RU2135427C1 - Method of designing cement mixture (variants), method of preparing final cement mix, method of preparing final dry cement mix, cement mex, and final cement mix - Google Patents

Method of designing cement mixture (variants), method of preparing final cement mix, method of preparing final dry cement mix, cement mex, and final cement mix Download PDF

Info

Publication number
RU2135427C1
RU2135427C1 RU96105708A RU96105708A RU2135427C1 RU 2135427 C1 RU2135427 C1 RU 2135427C1 RU 96105708 A RU96105708 A RU 96105708A RU 96105708 A RU96105708 A RU 96105708A RU 2135427 C1 RU2135427 C1 RU 2135427C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cement
aggregate
mixture
batch
strength
Prior art date
Application number
RU96105708A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96105708A (en
Inventor
Пер.Юст Андерсен
Саймон К. Ходсон
Original Assignee
Э.Хашогги Индастриз
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Э.Хашогги Индастриз filed Critical Э.Хашогги Индастриз
Publication of RU96105708A publication Critical patent/RU96105708A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2135427C1 publication Critical patent/RU2135427C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/003Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor characterised by the choice of material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28BSHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00Producing shaped prefabricated articles from the material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28BSHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B11/00Apparatus or processes for treating or working the shaped or preshaped articles
    • B28B11/24Apparatus or processes for treating or working the shaped or preshaped articles for curing, setting or hardening
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28BSHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B11/00Apparatus or processes for treating or working the shaped or preshaped articles
    • B28B11/24Apparatus or processes for treating or working the shaped or preshaped articles for curing, setting or hardening
    • B28B11/245Curing concrete articles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28BSHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B3/00Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor
    • B28B3/20Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor wherein the material is extruded
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28CPREPARING CLAY; PRODUCING MIXTURES CONTAINING CLAY OR CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28C7/00Controlling the operation of apparatus for producing mixtures of clay or cement with other substances; Supplying or proportioning the ingredients for mixing clay or cement with other substances; Discharging the mixture
    • B28C7/02Controlling the operation of the mixing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C44/00Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
    • B29C44/34Auxiliary operations
    • B29C44/3402Details of processes or apparatus for reducing environmental damage or for working-up compositions comprising inert blowing agents or biodegradable components
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/40Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/50Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC]
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B22/00Use of inorganic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. accelerators, shrinkage compensating agents
    • C04B22/002Water
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/0028Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
    • C04B40/0032Controlling the process of mixing, e.g. adding ingredients in a quantity depending on a measured or desired value
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/06Inhibiting the setting, e.g. mortars of the deferred action type containing water in breakable containers ; Inhibiting the action of active ingredients
    • C04B40/0608Dry ready-made mixtures, e.g. mortars at which only water or a water solution has to be added before use
    • C04B40/0616Dry ready-made mixtures, e.g. mortars at which only water or a water solution has to be added before use preformed, e.g. bandages
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00Hydraulic cements
    • C04B7/36Manufacture of hydraulic cements in general
    • C04B7/48Clinker treatment
    • C04B7/52Grinding ; After-treatment of ground cement
    • C04B7/527Grinding ; After-treatment of ground cement obtaining cements characterised by fineness, e.g. by multi-modal particle size distribution
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05CAPPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C5/00Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
    • B05C5/02Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work
    • B05C5/0245Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work for applying liquid or other fluent material to a moving work of indefinite length, e.g. to a moving web
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/001Combinations of extrusion moulding with other shaping operations
    • B29C48/0012Combinations of extrusion moulding with other shaping operations combined with shaping by internal pressure generated in the material, e.g. foaming
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/15Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. extrusion moulding around inserts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2003/00Use of starch or derivatives as moulding material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/04Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped cellular or porous
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29LINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00Other particular articles
    • B29L2031/712Containers; Packaging elements or accessories, Packages
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65DCONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D2565/00Wrappers or flexible covers; Packaging materials of special type or form
    • B65D2565/38Packaging materials of special type or form
    • B65D2565/381Details of packaging materials of special type or form
    • B65D2565/385Details of packaging materials of special type or form especially suited for or with means facilitating recycling
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Preparation Of Clay, And Manufacture Of Mixtures Containing Clay Or Cement (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Revetment (AREA)

Abstract

FIELD: building industry. SUBSTANCE: method is used for determining proportions of sand, cement, coarse-grain filler, water, fly ash, agents for trapping air and fillers to prepare concrete mix having desired strength and settling at minimum cost. Optimization process includes combination of mathematical models which characterize individual components. Process also optimizes useful life of cement mixture. EFFECT: desired characteristics of strength, settling and useful life. 37 cl, 36 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к гидравлическим цементным составам, изделиям, изготавливаемым из таких составов, и методам обработки таких гидравлических цементных составов и изделий. Более конкретно, настоящее изобретение направлено на создание систем и процессов для оптимизации функциональных свойств и расчетных характеристик цементных материалов при одновременной минимизации себестоимости изготовления, для чего используется метод микроструктурной инженерии, являющийся частью технологии материалов. Кроме того, настоящее изобретение направлено на создание систем и процессов, позволяющих определить требуемые изменения параметров обработки при использовании конкретного технологического процесса при изменении состава исходных сырьевых материалов, обеспечивая воспроизводимое получение материала с единообразными функциональными свойствами и расчетными характеристиками. The present invention relates to hydraulic cement compositions, products made from such compositions, and methods of processing such hydraulic cement compositions and products. More specifically, the present invention is directed to the creation of systems and processes for optimizing the functional properties and design characteristics of cement materials while minimizing manufacturing costs, which uses the method of microstructural engineering, which is part of the technology of materials. In addition, the present invention is directed to the creation of systems and processes to determine the required changes in the processing parameters when using a specific technological process when changing the composition of the raw materials, providing reproducible receipt of the material with uniform functional properties and design characteristics.

2. Обзор технологий
Гидравлические цементные материалы впервые начали использовать в Древнем Риме около двух тысяч лет назад в качестве связующего вещества для строительных растворов (которые в настоящее время, как правило, представляют собой смесь цемента, воды и песка) и бетонов (которые в настоящее время, как правило, представляют собой смесь цемента, воды и заполнителей, таких как песок и (или) щебень). Впоследствии знания в отношении гидравлических цементных материалов были утрачены и эти материалы были вновь открыты в 1829 году Дж. Ампином в Англии. После 1829 года бетон нашел применение в различных областях, так как он является относительно недорогим материалом и легко поддается формообразованию при самых различных условиях. Важно и то, что универсальность бетона повышается благодаря отсутствию требований к высокой квалификации рабочей силы и отсутствии потребности в специализированном оборудовании при изготовлении обычных бетонных изделий. Уже более ста лет бетон не только используется в качестве одного из основных строительных материалов, но также применяется в инфраструктуре всех основных сооружений, используемых современным обществом, таких как трубы, тротуары, дорожные бордюры, мосты, шоссейные дороги, опоры, фундаменты и плотины.
2. Technology Overview
Hydraulic cement materials were first used in ancient Rome about two thousand years ago as a binder for mortars (which currently, as a rule, are a mixture of cement, water and sand) and concrete (which currently, as a rule, are a mixture of cement, water and aggregates such as sand and / or gravel). Subsequently, knowledge regarding hydraulic cement materials was lost and these materials were rediscovered in 1829 by J. Ampin in England. After 1829, concrete found application in various fields, as it is a relatively inexpensive material and can easily be shaped under a wide variety of conditions. It is also important that the versatility of concrete is enhanced due to the lack of requirements for highly qualified workforce and the lack of need for specialized equipment in the manufacture of conventional concrete products. For more than a hundred years, concrete has not only been used as one of the main building materials, but also used in the infrastructure of all the main structures used by modern society, such as pipes, sidewalks, road curbs, bridges, highways, supports, foundations and dams.

Материалы на основе гидравлического цемента образуются путем смешивания цемента с водой с целью получения цементной пасты. В типичной цементной пасте соотношение воды и цемента составляет от 0,1 до 1. В настоящем патентном описании термин "цементная паста" относится, среди прочего, к жидкой смеси цемента с водой. Как правило, при добавлении воды к цементу в цементной пасте начинается реакция гидратации, но эта реакция не завершается. При добавлении воды к гидравлическому цементу синтетические клинкерные минералы, входящие в состав цемента, вступают с водой в химическую реакцию, в результате которой образуется новая многофазная структура, описываемая как "CSH"-гель или гидрат силиката кальция. В результате этой реакции смесь воды с цементом схватывается и застывает, связывая частицы заполнителя и образуя штукатурку или бетон. Materials based on hydraulic cement are formed by mixing cement with water in order to obtain a cement paste. In a typical cement paste, the ratio of water to cement is from 0.1 to 1. In the present patent description, the term "cement paste" refers, inter alia, to a liquid mixture of cement and water. As a rule, when water is added to cement in a cement paste, a hydration reaction begins, but this reaction does not end. When water is added to hydraulic cement, the synthetic clinker minerals that make up the cement react chemically with water, resulting in a new multiphase structure, described as a “CSH” gel or calcium silicate hydrate. As a result of this reaction, a mixture of water with cement sets and hardens, binding aggregate particles and forming plaster or concrete.

Одной из важнейших областей использования гидравлических цементных составов является изготовление бетона. В настоящем описании и патентной формуле термин "бетон" в широком смысле определяется как неорганический композитный материал, включающий используемую в качестве основного связующего материала цементную пасту, свойства которой формируются в условиях, близких к условиям окружающей среды. (Отличие бетона от неорганических керамических материалов состоит в том, что он не подвергается нагреву до нескольких сот градусов с целью образования соединений в процессе спекания, а отверждается посредством гидратации). Бетон является твердым и прочным строительным материалом, изготавливаемым путем смешивания водоцементной смеси с одним или несколькими заполнителями, включая песок, гравий, другие горнорудные материалы, металлы и (или) сплавы металлов. One of the most important areas of use of hydraulic cement compositions is the manufacture of concrete. In the present description and patent claims, the term "concrete" is broadly defined as an inorganic composite material, including cement paste used as the main binder material, the properties of which are formed under conditions close to environmental conditions. (The difference between concrete and inorganic ceramic materials is that it does not heat up to several hundred degrees in order to form compounds during sintering, but cures by hydration). Concrete is a solid and durable building material made by mixing a water-cement mixture with one or more aggregates, including sand, gravel, other mining materials, metals and (or) metal alloys.

В современных усовершенствованных марках бетона (применявшихся, например, для туннеля между Францией и Англией или для соединительного участка большой кольцевой дороги в Дании) в состав смеси может входить до 12-15 различных компонентов. К числу таких компонентов могут относится, например, три сорта песка, три сорта крупнозернистого заполнителя и один сорт цемента специального назначения, летучая зола, микрозернистый кремнезем, два типа присадок для пластификации смеси и снижения концентрации воды, реагенты для захвата воздуха, ускорители схватывания, замедлители и вода. Кроме всех этих компонентов, другими переменными факторами, влияющими на характеристики конечного изделия, являются технология изготовления и оборудование. In modern advanced concrete grades (used, for example, for a tunnel between France and England or for the connecting section of a large ring road in Denmark), the mixture can contain up to 12-15 different components. These components may include, for example, three grades of sand, three grades of coarse aggregate and one grade of special-purpose cement, fly ash, silica fume, two types of additives to plasticize the mixture and reduce water concentration, reagents for trapping air, setting accelerators, retarders and water. In addition to all of these components, other variables affecting the characteristics of the final product are manufacturing techniques and equipment.

Обычно двумя важнейшими расчетными критериями для цементных материалов являются (а) реологические характеристики текучести свежего бетона и (b) прочность бетона на сжатие, измеряемая через 28 дней после начала процесса отверждения. Характеристики текучести обычно измеряются путем наполнения конического сосуда высотой 30 см свежезамешанным бетоном. После этого конический сосуд удаляется, и конус свежезамешанного бетона оставляется без внешней поддержки. Величина осадки бетона (т. е. значение уменьшения высоты конуса по вертикали) характеризует его текучесть. Прочность бетона на сжатие обычно проверяется путем испытаний на разрушение цилиндрических образцов под нагрузкой, которые проводятся после отверждения в течение 28 дней. Прочность измеряется в фунт/кв, дюйм (фунты на квадратный дюйм) или в МПа (мегапаскали). Typically, the two most important design criteria for cement materials are (a) the rheological characteristics of the yield strength of fresh concrete and (b) the compressive strength of concrete, measured 28 days after the start of the curing process. The flow characteristics are usually measured by filling a 30 cm high conical vessel with freshly mixed concrete. After that, the conical vessel is removed, and the cone of freshly mixed concrete is left without external support. The amount of concrete precipitation (i.e., the value of decreasing the height of the cone vertically) characterizes its fluidity. The compressive strength of concrete is usually tested by breaking tests on cylindrical specimens under load, which are conducted after curing for 28 days. Strength is measured in pounds per square inch, inch (pounds per square inch) or MPa (megapascals).

Другие расчетные параметры, такие как проницаемость, диффузия хлоридов (имеющая важное значение для предотвращения коррозии и, следовательно, для обеспечения долговечности всей конструкции), тепловое растрескивание, усадка при высыхании, пластическая усадка, сопротивление сульфатам, реакции щелочных соединений с кремнеземом и количество микродефектов, также оказывают непосредственное влияние на прочность и долговечность бетона. Многие из вышеуказанных параметров зависят от пористости бетона. Микродефекты обычно обусловлены такими явлениями, как образование цементного молока и расслоение составляющих компонентов бетона, которые обычно связаны с неудовлетворительным расчетом структуры бетона. ("Выступание цементного молока" представляет собой процесс миграции воды к верхней поверхности свежеуложенного бетона и ее накапливания на поверхности или под крупнозернистым заполнителем. "Расслоение" представляет собой явление, имеющее место при отсутствии внутреннего сцепления между частицами бетона и связанном с этим отделением цементного раствора от крупнозернистого заполнителя). Other design parameters, such as permeability, diffusion of chlorides (which is important to prevent corrosion and, therefore, ensure the durability of the entire structure), heat cracking, shrinkage during drying, plastic shrinkage, resistance to sulfates, reactions of alkaline compounds with silica and the number of microdefects, also have a direct impact on the strength and durability of concrete. Many of the above parameters depend on the porosity of concrete. Microdefects are usually caused by phenomena such as the formation of cement milk and the delamination of the constituent components of concrete, which are usually associated with an unsatisfactory calculation of the structure of concrete. (The “protrusion of cement milk” is the process of migration of water to the upper surface of freshly laid concrete and its accumulation on the surface or under coarse aggregate. “Separation” is a phenomenon that occurs when there is no internal adhesion between the concrete particles and the associated separation of the cement mortar from coarse aggregate).

Те же свойства, которые обуславливают широкое использование бетона (т. е. низкая стоимость, простота использования, доступность сырья), обусловили недостаточную изученность бетона, что не позволяет развивать и полностью использовать потенциальные возможности этого материала. В прошлом было легче изменить состав смеси, чем попытаться понять взаимозависимости и влияние различных компонентов. Из-за этого технические возможности материалов на основе цемента оставались ограниченными. The same properties that lead to the widespread use of concrete (i.e., low cost, ease of use, availability of raw materials) have led to insufficient knowledge of concrete, which does not allow us to develop and fully utilize the potential capabilities of this material. In the past, it was easier to change the composition of a mixture than to try to understand the interdependencies and the influence of various components. Because of this, the technical capabilities of cement-based materials remained limited.

После многих десятилетий практического опыта технология изготовления бетонных изделий превратилась в систему инструкций, правил и стандартов, основанных на эмпирических результатах, полученных при изменении составов цементных смесей. Эти инструкции являются попыткой обеспечения единообразия при получении бетона с заданными характеристиками. В Соединенных Штатах Америки общепринятые стандарты для проектирования бетонных конструкций представляют собой эмпирические формулы, разработанные комитетом 211 Американского института бетона ("ACI") и изложенные в инструкции ACI 211.1-81 "Практические рекомендации по выбору пропорций материалов для нормального, утяжеленного и массового бетона". Хотя другие страны применяют несколько отличающиеся стандарты, полученные составы в основном аналогичны друг другу и подвержены тем же недостаткам. After many decades of practical experience, the technology for manufacturing concrete products has become a system of instructions, rules and standards based on empirical results obtained by changing the composition of cement mixtures. These instructions are an attempt to ensure uniformity in obtaining concrete with specified characteristics. In the United States of America, generally accepted standards for the design of concrete structures are empirical formulas developed by Committee 211 of the American Institute of Concrete ("ACI") and outlined in ACI Guidelines 211.1-81, Practical Guidelines for Choosing Material Proportions for Normal, Heavy, and Mass Concrete. Although other countries apply slightly different standards, the resulting formulations are mostly similar to each other and subject to the same disadvantages.

Эти эмпирические стандарты позволяют изготовителю бетона на "бетонном заводе", "предприятии по подготовке готовых смесей" или на "строительной площадке" определять рекомендуемые количества цемента, песка (конкретного типа), крупнозернистого заполнителя (конкретного типа) и воды для получения бетонных смесей, обеспечивающих заданные функциональные характеристики - прежде всего, характеристики осадки и прочности. К сожалению, сложные составы и разнообразные свойства материалов, окружающие условия и назначения приводили к тому, что обработка материалов на базе цементов оставалась ремеслом, основанным на методе проб и ошибок, и не становилась процессом, основанным на науке и технологии. These empirical standards allow the concrete manufacturer to determine the recommended amounts of cement, sand (specific type), coarse aggregate (specific type) and water to form concrete mixtures for concrete mixtures at the “concrete plant”, “pre-mix plant” or “construction site”. specified functional characteristics - first of all, the characteristics of draft and strength. Unfortunately, the complex compositions and various properties of materials, environmental conditions and purposes led to the fact that the processing of materials based on cements remained a craft based on trial and error, and did not become a process based on science and technology.

Типичный подход к разработке бетонной смеси по стандартам ACI 211 заключается в выборе рекомендуемого состава смеси с заданными характеристиками осадки и прочности. После этого производится замешивание бетона и определяется фактическая осадка. В результате наличия таких переменных факторов, как размер, форма, тип и размерный диапазон песка, крупнозернистого заполнителя и цемента, а также вариаций процедуры смешивания и условий окружающей среды, фактическая осадка обычно не соответствует теоретической. В соответствии с этим выполняются дополнительные замесы с меняющимся количеством воды до тех пор, пока не будет получена смесь с требуемой осадкой. A typical approach to the development of concrete mix according to ACI 211 standards is to select the recommended mix composition with the specified characteristics of precipitation and strength. After this, concrete is kneaded and the actual sludge is determined. As a result of the presence of variables such as size, shape, type and size range of sand, coarse aggregate and cement, as well as variations in mixing procedures and environmental conditions, the actual settlement usually does not match the theoretical. In accordance with this, additional batches are carried out with a varying amount of water until a mixture with the required precipitate is obtained.

