Печатается по решению секции заводской технологии бетона и железобетона НТС НИИЖБ Госстроя СССР от 11 июня 1982 г.

Изложены принципы проведения статистического анализа качества сырьевых материалов и бетонных смесей на плотных заполнителях, организации оперативного контроля и регулирования уровня качества. Приведены допустимые колебания свойств сырьевых материалов для того или иного уровня качества бетонной смеси и способы расчета оптимального рабочего состава на реальных материалах в темпе протекания технологического процесса по номограммам и посредством ЭВМ по математической модели.

Рекомендации предназначены для ИТР службы контроля и управления качеством продукции заводов сборного железобетона.

Табл. 3, ил. 4.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящие Рекомендации разработаны к ГОСТ 18105.0-80 - 18105.1-80 и распространяются на проведение оперативного контроля технологических величин, влияющих на выходные параметры качества бетонной смеси, а также корректирование по полученным результатам рабочей дозировки составляющих бетонной смеси на плотных заполнителях.

Рекомендации направлены на обеспечение и поддержание определенного уровня качества бетонной смеси в процессе ее приготовления.

Рекомендации разработаны в лаборатории совершенствования заводской технологии железобетона НИИЖБ Госстроя СССР (канд. техн. наук М.В. Младова, инж. О.В. Седова).

Замечания и предложения по содержанию Рекомендаций просим направлять в НИИЖБ по адресу: 109389, Москва, 2-я Институтская ул., д. 6.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Контролируемыми параметрами качества бетонной смеси являются удобоукладываемость и проектируемая прочность. Колебание их значений, вызываемое колебанием влияющих на них факторов, можно поддерживать в желаемых пределах путем корректирования состава бетона по известным значениям факторов.

Определенный уровень качества <*> бетонной смеси достигается путем обеспечения и поддержания значений влияющих на него факторов в пределах допусков, т.е. управления качеством <*> (составом).

--------------------------------

<*> См. ГОСТ 15467-70.

1.2. Для регулирования качества (состава) бетонной смеси необходимо определять следующие значения величин с такой периодичностью:

для цемента

активность R_ц, МПа - в каждой партии;

нормальная густота НГ, % - 1 раз в смену;

плотность , г/см³ - в каждой партии;

для песка

плотность , г/см³ - в каждой партии;

насыпная плотность , г/см³ - 1 раз в смену;

содержание зерен крупностью более 5 мм d, % - 1 раз в смену;

стандарт (среднеквадратическое отклонение) зерен крупностью более 5 мм в смену f, % - в каждой партии;

модуль крупности М_кр - оперативно;

загрязненность (отмучивание) m, % - 1 раз в смену;

естественная влажность W_п, % - оперативно;

для щебня

плотность , г/см³ - в каждой партии;

насыпная плотность , г/см³ - оперативно;

содержание зерен крупностью менее 5 мм c, % - 1 раз в смену;

стандарт зерен крупностью более 5 мм K, % - в каждой партии;

условное водопоглощение , % - в каждой партии;

загрязненность p, % - в каждой партии;

прочность (дробимость) R_щ, МПа - в каждой партии;

естественная влажность W_щ, % - оперативно;

для бетонной смеси

осадка конуса ОК, см - оперативно;

жесткость Ж, с - оперативно;

проектируемая прочность R_б, МПа - оперативно.

1.3. Значения величин, названных в п. 1.2, находят путем проведения приемочного контроля в момент поступления партии материала на предприятие и оперативного контроля факторов, изменчивость которых внутри смены или внутри партии превышает допустимое отклонение (см. ниже табл. 1).

1.4. Приемочный контроль проводится в соответствии с требованиями: для крупного заполнителя - ГОСТ 8269-76, для мелкого заполнителя - ГОСТ 8735-75, для цемента - ГОСТ 310.1-81 - 310.4.81. При проведении приемочного контроля устанавливаются значения величин, относящиеся ко всей партии материала. При этом должно быть гарантировано, что поступающий в работу материал не смешан по партиям. В противном случае испытание необходимо повторить на контрольной пробе, отбираемой в момент заполнения расходного бункера над дозатором.

1.5. Под оперативным контролем следует понимать дополнительный контроль отдельных факторов качества сырьевых материалов и бетонной смеси, который проводится в темпе протекания технологического процесса в связи с недостаточной степенью однородности материалов, расходуемых на приготовление партии бетонной смеси.

1.6. Уровень качества бетонной смеси определяется коэффициентом вариации контролируемых параметров и обеспечивается путем поддержания влияющих факторов в допустимых пределах колебаний. Уровни качества бетонной смеси и соответствующие им допустимые колебания влияющих факторов приведены в табл. 1.

1.7. Фактическое колебание параметров и факторов устанавливается путем проведения внутрисменного статистического анализа.

