоббированные цементниками - в длинную руку ЦРУ уж как то не верится, своих разгильдяев хватает), по которым цемент характеризуется какими-то совершенно дурацкими нормами эффективности, в соответствии с которыми портландцементом смело можно назвать и чистоклинкерный цемент и такой в чьем составе до 35 процентов шлака. И весьма уважаемые организации запроектировали и построили на нем ответственные гидротехнические сооружения которые теперь нужно взрывать.
  Западным производителям легко. Цементы гарантированных характеристик (действительно гарантированных а не декларированных), заполнители разной гранулометрии (песок, например до 6 фракций, - и "Лаборатория виртуального бетона" подскажет в какой пропорции их смешать), действительно эффективные химические модификаторы (а не то, извините "импортное фуфло", заполонившее наш рынок). Что остается нам, бедным крестьянам?
  А ничего страшного, прорвемся.
  Первый и самый эффективный путь - лабораторная проверка рецептур полученных теоретически, на реалиях имеющихся материалов и технологий производства с учетом их изменчивости от случайных факторов. Долго, дорого. И доступно только крупным предприятиям с соответствующей лабораторно-испытательной базой. Но наверняка.
  Второй путь - взять где нибуть готовую рецептуру, поднатужится и сделать продукцию соответствующую проектным требованиям, засертифицировать ее. А дальше как получится - уж очень дорог постоянный лабораторный мониторинг.
  Третий путь наиболее приемлем для тех, у кого обьемы производства сравнительно невелики и не позволяют содержать лабораторную базу и специалистов, а рыночные условия диктуют требования по обеспечению продукции гарантированного качества. Это заведомое и осмысленное завышение характеристик бетона против проектных условий, чтобы при самых критических стечениях обстоятельств укладываться в требуемые нормативы. (Разумеется дядя Вася всегда должен учитываться как форсмажор - от судьбы не уйдешь). Во многих случаях оказывается, что именно это решение наиболее оправданно и с экономической точки зрения - затраты на производство более качественного, а соответственно и более дорогого, бетона оказываются гораздо ниже, чем лабораторный подбор оптимального состава. (Стоимость подобного исследования обычно от $200 до $1000).
  Вот именно для таких случаев и существуют таблицы оптимальных рецептур бетона. Все они носят разрозненный характер, фрагментарны, неполны а порой и противоречивы, излишне академичны и оторваны от реалий. Складывается впечатление, что они кочуют из издания в издание, больше ориентированы на узких теоретиков и "Слишком далеки от народа". Я повидал великое множество подобных рецептур и, именно такое мнение у меня сложилось.
  Единственную сводную таблицу, наиболее приближенную к реалиям строительного производства и базирующуюся на строгих мат. моделях удалось найти только у М.Ш.Файнера.
  (М.Ш.Файнер Новые закономерности в бетоноведении и их практическое приложение. Киев. Наукова думка. 2001, 448 стр.).
  В этой таблице все бетоны разделены на легкие, тяжелые, гидротехнические и дорожные. В свою очередь идут подразделы на бетоны для густоармированных изделий, малых архитектурных форм, обыкновенные и среднеармированные, для подводных сооружений на 3-х типах цементов (тип 2, 3 и ШПЦ) и для переменного уровня воды. Количество цемента, песка, щебня и воды, а также пластификаторов (взяты наиболее типовые и массово применяющиеся - ЛСТ, С-3, УПБ) нормируется по весу в зависимости от разных Ц/В, марок цемента, нормируемых удобоукладываемости и марочной прочности. Отдельные выдержки из этой таблицы приводятся ниже.
  Очень удобная таблица, можно сказать на все случаи жизни. В этой же книге имеется методика, вплоть до натурных примеров, перерасчета табличных данных, если исходные параметры бетонной смеси, принятые как базовые, отличаются от реальных. Методика конечно отпугнет "специалистов" уровня ПТУ, но по сравнению с остальными, излагаемыми в академическом бетоноведении, - огромаднейший шаг вперед, к нуждам практикующих строителей.
  За последние десять лет изданий по бетоноведению практически нет. А имеющиеся можно перечислить на пальцах одной руки. В основном мы живем литературным наследием старой советской строительной школы.
  Я эту книгу проглотил всю за ночь. Не берусь утверждать, что она окажется столь-же интересна и остальным, но очень рекомендую. Помимо темы хим. добавок рассмотренных в нетрадиционном а, порой, и необычном или даже спорном ключе, она изобилует очень ценными материалами и из других аспектов прикладного бетоноведения. (Один новый взгляд на проблемы морозостойкости чего стоит, а описание отдельных методов активации бетонов вообще впервые появилось в открытой печати).
  В любом случае труд автора, имеющего за спиной столь весомый научный багаж, уйму изобретений и публикаций по бетоноведению и который, к тому-же не побоялся на всю Украину вынести проблемы строительной индустрии и применимости хим. добавок заслуживает самого пристального внимания.
  С уважением, Сергей Ружинский, Харьков, Городок.
  -------------------------------------------------------------
  