Полученный бетон затем помещается в цилиндры и отверждается в течение 28 дней. Полученные цементные цилиндры затем подвергаются нагружению с целью определения их фактической прочности на сжатие. Если фактическая прочность не будет соответствовать теоретической, то процесс повторяется с применением нового рекомендованного состава смеси, обладающей повышенной или пониженной теоретической прочностью (в зависимости от фактической прочности предыдущей смеси). Легко видеть, что этот процесс может оказаться весьма длительным и зачастую дорогостоящим. The resulting concrete is then placed in cylinders and cured within 28 days. The resulting cement cylinders are then subjected to loading in order to determine their actual compressive strength. If the actual strength does not correspond to the theoretical one, then the process is repeated using the new recommended mixture composition with increased or decreased theoretical strength (depending on the actual strength of the previous mixture). It is easy to see that this process can be very lengthy and often expensive.

Процесс, применявшийся до настоящего изобретения, имеет ряд недостатков. Наиболее очевидным является тот факт, что этот процесс не учитывает изменчивость характеристик компонентов, вследствие чего необходимо выполнять пробные замесы, чтобы обеспечить получение требуемых характеристик осадки и прочности. Использование пробных смесей приводит к серьезным задержкам, поскольку для отверждения требуется не менее 28 дней. Более того, при этом могут потребоваться существенные расходы, связанные как с подготовкой и испытаниями смесей, так и с задержками до проведения испытаний. Кроме того, даже в случае получения смеси, отвечающей требованиям к осадке и прочности, нет никаких гарантий, что эта смесь имеет самую низкую себестоимость. The process used before the present invention has several disadvantages. The most obvious is the fact that this process does not take into account the variability of the characteristics of the components, as a result of which it is necessary to perform trial batches in order to obtain the required precipitation and strength characteristics. The use of test mixtures leads to serious delays, since curing requires at least 28 days. Moreover, this may require significant costs associated with both the preparation and testing of mixtures, and with delays prior to testing. In addition, even in the case of obtaining a mixture that meets the requirements for sludge and strength, there is no guarantee that this mixture has the lowest cost.

Дополнительные испытания могут выявить тот факт, что за счет изменения диапазона размеров частиц или пропорций песка, крупнозернистого заполнителя и цемента можно получить более дешевую смесь с такими же или даже более точными характеристиками осадки и прочности, соответствующими заданным значениям. И наконец, после определения приемлемого состава смеси для заданного набора материалов, часто бывает очень трудно, а то и невозможно поддерживать единообразие характеристик (т. е. осадки и прочности) из-за естественных вариаций свойств сырьевых материалов. Additional tests may reveal the fact that by changing the range of particle sizes or proportions of sand, coarse aggregate and cement, you can get a cheaper mixture with the same or even more accurate characteristics of precipitation and strength, corresponding to the specified values. And finally, after determining an acceptable mixture composition for a given set of materials, it is often very difficult, or even impossible, to maintain uniformity of characteristics (i.e., precipitation and strength) due to natural variations in the properties of raw materials.

Другой расчетный метод заключается в том, что сначала изготавливается серия различных бетонных смесей с добавлением различных компонентов, включая присадки, и изменением их пропорций. К числу присадок могут относиться летучая зола, микрозернистый кремнезем, реагенты для сокращения количества воды, пуццолан, наполнители и реагенты для захвата воздуха, которые влияют на осадку и прочность бетона. Смеси выбираются из числа близких к рекомендуемому составу, обладающему требуемыми теоретическими характеристиками осадки и прочности. Однако для варьирования бетонной смеси с 13 компонентами на 10 различных экспериментальных уровнях потребуется 1013 сочетаний.Another calculation method is to first produce a series of different concrete mixtures with the addition of various components, including additives, and changing their proportions. Additives may include fly ash, silica fume, reagents to reduce the amount of water, pozzolan, fillers and reagents to trap air, which affect the concrete sludge and strength. The mixtures are selected from among those close to the recommended composition that has the required theoretical characteristics of precipitation and strength. However, to vary a concrete mix with 13 components at 10 different experimental levels, 10 13 combinations will be required.

Разработаны компьютерные программы, такие как программа фирмы Shieldstone & Associate, Inc. , г. Даллас, штат Техас, в которых учитываются эти проблемы и предпринимаются попытки оценки и сортировки больших баз данных о составах смесей с целью выбора оптимального состава смеси при использовании данного сырья. В целом, система Shieldstone пытается совместить распределения размеров частиц известных бетонных смесей с распределением размеров частиц имеющегося сырья, чтобы обеспечить сходство характеристик бетонных смесей. Такие программы, однако, не имели большого успеха и не получили распространения, так как в составе смеси для любой данной местности может использоваться почти бесконечное количество различных типов компонентов. Computer programs have been developed, such as the program of Shieldstone & Associate, Inc. , Dallas, Texas, which takes into account these problems and attempts to evaluate and sort large databases on the composition of the mixtures in order to select the optimal composition of the mixture using this raw material. In general, the Shieldstone system attempts to combine the particle size distributions of known concrete mixtures with the particle size distribution of existing raw materials to ensure similar characteristics of concrete mixtures. Such programs, however, did not have much success and did not receive distribution, since an almost infinite number of different types of components can be used in the mix for any given locality.

Например, хотя в составе смеси обычно используется не больше трех типов крупнозернистого заполнителя, число фактических размеров и поверхностных текстур частиц крупнозернистого заполнителя разного типа, в свою очередь влияющее на свойства смеси, может варьироваться почти до бесконечности. В соответствии с этим чрезвычайно трудно обеспечить совпадение характеристик смеси, изготовленной из имеющегося сырья, с эмпирическими результатами, полученными для смесей, изготовленных из другого сырья. Проблема усложняется еще более по мере увеличения числа имеющихся компонентов. Более того, создание новой смеси на основе эмпирических результатов, полученных для предыдущей смеси, может не привести ни к улучшению новой смеси, ни к обеспечению оптимальности или максимальной экономичности новой смеси. For example, although no more than three types of coarse aggregate are usually used in a mixture, the number of actual sizes and surface textures of different types of coarse aggregate particles, which in turn affects the properties of the mixture, can vary almost to infinity. Accordingly, it is extremely difficult to match the characteristics of a mixture made from existing raw materials with the empirical results obtained for mixtures made from other raw materials. The problem becomes even more complicated as the number of available components increases. Moreover, the creation of a new mixture on the basis of empirical results obtained for the previous mixture can neither lead to improvement of the new mixture nor to the optimality or maximum efficiency of the new mixture.

Поэтому практически невозможно и нецелесообразно использовать обычные методы испытаний или эмпирические таблицы, составленные на основе прежних результатов, чтобы с определенной достоверностью и точностью определить, какие типы и пропорции компонентов многокомпонентной смеси позволят получить состав смеси, обеспечивающий требуемые характеристики осадки и прочности и имеющей минимальную себестоимость для каждой конкретной партии изготовленного бетона. Даже если удастся получить смесь с требуемой осадкой и прочностью, все еще остается под вопросом долговечность бетона. Почти любое сочетание заполнителей позволит получить требуемую прочность и осадку, если будет добавлено достаточное количество воды и цемента. Однако по мере увеличения количества добавляемой воды снижается долговечность изготавливаемых бетонных конструкций. Соответственно применение вышеописанного процесса не гарантирует, что выбранная смесь обеспечит максимальную долговечность. Therefore, it is practically impossible and impractical to use conventional test methods or empirical tables compiled on the basis of previous results in order to determine with certain certainty and accuracy which types and proportions of the components of a multicomponent mixture will allow to obtain a mixture composition that provides the required characteristics of precipitation and strength and has a minimum cost for each concrete party of the made concrete. Even if it is possible to obtain a mixture with the required sludge and strength, the durability of concrete is still in question. Almost any combination of aggregates will provide the required strength and sludge if enough water and cement are added. However, as the amount of added water increases, the durability of the manufactured concrete structures decreases. Accordingly, the application of the above process does not guarantee that the selected mixture will provide maximum durability.

Также предпринимались попытки моделирования определенных аспектов или характеристик бетонных смесей. Например, уравнения Bolomey и Feret являются попыткой моделирования получаемой через 28 дней прочности бетона и строительного раствора соответственно. Аналогично, уравнение Larrard является попыткой корреляции воздействия упаковки частиц на прочность смесей, содержащих цемент, летучую золу и микрозернистый кремнезем, тогда как формула Popovic является попыткой корреляции содержания воды в смеси с получаемой осадкой или формуемостью смеси. Attempts have also been made to simulate certain aspects or characteristics of concrete mixtures. For example, the Bolomey and Feret equations are an attempt to simulate the strength of concrete and mortar obtained after 28 days, respectively. Similarly, the Larrard equation is an attempt to correlate the effect of particle packing on the strength of mixtures containing cement, fly ash and silica fume, while the Popovic formula is an attempt to correlate the water content of the mixture with the resulting sediment or formability of the mixture.

Однако по ряду причин такие уравнения практически не нашли признания и применения в бетонной промышленности. Во-первых, что наиболее важно, между уравнениями не выявлено никаких взаимных зависимостей. Следовательно, хотя эти уравнения и могут оказаться полезными при оценке какого-либо конкретного параметра, независимо друг от друга они не могут найти применения при разработке структуры смеси с точной оптимизацией всех характеристик. Во-вторых, эмпирические исследования выявили расхождения между теоретическими результатами вышеуказанных уравнений и полученными фактическими экспериментальными значениями. И наконец, эти уравнения, как правило, рассчитаны на применение для стандартных смесей на основе песка, цемента и крупнозернистого заполнителя и не учитывают влияния воздушных пузырьков, имеющихся в составе смеси, или добавления современных присадок, таких как наполнители, летучая зола, микрозернистый кремнезем и другие пуццолланы. However, for a number of reasons, such equations practically did not find recognition and application in the concrete industry. First, and most importantly, no mutual dependencies were found between the equations. Therefore, although these equations may be useful in evaluating a particular parameter, they cannot be used independently in developing the structure of the mixture with the accurate optimization of all characteristics. Secondly, empirical studies have revealed discrepancies between the theoretical results of the above equations and the actual experimental values obtained. Finally, these equations are usually designed to be used for standard mixtures based on sand, cement and coarse aggregate and do not take into account the effects of air bubbles present in the mixture or the addition of modern additives such as fillers, fly ash, silica fume and other pozzollans.

Проблемы, связанные с бетонными смесями, часто усугубляются на бетонных заводах, которые не могут позволить себе роскошь испытания смеси перед ее использованием. Из-за сложности контролирования характеристик текучести и потери текучести свежего "несхватившегося" бетона при длительном промежутке времени до заливки в форму (иногда доходящим до 10 часов после замеса), большая часть бетонного раствора производится на бетонных заводах, расположенных относительно недалеко от строительной площадки. Поэтому операторы таких заводов обучены оценке бетонных материалов "на вид и на ощупь", а не определению структуры бетона с помощью научных методов. Concrete mixing problems are often exacerbated in concrete plants, which cannot afford the luxury of testing a mixture before using it. Due to the difficulty of controlling the flow characteristics and the loss of fluidity of fresh “uncured” concrete with a long period of time before pouring into the mold (sometimes reaching up to 10 hours after mixing), most of the concrete mortar is produced in concrete plants located relatively close to the construction site. Therefore, the operators of such plants are trained to evaluate concrete materials “by sight and touch,” and not to determine the structure of concrete using scientific methods.

Преобладающий практический метод, применяемый на бетонных заводах, заключается в использовании фиксированного дозирования (т. е. получения заданных составов смесей) с помощью компьютерных систем, что позволяет комбинировать материалы с меняющимися характеристиками с целью получения застывшего бетона, обладающего заданными характеристиками. Однако одной из основных традиционных проблем при изготовлении единообразного бетона с предсказуемыми характеристиками является тот факт, что используемые составляющие материалы меняются изо дня в день и даже от одного замеса к другому и от одной площадки к другой. В результате характеристики бетонных материалов имеют высокие стандартные отклонения. The prevailing practical method used in concrete plants is the use of fixed dosing (i.e., obtaining the desired mixes) using computer systems, which allows you to combine materials with varying characteristics in order to obtain hardened concrete with specified characteristics. However, one of the main traditional problems in the production of uniform concrete with predictable characteristics is the fact that the constituent materials used change from day to day and even from one batch to another and from one site to another. As a result, the characteristics of concrete materials have high standard deviations.

Поэтому в бетонной промышленности приходится использовать принцип задания составов смеси с запасом функциональных характеристик, что позволяет компенсировать невозможность обеспечения однородности изготавливаемого материала. Стандартной бетонной смеси приписывается теоретическая расчетная прочность, основанная на прочности пробных цилиндров после отверждения в течение, как минимум, 28 дней. В зависимости от количества испытывавшихся цилиндров и значений стандартного отклонения результатов испытаний, фактические значения прочности могут существенно отличаться от теоретических. В отличие от этого, чем более однородным будет изготавливаемый бетон, тем меньший запас для него потребуется. Therefore, in the concrete industry, it is necessary to use the principle of setting the composition of the mixture with a margin of functional characteristics, which makes it possible to compensate for the inability to ensure uniformity of the manufactured material. The theoretical standard strength is attributed to the standard concrete mix based on the strength of the test cylinders after curing for at least 28 days. Depending on the number of cylinders tested and the standard deviation of the test results, actual strength values may differ significantly from theoretical. In contrast, the more uniform the concrete produced, the less margin it will require.

Практика задания составов с избыточными параметрами в сочетании с неудовлетворительным начальным формулированием состава оказывается намного более дорогостоящей, чем может показаться с первого взгляда, как для изготовителя, так и для общества в целом. После задания расчетных и функциональных критериев для конкретной партии бетона изготовитель не может просто изготавливать продукцию, которая в среднем будет отвечать каждому из этих критериев. Изготовитель должен запроектировать продукцию, которая будет отвечать минимальным критериям, предполагая наихудшее сочетание характеристик всех используемых материалов. The practice of assigning formulations with excess parameters in combination with an unsatisfactory initial formulation of the composition is much more expensive than it might seem at first glance, both for the manufacturer and for society as a whole. After setting design and functional criteria for a concrete batch of concrete, the manufacturer cannot simply produce products that, on average, will meet each of these criteria. The manufacturer must design products that meet the minimum criteria, assuming the worst combination of characteristics of all the materials used.

Например, качество и сортность имеющегося цемента могут колебаться в диапазоне от А (наихудшее сочетание) до В (наилучшее сочетание). Аналогично, качество и сортность каждого типа заполнителя также могут колебаться в диапазоне от С до D. Качество песка будет колебаться в диапазоне от E до F. Даже качество воды и других присадок может колебаться в некотором данном диапазоне; однако эти колебания обычно имеют меньшее значение, чем колебания качества цемента, песка и крупнозернистого заполнителя. For example, the quality and grade of existing cement can range from A (the worst combination) to B (the best combination). Similarly, the quality and grade of each type of aggregate can also range from C to D. The quality of sand will range from E to F. Even the quality of water and other additives can vary in a given range; however, these fluctuations are usually less important than fluctuations in the quality of cement, sand and coarse aggregate.

Диапазон разброса характеристик любого данного типа цемента, песка или материала-заполнителя может быть достаточно большим, так как получение сырья с узким диапазоном разброса характеристик и с единообразным качеством и частицами одинакового размера будет обходиться весьма дорого. Как выяснилось, завышение характеристик бетонного материала обеспечивает более высокую эффективность, чем использование гарантированно однородного сырья с контролируемым качеством. The range of variation in the characteristics of any given type of cement, sand or aggregate material can be quite large, since obtaining raw materials with a narrow range of variation in characteristics and with uniform quality and particles of the same size will be very expensive. As it turned out, the overestimation of the characteristics of concrete material provides higher efficiency than the use of guaranteed homogeneous raw materials with controlled quality.

Следовательно, при обработке бетона изготовитель должен считать, что в любое данное время качество песка соответствует категории "А" (наихудшее качество), качество заполнителя соответствует категории "С" (наихудшее качество) и качество цемента соответствует категории "E" (наихудшее качество). Сразу же становится очевидным, что типы и объемы фактически используемых материалов должны существенно отличаться от тех, которые необходимы для достижения заданного результата. Therefore, when processing concrete, the manufacturer should consider that at any given time the quality of the sand corresponds to category “A” (worst quality), the quality of the aggregate corresponds to category “C” (worst quality) and the quality of cement corresponds to category “E” (worst quality). It immediately becomes apparent that the types and volumes of the materials actually used should differ significantly from those necessary to achieve a given result.

В результате может быть получено более дорогое изделие, обладающее избыточным запасом прочности на сжатие, доходящим до нескольких тысяч фунтов/кв. дюйм. Тем не менее в любое данное время прочность изготавливаемого изделия может колебаться от всего лишь адекватной до завышенной на 50%. На рынке с высоким уровнем конкуренции это приводит к получению минимальной или вообще нулевой прибыли, либо - в худшем случае - к желанию "срезать углы" и изготовить недоброкачественное изделие, которое раньше или позже может разрушиться. As a result, a more expensive product can be obtained having an excess margin of compressive strength reaching several thousand pounds / sq. inch. Nevertheless, at any given time, the strength of the manufactured product can range from only adequate to overstated by 50%. In a market with a high level of competition, this leads to a minimum or even zero profit, or, in the worst case, to the desire to “cut corners” and produce a poor-quality product that may collapse sooner or later.

Принцип задания излишнего запаса прочности также отражается в пропорциях различных компонентов. Это означает, что в смесь с заранее заданным составом обычно добавляется избыточное количество песка, чтобы обеспечить внутреннее сцепление частиц смеси и предотвратить ее расслоение или вытекание цементного молока. Однако добавление избытка песка приводит к получению более пористой и менее долговечной смеси. Как правило, в смесь также добавляется избыточное количество цемента, чтобы обеспечить достаточную прочность, но это увеличивает стоимость изделия. The principle of setting an excessive margin of safety is also reflected in the proportions of the various components. This means that an excess amount of sand is usually added to a mixture with a predetermined composition to provide internal adhesion of the particles of the mixture and to prevent its separation or leakage of cement milk. However, adding excess sand results in a more porous and less durable mixture. As a rule, an excessive amount of cement is also added to the mixture to provide sufficient strength, but this increases the cost of the product.

Более того, даже несмотря на то, что оператор бетонного завода существенно увеличит расчетный запас прочности, он никогда не может быть уверен в том, что изделие будет иметь заданные эксплуатационные характеристики. Это связано не только с разбросом характеристик исходных материалов, но также и с тем, что для обеспечения заданного набора функциональных параметров операторы обычно используют стандартные составы смесей (или рецептуру). Такие рецептуры являются эмпирическими и основаны на усредненном историческом опыте, но все же вызывают сомнение в отношении характеристик любого конкретного изделия. Оператор никогда не может быть уверен в том, что он использует в точности те же материалы, которые применялись при определении состава стандартной смеси, а также в том, что эти материалы обеспечат такие же результаты. Moreover, even despite the fact that the concrete plant operator will significantly increase the estimated margin of safety, he can never be sure that the product will have the specified operational characteristics. This is due not only to the variation in the characteristics of the starting materials, but also to the fact that operators usually use standard mixes (or formulations) to provide a given set of functional parameters. Such formulations are empirical and based on averaged historical experience, but still cast doubt on the characteristics of any particular product. The operator can never be sure that he uses exactly the same materials that were used to determine the composition of the standard mixture, and that these materials will provide the same results.

