Оптимизация состава бетона с базальтовым наполнителем

Подбор оптимального состава базальтофибро бетона произведен методом математического планирования экспериментов. Методика эксперимента изложена в главе 2. Оптимизацию состава производили почти в стационарной области, т. е. в области оптимума, так как из ранее проведенных опытов [63] эта область известна.

В качестве оптимизируемой величины принята прочность бетона на сжатие в возрасте 28 суток нормального твердения (R_сж²⁸). Описание данного свойства бетона производили полиномом второго порядка с тремя переменными факторами. В качестве переменных факторов были приняты:

X₁ — дозировка суперпластификатора С-3, % от массы смешенного вяжущего;

X₂-содержание золы-уноса, % от массы цемента;

X₃-степень наполнения базальтовым волокном,% от массы смешенного вяжущего.

В проведенных исследованиях был реализован план полного факторного эксперимента 2³. Центр эксперимента (X₀) и интервалы варьирования переменных факторов (?X_i) приведены в табл.4.2. При назначении интервалов варьирования перменных факторов были использованы ранее полученные и опубликованные результаты исследований [25].

Таблица 4.2.

Исходные данные для планирования экспериментов.

В результате реализации ортогонального плана полного факторного эксперимента 2³ были плучены следующие результаты (табл.4.3.).

Таблица 4.3.

Матрица планирования экспериментов и результаты испытаний.

Математической обработкой полученных результатов экспериментов были вычеслены коэффициенты уравнения, описывающее прочность бетона на сжатие в возрасте 28 суток нормального твердения. Полученное уравнение имеет следующий вид:

R_сж²⁸ =62,3+2,82 X₁+1,30 X₂ +2,07 X₃-2,95X₁² — 0,88X₂² -1,75X₃²-1,23X₁X₂X_3.

Технологический анализ математической модели прочности бетона.

R_сж²⁸ производили графоаналитическим методом. Для этого были построены графические зависимости прочности бетона от группы технологических факторов. Анализ математической модели прочности бетона при введении МЗН на основе суперпластификатора С-3 позволил сделать следующие выводы:

• — начиболее значимым фактором в математической модели являетической модели является дозировка добавки С-3 (X₁), так как коэффициенты при X₁ и X₁² оказались наибольшими по абсолютной величине: +2,82 и -2,95. Различие в знаках при коэффициентах свидетельствует о том, что центр эксперимента выбран в области оптимума. Оптимальное значение дозировки суперпластификатора С-3 в составе составляет 2,1%;
• — вторым по значимости фактором в математической модели является фактор X₃ — степень наполнения базальтовым волокном базальтофиробетона. С увеличением содержания базальтового наполнителя в базальтофибробетон непрочность будет снижаться и за пределами исследуемой области. Поэтому содержание базальтового волокна в базальтофибробетоне следует ограничить из условия достижения прочности бетона класса В40. Исходя из этих соображений, максимальная степень наполнения бетона базальтовой фиброй должен быть равной 4%.
• — наименее значимым фактором в математической модели является фактор X₂-содержание золы-уноса в базальтофибробетоне. Коэффициенты при X₂ (+1,30) и X₂² (- 0,88) также подтверждают, что центр эксперимента находится в области оптимума. Оптимальное значение содержание золы-уноса в базальтофибробетоне находится путем исследования уравнения регрессии на экстремум по переменному — X₂. Выявленное оптимальное значение содержание золы-уноса в базальтофибробетоне равняется 11%;

Таким образом, применение золы-уноса, базальтового дисперсно-волокнистого наполнителя и суперпластификатора С-3 в мелкозернистых бетонных смесях и при двухстадийной технологии приготовления позволяет получить высокопрочный бетон класса В40 на рядовом цементе марки М400. При этом следует обеспечить оптимальное значение следующих технологических параметров: дозировка суперпластификатора С-3 в составе базальтофибробетона — 2,1% от массы смешенного вяжущего ;содержание базальтового волокна в базальтофибробетоне — 4%; содержание золы-уноса в базальтофибробетоне- 11%.