  Таблица 1.
  Тяжелый бетон. Обыкновенные мало- и среднеармированные изделия и конструкции
  Дозировки цемента, воды, щебня и песка для получения 1 куб. метра бетона.
  [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19]
  В15 Ж2 М400 0.67 235 158 1332 706 0.20 0.47 1.00 1.00 0.67 5.67 3.00 1.00 0.87 4.61 2.94
  П1 М400 0.67 261 174 1250 721 0.22 0.57 1.00 1.00 0.67 4.79 2.76 1.00 0.87 3.89 2.70
  П3 М400 0.66 300 199 1156 714 0.22 0.66 1.00 1.00 0.66 3.85 2.38 1.00 0.86 3.13 2.33
  В20 Ж2 М400 0.55 289 158 1332 660 0.20 0.58 1.00 1.00 0.55 4.61 2.28 1.00 0.71 3.74 2.23
  П1 М400 0.54 322 175 1250 666 0.22 0.71 1.00 1.00 0.54 3.88 2.07 1.00 0.71 3.15 2.02
  П3 М400 0.54 374 201 1153 646 0.25 0.94 1.00 1.00 0.54 3.08 1.73 1.00 0.70 2.50 1.69
  В25 Ж2 М400 0.46 346 160 1328 612 0.22 0.76 1.00 1.00 0.46 3.84 1.77 1.00 0.60 3.12 1.73
  П1 М400 0.45 382 172 1245 618 0.25 0.96 1.00 1.00 0.45 3.26 1.62 1.00 0.59 2.65 1.58
  П3 М400 0.46 445 203 1150 585 0.28 1.25 1.00 1.00 0.46 2.58 1.31 1.00 0.59 2.10 1.28
  Ж2 М500 0.52 305 158 1332 647 0.22 0.67 1.00 1.00 0.52 4.37 2.12 1.00 0.67 3.55 2.07
  П1 М500 0.51 340 175 1250 651 0.25 0.85 1.00 1.00 0.51 3.68 1.91 1.00 0.67 2.99 1.87
  П3 М500 0.51 394 201 1153 631 0.28 1.10 1.00 1.00 0.51 2.93 1.60 1.00 0.66 2.38 1.57
  