Дополнительная проблема, встречающаяся в повседневной практике бетонной промышленности, заключается в том, что из-за вышеупомянутого разброса характеристик материалов водители бетоновозов обычно предпринимают некоторые меры для самостоятельного изменения или "корректирования" пластичности или характеристик текучести бетона, изменяя их по сравнению с теми, которыми бетон обладал во время загрузки бетоновоза на бетонном заводе. Выполнена оценка, показывающая, что примерно при 70% поставок бетона обычно добавляют воду в бетонный раствор, чтобы повысить его текучесть или "улучшить внешний вид". В результате увеличивается соотношение воды и цемента, а прочность бетона на сжатие снижается. В других странах было установлено, что подобная практика приводит к серьезным последствиям, и это было запрещено. Следовательно, приготовление бетона на бетонных заводах связано с дополнительным недостатком, состоящим в отсутствие контроля за бетонной смесью после ее вывоза с бетонного завода и в непредсказуемости качества продукта. An additional problem encountered in the everyday practice of the concrete industry is that, due to the aforementioned variation in the characteristics of materials, concrete truck drivers usually take some measures to independently change or "adjust" the ductility or flow characteristics of concrete, changing them compared to those of concrete possessed while loading a concrete truck at a concrete plant. An assessment has been made showing that at approximately 70% of the concrete supply, water is usually added to the concrete mortar in order to increase its fluidity or “improve appearance”. As a result, the ratio of water to cement increases, and the compressive strength of concrete decreases. In other countries, it was found that such practices had serious consequences, and this was prohibited. Consequently, the preparation of concrete at concrete plants is associated with an additional drawback consisting in the absence of control over the concrete mixture after its removal from the concrete plant and in the unpredictability of product quality.

Известен способ проектирования цементной смеси и способ изготовления цементной смеси, в которых имеются вышеуказанные недостатки, содержащей цемент, воду и заполнитель (мелкий и крупный) с определением пропорции цемента, воды и заполнителя в соответствии с процедурой оптимизации состава, предусматривающий следующие этапы: а) получение партии гидравлического цемента и партии заполнителя, которые используются для получения гидратированной цементной смеси, причем гидравлический цемент и заполнитель содержат множество отдельных частиц, имеющих средний диаметр и плотность упаковки, б) выбор заданной осадки конуса цементной смеси до затвердевания и заданной прочности конечной гидратированной после отверждения (см. Справочник по строительным материалам для заводских и построечных лабораторий, М.,1961, стр. 74-75, стр. 91-92, стр. 119-129). A known method of designing a cement mixture and a method of manufacturing a cement mixture in which there are the above disadvantages containing cement, water and aggregate (fine and coarse) with the determination of the proportion of cement, water and aggregate in accordance with the composition optimization procedure, comprising the following steps: a) obtaining batches of hydraulic cement and batches of aggregate, which are used to obtain a hydrated cement mixture, and hydraulic cement and aggregate contain many individual particles, having an average diameter and packing density, b) the choice of a given precipitation of the cement mixture cone before hardening and a given final hydrated strength after curing (see the Handbook of building materials for factory and building laboratories, M., 1961, pp. 74-75, p. 91-92, pp. 119-129).

На основе вышесказанного легко понять, что в данной отрасли техники требуются технологические процессы и методы изготовления, обеспечивающие единообразное и предсказуемое изготовление однородных цементных составов и изделий, которые гарантированно будут отвечать заданным требованиям к качеству и заданным функциональным требованиям. Based on the foregoing, it is easy to understand that in this branch of technology technological processes and manufacturing methods are required that ensure uniform and predictable production of homogeneous cement compositions and products that are guaranteed to meet specified quality requirements and specified functional requirements.

Другим значительным достижением в этой отрасли будет возможность единообразного и предсказуемого изготовления цементных составов и изделий, которые гарантированно будут отвечать заданным расчетным и функциональным требованиям при сведении к минимуму необходимости в избыточном расчетном запасе прочности и, тем самым, при снижении себестоимости изготовления. Another significant achievement in this industry will be the possibility of uniform and predictable manufacture of cement compositions and products that are guaranteed to meet specified design and functional requirements while minimizing the need for excessive design margin of safety and, thereby, reducing manufacturing costs.

Кроме того, значительным достижением в этой отрасли будет возможность единообразного и предсказуемого изготовления однородных цементных составов и изделий, несмотря на разброс количественных и качественных характеристик используемых сырьевых материалов (т. е. цемента, песка, гравия, заполнителя, воды и присадок). In addition, a significant achievement in this industry will be the possibility of uniform and predictable production of homogeneous cement compositions and products, despite the scatter in the quantitative and qualitative characteristics of the raw materials used (i.e., cement, sand, gravel, aggregate, water and additives).

Другим значительным достижением в этой отрасли будет создание новых составов и процессов для изготовления цементных смесей и изделий с такими прогнозируемыми характеристиками, которые позволят устранить необходимость в изменении получаемого продукта водителем бетоновоза или в пункте доставки. Another significant achievement in this industry will be the creation of new compositions and processes for the manufacture of cement mixtures and products with such predicted characteristics that will eliminate the need to change the product received by the concrete truck driver or at the delivery point.

Другим значительным достижением в этой отрасли будет создание новых процессов расчета бетона, благодаря которым цементные составы будут предсказуемым образом обеспечивать требуемые характеристики прочности, осадки и долговечности. Another significant achievement in this industry will be the creation of new processes for calculating concrete, thanks to which cement compositions will predictably provide the required characteristics of strength, settlement and durability.

Другим значительным достижением в этой отрасли будет создание новых составов и процессов расчета состава бетона, которые позволят устранить необходимость в применении метода аппроксимирования за счет проб и ошибок. Another significant achievement in this industry will be the creation of new compositions and processes for calculating the composition of concrete, which will eliminate the need to apply the approximation method through trial and error.

Еще одним значительным достижением в этой отрасли будет создание новых составов и процессов расчета состава бетона, которые обеспечат оптимальность и наибольшую экономическую эффективность состава смеси для конкретного бетона, включающего разнообразные компоненты и присадки. Another significant achievement in this industry will be the creation of new compositions and processes for calculating the composition of concrete, which will ensure the optimality and greatest economic efficiency of the composition of the mixture for concrete, including various components and additives.

Другим достижением станет создание новых процессов для изменения технологических процессов изготовления цементных составов и изделий в "режиме реального времени" с целью реагирования на изменение сырьевых материалов, поступающих на площадку. Another achievement will be the creation of new processes for changing technological processes for the manufacture of cement compositions and products in "real time" in order to respond to changes in raw materials entering the site.

Такие цементные составы, изделия и методы раскрываются в настоящем патентном описании и являются предметом настоящей патентной заявки. Such cement compositions, products and methods are disclosed in the present patent description and are the subject of this patent application.

Краткое описание изобретения
Настоящее изобретение относится к гидравлическим цементным составам, изделиям, изготавливаемым из таких составов, и системам для изготовления и обработки таких гидравлических цементных составов и бетонных изделий, обеспечивающим оптимизацию функциональных свойств и расчетных характеристик цементных материалов при одновременной минимизации себестоимости изготовления. Вместо эмпирического метода проб и ошибок, который на протяжении всей истории применялся для расчета бетонных смесей, используется научный метод технологии материалов, дающий возможность обеспечения требуемых качественных характеристик и функциональных свойств цементных материалов с помощью микроструктурной инженерии.
SUMMARY OF THE INVENTION
The present invention relates to hydraulic cement compositions, products made from such compositions, and systems for the manufacture and processing of such hydraulic cement compositions and concrete products, which optimize the functional properties and design characteristics of cement materials while minimizing manufacturing costs. Instead of the empirical trial and error method, which throughout history has been used to calculate concrete mixtures, the scientific method of material technology is used, which makes it possible to ensure the required qualitative characteristics and functional properties of cement materials using microstructural engineering.

Процесс оптимизации структуры по настоящему изобретению состоит из двенадцати различных этапов. The process of optimizing the structure of the present invention consists of twelve different steps.

Этап 1 состоит в обеспечении максимальной плотности упаковки сухой цементной смеси, включающей цемент и, по меньшей мере, один или несколько типов заполнителя ("типы" соответствуют заполнителям с частицами, размеры которых входят в определенный диапазон. В обычных смесях, как правило, используют один тип мелкозернистого заполнителя, например, песка, и один тип крупнозернистого заполнителя, например, гравия). Надлежащее сочетание заполнителей различных типов обеспечит повышение плотности упаковки бетонной смеси и может обеспечить максимальную плотность упаковки частиц смеси. Stage 1 consists in ensuring the maximum packing density of the dry cement mixture, including cement and at least one or more types of aggregate (“types” correspond to aggregates with particles whose sizes fall within a certain range. In ordinary mixtures, usually one type of fine aggregate, for example sand, and one type of coarse aggregate, for example gravel). An appropriate combination of different types of aggregates will increase the packing density of the concrete mix and can maximize the packing density of the mix particles.

Исследования продемонстрировали, что в случае смесей с плотностью упаковки частиц, приближающейся к максимуму, повышаются характеристики бетона как в сыром, так и в твердом состоянии. Таким образом, по мере приближения к максимальной плотности упаковки частиц бетонной смеси происходит оптимизация таких характеристик, как формуемость, прочность, проницаемость, сопротивление диффузии хлоридов и долговечность. Это объясняется тем, что к смеси с максимальной плотностью упаковки частиц надо добавлять лишь минимальное количество воды, что обеспечивает повышенное внутреннее сцепление частиц, предотвращающее выступание цементного молока и обеспечивающее минимальное расслоение компонентов в точке, соответствующей максимальной плотности упаковки, что, в свою очередь, снижает себестоимость смеси. Studies have shown that in the case of mixtures with a packing density of particles approaching the maximum, the characteristics of concrete both in the raw and in the solid state increase. Thus, as we approach the maximum packing density of the concrete particles, we optimize characteristics such as formability, strength, permeability, chloride diffusion resistance, and durability. This is because only a minimal amount of water must be added to a mixture with a maximum particle packing density, which provides increased internal adhesion of the particles, preventing the protrusion of cement milk and ensuring a minimum separation of the components at a point corresponding to the maximum packing density, which, in turn, reduces the cost of the mixture.

Пропорции цемента и различных типов мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя, необходимые для обеспечения максимальной плотности упаковки частиц, определяются с помощью теоретического расчета плотности упаковки для всех сочетаний сырьевых материалов. Сравнивая плотность упаковки для различных составов, можно определить значение максимальной плотности упаковки частиц и соответствующее процентное соотношение компонентов по объему. The proportions of cement and various types of fine-grained and coarse aggregate, necessary to ensure maximum packing density of particles, are determined by theoretical calculation of packing density for all combinations of raw materials. By comparing the packing density for different compositions, it is possible to determine the value of the maximum packing density of the particles and the corresponding percentage ratio of the components by volume.

Этап 2 заключается в определении исходного оптимального состава бетонной смеси, который не только будет обеспечивать приближающуюся к максимальной плотность упаковки частиц, но также будет обладать достаточным внутренним сцеплением для предотвращения выступания цементного молока или расслоения и будет обеспечивать требуемые значения прочности и осадки. Подход, на основе которого разработан данный метод оптимизации, заключается в определении первоначального значения удельной стоимости исходного состава, обеспечивающего плотность упаковки частиц, наиболее близкую к максимальной, а также требуемые характеристики прочности, осадки и внутреннего сцепления, после чего это первоначальное значение сравнивается с удельной стоимостью смесей, имеющих те же характеристики, но различные соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя. Сравнивая удельную стоимость каждой из оптимальных смесей при варьировании соотношений мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя, можно выявить наиболее экономичную смесь, обладающую заданными характеристиками. Stage 2 is to determine the initial optimal composition of the concrete mixture, which will not only provide an approaching maximum packing density of the particles, but will also have sufficient internal adhesion to prevent the emergence of cement milk or delamination and will provide the required values of strength and sedimentation. The approach on the basis of which this optimization method was developed consists in determining the initial value of the unit cost of the initial composition, which ensures the closest packing density of the particles, as well as the required strength, draft and internal adhesion characteristics, after which this initial value is compared with the unit cost mixtures having the same characteristics, but different ratios of fine and coarse aggregate. By comparing the unit cost of each of the optimal mixtures with varying ratios of fine-grained and coarse-grained aggregate, it is possible to identify the most economical mixture with the given characteristics.

Исходная оптимальная смесь определяется путем выбора смеси, не только обеспечивающей плотность упаковки частиц, наиболее близкую к максимальной, что позволит обеспечить оптимальные характеристики, но также включающей достаточное количество песка, чтобы обеспечить внутреннее сцепление и предотвратить выступание цементного молока и расслоение компонентов бетона. Затем определяют плотность упаковки смеси и количество воды, требуемое для придания смеси требуемой осадки. На основе этой информации выполняется расчет прочности получаемой смеси, после чего расчетное значение сравнивается с заданной прочностью. Если расчетная прочность будет слишком низкой или высокой, то, соответственно, увеличивают или сокращают содержание цемента при поддержании постоянного соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя. Вышеописанный процесс повторяется для новой смеси и продолжается до тех пор, пока для заданного соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя не будет получена смесь с требуемыми характеристиками прочности и осадки. Полученная смесь называется исходной оптимальной смесью. The initial optimal mixture is determined by choosing a mixture that not only ensures the closest packing density of the particles, which will ensure optimal performance, but also include a sufficient amount of sand to provide internal adhesion and prevent the protrusion of cement milk and delamination of concrete components. Then determine the packing density of the mixture and the amount of water required to give the mixture the desired precipitation. Based on this information, the strength of the resulting mixture is calculated, after which the calculated value is compared with the specified strength. If the design strength is too low or high, then, respectively, increase or decrease the cement content while maintaining a constant ratio of fine-grained and coarse aggregate. The above process is repeated for the new mixture and continues until a mixture with the required strength and precipitation characteristics is obtained for a given ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate. The resulting mixture is called the initial optimal mixture.

На этапе 3 производится сравнение значений удельной стоимости оптимальных смесей для каждого определенного соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя, чтобы определить состав смеси, оптимизированной как по функциональным характеристикам, так и по себестоимости. Наиболее логично этот процесс осуществляется путем определения соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя для исходной смеси, выявленной на этапе 2. После этого производят приращение объема мелкозернистого заполнителя и соответствующее приращение объема крупнозернистого заполнителя, тем самым задавая новое значение соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя. Затем определяют состав и стоимость оптимальной смеси для нового соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя, после чего полученные значения сравнивают со значениями, полученными для предыдущей оптимальной смеси. Если новая оптимальная смесь будет дешевле, то производят новое изменение соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя и выполняют новый расчет оптимального состава и стоимости, после чего их сравнивают с предыдущими значениями. Этот процесс продолжается до тех пор, пока новая смесь не станет более дорогостоящей по сравнению с предыдущей (или пока не будет достигнуто максимально возможное количество мелкозернистого заполнителя), после чего расчетный цикл прекращается, так как предыдущая смесь является наилучшей. At stage 3, the unit values of the optimal mixtures are compared for each specific ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate to determine the composition of the mixture, optimized both in terms of functional characteristics and cost. This process is most logical by determining the ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate for the initial mixture identified in stage 2. After this, an increment in the volume of fine-grained aggregate and a corresponding increment in the volume of coarse-grained aggregate are set, thereby setting a new value for the ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate. Then determine the composition and cost of the optimal mixture for the new ratio of fine-grained and coarse aggregate, after which the obtained values are compared with the values obtained for the previous optimal mixture. If the new optimal mixture is cheaper, then a new change in the ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate is made and a new calculation of the optimal composition and cost is performed, after which they are compared with previous values. This process continues until the new mixture becomes more expensive than the previous one (or until the maximum possible amount of fine-grained aggregate is reached), after which the calculation cycle is terminated, since the previous mixture is the best.

На этапах 4-7 определяют эффект, получаемый за счет добавления к стандартной бетонной смеси различных присадок, включая, соответственно, летучую золу, микрозернистый кремнезем, реагенты для сокращения количества воды и наполнители. Реагенты для сокращения количества воды добавляются с целью сокращения количества воды, требуемой для обеспечения заданной осадки смеси. Летучая зола и наполнители добавляются в качестве заменителя цемента и используются, в частности, в низкопрочном бетоне с целью снижения стоимости материалов, а также с целью сокращения количества воды, требуемой для обеспечения заданной осадки смеси. At stages 4-7, the effect obtained by adding various additives to the standard concrete mixture is determined, including, respectively, fly ash, silica fume, reagents to reduce the amount of water and fillers. Reagents to reduce the amount of water are added in order to reduce the amount of water required to ensure a given precipitation of the mixture. Fly ash and fillers are added as a substitute for cement and are used, in particular, in low-strength concrete in order to reduce the cost of materials, as well as to reduce the amount of water required to ensure a given settlement of the mixture.

Летучая зола, микрозернистый кремнезем и пуццоланы также обладают определенными цементоподобными характеристиками и самостоятельно способствуют повышению прочности бетона. Применение микрозернистого кремнезема обычно связано с увеличением количества воды, требуемой для обеспечения заданной осадки смеси, тогда как применение других пуццоланов может привести как к увеличению, так и к сокращению количества требуемой воды в зависимости от химического состава и морфологии данного пуццолана. Fly ash, silica fume and pozzolans also have certain cement-like characteristics and independently contribute to increasing the strength of concrete. The use of micrograin silica is usually associated with an increase in the amount of water required to provide a given precipitation of the mixture, while the use of other pozzolans can lead to both an increase and a decrease in the amount of water required depending on the chemical composition and morphology of this pozzolan.

На этапе 8 вышеописанные процессы объединяют в группу внутренних циклов, в ходе которых выполняют приращения содержания компонентов и расчет пропорций мелкозернистого заполнителя, цемента, крупнозернистого заполнителя, подмешиваемой воды, летучей золы, микрозернистого кремнезема и реагента для сокращения количества воды, при которых будет обеспечено получение бетонной смеси с требуемыми характеристиками и минимальной стоимостью. At step 8, the above processes are combined into a group of internal cycles, during which increments of the content of components and calculation of the proportions of fine aggregate, cement, coarse aggregate, mixed water, fly ash, fine silica and reagent are performed to reduce the amount of water that will provide concrete mixtures with the required characteristics and minimum cost.

На этапе 9 рассматривается влияние реагентов для захвата воздуха, а также рассчитывается и корректируется требуемое количество этих реагентов, чтобы обеспечить достаточное заданное содержание воздуха в получаемой бетонной конструкции. Реагенты для захвата воздуха добавляются для того, чтобы обеспечить высокую морозостойкость бетона. At stage 9, the influence of reagents for capturing air is considered, and the required amount of these reagents is calculated and adjusted to ensure a sufficient specified air content in the resulting concrete structure. Reagents for capturing air are added in order to ensure high frost resistance of concrete.

