Эффективность применения жестких смесей может быть выявлена путем сопоставления расходов цемента, необходимых для получения заданной прочности бетонов, приготовленных на смесях различной жесткости. Для сопоставления следует построить графики, выражающие количественную связь прочности бетона и расхода цемента для малоподвижных и жестких бетонных смесей.
На рис. 77 и 78 приведены примеры таких зависимостей при ускоренных и обычных режимах твердения. Кривые на графиках относятся к бетонным смесям, приготовленным на гравии с предельной крупностью 20 мм и цементе Белгородского завода марки 500.
Как видно из графиков, бетон данной прочности может быть получен при тем меньших расходах цемента, чем больше жесткость смеси. При ускоренных режимах твердения применение смесей с жесткостью 100—120 сек. (нормально жесткие смеси) позволяет сократить расход цемента на 25—30% по сравнению с малоподвижными смесями с жесткостью 20—25 сек. Для смесей с жесткостью 250—300 и 600 сек. (особо жесткие смеси) экономия цемента может составить 40—60%.
При продолжительных сроках твердения эффективность жестких смесей несколько уменьшается. Однако и в этом случае экономия цемента по сравнению с малоподвижными смесями (20—25 сек.) составляет 15—20% для нормально жестких смесей (100—120 сек.) и 30—40% для особо жестких (400—600 сек.).
Приведенные графики показывают, что жесткие бетонные смеси особенно эффективны при их использовании для получения высокопрочных бетонов. Расходы цемента в этом случае понижаются особенно значительно.
В табл. 37 показано возможное повышение прочности бетона при неизменяем расходе цемента, которое достигается в результате применения жестких бетонных смесей.
Как видно из таблицы, прочность бетонов из жестких бетонных смесей составляет яри обычных режимах твердения по сравнению с малоподвижными смесями 120—150% для нормально жестких смесей и 130—180% для особо жестких и доходит до 200—300% при ускоренных режимах.
Выше уже приводились данные, показывающие, что применение жестких бетонных смесей позволяет сократить продолжительность твердения изделий. При неизменном расходе цемента нормально жесткие смеси (100—200 сек.) требуют для получения той же прочности примерно в 1,6 раза меньшей продолжительности пропаривания и в 3 раза меньшего времени выдерживания в естественных условиях, чем при использовании малоподвижных смесей (25— 30 сек;). Для особо жестких смесей (300—600 сек.) продолжительность твердения может быть сокращена в 2 раза при тепловой обработке и в 4 раза при естественном твердении.
Изделия из жестких бетонных смесей могут быть распалублены немедленно после уплотнения. Это значительно упрощает технологический процесс производства пустотелых и ребристых изделий, уменьшает затраты рабочей силы на распалубку, сборку и смазку форм и уменьшает расход металла на бортоснастку, превращая ее в часть формующего агрегата.
Помимо перечисленных преимуществ, увеличение жесткости смеси улучшает физико-механические свойства бетона за счет меньшего содержания воды и цементного теста, а также меньшей пористости и большей плотности бетона.
Бетоны из жестких бетонных смесей обладают меньшей усадкой, чем бетоны из малоподвижных смесей, благодаря уменьшенному количеству цементного камня в составе бетона. По данным А. Е. Десова, уменьшение водосодержания с 160 до 120 л/м3, т. е. на 25% при неизменном В/Ц, уменьшает усадку бетона, хранившегося 7 дней в условиях атмосферной влажности, а затем при температуре 21,5о и 50% относительной влажности воздуха, с 500 до 300 μ/м, т. е. почти в 2 раза.
Повышение жесткости бетонной смеси и связанное с этим уменьшение содержания в. бетоне цементного камня и воды обуславливает уменьшение ползучести бетона, что особенно важно для предварительно напряженных конструкций.
Бетоны из жестких смесей, отличающиеся большим количеством крупного заполнителя или меньшим водоцементным отношением по сравнению с малоподвижными смесями, обладают повышенным модулем упругости, прочностью при растяжении, изгибе и ударе. Особенно большая разница наблюдается, так же как и при сравнении прочностных показателей при коротких режимах твердения и высоких значениях В/Ц (в тощих составах).
Бетоны из жестких смесей, отличающиеся пониженным содержанием цементно-песчаного раствора, показывают более высокое сопротивление истирающему воздействию. Бетоны из жестких смесей, имея повышенную плотность, характеризуются высокой морозостойкостью, водонепроницаемостью и, следовательно, долговечностью. Это преимущество жестких бетонов было наглядно доказано исследованием Г. И. Горчакова. Опыт изготовления водонепроницаемых железобетонных тюбингов из жестких бетонных смесей также подтверждает их высокую эффективность.
Утвержденные Госстроем указания по применению жестких бетонных смесей (У 110-56) определяют, что основной целью использования таких смесей является экономия цемента по сравнению с малоподвижными смесями.
Высокопрочные бетоны марки 500 и выше из малоподвижной бетонной смеси могут быть получены при расходе цемента активностью 500 кг/см2 более 500—600 кг/м3, т. е. таком расходе, при котором уже цемент используется с пониженной эффективностью.
Только использование жестких бетонных смесей для получения высокопрочных бетонов может дать экономию цемента и эффективное использование его прочностных свойств.
Экономия цемента может быть получена и при обычных бетонах марки около 200, твердеющих при средней продолжительности пропаривания. В этом случае расход цемента может быть снижен с 300—350 кг/м3 до 200—220 кг/м3, т. е. на 30—35%.