  Таблица 2.
  Тяжелый бетон. Обыкновенные мало- и среднеармированные изделия и конструкции
  Дозировки воды, щебня и песка потребные на 1 мешок цемента (50 кг)
  (Пересчитанная Таблица 1)
  (Небольшие нестыковки с Таблицей 1 - погрешности округления)
  [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19]
  В15 Ж2 М400 0.67 50 34 283 150 0.20 0.10 0.21 1.00 0.67 5.67 3.00 1.00 0.87 4.61 2.94
  П1 М400 0.67 50 33 239 138 0.22 0.11 0.19 1.00 0.67 4.79 2.76 1.00 0.87 3.89 2.70
  П3 М400 0.66 50 33 193 119 0.22 0.11 0.17 1.00 0.66 3.85 2.38 1.00 0.86 3.13 2.33
  В20 Ж2 М400 0.55 50 27 230 114 0.20 0.10 0.17 1.00 0.55 4.61 2.28 1.00 0.71 3.74 2.23
  П1 М400 0.54 50 27 194 103 0.22 0.11 0.16 1.00 0.54 3.88 2.07 1.00 0.71 3.15 2.02
  П3 М400 0.54 50 27 154 86 0.25 0.13 0.13 1.00 0.54 3.08 1.73 1.00 0.70 2.50 1.69
  В25 Ж2 М400 0.46 50 23 192 88 0.22 0.11 0.14 1.00 0.46 3.84 1.77 1.00 0.60 3.12 1.73
  П1 М400 0.45 50 23 163 81 0.25 0.13 0.13 1.00 0.45 3.26 1.62 1.00 0.59 2.65 1.58
  П3 М400 0.46 50 23 129 66 0.28 0.14 0.11 1.00 0.46 2.58 1.31 1.00 0.59 2.10 1.28
  Ж2 М500 0.52 50 26 218 106 0.22 0.11 0.16 1.00 0.52 4.37 2.12 1.00 0.67 3.55 2.07
  П1 М500 0.51 50 26 184 96 0.25 0.13 0.15 1.00 0.51 3.68 1.91 1.00 0.67 2.99 1.87
  П3 М500 0.51 50 26 146 80 0.28 0.14 0.13 1.00 0.51 2.93 1.60 1.00 0.66 2.38 1.57
  
  Пояснения к таблицам:
  [1] - класс бетона.
  В15 - ближайшая марка бетона М200
  В20 - --- // --- М250
  В25 - --- // --- М325
  [2] - марка бетона по удобоукладываемости
  [3] - марка цемента
  [4] - водоцементное соотношение (В/Ц)
  [5] - количество цемента в кг
  [6] - количество воды в кг
  [7] - количество щебня в кг
  [8] - количество песка в кг
  [9] - дозировка пластификатора в процентах от массы цемента
  [10]- потребное количество пластификатора в кг по сухому веществу
  [11]- выход бетона в куб.метрах
  [12]-
  [13]- весовые (в кг) пропорции бетонной смеси [12]:[13]:[14]:[15]
  [14]- соответственно [цемент]:[вода]:[щебень]:[песок]
  [15]-
  [16]-
  [17]- обьемные (в литрах) пропорции бетонной смеси [12]:[13]:[14]:[15]
  [18]- соответственно [цемент]:[вода]:[щебень]:[песок]
  [19]-
  
  При составлении таблицы были приняты следующие начальные условия и
  допущения:
  1. Обьемные насыпные веса приняты:
  - цемент - 1.30 кг/литр
  - песок (карьерн. влажн.) - 1.33 кг/литр
  - щебень - 1.60 кг/литр
  2. Применяемый пластификатор - 2-3 группы эффективности
  типа ЛСТ, ЛСТМ, УПБ, УПБ-М и т.д.
  Ззамена пластификаторов 2-3 групп на пластификаторы 1 группы
  (Суперпластификаторы) допустима при условии обеспечения условия
  пороговой дозировки.
  3. Для ускорения твердения допустимо применять ускорители.
  Их доп. пластифицирующее влияние в настоящих таблицах не учтено.
  4. Для массивных конструкций предусмотреть применение
  замедлителей. Их влияние в настоящих таблицах не отражено.
  5. Гранулометрия заполнителей принята оптимальная. В случае несоблюдения
  этого требования требуется перерасчет.
  6. Фактическая активность цемента соответствует паспортной.
  В случае несоблюдения этого требования требуется перерасчет.
  7. Срок хранения цемента - не более 3-х месяцев.
  В случае несоблюдения этого требования требуется перерасчет.
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
• 

  Сергей Ружинский

  Сам вижу, что каша с таблиц получилась.
  Модератор помоги,
  
• 

  Игорь Кузнецов

  Правь руками ввиде обычного текста. Таблицы в сообщения не вставляются. Либо как вариант сделай их в виде картинок. Как вставить картинку смотри в правилах.
  Игорь Кузнецов.