На этапе 10 определяется поправочный коэффициент для оптимизационного процесса, что позволяет уточнить оценку получаемой осадки. Как правило, это выполняется путем построения графика для сравнения теоретического и реального содержания воды при одном и том же значении осадки. Затем рассчитывается корреляция между результатами, и полученный корреляционный коэффициент включается в вычислительный процесс, чтобы повысить точность получаемых результатов. At step 10, a correction factor for the optimization process is determined, which allows you to refine the estimate of the resulting precipitation. Typically, this is done by plotting to compare the theoretical and real water content at the same rainfall value. Then, the correlation between the results is calculated, and the obtained correlation coefficient is included in the computing process to increase the accuracy of the results.

На этапе 11 определяется долговечность или пористость бетона, которая может быть включена в оптимизационный процесс в качестве одного из параметров, характеризующих качество. Выбор смеси на основе параметра долговечности гарантирует, что выбранная смесь будет обладать достаточной долговечностью для ее целевого назначения. At stage 11, the durability or porosity of concrete is determined, which can be included in the optimization process as one of the parameters characterizing the quality. Selecting a mixture based on the durability parameter ensures that the selected mixture has sufficient durability for its intended use.

И наконец, на этапе 12 описывается метод точного определения объема или веса компонентов, требуемых для получения в точности заданного выхода или объема окончательной смеси. В этом процессе учитываются параметры упаковки частиц и объем пространства между частицами. Finally, at step 12, a method is described for accurately determining the volume or weight of components required to obtain exactly the given yield or volume of the final mixture. In this process, the particle packing parameters and the amount of space between the particles are taken into account.

Далее, настоящее изобретение направлено на создание систем, позволяющих определить требуемые изменения параметров обработки при изменении состава исходных сырьевых материалов, тем самым обеспечивая воспроизводимое получение материала с единообразными функциональными свойствами и расчетными характеристиками. По настоящему изобретению можно изготавливать составы на основе гидратированного цемента, обладающие высокой плотностью и прочностью. Было продемонстрировано, что за счет регулирования параметров в соответствии с настоящим изобретением можно обеспечить минимальное или практически незаметное расслоение или выступание цементного молока у свежего бетона. Further, the present invention is directed to the creation of systems to determine the required changes in the processing parameters when changing the composition of the starting raw materials, thereby providing reproducible receipt of the material with uniform functional properties and design characteristics. According to the present invention, hydrated cement compositions with high density and strength can be made. It has been demonstrated that by adjusting the parameters in accordance with the present invention, it is possible to provide minimal or almost imperceptible delamination or protrusion of cement milk in fresh concrete.

Таким образом, с помощью технологических методов по настоящему изобретению можно изготавливать целое семейство новых бетонов повышенной прочности и долговечности. Thus, using the technological methods of the present invention, it is possible to produce a whole family of new concrete with increased strength and durability.

Краткое описание чертежей
Для изложения способов достижения вышеописанных и других преимуществ изобретения ниже приводится более подробное описание изобретения, кратко описанного выше, с ссылками на конкретные способы реализации изобретения, иллюстрируемые на прилагаемых чертежах. С учетом того, что эти чертежи отражают лишь типичные способы реализации изобретения и, следовательно, не ограничивают его объем, изобретение будет подробно описано в развернутом виде с помощью прилагаемых чертежей.
Brief Description of the Drawings
To state the methods for achieving the above and other advantages of the invention, a more detailed description of the invention is briefly described above, with reference to specific methods of implementing the invention illustrated in the accompanying drawings. Given that these drawings reflect only typical ways of implementing the invention and, therefore, do not limit its scope, the invention will be described in detail in expanded form using the accompanying drawings.

На фиг. 1 представлен график плотности упаковки частиц для тройной смеси, состоящей из цемента, кварцевого песка (0-2 мм) и дробленого гранита (8-16 мм). In FIG. 1 is a graph of particle packing density for a ternary mixture consisting of cement, silica sand (0-2 mm) and crushed granite (8-16 mm).

На фиг. 2 представлен график плотности упаковки частиц по фиг. 1, на котором приведены линии, показывающие способ определения состава в зависимости от плотности, указанной на графике. In FIG. 2 is a graph of particle packing density of FIG. 1, which shows lines showing a method for determining the composition depending on the density indicated on the graph.

На фиг. 3 представлен график для сравнения экспериментальной и теоретической плотности упаковки частиц (по модели Туфара /Toufar/) для тройной смеси цемента, мелкого гравия (3/8") и песка. In FIG. Figure 3 shows a graph for comparing the experimental and theoretical particle packing densities (according to the Toufar / Toufar / model) for a ternary mixture of cement, fine gravel (3/8 ") and sand.

На фиг. 4 представлен график, предназначенный для сравнения экспериментальной и откорректированной теоретической плотности упаковки частиц для смеси по фиг. 3. In FIG. 4 is a graph for comparing the experimental and adjusted theoretical particle packing densities for the mixture of FIG. 3.

На фиг. 5 представлен график плотности упаковки частиц с линиями псевдочастиц. In FIG. 5 is a graph of particle packing density with pseudoparticle lines.

На фиг. 6 представлен график экспериментальных значений прочности для разных смесей в сравнении с соответствующими теоретическими значениями прочности для смеси по уравнению Фере /Feret/. In FIG. 6 is a graph of experimental strength values for different mixtures in comparison with the corresponding theoretical strength values for the mixture according to the Feret equation.

На фиг. 7 представлен график, используемый для сравнения экспериментальных и теоретических значений прочности для смесей по фиг. 6. In FIG. 7 is a graph used to compare experimental and theoretical strength values for the mixtures of FIG. 6.

На фиг. 8 (А)-(В) представлена логическая блок-схема системы оптимизации. In FIG. 8 (A) - (B) presents a logical block diagram of an optimization system.

На фиг. 9 показана иерархическая структура логической блок-схемы, представленной на фиг. 8 (В). In FIG. 9 shows the hierarchical structure of the logical block diagram of FIG. 8 (B).

На фиг. 10 показана корреляция между откорректированными теоретическими значениями плотности упаковки и экспериментально определенной плотности упаковки частиц песка и мелкого гравия по примеру 1. In FIG. 10 shows the correlation between the adjusted theoretical values of the packing density and the experimentally determined packing density of sand particles and fine gravel according to Example 1.

На фиг. 11 показана корреляция между откорректированными теоретическими значениями плотности упаковки тройной системы и экспериментально определенной плотности упаковки системы, состоящей из частиц цемента, песка и мелкого гравия по примеру 1. In FIG. 11 shows the correlation between the adjusted theoretical values of the packing density of the ternary system and the experimentally determined packing density of the system consisting of particles of cement, sand and fine gravel according to example 1.

На фиг. 12 показана корреляция между фактическим и теоретическим количеством воды для смесей по примеру 1. In FIG. 12 shows the correlation between the actual and theoretical amount of water for the mixtures of example 1.

На фиг. 13 показана корреляция между содержанием воздуха и осадкой для смесей по примеру 1. In FIG. 13 shows the correlation between air content and sediment for the mixtures of example 1.

На фиг. 14 показана корреляция между фактической и расчетной осадкой для смесей по примеру 1. In FIG. 14 shows the correlation between the actual and calculated precipitation for the mixtures of example 1.

На фиг. 15 показана корреляция между фактическим и теоретическим количеством воды для смесей по примеру 2. In FIG. 15 shows the correlation between the actual and theoretical amount of water for the mixtures of example 2.

На фиг. 16 показана корреляция между содержанием воздуха и осадкой для смесей по примеру 2. In FIG. 16 shows the correlation between air content and sediment for the mixtures of example 2.

На фиг. 17 показана корреляция между фактической и расчетной осадкой для смесей по примеру 2. In FIG. 17 shows the correlation between the actual and calculated precipitation for the mixtures of example 2.

На фиг. 18 показана корреляция между фактическим и теоретическим количеством воды для смесей по примеру 3. In FIG. 18 shows the correlation between the actual and theoretical amount of water for the mixtures of example 3.

На фиг. 19 показана корреляция между содержанием воздуха и осадкой для смесей по примеру 3. In FIG. 19 shows the correlation between air content and sediment for the mixtures of example 3.

На фиг. 20 показана корреляция между фактической и расчетной осадкой для смесей по примеру 3. In FIG. 20 shows the correlation between the actual and estimated settlement for the mixtures of example 3.

На фиг. 21 показана корреляция между фактическим и теоретическим количеством воды для смесей по примеру 4. In FIG. 21 shows the correlation between the actual and theoretical amount of water for the mixtures of example 4.

На фиг. 22 показана корреляция между содержанием воздуха и осадкой для смесей по примеру 4. In FIG. 22 shows the correlation between air content and sediment for the mixtures of example 4.

На фиг. 23 показана корреляция между фактической и расчетной осадкой для смесей по примеру 4. In FIG. 23 shows the correlation between the actual and estimated settlement for the mixtures of example 4.

На фиг. 24 показана корреляция между фактическим и теоретическим количеством воды для смесей по примеру 6. In FIG. 24 shows the correlation between the actual and theoretical amount of water for the mixtures of example 6.

На фиг. 25 показана корреляция между содержанием воздуха и осадкой для смесей по примеру 6. In FIG. 25 shows the correlation between air content and sediment for the mixtures of example 6.

На фиг. 26 показана корреляция между фактической и расчетной осадкой для смесей по примеру 6. In FIG. 26 shows the correlation between the actual and calculated settlement for the mixtures of example 6.

На фиг. 27 показана плотность упаковки частиц для мелкого гравия по примеру 18. In FIG. 27 shows the packing density of the particles for fine gravel of Example 18.

На фиг. 28 показан средний диаметр мелкого гравия по примеру 18. In FIG. 28 shows the average diameter of fine gravel in Example 18.

На фиг. 29 показана плотность упаковки частиц песка по примеру 19. In FIG. 29 shows the packing density of the sand particles of Example 19.

На фиг. 30 показан средний диаметр частиц песка по примеру 19. In FIG. 30 shows the average sand particle diameter of Example 19.

На фиг. 31 показана плотность упаковки частиц типичного щебня со средним размером 1'' по примеру 20. In FIG. 31 shows the packing density of particles of a typical crushed stone with an average size of 1 ″ in Example 20.

На фиг. 32 показан средний диаметр типичного щебня со средним размером 1'' по примеру 20. In FIG. 32 shows the average diameter of a typical crushed stone with an average size of 1 ″ in Example 20.

На фиг. 33 показан график плотности упаковки частиц для трех крупнозернистых заполнителей по примеру 32. In FIG. 33 is a graph of particle packing density for the three coarse aggregates of Example 32.

Подробное описание предпочтительных вариантов изобретения
Настоящее изобретение относится к гидравлическим цементным составам, изделиям, изготавливаемым из таких составов, и методам обработки таких гидравлических цементных составов и изделий. Более конкретно, настоящее изобретение направлено на создание систем для оптимизации функциональных свойств и расчетных характеристик цементных материалов при одновременной минимизации себестоимости изготовления, для чего используется метод микроструктурной инженерии, являющийся частью технологии материалов. Кроме того, настоящее изобретение направлено на создание систем, позволяющих определить требуемые изменения параметров обработки при использовании конкретного технологического процесса при изменении состава исходных сырьевых материалов, обеспечивая воспроизводимое получение продукции с единообразными функциональными свойствами и расчетными характеристиками.
Detailed Description of Preferred Embodiments
The present invention relates to hydraulic cement compositions, products made from such compositions, and methods of processing such hydraulic cement compositions and products. More specifically, the present invention is directed to the creation of systems for optimizing the functional properties and design characteristics of cement materials while minimizing manufacturing costs, which uses the method of microstructural engineering, which is part of the technology of materials. In addition, the present invention is directed to the creation of systems that can determine the required changes in processing parameters when using a specific process when changing the composition of the raw materials, providing reproducible production of products with uniform functional properties and design characteristics.

I. Общее описание
А. Разработка составов с помощью микроструктурной инженерии
Как уже упоминалось, инструкции, нормативы и стандарты, которые обычно используются в настоящее время при обработке цементных и бетонных материалов, основаны на усредненных эмпирических результатах, полученных в течение ряда десятилетий. Для компенсации разброса характеристик, имеющего место в результате применения подобных стандартов, при проектировании изделий из бетонных материалов задается избыточный запас прочности чтобы гарантировать, что получаемые изделия на основе цемента будут обладать заданными характеристиками.
I. General Description
A. Development of formulations using microstructural engineering
As already mentioned, the instructions, regulations and standards that are currently commonly used in the processing of cement and concrete materials are based on averaged empirical results obtained over several decades. To compensate for the dispersion of characteristics that occurs as a result of the application of such standards, in designing products from concrete materials, an excessive margin of safety is set to ensure that the resulting cement-based products will have the specified characteristics.

В отличие от этого, в настоящем изобретении используется метод технологии материалов, позволяющий с помощью микроструктурной инженерии создать бетон, обладающий требуемыми характеристиками и свойствами. В соответствии с этим подходом были разработаны математические модели, которые затем были объединены с моделями, известными в данной отрасли техники, с целью получения новых моделей, предназначенных для точного определения параметров прочности, осадки и долговечности для бетонной смеси, основанной на разработанном составе компонентов. С помощью таких моделей можно точно определить состав смеси, позволяющий оптимизировать заданные характеристики и свойства при минимизации стоимости материалов. Более того, модели также могут использоваться для выявления необходимости в добавлении таких присадок, как наполнители, реагенты для сокращения количества воды, реагенты для удержания воздуха, микрозернистый кремнезем, летучая зола и другие пуццоланы; и (если такие присадки необходимы) для выявления количества этих присадок, требуемого для оптимизации состава смеси. In contrast, the present invention employs a material technology method that allows using microstructural engineering to create concrete with the desired characteristics and properties. In accordance with this approach, mathematical models were developed, which were then combined with models known in the art, in order to obtain new models designed to accurately determine the strength, precipitation and durability parameters for a concrete mixture based on the developed composition of the components. Using these models, you can accurately determine the composition of the mixture, which allows you to optimize the specified characteristics and properties while minimizing the cost of materials. Moreover, models can also be used to identify the need to add additives such as fillers, reagents to reduce the amount of water, reagents to hold air, silica fume, fly ash and other pozzolans; and (if such additives are necessary) to determine the amount of these additives required to optimize the composition of the mixture.

Микроструктурная инженерия представляет собой метод придания микроструктуре гидравлически отверждаемых составов определенных желательных, заранее заданных свойств, необходимых для конечного изделия. Метод микроструктурной инженерии также позволяет учитывать стоимость материалов, разброс параметров технологического процесса и возможные проблемы. Другими словами, метод микроструктурной инженерии в отличие от традиционного метода проб и ошибок, изготовления и опробования, позволяет разрабатывать составы с предсказуемыми заданными характеристиками прочности, веса, осадки и формуемости, пористости, проницаемости, долговечности, стоимости, экологической нейтральности, а также позволяет решать различные технологические проблемы. Microstructural engineering is a method of imparting to the microstructure of hydraulically settable compositions certain desirable, predetermined properties necessary for the final product. The method of microstructural engineering also allows you to take into account the cost of materials, the variation in the parameters of the process and possible problems. In other words, the method of microstructural engineering, unlike the traditional method of trial and error, manufacturing and testing, allows you to develop compositions with predictable given characteristics of strength, weight, precipitation and formability, porosity, permeability, durability, cost, environmental neutrality, and also allows you to solve various technological issues.

Для разработки любых конкретных изделий можно использовать огромное разнообразие различных видов сырья, число которых оценивается величинами порядка 50 - 80 тысяч. Сырьем могут служить материалы различных широких классов, такие как металлы, полимеры, эластомеры, керамика, стекло, композиционные материалы и цементы. В рамках определенного класса существует некоторое сходство характеристик, методов обработки и областей применения. Например, керамика обладает высоким значением модуля упругости, тогда как для полимеров это значение невысоко; металлы могут подвергаться формообразованию путем литья и ковки, тогда как композитные материалы требуют послойной укладки или специальных методов формования. To develop any specific products, you can use a huge variety of different types of raw materials, the number of which is estimated at about 50 - 80 thousand. The raw materials can be materials of various broad classes, such as metals, polymers, elastomers, ceramics, glass, composite materials and cements. Within a certain class, there is some similarity of characteristics, processing methods and applications. For example, ceramics has a high elastic modulus, while for polymers this value is low; metals can be shaped by casting and forging, while composite materials require layering or special molding methods.

Однако разделение характеристик материалов по классам сопряжено с определенной опасностью; это может привести к узкой специализации (когда металлург ничего не знает о керамике) и к консервативности мышления ("мы используем сталь, потому что мы всегда ее использовали"). Именно узкая специализация и консервативность мышления ограничили рассмотрение вопроса об использовании гидравлически отверждаемых материалов для изготовления разнообразных изделий. Тем не менее, после осознания того факта, что цементные материалы имеют весьма широкую область применения и могут создаваться с помощью методов микроструктурной инженерии, возможность их применения для изготовления различных изделий становится почти неограниченной. However, the division of the characteristics of materials into classes poses a certain danger; this can lead to narrow specialization (when the metallurgist knows nothing about ceramics) and to conservative thinking ("we use steel because we always used it"). It was the narrow specialization and conservative thinking that limited the consideration of the use of hydraulically settable materials for the manufacture of various products. Nevertheless, after realizing the fact that cement materials have a very wide scope and can be created using microstructural engineering methods, the possibility of their use for the manufacture of various products becomes almost unlimited.

В настоящем изобретении для создания сырьевых цементных материалов с контролируемыми характеристиками используется стратегия микроструктурной инженерии. Этот подход основан на технологии материалов, которая представляет собой научную дисциплину, фокусирующуюся на выявлении зависимостей между новыми материалами, методами обработки, микроструктурой и функциональными характеристиками, как показано ниже в табл. 1. In the present invention, a microstructural engineering strategy is used to create controlled cement raw materials. This approach is based on material technology, which is a scientific discipline that focuses on identifying relationships between new materials, processing methods, microstructure, and functional characteristics, as shown in the table below. 1.

Теоретические основы состоят в понимании того, как различные технологические процессы, используемые для обработки требуемых сырьевых материалов, влияют на микроструктуру, и соответственно, на характеристики получаемых изделий. Понимание этих взаимосвязей позволяет целенаправленно заменять материалы и использовать разные технологические методы для изготовления изделия, обладающего заданными функциональными характеристиками. The theoretical basis is to understand how the various technological processes used to process the required raw materials affect the microstructure, and accordingly, the characteristics of the products obtained. Understanding of these relationships allows you to purposefully replace materials and use different technological methods for the manufacture of products with specified functional characteristics.