1.8. Корректирование состава бетона производится в случае, если разница между полученным при очередном испытании и использованным для расчета состава бетона значением фактора превысит допустимое колебание в соответствии с выбранным уровнем качества контролируемых параметров.

2. ОРГАНИЗАЦИЯ ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ И КОРРЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВА БЕТОНА

2.1. Организация оперативного контроля заключается в проведении статистического анализа и установлении периодичности контрольных испытаний.

Для всех величин, значение которых находится оперативно (см. п. 1.2 настоящих Рекомендаций), проводится статистический анализ, в результате которого устанавливают среднеарифметическое значение, среднеквадратическое отклонение и коэффициент вариации внутри партии и внутри смены (от замеса к замесу).

2.2. С этой целью из расходных бункеров над дозатором отбирают пробы в количестве 5 - 6 кг и проводят испытания материала по соответствующему ГОСТ (см. п. 1.4 настоящих Рекомендаций) в такой последовательности:

вся проба материала взвешивается;

проба высушивается и взвешивается;

проводится рассев материала;

определяется содержание пылевидных частиц отмучиванием.

2.3. При внутрисменном анализе материалов пробы отбираются от каждого замеса, но не менее 10 раз в смену; при внутрипартионном анализе - в течение 5 смен от одной партии.

2.4. Результаты испытания должны быть занесены в журнал, в котором указываются: дата, смена, наименование материала, расход материалов на замес (или на 1 м³), удобоукладываемость бетонной смеси, отпускная и марочная прочности партии бетона, от которой была отобрана проба.

2.5. Выходные параметры бетонной смеси определяют по ГОСТ 10180-78 и ГОСТ 10181.0-81 - 10181.4-81.

2.6. Среднеарифметическое значение величины определяют по формуле

где x_i - единичный результат измерения; n - число измерений.

2.7. Среднеквадратическое отклонения S определяют по формуле

2.8. Коэффициент вариации v определяют по формуле

2.9. Число определений оперативно контролируемой величины в смену n находят из отношения квадрата внутрисменного среднеквадратического отклонения (дисперсии) величины S², установленного статистическим анализом, к квадрату допустимого колебания фактора Sg², установленного по табл. 1 в соответствии с требуемым уровнем качества бетонной смеси в партии,

2.10. Выбор допустимого колебания факторов производится в соответствии с техническими возможностями осуществления требуемой периодичности оперативного контроля n. При числе испытаний более 4 в смену значение величины должно определяться специальным автоматическим контрольным датчиком, при меньшем числе испытаний может быть использован экспресс-метод.

2.11. По результатам оперативного контроля проводится корректирование состава, т.е. определяется оптимальная рабочая дозировка составляющих. Согласно пп. 2.12 - 2.16 рассчитывают номинальный, а пп. 2.17 - 2.22 - рабочий состав бетонной смеси.

2.12. По номограмме, приведенной на рис. 1, определяют Ц/В (В/Ц) при условии, что R_щ/R_б >= 1,5 для R_б < 30 и R_щ/R_б >= 2 для R_б >= 30, а R_б = R^т по ГОСТ 18105.0-80.

2.13. По номограммам на рис. 2 и 3 определяют водопотребность бетонной смеси. При использовании добавок или щебня (гравия) крупностью более 20 мм в номограмму должны быть внесены соответствующие поправки, значения которых находят в соответствии с п. 3.7 настоящих Рекомендаций.

2.14. Расход щебня (гравия) на 1 м³ подвижной бетонной смеси определяют по формуле

где v_щ - расход щебня, м³.

Для жестких бетонных смесей расход щебня определяют по формуле

2.15. Если приведенные в п. 2.12 условия по прочности щебня не выполняются, расход щебня не может быть более

2.16. Расход материалов определяют по формулам

2.17. После определения номинального состава производят корректирование составляющих по загрязненности заполнителей.

Перерасход цемента определяется по формулам

а) при загрязненности щебня

б) при загрязненности песка

Общий расход цемента равен

2.18. После внесения поправок на расход цемента проводят проверку на минимум и максимум расхода цемента по условию

Если Ц' < 200, то при отсутствии цемента более низкой марки расход его принимается равным 220 кг.

Если Ц' > 600, то необходимо использовать цемент более высокой марки либо снизить водопотребность смеси введением добавок.

2.19. Проверку на достаточность цементного клея для заполнения пустот в заполнителе проводят по формуле

где или . (15)

2.20. Уточненное Ц/В определяют по формуле

2.21. Расчет рабочего состава на 1 м³ бетонной смеси производят, внося поправки на применение смешанных и влажных заполнителей.