Проведем технико-экономическое сравнение изготовления железобетонных изделий из жестких и малоподвижных бетонных смесей.
В табл. 38 приведены показатели эффективности применения жестких бетонных смесей в среднем по сравнению с малоподвижными смесями (жесткость 20—25 сек.).
Экономическая эффективность вышеприведенных показателей подсчитана канд. техн. наук Е. И. Дунаевским на основании следующих приближенных данных:
1) стоимость цемента франко-бетонный завод на 1 м3 бетона — 55 руб.;
2) удельный расход цемента марки 500 на 1 м3 бетона марки 200 при малоподвижных смесях — 350 кг;
3) стоимость 1 м3 крупного заполнителя франко-бетонный завод—70 руб., а на 1 м3 бетона 70X0,8 = 56 руб., соответствующая стоимость 1 м3 песка — 30 руб.;
4) трудовые затраты на распалубку и сборку форм составляют при распалубке уже готовых изделий для конвейерного производства (типа Люберецкого завода) 3—4 сменных рабочих на конвейере с производительностью порядка 50 000 м3 бетона в год. При агрегатно-поточном производстве соответствующие трудовые затраты несколько ниже — оплата рабочего порядка 30 руб. в день или 10 000 в год (примерно 1,5 чел.-дня в сутки на 10 000 м3 бетона в год).
При немедленной распалубке можно условно принять, что удельные затраты на разборку и сборку бортоснастки снижаются примерно вдвое;
5) вес бортоснастки составляет для широких вагонеток (типа Люберецкого завода) примерно 0,7 т на вагонетку. Стоимость этой бортоснастки порядка 2—3 тыс. руб. за 1 т (т. е. 2 тыс. руб. на вагонетку);
6) длительность пропаривания обычной бетонной смеси порядка 16 час. Себестоимость пропаривания, по имеющимся расчетам, порядка 1 руб. на 1 м3 бетона за каждый час пропаривания.
При вышеуказанных условиях применение жестких смесей даст (по сравнению с малоподвижными) следующую экономию.
Если учесть, что при применении жестких бетонных смесей появляется потребность в некоторых дополнительных формующих приспособлениях, удлиняется время перемешивания бетонной смеси и увеличивается расход электроэнергии при формовании, то действительная экономия будет меньше, чем это следует из приведенного расчета.
При громадных масштабах производства сборного железобетона в России экономия может составить несколько десятков миллионов рублей в год. Тем не менее приведенные данные показывают, что использование жестких бетонных смесей отнюдь не обеспечивает, значительное снижение себестоимости железобетонных изделий.
При жесткости бетонной смеси 100 сек, и соответствующей жесткости снижении расхода цемента по сравнению с расходом цемента для малоподвижных смесей на 20—25% имеет место, как показано выше, денежная экономия всего в 4 руб. на 1 м3 бетона.
Столь незначительная денежная экономия объясняется увеличением доли крупного заполнителя в жестких бетонных смесях и сопутствующим этому увеличению удорожанием заполнителей, а также повышением амортизационных расходов из-за усложненного оборудования для формования жестких смесей.
Необходимо однако подчеркнуть, что экономия цемента в среднем 0,08 г на 1 м3 бетона важна не только в денежном отношении, но и как источник дополнительных ресурсов цемента. Каждый миллион кубических метров бетона, изготовленного из жестких бетонных смесей, означает экономию около 80 000 т цемента.
Для более успешного внедрения жестких смесей необходимо установить, в каких изделиях эти смеси должны использоваться в первую очередь. Жесткие смеси наиболее эффективно могут быть использованы для изделий, у которых технология упрощается при их применении. К ним относятся в первую очередь пустотелые элементы перекрытий и покрытий и ребристые конструкции покрытий, а также пустотелые блоки фундаментов и стеновые блоки.
Как известно, многопустотные элементы перекрытий составляют около 70% от объема изделий для жилищного строительства и их несомненные преимущества (большая пустотность порядка 50% и готовые пол и потолок) явились основанием для рекомендации Госстроем многопустотных панелей со сводчатыми пустотами в качестве основного типа перекрытий.
Эти элементы должны изготовляться из жестких бетонных смесей, так как только при этом удается сохранить форму изделия после извлечения пустотообразователей.
Повышение жесткости бетонных смесей, увеличивающее структурную прочность свежеотформованного бетона, способствует ликвидации отдельных случаев брака (трещины в сводах или провалы свода), имеющих иногда место при формовании таких изделий.
Ребристые и часторебристые панели, а также пустотелые блоки фундаментов и стеновые блоки, в которых пустотообразователи или вкладыши также извлекаются немедленно по окончании формования, по той же причине требуют для своего качественного изготовления жестких бетонных смесей.
В большинстве упомянутых случаев формование производится таким образом, что одновременно с извлечением пустотообразователей или вкладышей производится отодвигание бортов формы (борта составляют часть машины), что во много раз уменьшает металлоемкость бортоснастки.
В итоге можно сказать, что жесткие бетонные смеси, обеспечивающие существенную экономию цемента в промышленности железобетонных изделий, должны в первую очередь внедряться при изготовлении пустотелых и ребристых элементов, формование которых производится с извлечением пустотообразователей (вкладышей) и со снятием в большинстве случаев бортов формы немедленно по окончании формования, а также методом вибропроката. |