Метод технологии материалов продемонстрирован на самых разнообразных материалах, включая сталь, полимеры, композитные материалы, полупроводники и - в недавнее время - сверхпроводники. Для всех этих столь разнообразных материалов метод технологии материалов приводит к появлению нового поколения высокоэффективных материалов. Благодаря технологии материалов можно моделировать взаимосвязи между методами обработки, микроструктурой и характеристиками, что позволяет разрабатывать конкретные изделия с оптимизированными характеристиками и оптимальной себестоимостью, основываясь на научном понимании, а не на методе проб и ошибок. The material technology method has been demonstrated on a wide variety of materials, including steel, polymers, composite materials, semiconductors and, more recently, superconductors. For all of these diverse materials, the material technology method leads to a new generation of highly efficient materials. Thanks to the technology of materials, it is possible to model the relationships between processing methods, microstructure and characteristics, which allows us to develop specific products with optimized characteristics and optimal cost, based on scientific understanding, and not on trial and error.

Применение метода технологии материалов к бетону представляет собой нелегкую задачу из-за сложности структуры, присущей цементным материалам. Взаимосвязи, позволяющие контролировать и оптимизировать микроструктуру и характеристики бетона, являются взаимозависимыми и с трудом поддаются выявлению. Сложный характер сотен химических реакций, происходящих при гидратации цемента, наряду с большим разбросом параметров сырья, разнообразием технологических методов, методов обращения с изделиями, метолов их отверждения и т. п. обусловил господствовавшее в данной отрасли промышленности мнение о том, что бетон не относится к числу поддающихся контролю материалов с достаточно предсказуемыми характеристиками, позволяющими использовать метод технологии материалов. В историческом аспекте исследователи лишь регистрировали изменения микроструктуры и характеристик бетона. Общепринятый вывод состоял в том, что моделирование принесет мало пользы или вообще окажется невозможным. Applying the material technology method to concrete is not an easy task due to the complexity of the structure inherent in cement materials. The relationships that allow you to control and optimize the microstructure and characteristics of concrete are interdependent and difficult to identify. The complex nature of hundreds of chemical reactions that occur during cement hydration, along with a wide variation in the parameters of raw materials, a variety of technological methods, methods for handling products, curing metols, etc., led to the prevailing opinion in the industry that concrete does not belong to the number of verifiable materials with fairly predictable characteristics that allow the use of the material technology method. In the historical aspect, the researchers only recorded changes in the microstructure and characteristics of concrete. The generally accepted conclusion was that modeling would be of little use or would be impossible at all.

Одним из аспектов бетона, особо затрудняющим применение научного подхода технологии материалов, является связь между "сырым" (на ранней стадии) и последующим "затвердевшим" (застывшим) состоянием, а также оптимизация параметров для этих состояний. Например, для обеспечения оптимальной осадки и формуемости требуются другие рецептуры, отличающиеся от тех, что обеспечивают высокую прочность и низкую проницаемость. Это очевидное противоречие между различными характеристиками материала (требуемыми во время подготовки и заливки в сравнении с периодом после отверждения) считалось неустранимым противоречием, для решения которого инженер и рабочий должны найти оптимальный компромисс. One of the aspects of concrete that makes it difficult to apply the scientific approach of materials technology is the relationship between the “raw” (at an early stage) and the subsequent “hardened” (solidified) state, as well as the optimization of parameters for these states. For example, other formulations other than those that provide high strength and low permeability are required to ensure optimal settlement and formability. This obvious contradiction between the various characteristics of the material (required during preparation and pouring in comparison with the period after curing) was considered an irreparable contradiction, for the solution of which the engineer and worker must find the optimal compromise.

По этим причинам до настоящего времени наука и технология материалов на основе цемента не были связаны с практикой, и в данной отрасли не использовался комплексный подход для понимания взаимосвязей между обработкой, микроструктурой и характеристиками. В настоящем изобретении метод технологии материалов используется для микроструктурной инженерии бетона, что позволит специалистам в данной отрасли применять этот новый подход и процесс, дающий удивительные результаты. Для проектирования новых цементных материалов каждый этап, представленный в табл. I был подвергнут анализу и разбивке на категории, как показано в табл. II. For these reasons, to date, the science and technology of cement-based materials has not been related to practice, and the industry has not used a comprehensive approach to understand the relationships between processing, microstructure and characteristics. In the present invention, the material technology method is used for microstructural engineering of concrete, which will allow specialists in the industry to apply this new approach and process, which gives amazing results. For the design of new cement materials, each stage is presented in table. I was subjected to analysis and categorization, as shown in table. II.

После этого были разработаны эмпирические модели, описывающие влияние методов обработки материалов на микроструктуру и, следовательно, на функциональные характеристики получаемых цементных изделий. Эти эмпирические модели были подвергнуты доработке (т. е. увеличению или сужению объема моделирования и ограничению параметров за счет введения определенных констант), чтобы создать модели, которые были бы пригодны для опробования. Затем апробированные модели были объединены в единую систему, предназначенную для разработки и изготовления конкретных изделий, обладающих заданными характеристиками. After that, empirical models were developed that describe the influence of materials processing methods on the microstructure and, therefore, on the functional characteristics of the cement products obtained. These empirical models were refined (i.e., increasing or narrowing the modeling volume and limiting the parameters by introducing certain constants) to create models that would be suitable for testing. Then, the tested models were combined into a single system designed for the development and manufacture of specific products with specified characteristics.

Полученная система, раскрываемая в настоящем изобретении, может выполнять несколько функций. Прежде всего следует отметить возможность предсказуемого определения связи между каждым компонентом и ранее указанным этапом, что позволяет разрабатывать и изготавливать превосходные бетоны при низкой стоимости. Более конкретно, система позволяет определить, какие сочетания материалов, включая присадки, следует использовать для получения цементной смеси с требуемыми параметрами осадки и окончательной прочности при обеспечении минимальной стоимости. Система также позволяет определить, какое сочетание имеющихся материалов следует использовать для получения смеси с заданными характеристиками. Кроме того, система позволяет определить, какое сочетание материалов следует использовать для получения смеси с максимальной долговечностью или любой заданной долговечностью без выступания цементного молока или расслоения компонентов. Дополнительные функции системы будут описаны ниже или станут очевидными из нижеприведенного описания и патентной формулы. The resulting system disclosed in the present invention can perform several functions. First of all, it should be noted the possibility of a predictable determination of the relationship between each component and the previously indicated stage, which allows us to develop and produce excellent concrete at a low cost. More specifically, the system allows you to determine which combination of materials, including additives, should be used to obtain a cement mixture with the required parameters of sedimentation and final strength at a minimum cost. The system also allows you to determine which combination of available materials should be used to obtain a mixture with desired characteristics. In addition, the system allows you to determine which combination of materials should be used to obtain a mixture with maximum durability or any specified durability without protruding cement milk or delaminating components. Additional functions of the system will be described below or will become apparent from the following description and patent claims.

Данная система может быть построена в виде ряда последовательных этапов для расчета с помощью номограмм без применения вычислительной техники, либо в виде компьютерной программы. В процессе формулирования состава смеси пользователь должен ввести заданные значения прочности и осадки; показатели плотности естественной упаковки и среднего диаметра частиц используемого заполнителя и цемента; характеристики летучей золы, микрозернистого кремнезема, наполнителей, реагента для сокращения количества воды, реагента для захвата воздуха или других пуццоланов (если эти присадки предполагается использовать); а также удельную стоимость каждого компонента бетона. Затем с помощью данного процесса выявляются составы смесей, которые позволят получить бетон с заданными характеристиками. После этого рассчитывается удельная стоимость смесей этих составов и полученные данные сравниваются между собой, чтобы выявить наиболее дешевую бетонную смесь, обладающую заданными характеристиками. This system can be built in the form of a series of sequential steps for calculation using nomograms without the use of computer technology, or in the form of a computer program. In the process of formulating the mixture, the user must enter the specified values of strength and precipitation; density indicators of natural packing and average particle diameter of the aggregate and cement used; characteristics of fly ash, silica fume, fillers, a reagent to reduce the amount of water, a reagent for trapping air or other pozzolans (if these additives are to be used); as well as the unit cost of each concrete component. Then, using this process, the compositions of mixtures are revealed that will allow you to get concrete with the specified characteristics. After that, the unit cost of the mixtures of these compounds is calculated and the obtained data are compared with each other to reveal the cheapest concrete mixture with the given characteristics.

В. Упаковка частиц
Для полного понимания процесса оптимизации по настоящему изобретению необходимо усвоить некоторые основные положения механики бетона. Как уже упоминалось, одной из проблем при моделировании бетона является очевидное противоречие между оптимизацией характеристик для сырого и отвержденного бетона.
B. Particle packaging
To fully understand the optimization process of the present invention, it is necessary to learn some basic principles of concrete mechanics. As already mentioned, one of the problems in modeling concrete is the apparent contradiction between optimizing performance for wet and cured concrete.

К числу характеристик сырого бетона относится осадка, являющаяся конкретной мерой реологической функции содержания воды и цемента. Чем больше воды вводится в цементную смесь, тем меньшей становится вязкость цементной пасты и тем меньшими будут силы трения между частицами заполнителя, и, следовательно, тем большей будет осадка. В свою очередь, высокое значение осадки обуславливает повышение формуемости, что упрощает заливку и обработку поверхности бетона. Однако для различных конструкций требуются различные значения осадки - в диапазоне от 0 до 23 см. Among the characteristics of raw concrete is sludge, which is a specific measure of the rheological function of the water and cement contents. The more water is introduced into the cement mixture, the lower the viscosity of the cement paste becomes and the lower the friction forces between the aggregate particles, and, consequently, the greater the sediment. In turn, the high value of precipitation leads to an increase in formability, which simplifies the pouring and surface treatment of concrete. However, different designs require different values of draft - in the range from 0 to 23 cm.

К числу характеристик застывшего бетона относятся прочность и пористость. Эти характеристики также зависят от содержания воды, но в обратной пропорции. Чем больше воды вводится в цементную смесь, тем меньшей становится концентрация цемента, что обуславливает снижение конечной прочности бетона. Кроме того, смеси с большим содержанием воды часто подвержены расслоению или выступанию цементного молока. Among the characteristics of hardened concrete are strength and porosity. These characteristics also depend on the water content, but in inverse proportion. The more water is introduced into the cement mixture, the lower the concentration of cement becomes, which leads to a decrease in the final strength of concrete. In addition, mixtures with a high water content are often subject to delamination or protrusion of cement milk.

"Выступание цементного молока" представляет собой процесс миграции воды к верхней поверхности свежеуложенного бетона, обусловленный осаждением более тяжелого заполнителя. Миграция воды увеличивает соотношение воды и цемента вблизи верхней поверхности бетона, что, соответственно, приводит к ослаблению и снижению стойкости поверхностного слоя. "Расслоение" представляет собой отделение цементного раствора (цемент, вода и песок) от крупнозернистого заполнителя, что приводит к ухудшению однородности материала, появлению участков с недостаточным содержанием цемента, снижению прочности и повышению пористости и проницаемости. И наконец, высокое содержание воды также приводит к увеличению пористости по всему объему застывшего бетона, что снижает его долговечность. The "protrusion of cement milk" is a process of migration of water to the upper surface of freshly laid concrete, due to the deposition of a heavier aggregate. Migration of water increases the ratio of water to cement near the upper surface of concrete, which, accordingly, leads to weakening and lowering of the resistance of the surface layer. "Stratification" is the separation of cement mortar (cement, water and sand) from coarse aggregate, which leads to deterioration of the homogeneity of the material, the appearance of areas with insufficient cement content, reduced strength and increased porosity and permeability. And finally, a high water content also leads to an increase in porosity throughout the volume of solidified concrete, which reduces its durability.

Однако исследователи установили, что наилучшие характеристики для сырого и отвержденного бетона могут быть получены в случае таких смесей, состав которых обеспечивает плотность упаковки частиц, близкую к максимальной. Плотность упаковки зависит от способа упаковки частиц, который представляет собой выбор размеров частиц и пропорций содержания материалов, обеспечивающих заполнение больших пустот мелкими частицами, между которыми образуются небольшие пустоты, вновь заполняемые еще более мелкими частицами, и так далее до достижения максимальной плотности упаковки частиц. В идеале, структура бетона может формироваться за счет максимально эффективной упаковки крупнозернистого заполнителя, последующей упаковки мелкозернистого заполнителя в промежутки между частицами крупнозернистого заполнителя и окончательного заполнения пастой оставшихся небольших объемов между частицами. However, the researchers found that the best characteristics for wet and cured concrete can be obtained in the case of such mixtures, the composition of which provides a packing density of particles close to maximum. The packing density depends on the method of packing particles, which is the choice of particle sizes and proportions of the content of materials that ensure filling large voids with small particles, between which small voids are formed, again filled with even smaller particles, and so on until the maximum particle packing density is reached. Ideally, the concrete structure can be formed due to the most efficient packing of coarse aggregate, subsequent packing of fine aggregate between the coarse aggregate particles and the final filling of the remaining small volumes between the particles with the paste.

Для понимания взаимосвязи между характеристиками в сыром и отвержденном состоянии рассмотрим сухую бетонную смесь "А" с плотностью упаковки 0,5, имеющую объем в один кубический метр, которая затем смешивается с водой в объеме X. Поскольку плотность упаковки частиц составляет менее единицы, часть объема (то есть 0,5 м3) представляет собой воздушные пустоты или промежуточные объемы между частицами, которые впоследствии будут заполнены водой.To understand the relationship between wet and hardened characteristics, consider “A” dry concrete mix with a packing density of 0.5, having a volume of one cubic meter, which is then mixed with water in volume X. Since the packing density of the particles is less than one, part of the volume (i.e. 0.5 m 3 ) represents air voids or intermediate volumes between particles that will subsequently be filled with water.

Теперь, если размер частиц в смеси "А" изменить так, чтобы увеличить плотность упаковки частиц до 0,8, то общий объем новой смеси будет меньше и составит 0,625 м3 так как объем воздушных пустот внутри смеси сократился до 0,125 м3. Таким образом, если то же количество воды X добавить к новой смеси, имеющей плотность 0,8, то осадка увеличится, поскольку вода, которая ранее использовалась для заполнения воздушных пустот, теперь используется для обволакивания частиц и снижения сил трения между ними.Now, if the particle size in the mixture "A" is changed so as to increase the packing density of the particles to 0.8, then the total volume of the new mixture will be less and will be 0.625 m 3 since the volume of air voids inside the mixture was reduced to 0.125 m 3 . Thus, if the same amount of water X is added to a new mixture with a density of 0.8, then the sediment will increase, since water, which was previously used to fill air voids, is now used to envelop particles and reduce friction between them.

В альтернативном варианте, по мере возрастания плотности упаковки частиц можно также сокращать количество добавляемой воды, тем самым повышая прочность бетона при сохранении того же значения осадки. Следовательно, по мере приближения к максимальной плотности упаковки частиц оптимизируются характеристики как для сырого, так и для отвержденного бетона, поскольку для обеспечения заданной осадки в смесь нужно добавить лишь минимальное количество воды. Alternatively, as the particle packing density increases, the amount of added water can also be reduced, thereby increasing the strength of concrete while maintaining the same sludge value. Therefore, as we approach the maximum packing density of the particles, the characteristics for both wet and cured concrete are optimized, since only a minimal amount of water needs to be added to the mix to ensure a given settlement.

Однако следует отметить, что по мере приближения к максимальной плотности упаковки частиц нарастают тенденции к расслоению и выступанию цементного молока. Это связано с тем, что при максимальной плотности упаковки частиц в смеси не будет хватать песка или мелкозернистого заполнителя для создания достаточно когезивной матрицы, являющейся опорой для заполнителя. В результате происходит расслоение, ухудшающее однородность и снижающее прочность получаемого бетона. However, it should be noted that as we approach the maximum packing density of particles, tendencies toward separation and protrusion of cement milk increase. This is due to the fact that at the maximum packing density of the particles in the mixture, sand or a fine-grained aggregate will not be enough to create a sufficiently cohesive matrix, which is a support for the aggregate. As a result, delamination occurs, worsening uniformity and reducing the strength of the resulting concrete.

Определение состава смеси, обеспечивающего максимальную плотность упаковки частиц, также позволяет получить экономический эффект. Как правило, цемент является самым дорогим компонентом в бетонной смеси. Для обеспечения структуры с адекватной когезией (т. е. с достаточными силами внутреннего сцепления частиц) необходимо ввести достаточное количество цемента, чтобы покрыть все частицы заполнителя, а также, предпочтительно, заполнить пустоты внутри бетонной смеси. (Если пустоты между частицами заполнителя будут заполнены цементом, а не водой, то прочность бетона увеличивается). При достижении максимальной плотности упаковки частиц площадь поверхности частиц и объем пустот между ними минимизируются, что минимизирует количество требуемого цемента. В соответствии с этим, стоимость бетона также минимизируется. Разумеется, выявление наиболее дешевой смеси производится с учетом стоимости различных компонентов. Determining the composition of the mixture, providing the maximum packing density of the particles, also allows you to get an economic effect. As a rule, cement is the most expensive component in a concrete mix. In order to ensure a structure with adequate cohesion (i.e., with sufficient forces of internal adhesion of the particles), it is necessary to introduce a sufficient amount of cement to cover all the aggregate particles, and it is also preferable to fill the voids inside the concrete mixture. (If the voids between the aggregate particles are filled with cement, and not with water, then the strength of concrete increases). Upon reaching the maximum packing density of the particles, the surface area of the particles and the volume of voids between them are minimized, which minimizes the amount of cement required. Accordingly, the cost of concrete is also minimized. Of course, the identification of the cheapest mixture is made taking into account the cost of various components.

Иногда более дешевыми будут смеси с меньшей плотностью упаковки частиц. Например, самым дешевым компонентом обычно является песок. В соответствии с этим, смеси с низкой концентрацией цемента и высокой концентрацией песка будут самыми дешевыми. Однако по мере возрастания процентного содержания песка и по мере соответствующего отхода от структуры с максимальной плотностью упаковки частиц возрастает пористость, что обуславливает снижение долговечности смеси. Sometimes cheaper are mixtures with a lower packing density of particles. For example, the cheapest component is usually sand. Accordingly, mixtures with a low concentration of cement and a high concentration of sand will be the cheapest. However, with an increase in the percentage of sand and with a corresponding departure from the structure with a maximum packing density of particles, porosity increases, which leads to a decrease in the durability of the mixture.

Способность точного и прогнозируемого регулирования упаковки частиц в растворе обеспечивает возможность регулирования системной реологии смеси. Реологические характеристики системы частично связаны с вязкостью и пределом текучести смеси и являются функцией как макрореологии, так и микрореологии. Макрореология описывает взаимосвязь между твердыми частицами, определяемую характером их упаковки. Путем избирательного регулирования распределения размеров частиц в смеси при сохранении постоянного содержания воды или смазывающего компонента смеси можно целенаправленно изменять вязкость и предел текучести смеси. The ability to accurately and predictably control the packing of particles in solution provides the ability to control the systemic rheology of the mixture. The rheological characteristics of the system are partially related to the viscosity and yield strength of the mixture and are a function of both macro-rheology and micro-rheology. Macroreology describes the relationship between solid particles, determined by the nature of their packaging. By selectively controlling the particle size distribution in the mixture while maintaining a constant water content or lubricating component of the mixture, the viscosity and yield strength of the mixture can be purposefully changed.