Количество смешанного песка или песчано-гравийной смеси (ПГС) определяют по формуле

Количество смешанного щебня или песчано-гравийной смеси определяют по формуле

Количество влажного песка определяют по формуле

Количество влажного щебня определяют по формуле

Рабочий расход воды с учетом влажности заполнителей определяют по формуле

2.22. Расход материалов на замес определяют путем умножения рабочего состава из формул (13), (19), (20) и (21) на объем одного замеса.

3. РЕГУЛИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА (СОСТАВА) БЕТОННОЙ СМЕСИ ПОСРЕДСТВОМ ЭВМ

3.1. Для регулирования качества бетонной смеси посредством ЭВМ в вычислительный центр направляют исходные данные по мере их поступления (получения результатов испытаний).

Исходные данные заносят в бланк следующего вида:

В бланк задания на расчет состава бетона против параметра "марка бетона" ставят значение R^т - требуемой прочности бетона в партии, определенное по ГОСТ 18105.0-80.

3.2. Расчет состава бетонной смеси проводится на ЭВМ по специальной программе. В основу программы положена математическая модель управления составом бетонной смеси, основные закономерности которой даны в пп. 2.12 - 2.22 настоящих Рекомендаций.

3.3. Цементно-водное отношение определяют для ОК < 4 см по формуле (22), для ОК = 4 - 8 см - по формуле (22 а), для ОК = 9 - 12 см - по формуле (22 б), для ОК > 12 см - по формуле (2.2 в).

В формулах (22) - (22 в):

3.4. Водопотребность подвижной бетонной смеси определяют по формуле

Водопотребность жесткой бетонной смеси определяют по формуле

3.5. Для предотвращения расслаиваемости бетонной смеси на цементах с НГ <= 33% при Ц/В >= 1,67, а также с НГ > 33% при Ц/В >= 1,42 объем щебня определяется по формуле

3.6. Алгоритм программы расчета состава бетонной смеси на ЭВМ представлен на рис. 4. В выходном документе печатаются:

входные данные;

перерасход цемента при использовании цемента с НГ > 28%;

перерасход цемента вследствие загрязненности заполнителей;

перерасход цемента при использовании смешанных заполнителей;

номинальный состав бетонной смеси на сухих несмешанных заполнителях;

рабочий состав бетона на 1 м³;

рабочая дозировка на замес.

Выходной документ с ЭВМ является отчетным материалом и направляется в лабораторию.

Рабочая дозировка на замес направляется оператору бетоносмесительного отделения.

3.7. Корректированию состава бетона на производстве предшествует адаптация модели, которая заключается в проверке пригодности уравнений (22) - (22 в), (23), (24) и в случае необходимости - в корректировании свободного члена уравнения. Для этого в лабораторных условиях приготавливают подряд 10 замесов бетонной смеси и определяют их выходные параметры. По всем 10 замесам вычисляют среднеарифметическое значение [см. формулу (1)] и среднеквадратическое отклонение S [см. формулу (2)].

По оперативным значениям факторов качества сырьевых материалов вычисляют теоретическое значение параметра . Если разница между теоретическим и средним экспериментальным значениями величины будет больше 0,753S, то свободный член уравнения увеличивается на , если величина положительная, и уменьшается, если она отрицательная.

Для определения условного водопоглощения крупного заполнителя берут 2 кг высушенного до постоянной массы материала. Навеску погружают в воду на сите таким образом, чтобы слой воды был не менее чем на 20 мм выше слоя заполнителя. Через 30 мин сито извлекают из воды и в течение 2 - 3 мин дают стечь жидкости. Оставшуюся на поверхности зерен воду удаляют тканью, и заполнитель снова взвешивают. Условное водопоглощение крупного заполнителя вычисляют с точностью до 0,1% по формуле

где P - масса насыщенной водой пробы, кг.

Для управления прочностью бетона необходимы данные по активности цемента. Методика ГОСТ 310.4-81 не дает возможности оперативного определения активности цемента, тогда как эти данные требуются к моменту его использования в производстве.

Активность цемента достаточно знать с точностью до +/- 2,5 МПа. Оперативное определение активности цемента с требуемой точностью может быть произведено по методике ускоренного испытания, обеспечивающей заданную точность.

Ниже приведена методика ускоренного определения активности цемента в бетоне.

1. Испытания проводят на сухих заполнителях, используются мытые кварцевый песок и гранитный щебень.

2. Готовят около 6 л бетонной смеси с В/Ц = 0,4 следующего состава, кг:

Сосуд для приготовления бетонной смеси и механизмы для перемешивания должны быть предварительно протерты влажной тканью. Приготовление смеси проводят в такой последовательности: сначала перемешивают щебень с песком, затем добавляют цемент и воду. Продолжительность перемешивания после добавления воды не менее 2 мин.