Контролирование системной реологии смеси является важным фактором для обеспечения экономичного массового изготовления тонкостенной тары и других изделий, подобных описанным в патентной заявке "Гидравлически отверждаемые тарные и другие изделия для хранения, раздачи и упаковки пищевых продуктов и напитков и методы их изготовления", которая ранее была включена в настоящую заявку посредством ссылки. Смесям с низкой вязкостью легче придать требуемую форму, и поэтому такие смеси обычно предпочтительны на этапе формования тарного изделия. Однако после того, как тара будет отформована, предпочтительно, чтобы смесь имела достаточно высокий предел текучести, чтобы обеспечивать формоустойчивость тарного изделия без внешней поддержки, давая возможность для массового изготовления тары. Для оптимизации вязкости и предела текучести смеси можно применять регулирование упаковки частиц. Controlling the systemic rheology of the mixture is an important factor in ensuring economical mass production of thin-walled containers and other products similar to those described in the patent application “Hydraulically settable containers and other products for storage, distribution and packaging of food and beverages and methods for their manufacture”, which was previously included to the present application by reference. Mixtures with low viscosity are easier to give the desired shape, and therefore, such mixtures are usually preferred at the stage of forming the container product. However, after the container is molded, it is preferable that the mixture has a sufficiently high yield strength to ensure the form stability of the container product without external support, making it possible for mass production of containers. To optimize the viscosity and yield strength of the mixture, particle packing control can be applied.

Микрореология является функцией тех компонентов системы, которые обладают качествами смазки и заполняют или переполняют пространство между "макрочастицами". Путем модификации смазочных материалов (в качестве которых могут служить вода, реагенты для модификации реологических характеристик, пластификаторы или другие материалы) можно химическим способом изменять вязкость и предел текучести. Микрореологические характеристики также можно изменять физическим способом - посредством изменения формы и размеров частиц, например, путем использования нарубленных волокон, пластинчатой слюды, округлых частиц микрозернистого кремнезема или частиц толченого сырого цемента, которые будут по-разному взаимодействовать со смазочными материалами. Micro-rheology is a function of those components of the system that have the qualities of a lubricant and fill or overfill the space between the "macroparticles". By modifying lubricants (which can be water, reagents for modifying rheological characteristics, plasticizers or other materials), the viscosity and yield strength can be chemically changed. Micro-rheological characteristics can also be changed physically - by changing the shape and size of the particles, for example, by using chopped fibers, plate mica, rounded particles of silica fume, or particles of crushed raw cement, which will interact differently with lubricants.

Хотя теория упаковки частиц известна, существуют определенные трудности с быстрым, точным и единообразным определением размеров и пропорций заданных компонентов, которые необходимы для обеспечения максимальной плотности упаковки частиц. Настоящее изобретение позволяет решить эту проблему за счет создания математической модели, обеспечивающей точное определение плотности упаковки для смеси с заданным объемным соотношением компонентов, включающих, как минимум, один тип заполнителя и цемент. Для определения максимальной плотности упаковки частиц рассчитывается значение плотности упаковки для всех сочетаний объемного содержания компонентов сырья. Although the theory of particle packing is known, there are certain difficulties with the fast, accurate and uniform determination of the sizes and proportions of the given components, which are necessary to ensure maximum packing density of the particles. The present invention allows to solve this problem by creating a mathematical model that provides an accurate determination of the packing density for a mixture with a given volume ratio of components comprising at least one type of aggregate and cement. To determine the maximum packing density of particles, the packing density is calculated for all combinations of the volumetric content of the components of the feed.

II. Процесс оптимизации структуры смеси
Ниже приводится подробное описание теоретических основ, математических моделей и этапов, необходимых для точного и воспроизводимого определения оптимальных пропорций цемента, воды, песка, крупнозернистого заполнителя и присадок (таких как реагенты для сокращения количества воды, реагенты для захвата воздуха, наполнители, летучая зола, микрозернистый кремнезем и другие пуццоланы), необходимых для получения бетонной смеси, обладающей заданными характеристиками как в сыром, так и в твердом состоянии при минимальной себестоимости.
II. The process of optimizing the structure of the mixture
The following is a detailed description of the theoretical foundations, mathematical models and steps necessary to accurately and reproducibly determine the optimal proportions of cement, water, sand, coarse aggregate and additives (such as reagents for reducing the amount of water, reagents for trapping air, fillers, fly ash, micrograin silica and other pozzolans) necessary to obtain a concrete mixture with the desired characteristics in both raw and solid state at a minimum cost.

Этап 1 состоит в обеспечении максимальной плотности упаковки и соответствующего состава сухой бетонной смеси, включающей цемент и один или несколько типов заполнителя. Stage 1 consists in ensuring the maximum packing density and the corresponding composition of the dry concrete mixture, including cement and one or more types of aggregate.

Этап 2 заключается в определении исходного оптимального состава бетонной смеси, который будет обеспечивать плотность упаковки частиц, приближающуюся к максимальной, и при этом будет обладать требуемой прочностью, осадкой и когезией при определенном соотношении мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя. Stage 2 is to determine the initial optimal composition of the concrete mixture, which will provide a packing density of particles approaching the maximum, and at the same time will have the required strength, sediment and cohesion with a certain ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate.

На этапе 3 производится сравнение значений удельной стоимости оптимальных смесей для каждой оптимальной смеси при определенном соотношении мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя, чтобы определить смесь, оптимальную во всех отношениях. At stage 3, a comparison is made of the unit cost values of the optimal mixtures for each optimal mixture with a certain ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate to determine the mixture that is optimal in all respects.

На этапах 4-7 рассматриваются методы учета эффектов, получаемых за счет независимого добавления к стандартной бетонной смеси различных присадок, включая, соответственно, летучую золу, микрозернистый кремнезем, реагенты для сокращения количества воды и наполнители. At steps 4–7, methods for accounting for the effects obtained by independently adding various additives to the standard concrete mixture, including, respectively, fly ash, silica fume, reagents to reduce the amount of water, and fillers, are considered.

Этап 8 осуществляется с помощью логической схемы и итеративных циклов, используемых для определения состава наилучшей оптимальной смеси, обладающей заданными характеристиками при минимальной себестоимости. Смесь включает мелкозернистый заполнитель, цемент, крупнозернистый заполнитель, подмешиваемую воду, летучую золу, реагенты для сокращения количества воды, реагенты для захвата воздуха, наполнители, микрозернистый кремнезем и другие пуццоланы с требуемыми характеристиками и минимальной стоимостью. Stage 8 is carried out using a logical scheme and iterative cycles used to determine the composition of the best optimal mixture with the desired characteristics at the lowest cost. The mixture includes fine-grained aggregate, cement, coarse aggregate, mixed water, fly ash, reagents to reduce the amount of water, reagents for trapping air, fillers, silica fume and other pozzolans with the required characteristics and minimum cost.

На этапе 9 полученная смесь модифицируется, чтобы обеспечить надлежащую концентрацию реагента для захвата воздуха и, соответственно, требуемое содержание воздуха в изделии. At step 9, the resulting mixture is modified to provide an appropriate concentration of reagent for trapping air and, accordingly, the required air content in the product.

На этапе 10 описывается метод определения поправочного коэффициента для оптимизационного процесса, что позволяет уточнить оценку получаемой осадки и тем самым дополнительно оптимизировать результаты. At step 10, a method for determining the correction factor for the optimization process is described, which allows you to refine the estimate of the resulting precipitation and thereby further optimize the results.

На этапе 11 обеспечиваются средства для определения долговечности смеси, гарантирующие, что выбранная смесь будет обладать достаточной долговечностью для ее целевого назначения. At step 11, means are provided for determining the durability of the mixture, ensuring that the selected mixture has sufficient durability for its intended use.

И наконец, на этапе 12 описывается метод точного определения объема или веса компонентов смеси, требуемых для получения заданного выхода или объема окончательной смеси. Finally, at step 12, a method is described for accurately determining the volume or weight of the mixture components required to obtain a given yield or volume of the final mixture.

Этап 1. Максимальная плотность упаковки
Первый этап оптимизационного процесса состоит в определении максимальной плотности упаковки и соответствующего объема каждого компонента сухой цементной смеси. Термины "бетонная смесь", "цементная смесь" или "смесь", используемые в настоящем описании и прилагаемой патентной формуле, предназначены для общего обозначения составов, включающих по меньшей мере один тип цемента и, по меньшей мере, один тип заполнителя, к которым можно добавлять воду и различные присадки. Термин "строительный раствор", используемый в настоящем описании и прилагаемой патентной формуле, предназначен для обозначения смеси, которая содержит только цемент и один тип заполнителя. По настоящему изобретению можно формулировать составы и других смесей, включая штукатурный раствор и сухую штукатурку.
Stage 1. Maximum packing density
The first stage of the optimization process is to determine the maximum packing density and the corresponding volume of each component of the dry cement mixture. The terms "concrete mixture", "cement mixture" or "mixture", used in the present description and the attached patent claims, are intended to generically denote compositions comprising at least one type of cement and at least one type of aggregate to which you can add water and various additives. The term "mortar", as used in the present description and the attached patent claims, is intended to mean a mixture that contains only cement and one type of aggregate. Compositions of other mixtures, including stucco and dry stucco, can also be formulated according to the present invention.

Термины "заполнитель" или "заполнители", используемые в настоящем описании и прилагаемой патентной формуле, предназначены для обозначения разнообразных дробленых и природных камней и минералов. Однако для использования в рамках настоящего изобретения они должны быть доброкачественными и отвечать определенным стандартам для оптимального технического применения: они должны представлять собой чистые, твердыми, плотные, прочные, долговечные частицы, свободные от абсорбированных химикатов, покрытия из глины или гумуса, а также других тонкозернистых материалов, которые могут повлиять на гидратацию и связи, обеспечиваемые в цементной пасте. The terms “aggregate” or “aggregates” used in the present description and the attached patent claims are intended to mean a variety of crushed and natural stones and minerals. However, for use in the framework of the present invention, they must be sound and meet certain standards for optimal technical use: they must be clean, solid, dense, strong, durable particles free from absorbed chemicals, clay or humus coatings, and other fine grains materials that can affect the hydration and bonds provided in the cement paste.

Для некоторых смесей целесообразно использовать заполнители, предназначенные для снижения веса и (или) повышения теплоизолирующих характеристик смеси. К примерам полезных заполнителей относятся перлит, вермикулит, песок, гравий, щебень, известняк, стеклянный бисер, аэрогели, ксерогели, морской гель, слюда, глина, синтетическая глина, глинозем, кремнезем, летучая зола, микрозернистый кремнезем, пластинчатый глинозем, каолин, микросферы, полые стеклянные сферы, пористые керамические сферы, дигидрат гипса, карбонат кальция, алюминат кальция, пробка, семена, легкие полимеры, ксонотлит (кристаллический кальциевый силикагель), легкая вспененная глина, непрореагировавшие частицы цемента, пемза, расслоенный камень и другие горнорудные материалы. Непрореагировавшие частицы цемента также могут рассматриваться как "заполнитель" в широком смысле этого термина. For some mixtures, it is advisable to use aggregates designed to reduce weight and (or) increase the insulating characteristics of the mixture. Examples of useful aggregates include perlite, vermiculite, sand, gravel, gravel, limestone, glass beads, aerogels, xerogels, sea gel, mica, clay, synthetic clay, alumina, silica, fly ash, microgranular silica, lamellar alumina, kaolin, microspheres , hollow glass spheres, porous ceramic spheres, gypsum dihydrate, calcium carbonate, calcium aluminate, cork, seeds, light polymers, xonotlite (crystalline calcium silica gel), lightweight foam clay, unreacted cement particles, pumice, layered stone and other mining materials. Unreacted cement particles can also be considered as “aggregate” in the broad sense of the term.

В рамках настоящего изобретения в дополнение к обычным заполнителям, используемым в цементной промышленности, с гидравлическими цементами можно сочетать и целый ряд других заполнителей, включая наполнители, упрочнители, металлы и металлические сплавы (такие как нержавеющая сталь, алюминат кальция, железо, медь, серебро и золото), шарики или полые сферические материалы (такие как стекло, полимеры и металлы), опилки, бусины, порошки (такие как кремнеземная пудра, или микрозернистый кремнезем), а также волокна (такие как графитовые, кремнеземные, глиноземные, стеклянные, полимерные, органические волокна и другие типы волокон, обычно используемые для изготовления различных композиционных материалов). В качестве заполнителей по настоящему изобретению можно использовать даже такие материалы, как семена, крахмалы, желатины и агаровые материалы. In the framework of the present invention, in addition to the usual aggregates used in the cement industry, a variety of other aggregates can be combined with hydraulic cements, including fillers, hardeners, metals and metal alloys (such as stainless steel, calcium aluminate, iron, copper, silver and gold), balls or hollow spherical materials (such as glass, polymers and metals), sawdust, beads, powders (such as silica powder, or microgranular silica), as well as fibers (such as graphite, silica refractory, alumina, glass, polymer, organic fibers and other types of fibers commonly used for the manufacture of various composite materials). As aggregates of the present invention, even materials such as seeds, starches, gelatins and agar materials can be used.

Исследованиями установлено, что плотность упаковки частиц смеси повышается при использовании двух или нескольких типов заполнителя с различным средним размером частиц. В соответствии с этим, термин "заполнитель", используемый в настоящем описании и прилагаемой патентной формуле, часто дополнительно определяется как мелкозернистый заполнитель и крупнозернистый заполнитель. Для получения улучшенной упаковки частиц желательно, чтобы соотношение средних размеров частиц крупнозернистого и мелкозернистого заполнителя составляло около 3:1, предпочтительно - около 5:1, а наиболее предпочтительно - около 7:1. Обычно в качестве мелкозернистого заполнителя используется песок. Песок состоит из частиц диаметром около 8 мм и менее. Обычный крупнозернистый заполнитель, как правило, содержит частицы размером примерно от 2 до 165 мм. В вариантах реализации настоящего изобретения, предусматривающих изготовление тонкостенных изделий, может оказаться предпочтительным, чтобы размер частиц заполнителя превышал размер частиц цемента не более чем в двадцать раз. Такой заполнитель, как правило, будет состоять из частиц диаметром менее 2 мм. Studies have shown that the packing density of particles in a mixture increases when two or more types of aggregate are used with different average particle sizes. Accordingly, the term “aggregate”, as used herein and in the accompanying patent claims, is often further defined as fine aggregate and coarse aggregate. To obtain improved particle packaging, it is desirable that the ratio of the average particle sizes of the coarse and fine aggregate aggregate is about 3: 1, preferably about 5: 1, and most preferably about 7: 1. Typically, sand is used as a fine aggregate. Sand consists of particles with a diameter of about 8 mm or less. Conventional coarse aggregate typically contains particles ranging in size from about 2 to 165 mm. In embodiments of the present invention involving the manufacture of thin-walled products, it may be preferable that the particle size of the aggregate exceeds the particle size of the cement by no more than twenty times. Such aggregate will typically consist of particles with a diameter of less than 2 mm.

Термины "мелкозернистый заполнитель" и "крупнозернистый заполнитель", используемые в настоящем описании и прилагаемой патентной формуле, не предназначены для ограничительного обозначения какого-либо диапазона размеров, а просто используются, чтобы указать, что заполнитель одного типа содержит более крупные частицы, чем заполнитель другого типа. Например, в цементной смеси, содержащей два типа песка, песок с более крупными частицами будет называться крупнозернистым заполнителем. The terms "fine aggregate" and "coarse aggregate" used in the present description and the accompanying patent claims are not intended to limit a range of sizes, but are simply used to indicate that one type of aggregate contains larger particles than the other type. For example, in a cement mixture containing two types of sand, sand with larger particles will be called coarse aggregate.

Термин "тип", используемый в настоящем описании и прилагаемой патентной формуле в отношении заполнителя, цемента и других твердых частиц, относится как к виду используемого материала, так и к диапазону размеров частиц. Например, хотя крупнозернистый заполнитель обычно состоит из частиц размером от 2 до 165 мм, один тип крупнозернистого заполнителя может состоять из частиц размером от 2 до 8 мм, тогда как другой тип может состоять из частиц размером от 8 до 16 мм. Как будет показано ниже, оптимальная плотность упаковки частиц смеси может быть обеспечена за счет селективного сочетания заполнителей различных типов. Исследованиями установлено, что те типы заполнителей, которые состоят из частиц с определенным средним размером, но характеризуются большим диапазоном разброса размеров, обычно обеспечивают более высокую плотность упаковки. The term "type" as used in the present description and the attached patent claims in relation to aggregate, cement and other solid particles, refers to both the type of material used and the particle size range. For example, although a coarse aggregate typically consists of particles from 2 to 165 mm in size, one type of coarse aggregate may consist of particles from 2 to 8 mm, while another type may consist of particles from 8 to 16 mm. As will be shown below, the optimal packing density of the particles of the mixture can be ensured by the selective combination of different types of aggregates. Studies have shown that those types of aggregates that consist of particles with a certain average size, but are characterized by a large range of size dispersion, usually provide a higher packing density.

Цемент, используемый в настоящем изобретении, относится к семейству цементов, известных под названием гидравлические цементы. Гидравлический цемент характеризуется продуктами гидратации, образующимися в результате реакции с водой. Гидравлические цементы следует отличать от цементов других видов, таких как полимерные органические цементы. Термин "порошковый гидравлический цемент", используемый в настоящем описании, включает исходный клинкер, а также битый, толченый, молотый и обработанный клинкер на различных стадиях образования цементного порошка с различными размерами частиц. The cement used in the present invention belongs to the family of cements known as hydraulic cements. Hydraulic cement is characterized by hydration products resulting from a reaction with water. Hydraulic cements should be distinguished from other types of cements, such as polymer organic cements. The term "hydraulic powder cement" as used herein includes the original clinker as well as crushed, crushed, ground and processed clinker at various stages of formation of cement powder with different particle sizes.

Примером известных в данной отрасли цементов являются: большое семейство портландцементов (включая обычный портландцемент без добавки гипса), цементы на базе алюмината кальция (включая цементы на базе алюмината кальция без регуляторов схватывания), штукатурные материалы, силикатные цементы (включая β- дикальций- силикаты, трикальций-силикаты и их смеси), гипсовые цементы, фосфатные цементы и цементы на базе оксихлорида магния. Термин "гидравлический цемент" также включает другие виды цемента, такие как α- дикальций- силикат, который приобретает свойства гидравлического связующего при условиях гидратации, предусмотренных настоящим изобретением. Подразумевается, что термин "цемент" также включает наполнители, летучую золу, микрозернистый кремнезем и другие пуццоланы. Гидравлические цементы обычно состоят из частиц размером от 0,1 мкм до 100 мкм. Examples of cements known in the industry are: a large family of Portland cements (including ordinary Portland cement without gypsum), calcium aluminate cements (including calcium aluminate cements without setting agents), plaster materials, silicate cements (including β-dicalcium silicates, tricalcium silicates and their mixtures), gypsum cements, phosphate cements and cements based on magnesium oxychloride. The term "hydraulic cement" also includes other types of cement, such as α-dicalcium silicate, which acquires the properties of a hydraulic binder under the hydration conditions provided by the present invention. The term "cement" is also intended to include fillers, fly ash, silica fume, and other pozzolans. Hydraulic cements usually consist of particles ranging in size from 0.1 microns to 100 microns.

Все объемные показатели, используемые в настоящем патентном описании, если не оговорено иное, выражаются в виде доли от общего содержания твердых веществ в смеси. Термин "общее содержание твердых веществ", используемый в настоящем описании и прилагаемой патентной формуле, относится к содержанию цемента, заполнителя, а также (если требуется) наполнителей, летучей золы, микрозернистого кремнезема и других пуццоланов. Таким образом, общее содержание заполнителя и цемента в стандартной смеси всегда составляет 1,0. Объемные показатели количества воды и воздуха в смеси также выражаются в виде доли от объема твердых веществ. Следовательно, значение 0,3 для объема воды в смеси соответствует объему воды, равному 30% от общего объема твердых веществ в смеси. Соответственно, общий объем смеси, включая воду, составит 1,3. All volumetric indicators used in the present patent description, unless otherwise specified, are expressed as a fraction of the total solids content in the mixture. The term “total solids content”, as used herein and in the accompanying patent claims, refers to the content of cement, aggregate, and (if required) fillers, fly ash, silica fume, and other pozzolans. Thus, the total content of aggregate and cement in the standard mixture is always 1.0. Volumetric indicators of the amount of water and air in the mixture are also expressed as a fraction of the volume of solids. Therefore, a value of 0.3 for the volume of water in the mixture corresponds to a volume of water equal to 30% of the total volume of solids in the mixture. Accordingly, the total volume of the mixture, including water, will be 1.3.

Типы заполнителя и цемента по настоящему изобретению дополнительно различаются по среднему диаметру (d') и естественной плотности упаковки (φ) частиц. Эти значения определяются экспериментально и используются при расчете теоретической плотности упаковки частиц получаемой бетонной смеси. Средний размер частиц определяется путем построения графика распределения размеров частиц каждого материала в соответствии с распределением Розина-Раммлера- Сперлинга-Беннета, описываемого следующим уравнением:

Figure 00000002

Здесь d - диаметр частиц, R(D) - накопленная вероятность того, что диаметр будет меньше d, d' - диаметр, для которого R(d') = 0,368, что соответствует 36,8% остатка на сите при просеивании, а n - наклон линии, определяемой путем построения графика зависимости процентного количества частиц, остающихся на сите, от размера ячеек сита.The types of aggregate and cement of the present invention further vary in average diameter (d ') and natural packing density (φ) of the particles. These values are determined experimentally and are used in calculating the theoretical packing density of the particles of the resulting concrete mixture. The average particle size is determined by plotting the particle size distribution of each material in accordance with the Rosin-Rammler-Sperling-Bennett distribution described by the following equation:
Figure 00000002

Here d is the particle diameter, R (D) is the accumulated probability that the diameter will be less than d, d 'is the diameter for which R (d') = 0.368, which corresponds to 36.8% of the sieve residue during sieving, and n - the slope of the line, determined by plotting the percentage of particles remaining on the sieve, on the size of the mesh cells.

Плотность упаковки материала каждого типа (φ) определяется путем засыпания материала в цилиндр, диаметр которого, как минимум, в десять раз превышает диаметр самой крупной частицы материала. Затем цилиндром постукивают по твердой поверхности до полного уплотнения материала. После измерения высоты материала в цилиндре и веса материала плотность упаковки определяется по следующей формуле:

Figure 00000003

где WM = вес материала;
SGM = удельный вес материала; и
VM = объем материала.The packing density of each type of material (φ) is determined by pouring the material into a cylinder whose diameter is at least ten times the diameter of the largest particle of the material. Then the cylinder is tapped on a hard surface until the material is completely densified. After measuring the height of the material in the cylinder and the weight of the material, the packing density is determined by the following formula:
Figure 00000003

where W M = weight of the material;
SG M = specific gravity of the material; and
V M = volume of material.

Таким образом производится количественное определение объема частиц в виде функции от морфологических характеристик частиц, удельной площади поверхности и других специфичных характеристик поверхности. Thus, a quantitative determination of the particle volume is performed as a function of the morphological characteristics of the particles, specific surface area and other specific surface characteristics.

Максимальная плотность упаковки частиц обычной трехкомпонентной смеси, включающей цемент, один тип мелкозернистого заполнителя и один тип крупнозернистого заполнителя, определяется путем приращения объема каждого компонента смеси и расчета соответствующей плотности упаковки. Затем различные значения плотности упаковки наносятся на треугольный график плотности упаковки, что позволяет выявить состав, обеспечивающий максимальную плотность упаковки. The maximum particle packing density of a conventional three-component mixture, including cement, one type of fine aggregate and one type of coarse aggregate, is determined by incrementing the volume of each component of the mixture and calculating the corresponding packing density. Then, various values of the packing density are plotted on a triangular graph of the packing density, which makes it possible to identify the composition that provides the maximum packing density.

В качестве примера на фиг. 1 представлен график плотности упаковки для тройной смеси, состоящей из цемента, кварцевого песка (0-2 мм) и дробленого гранита (8-16 мм). Сторона (А) графика определяет объемный процент мелкозернистого заполнителя (песок); сторона (В) определяет объемный процент цемента; и сторона (С) определяет объемный процент крупнозернистого заполнителя (дробленый гранит). Значения внутри треугольника соответствуют плотности упаковки при различном процентном объемном содержании компонентов смеси. Считывание значений графика производится в следующем порядке:
1(а). Выбрать на треугольнике требуемое значение плотности упаковки. Например, на фиг. 2 выбрана точка "Z", отображающая значение максимальной плотности упаковки частиц для заданной смеси.
As an example in FIG. 1 is a graph of packing density for a ternary mixture consisting of cement, silica sand (0-2 mm) and crushed granite (8-16 mm). Side (A) of the graph determines the volume percentage of fine aggregate (sand); side (B) determines the volume percentage of cement; and side (C) determines the volume percentage of coarse aggregate (crushed granite). The values inside the triangle correspond to the packing density at various percent volume contents of the mixture components. Reading the values of the graph is performed in the following order:
1 (a). Select the desired packing density on the triangle. For example, in FIG. 2, the point "Z" is selected, which displays the value of the maximum packing density of particles for a given mixture.

1(b). Определить выраженное в объемных процентах содержание цемента в бетонной смеси, которое необходимо для получения плотности упаковки, соответствующей точке "Z", для чего следует провести горизонтальную линию 20 от точки "Z" к стороне (В) треугольника. Значение в точке пересечения линии 20 и стороны (В) треугольника равно процентному содержанию цемента, необходимому для получения требуемой плотности упаковки. В примере, показанном на фиг. 2, процентное (по объему) содержание цемента составляет около 10%. 1 (b). Determine the cement content in concrete percentages expressed in volume percent, which is necessary to obtain the packing density corresponding to the “Z” point, for which a horizontal line 20 should be drawn from the “Z” point to side (B) of the triangle. The value at the intersection of line 20 and side (B) of the triangle is the percentage of cement required to obtain the desired packing density. In the example shown in FIG. 2, the percentage (by volume) of cement is about 10%.

1(с). Определить выраженное в объемных процентах содержание мелкозернистого заполнителя в бетонной смеси, которое необходимо для получения плотности упаковки, соответствующей точке "Z", для чего следует провести горизонтальную линию 22 от точки "Z" к стороне (А) треугольника. Значение в точке пересечения линии 22 и стороны (А) треугольника равно процентному содержанию мелкозернистого заполнителя, необходимому для получения требуемой плотности упаковки. В данном примере процентное (по объему) содержание мелкозернистого заполнителя составляет около 30%. 1 (s). Determine the percentage of fine-grained aggregate in concrete mix expressed in volume percent, which is necessary to obtain a packing density corresponding to the “Z” point, for which a horizontal line 22 should be drawn from the “Z” point to the side (A) of the triangle. The value at the intersection of line 22 and side (A) of the triangle is the percentage of fine aggregate needed to obtain the desired packing density. In this example, the percentage (by volume) content of fine aggregate is about 30%.

1(d). Поскольку сумма процентного содержания компонентов смеси должна составлять 100%, то получается, что при содержании в смеси 10% цемента и 30% мелкозернистого заполнителя содержание крупнозернистого заполнителя должно составить 60%. Однако это же значение также можно определить по графику плотности упаковки, проведя линию 24 параллельно стороне (А); линия начинается в точке "Z" и пересекается со стороной (С). Значение в точке пересечения линии 24 и стороны (С) треугольника равно процентному содержанию крупнозернистого заполнителя. Как показано на фиг. 2, это значение составляет около 60%. С помощью этого метода можно определить состав смеси для любой плотности упаковки, показанной на графике, либо - в обратном порядке - определить плотность упаковки для любого заданного состава смеси. 1 (d). Since the sum of the percentage of the components of the mixture should be 100%, it turns out that when the content of the mixture is 10% cement and 30% fine aggregate, the content of coarse aggregate should be 60%. However, the same value can also be determined from the graph of the packing density by drawing a line 24 parallel to side (A); the line starts at point "Z" and intersects with side (C). The value at the intersection of line 24 and side (C) of the triangle is the percentage of coarse aggregate. As shown in FIG. 2, this value is about 60%. Using this method, you can determine the composition of the mixture for any packing density shown in the graph, or, in the reverse order, determine the packing density for any given mixture composition.

Значения плотности упаковки, указанные на графике, определялись по модели Туфара, Клозе и Борна (Toufar, Klose и Born) (ниже именуется "моделью Туфара"), используемой с поправочным коэффициентом. Модель Туфара представляет собой формулу для расчета плотности упаковки для бинарных (двойных) смесей:

Figure 00000004

Здесь r1 = объем частиц меньшего размера;
r2 = объем частиц большего размера;
d1 = диаметр частиц меньшего размера;
d2 = диаметр частиц большего размера;
φ1= плотность упаковки частиц меньшего размера,
φ2= плотность упаковки частиц большего размера.The packing densities shown on the graph were determined using the Toufar, Klose, and Born models (Toufar, Klose, and Born) (hereinafter referred to as the “Toufar model”) used with a correction factor. The Tufar model is a formula for calculating the packing density for binary (double) mixtures:
Figure 00000004

Here r 1 = volume of smaller particles;
r 2 = larger particle size;
d 1 = smaller particle diameter;
d 2 = larger particle diameter;
φ 1 = packing density of smaller particles,
φ 2 = packing density of larger particles.

Для расчета плотности упаковки двухкомпонентных смесей можно также использовать другие модели. К числу применимых моделей относятся модели Эйма (Aim) и Ларрарда (Larrard), описываемые в статье В. Йохансена и П. И. Андерсена (V. Johansen и P.J. Andersen) "Упаковка частиц и свойства бетона", см. Материаловедение бетона II. стр. 118-122, Американское общество керамики (1991), которая включается в настоящий документ посредством данной ссылки. Other models can also be used to calculate the packing density of two-component mixtures. Applicable models include the Aim and Larrard models described in an article by V. Johansen and P.J. Andersen, “Particle Packaging and Concrete Properties,” see Concrete Materials Science II. p. 118-122, American Society of Ceramics (1991), which is incorporated herein by reference.

Для повышения точности модели Туфара было выполнено сравнение экспериментальной плотности упаковки частиц для тройной смеси с соответствующей теоретической плотностью упаковки, рассчитанной по модели Туфара. Как показано на фиг. 3, выполненное для тройной смеси цемента, мелкого гравия (3/8'') и песка сравнение выявило линейную корреляцию между теоретическими и экспериментальными значениями плотности упаковки. Однако теоретические значения, полученные по модели Туфара, несколько превышали фактические экспериментальные значения. Для компенсации этого расхождения значения по модели Туфара были откорректированы в соответствии с корреляцией между теоретическими и экспериментальными, обычными значениями. Уравнение для определения откорректированной плотности упаковки применительно к бетону выглядит следующим образом:
PC = 0,9940 PT - 0,00895 (4)
Переменная PC означает откорректированную плотность упаковки, а PT означает экспериментальную или моделированную плотность упаковки, полученную с помощью модели Туфара. Таким образом, подставляя в это уравнение вместо PT значения, полученные по модели Туфара, и определяя значения PC, можно определить откорректированное теоретическое значение плотности упаковки бетонной смеси с погрешностью не более 2% от фактического значения плотности упаковки.
To increase the accuracy of the Tufar model, a comparison was made of the experimental particle packing density for the ternary mixture with the corresponding theoretical packing density calculated by the Tufar model. As shown in FIG. 3, performed for a ternary mixture of cement, fine gravel (3/8 '') and sand, a comparison revealed a linear correlation between theoretical and experimental values of packing density. However, the theoretical values obtained by the Tufar model slightly exceeded the actual experimental values. To compensate for this discrepancy, the values according to the Tufar model were adjusted in accordance with the correlation between theoretical and experimental, ordinary values. The equation for determining the adjusted packing density for concrete is as follows:
P C = 0.9940 P T - 0.00895 (4)
The variable P C means the adjusted packing density, and P T means the experimental or simulated packing density obtained using the Tufar model. Thus, substituting the values obtained by the Tufar model in place of P T in this equation and determining the P C values, one can determine the adjusted theoretical value of the concrete packing density with an error of no more than 2% of the actual packing density.

Точность откорректированной модели Туфара продемонстрирована на фиг. 4, где показан график, предназначенный для сравнения экспериментальной и откорректированной теоретической плотности упаковки частиц. В оставшейся части настоящего патентного описания все ссылки на применение и результаты модели Туфара будут подразумевать также и применение корректирующего уравнения, невзирая на то, упоминается ли об этом или нет. Постоянные, использованные в корректирующем уравнении (уравнение (4)), применяются независимо от типа упаковываемого материала. Однако значения этих постоянных частично основаны на экспериментальных данных о плотности упаковки и, следовательно, могут меняться в зависимости от количества и точности опытов. The accuracy of the adjusted Tufara model is shown in FIG. 4, which shows a graph intended to compare the experimental and adjusted theoretical particle packing density. In the remainder of this patent description, all references to the application and results of the Tufar model will also imply the use of a correction equation, regardless of whether it is mentioned or not. The constants used in the correction equation (equation (4)) are applied regardless of the type of material being packaged. However, the values of these constants are partially based on experimental data on the packing density and, therefore, can vary depending on the number and accuracy of experiments.

Поскольку с помощью модели Туфара можно рассчитывать плотность упаковки только для двухкомпонентных смесей, значения плотности упаковки сначала рассчитываются для линии (С) на графике плотности упаковки (т. е. для линии, отображающей процентное содержание крупнозернистого заполнителя). На линии (С) в состав смеси входят только крупнозернистый заполнитель и мелкозернистый заполнитель, без добавления цемента. Например, если вновь обратиться к фиг. 2, соответствующий состав для плотности упаковки на линии (С), где процентное содержание крупнозернистого заполнителя составляет 50%, будет следующим: 50% крупнозернистого заполнителя, 50% мелкозернистого заполнителя и 0% цемента. Since the packing density can be calculated only for two-component mixtures using the Tufar model, packing density values are first calculated for line (C) on the packing density graph (i.e., for a line showing the percentage of coarse aggregate). On line (C), the mixture contains only coarse aggregate and fine aggregate, without the addition of cement. For example, referring again to FIG. 2, the corresponding composition for the packing density on line (C), where the percentage of coarse aggregate is 50%, will be as follows: 50% coarse aggregate, 50% fine aggregate and 0% cement.

Плотность упаковки вдоль линии (С) сначала рассчитывается за счет изменения состава смеси крупнозернистого заполнителя и мелкозернистого заполнителя приращениями по 1%. Например, значение φ сначала определяется с помощью модели Туфара (уравнение (3)), где r1 = 0,01, что означает 1 об.% мелкозернистого заполнителя, а r2 = 0,99, что означает 99 об.% крупнозернистого заполнителя, d1 - экспериментальное значение d' для мелкозернистого заполнителя, d2 - экспериментальное значение d' для крупнозернистого заполнителя, φ1 - экспериментальное значение φ для мелкозернистого заполнителя, а φ2 - экспериментальное значение φ для крупнозернистого заполнителя.The packing density along line (C) is first calculated by changing the composition of the mixture of coarse aggregate and fine aggregate in increments of 1%. For example, the value of φ is first determined using the Tufar model (equation (3)), where r 1 = 0.01, which means 1 vol.% Fine aggregate, and r 2 = 0.99, which means 99 vol.% Coarse aggregate , d 1 is the experimental value of d 'for a fine-grained aggregate, d 2 is the experimental value of d' for a coarse-grained aggregate, φ 1 is the experimental value of φ for a fine-grained aggregate, and φ 2 is the experimental value of φ for a coarse-grained aggregate.

После определения плотности упаковки φ для данного состава смеси выполняется коррекция этого значения с помощью ранее описанного корректирующего уравнения (4). Полученное значение затем наносится в соответствующую точку линии (С) графика плотности упаковки. В ходе второго расчета все числовые значения остаются такими же, за тем исключением, что теперь r1 = 0,02, что соответствует 2% мелкозернистого заполнителя, а r2 = 0,98, что соответствует 98% крупнозернистого заполнителя. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будут подсчитаны значения φ для всех сочетаний объемов мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя с приращениями в 1%.After determining the packing density φ for a given mixture composition, this value is corrected using the previously described correcting equation (4). The resulting value is then plotted at the corresponding point on the line (C) of the packing density graph. In the second calculation, all the numerical values remain the same, except that now r 1 = 0.02, which corresponds to 2% of fine-grained aggregate, and r 2 = 0.98, which corresponds to 98% of coarse-grained aggregate. This process continues until the values of φ are calculated for all combinations of volumes of fine-grained aggregate and coarse-grained aggregate with increments of 1%.

Понятно, что чем меньшее приращение используется при изменении процентного содержания различных компонентов, тем точнее будут окончательные результаты. Однако для упрощения примеров и описания настоящего изобретения были использованы приращения по 1%. It is clear that the smaller the increment is used when changing the percentage of various components, the more accurate the final results. However, to simplify the examples and descriptions of the present invention, increments of 1% were used.

Вышеописанный процесс также может использоваться для расчета максимальной плотности упаковки частиц строительного раствора. Как было указано выше, строительный раствор представляет собой двухкомпонентную смесь, состоящую из цемента и одного типа заполнителя. Определив линию (А) в качестве линии, отражающей объемное содержание цемента, а линию (С) в качестве линии, отражающей объемное содержание заполнителя, и затем вводя постепенно изменяемые значения содержания цемента и заполнителя в модель Туфара, можно определить все возможные значения плотности упаковки для двухкомпонентной смеси вдоль линии (С). Наибольшее значение плотности упаковки на линии (С) будет соответствовать составу смеси цемента и заполнителя, при котором обеспечивается максимальная плотность упаковки частиц. The above process can also be used to calculate the maximum packing density of the mortar particles. As indicated above, the mortar is a two-component mixture consisting of cement and one type of aggregate. By defining line (A) as a line reflecting the volumetric content of cement, and line (C) as a line reflecting the volumetric content of aggregate, and then introducing gradually changing values of the cement and aggregate content in the Tufara model, one can determine all possible packing densities for two-component mixture along the line (C). The highest value of the packing density on line (C) will correspond to the composition of the mixture of cement and aggregate, which ensures the maximum packing density of particles.