3. Из приготовленной бетонной смеси в течение 15 мин формуются образцы размером 10 x 10 x 10 см в спаренных формах, соответствующих требованиям ГОСТ 22685-77. Три формы заполняют бетонной смесью, устанавливают и закрепляют на лабораторной виброплощадке и уплотняют в течение 50 - 60 с при амплитуде виброплощадки a, равной 0,35 мм, или 40 - 50 с при a = 0,5 мм.

4. Через 2 ч после затворения водой две формы с бетоном закрывают металлической пластиной , помещают в пропарочную камеру и пропаривают по режиму: подъем температуры - 2 ч, изотермия - 8 ч (при температуре 85 °C), охлаждение - 0 ч. По окончании изотермии образцы извлекают из камеры и оставляют на 3 ч при комнатной температуре, после чего распалубливают.

5. Испытание образцов проводят через 4 ч после извлечения образцов из камеры пропаривания. За прочность образцов принимается предельная нагрузка, которую выдерживает до разрушения каждый квадратный сантиметр площади образца; она определяется как среднеарифметическое значение результатов испытания двух образцов-кубов:

где R_б - прочность пропаренного бетона, МПа; P₁ и P₂ - предельные нагрузки, которые выдержал соответственно первый и второй образец, Н.

6. Активность цемента определяется в соответствии с табл. 2 по результатам прочности испытанных образцов.

Примечание. Если разница в прочности образцов превысит 15%, то определение прочности проводится по образцу, показавшему больший результат (меньшее значение отбрасывается). Оставшиеся образцы распалубливаются через 1 сут и испытываются на 28 сут нормального хранения с момента изготовления.

1. Работа начинается с проведения статистического анализа изменчивости качества сырьевых материалов и бетонной смеси, по результатам которого устанавливается периодичность проведения оперативного контроля и выбирается возможный уровень качества бетонной смеси.

Результаты внутрисменной изменчивости сырья на Гатчинском СДСК приведены в табл. 3.

2. Устанавливается периодичность оперативного контроля факторов для поддержания параметров качества бетонной смеси (см. табл. 1). Изменчивость факторов качества цемента не превышает минимальных допусков. Для поддержания влажности заполнителей в пределах 0,2% нет аппаратуры, поэтому качество бетонной смеси не может быть выше 3 - 4-го уровней.

Проверим возможность поддержания модуля крупности песка и пустотности щебня.

Для поддержания колебания модуля крупности песка в пределах 0,05 величина должна быть измерена

что требует специального автоматического датчика контроля.

Для поддержания колебания М_кр в пределах 0,1 величина должна быть измерена

Допустимое колебание пустотности щебня можно поддерживать в пределах 1% при измерении величины

Следовательно, при организации оперативного контроля и корректировании рабочего состава бетонной смеси коэффициент вариации прочности бетона можно поддерживать на уровне 11%, а подвижности бетонной смеси - 35%.

3. Пример корректирования состава бетонной смеси по номограммам

Данные для расчета состава бетона

Определяем Ц/В по номограмме на рис. 1

Определяем водопотребность бетонной смеси по номограмме на рис. 2

Расход щебня определяем по формуле (5)

Номинальный расход составляющих определяем по формулам (8) - (10)

По формуле (11 а) вносим поправку расхода цемента на загрязненность щебня:

Поправка незначительна и расход цемента не увеличивается.

Проверяем достаточность цементного клея для заполнения пустот в песке по формуле (14)

Цементного клея достаточно.

Проводим расчет рабочего состава на 1 м³ бетонной смеси, внося поправки на применение смешанных и влажных заполнителей по формулам (17) - (21)

Итак, рабочий состав на 1 м³ бетонной смеси:

Цемент - 335 кг;

Песок со склада N 3 - 534 кг;

Щебень со склада N 5 - 1236 кг;

Вода - 191 л.

4. Пример корректирования состава бетонной смеси посредством ЭВМ

Заполняется бланк расчета для состава бетона:

Выходной документ с ЭВМ:

ИВЦ

ГАТЧИНСКОГО

СДСК

УВМ М-6000

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОСТАВУ БЕТОННОЙ СМЕСИ

НА 1 КУБ. М

ЦЕМЕНТ - СКЛАД N 1

ПЕСОК - СКЛАД N 0

ПГС - СКЛАД N 3

ЩЕБЕНЬ - СКЛАД N 5

ИВЦ

ГАТЧИНСКОГО

СДСК

УВМ М-6000

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОСТАВУ БЕТОННОЙ СМЕСИ

НА 90 КУБ. М

ЦЕМЕНТ - СКЛАД N 1

ПЕСОК - СКЛАД N 0

ПГС - СКЛАД N 3

ЩЕБЕНЬ - СКЛАД N 5