При определении максимальной плотности упаковки частиц трехкомпонентной смеси, после определения значений плотности упаковки вдоль линии (С) для расчета значений внутри треугольника также используется модель Туфара. Так как модель Туфара применяется только для расчета плотности упаковки двухкомпонентной смеси, задаются псевдочастицы, отображающие сочетание различных соотношений мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя вдоль линии основания. Затем значения плотности упаковки внутри треугольника могут рассчитываться для двухкомпонентной смеси, состоящей из псевдочастиц и цемента. When determining the maximum packing density of particles of a three-component mixture, after determining the packing density values along line (C), the Tufar model is also used to calculate the values inside the triangle. Since the Tufar model is used only to calculate the packing density of a two-component mixture, pseudoparticles are specified that display a combination of different ratios of fine-grained and coarse-grained aggregate along the base line. Then the packing density values inside the triangle can be calculated for a two-component mixture consisting of pseudoparticles and cement.

Каждая смесь псевдочастиц и цемента представляется в виде линии псевдочастиц, проведенной внутри треугольника. На фиг. 5 показана серия линий псевдочастиц 26, протянувшихся от вершины треугольника 28 до линии (С), отображающей объемное содержание крупнозернистого заполнителя. Поскольку объемное содержание крупнозернистого заполнителя может изменяться от 0% до 100%, всего имеется 100 отдельных линий псевдочастиц. Каждая линия отображает псевдочастицу, у которой соотношение мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя определяется значением в точке пересечения с линией содержания крупнозернистого заполнителя. Например, линия, соединенная с точкой, которая соответствует содержанию крупнозернистого заполнителя, составляющему 1%, отображает псевдочастицу, состоящую из 1% крупнозернистого заполнителя и 99% мелкозернистого заполнителя. По мере перемещения по линии псевдочастиц по вертикали в направлении вершины треугольника 28 процентное содержание цемента увеличивается, а процентное содержание псевдочастиц пропорционально уменьшается; однако соотношение мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя остается постоянным. Each mixture of pseudoparticles and cement is represented as a line of pseudoparticles drawn inside a triangle. In FIG. 5 shows a series of lines of pseudoparticles 26 extending from the top of triangle 28 to a line (C) representing the volume content of coarse aggregate. Since the volume content of coarse aggregate can vary from 0% to 100%, there are a total of 100 individual lines of pseudoparticles. Each line displays a pseudo-particle in which the ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate is determined by the value at the point of intersection with the line of content of coarse-grained aggregate. For example, a line connected to a point that corresponds to a coarse aggregate content of 1% displays a pseudoparticle consisting of 1% coarse aggregate and 99% fine aggregate. As you move along the line of pseudoparticles vertically in the direction of the apex of triangle 28, the percentage of cement increases, and the percentage of pseudoparticles decreases proportionally; however, the ratio of fine to coarse aggregate remains constant.

Затем построение графика плотности упаковки завершается путем расчета и нанесения значений плотности упаковки для каждого 1- процентного приращения объемного содержания цемента вдоль каждой из линий псевдочастиц. Эти точки графика плотности упаковки легче всего определить проведя горизонтальную линию 30 (см. фиг. 5) для каждого значения процентного содержания цемента так, чтобы каждая горизонтальная линия 30 пересекалась с каждой линией псевдочастиц 26. Точки пересечения 32 представляют собой точки, в которых рассчитываются значения плотности упаковки. Значения, необходимые для определения плотности упаковки по модели Туфара, можно определить с помощью ранее описанного метода считывания численных значений с графика плотности упаковки. Then, the packing density graph is completed by calculating and plotting the packing density values for each 1 percent increment in the volumetric cement content along each of the lines of pseudoparticles. These points of the packing density graph are most easily determined by drawing a horizontal line 30 (see Fig. 5) for each value of the percentage of cement so that each horizontal line 30 intersects with each line of pseudoparticles 26. The intersection points 32 are the points at which the values are calculated packing density. The values necessary to determine the packing density according to the Tufar model can be determined using the previously described method of reading numerical values from the packing density graph.

Например, первая линия псевдочастиц проводится от вершины треугольника к точке, отображающей 1% содержания крупнозернистого заполнителя на линии (С). Затем определяется значение плотности упаковки на линии псевдочастиц, соответствующей 1 об. % цемента. Для расчета плотности упаковки используется модель Туфара, в которой r1 представляет собой объемное содержание мелких частиц (цемента), равное 0,01; r2 представляет собой объемное содержание псевдочастиц, равное 0,99; φ1 - экспериментально определенная плотность упаковки цемента; φ2 - плотность упаковки псевдочастиц, равная ранее скорректированной и рассчитанной плотности упаковки смеси, состоящей из 1% крупнозернистого заполнителя и 99% мелкозернистого заполнителя; d1 равно экспериментально определенному значению d' для цемента; и наконец, d2 равно среднему диаметру псевдочастиц. Значение d2 определяется с помощью следующего уравнения:
d2 - r1d'1 + r2d'2 (5)
В вышеприведенном уравнении значения r1 и 2 равны соответственно объему мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя в смеси, для которой определяется значение плотности упаковки. Значения r1 и r2 определяются путем считывания значений с графика плотности упаковки, как было описано выше. И наконец, значения d'1 и d'2 представляют собой экспериментальные значения d' для мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя, соответственно. После определения плотности упаковки производится корректировка с использованием вышеописанного поправочного коэффициента, чтобы более точно отобразить значения истинной плотности упаковки, которые затем наносятся на график плотности упаковки.
For example, the first line of pseudoparticles is drawn from the top of the triangle to a point representing 1% of the coarse aggregate content on line (C). Then, the value of the packing density on the line of pseudoparticles corresponding to 1 vol. % cement. To calculate the packing density, the Tufara model is used, in which r 1 represents the volumetric content of small particles (cement) equal to 0.01; r 2 represents a volumetric content of pseudoparticles of 0.99; φ 1 - experimentally determined cement packing density; φ 2 is the packing density of pseudoparticles equal to the previously adjusted and calculated packing density of the mixture consisting of 1% coarse aggregate and 99% fine-grained aggregate; d 1 is equal to the experimentally determined value of d 'for cement; and finally, d 2 is equal to the average diameter of the pseudoparticles. The value of d 2 is determined using the following equation:
d 2 - r 1 d ' 1 + r 2 d' 2 (5)
In the above equation, the values of r 1 and 2 are equal to the volume of fine-grained aggregate and coarse-grained aggregate in the mixture, for which the value of the packing density is determined. The values of r 1 and r 2 are determined by reading the values from the graph of the packing density, as described above. Finally, the d ′ 1 and d ′ 2 values are the experimental d ′ values for the fine aggregate and coarse aggregate, respectively. After determining the packing density, an adjustment is made using the correction factor described above to more accurately display the true packing density values, which are then plotted on the packing density graph.

После определения значений плотности упаковки и их нанесения на график, внутри треугольника можно провести контурные линии путем соединения точек с одинаковой плотностью упаковки. Затем можно определить максимальную плотность и соответствующий процентный состав смеси, для чего на графике следует найти значение максимальной плотности упаковки частиц и определить соответствующий состав смеси, как было описано выше. After determining the density values of the package and applying them to the graph, contour lines can be drawn inside the triangle by connecting points with the same package density. Then you can determine the maximum density and the corresponding percentage composition of the mixture, for which the graph should find the value of the maximum packing density of the particles and determine the appropriate composition of the mixture, as described above.

Если бетонная смесь содержит два типа мелкозернистого заполнителя или два типа крупнозернистого заполнителя, т. е. состоит из четырех компонентов, то с помощью модели Туфара создается псевдочастица, у которой плотность упаковки и средний диаметр отображают оба типа мелкозернистого заполнителя или крупнозернистого заполнителя. Затем ранее описанный метод определения максимальной плотности упаковки частиц трехкомпонентной смеси можно применить с использованием этой псевдочастицы вместо мелкозернистого или крупнозернистого компонента. If the concrete mixture contains two types of fine-grained aggregate or two types of coarse-grained aggregate, i.e. consists of four components, then using the Tufar model a pseudoparticle is created in which the packing density and average diameter reflect both types of fine-grained aggregate or coarse-grained aggregate. Then, the previously described method for determining the maximum packing density of particles of a three-component mixture can be applied using this pseudoparticle instead of a fine-grained or coarse-grained component.

Плотность упаковки псевдочастиц соответствует максимальной плотности упаковки частиц двух мелкозернистых заполнителей или двух крупнозернистых заполнителей. Максимальная плотность упаковки определяется путем сравнения всех значений плотности упаковки для различных соотношений процентного содержания двух компонентов. Это тот же процесс, что используется для определения плотности упаковки мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя вдоль линии (С) на графике плотности упаковки. The packing density of the pseudoparticles corresponds to the maximum packing density of the particles of two fine-grained aggregates or two coarse-grained aggregates. The maximum packing density is determined by comparing all packing density values for different ratios of the percentage of the two components. This is the same process that is used to determine the packing density of fine-grained aggregate and coarse-grained aggregate along line (C) in the graph of packing density.

Средний диаметр псевдочастиц d'p определяют по формуле:
d'p = r1d'1 + r2d'2 (6)
Здесь r1 и r2 соответствуют процентному содержанию двух типов
крупнозернистого заполнителя или мелкозернистого заполнителя для смеси с максимальной плотностью упаковки частиц, а значения d'1 и d'2 соответствуют среднему диаметру двух типов мелкозернистого заполнителя или крупнозернистого заполнителя соответственно.
The average pseudoparticle diameter d ' p is determined by the formula:
d ' p = r 1 d' 1 + r 2 d ' 2 (6)
Here r 1 and r 2 correspond to the percentage of two types
coarse aggregate or fine aggregate for a mixture with a maximum packing density of particles, and the values d ' 1 and d' 2 correspond to the average diameter of the two types of fine aggregate or coarse aggregate, respectively.

В тех случаях, когда бетонная смесь содержит три типа мелкозернистого заполнителя или крупнозернистого заполнителя, также можно использовать псевдочастицу, у которой плотность упаковки и средний диаметр отображают различные типы мелкозернистого заполнителя или крупнозернистого заполнителя. Плотность упаковки псевдочастицы соответствует максимальной плотности упаковки частиц трехкомпонентной смеси мелкозернистых заполнителей или крупнозернистых заполнителей и определяются тем же способом, который использовался для определения максимальной плотности упаковки частиц трехкомпонентной смеси цемента, мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя. Средний диаметр псевдочастицы определяется по формуле:
d'p = r1d'1 + r2d'2 + r3d'3 (7)
Здесь, как и ранее, значения r соответствуют процентному содержанию каждого типа мелкозернистого заполнителя или крупнозернистого заполнителя в смеси, имеющей максимальную плотность упаковки, а значения d'p соответствуют среднему диаметру частиц каждого типа мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя соответственно.
In cases where the concrete mixture contains three types of fine aggregate or coarse aggregate, you can also use a pseudoparticle in which the packing density and average diameter represent different types of fine aggregate or coarse aggregate. The packing density of the pseudo-particle corresponds to the maximum packing density of the particles of a three-component mixture of fine aggregates or coarse aggregates and are determined in the same way as was used to determine the maximum packing density of particles of a three-component mixture of cement, fine aggregate and coarse aggregate. The average diameter of the pseudoparticle is determined by the formula:
d ' p = r 1 d' 1 + r 2 d ' 2 + r 3 d' 3 (7)
Here, as before, the r values correspond to the percentage of each type of fine aggregate or coarse aggregate in the mixture having the maximum packing density, and the d ' p values correspond to the average particle diameter of each type of fine aggregate and coarse aggregate, respectively.

Если бетонная смесь содержит четыре и более типов мелкозернистого заполнителя или крупнозернистого заполнителя, то сначала определяются значения плотности упаковки и среднего диаметра псевдочастицы, отображающей два наиболее крупнозернистых материала. Затем эта псевдочастица комбинируется с частицей следующего меньшего размера, в результате чего получается двухкомпонентная упаковка, которая в свою очередь определяется с помощью новой псевдочастицы, имеющей новые значения плотности упаковки и среднего диаметра. Затем новая псевдочастица комбинируется со следующей частицей меньшего размера, и этот процесс продолжается до тех пор, пока не будут включены все различные типы крупнозернистого заполнителя или мелкозернистого заполнителя. If a concrete mix contains four or more types of fine-grained aggregate or coarse-grained aggregate, then the packing density and the average diameter of the pseudoparticle, which displays the two coarsest materials, are first determined. Then this pseudoparticle is combined with the next smaller particle, resulting in a two-component package, which in turn is determined using a new pseudoparticle, which has new values of the packing density and average diameter. Then the new pseudoparticle is combined with the next smaller particle, and this process continues until all the different types of coarse aggregate or fine aggregate are included.

Разумеется, в смесь также можно вводить цемент двух или более типов. Однако размеры частиц цемента настолько малы, что сочетание различных типов цемента, как правило, не оказывает существенного влияния на плотность упаковки частиц в смеси. Тем не менее, в некоторых областях назначения, например, при упаковке частиц порошка или мелкодисперсного строительного раствора, комбинирование нескольких типов цемента может иметь значение. В таких случаях цемент разных типов может быть представлен в виде псевдочастицы тем же способом, который используется для мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя. Of course, two or more types of cement can also be added to the mixture. However, the particle size of the cement is so small that the combination of different types of cement, as a rule, does not significantly affect the packing density of the particles in the mixture. However, in some applications, for example, when packing powder particles or finely divided mortar, the combination of several types of cement may be significant. In such cases, cement of different types can be represented as a pseudoparticle in the same manner as that used for fine aggregate and coarse aggregate.

Вышеописанный процесс представляет собой метод определения плотности упаковки частиц для всех возможных сочетаний данного сырья. Следовательно, путем сравнения можно определить, какие компоненты обеспечат максимальную плотность упаковки частиц. Варьируя типы технологического сырья с использованием разнообразных материалов, можно создать базу данных, позволяющую выбрать те типы компонентов, которые дадут наивысшее значение максимальной плотности упаковки частиц. The above process is a method for determining the packing density of particles for all possible combinations of this raw material. Therefore, by comparison, it is possible to determine which components will provide the maximum packing density of the particles. By varying the types of technological raw materials using a variety of materials, you can create a database that allows you to select those types of components that will give the highest value of the maximum packing density of particles.

Этап 2. Оптимизация характеристик
Вторым этапом является процесс оптимизации, предназначенный для выявления оптимальной бетонной смеси, обладающей заданными характеристиками прочности и осадки при определенном соотношении мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя. Почти любое сочетание заполнителей позволит получить требуемую прочность и осадку, если будет добавлено достаточное количество воды и цемента. Однако настоящее изобретение обеспечивает метод определения минимальных объемов цемента и воды, добавляемых в смесь с заданным соотношением мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя с целью получения бетонной смеси с требуемыми характеристиками.
Stage 2. Performance optimization
The second stage is an optimization process designed to identify the optimal concrete mix with the specified strength and precipitation characteristics at a certain ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate. Almost any combination of aggregates will provide the required strength and sludge if enough water and cement are added. However, the present invention provides a method for determining the minimum volumes of cement and water added to a mixture with a predetermined ratio of fine-grained and coarse aggregate in order to obtain a concrete mixture with the desired characteristics.

Поскольку конечная цена бетона зависит от рыночной цены его составляющих компонентов, настоящее изобретение может использоваться для выявления самой дешевой смеси путем расчета и сопоставления удельной стоимости каждой смеси при варьировании соотношений мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя. На данном этапе описывается метод определения оптимального состава смеси при заданном соотношении мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя. На следующем этапе 3 описывается порядок сравнения стоимостных показателей для каждой оптимальной смеси при варьировании соотношений мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя. Since the final price of concrete depends on the market price of its constituent components, the present invention can be used to identify the cheapest mixture by calculating and comparing the unit cost of each mixture with varying ratios of fine-grained and coarse-grained aggregate. At this stage, a method is described for determining the optimal composition of the mixture for a given ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate. At the next stage 3, a procedure is described for comparing the cost indicators for each optimal mixture with varying ratios of fine-grained and coarse-grained aggregate.

Для определения состава бетонной смеси, обладающей заданными характеристиками прочности и осадки, прежде всего необходимо определить количество воды, которое требуется для обеспечения заданной осадки ранее выбранной смеси. После определения количества воды можно получить значение конечной прочности бетона. Если конечная прочность будет больше или меньше требуемой, то оценивается количество цемента, необходимое для получения требуемой прочности, что дает новый состав смеси. Затем вновь определяется количество воды, необходимое для обеспечения требуемой осадки новой смеси, и этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет обеспечено соответствие заданной и теоретической прочности. Благодаря этому процессу количество цемента, требуемого для обеспечения заданной прочности, сводится к минимуму, что позволяет минимизировать стоимость бетона. To determine the composition of a concrete mixture with the specified strength and precipitation characteristics, first of all, it is necessary to determine the amount of water that is required to ensure a given precipitation of the previously selected mixture. After determining the amount of water, you can get the value of the final strength of concrete. If the final strength is greater or less than required, then the amount of cement required to obtain the required strength is estimated, which gives a new composition of the mixture. Then, the amount of water necessary to ensure the required precipitation of the new mixture is again determined, and this process is repeated until the set and theoretical strength are ensured. Through this process, the amount of cement required to provide a given strength is minimized, which minimizes the cost of concrete.

Более конкретно, этот процесс проводится в виде следующих этапов:
2(а). Исходная смесь, обладающая плотностью упаковки, достаточно близкой к максимальной, что позволяет оптимизировать характеристики бетона без расслоения компонентов или выступания цементного молока, выбирается (как описано для этапа 1) путем нахождения точки максимальной плотности упаковки частиц на графике плотности упаковки и определения соответствующего объемного содержания компонентов смеси. Соответствующие объемы цемента, мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя для точки, соответствующей максимальной плотности упаковки частиц, определяются в виде переменных VC(MP), VF(MP) и VCA(MP) ,сумма которых равна 1,0. После этого объем цемента поддерживается на постоянном уровне, объем мелкозернистого заполнителя увеличивается на величину, называемую коэффициентом запаса когезии, а объем крупнозернистого заполнителя уменьшается на ту же величину. Таким образом, параметры смеси перемещаются по горизонтали влево на графике плотности упаковки. Соответствующая смесь называется исходной смесью.
More specifically, this process is carried out in the form of the following steps:
2 (a). The initial mixture, having a packing density close to maximum, which allows you to optimize the characteristics of concrete without separation of the components or protrusion of cement milk, is selected (as described for step 1) by finding the point of maximum particle packing density on the packing density graph and determining the corresponding volumetric content of the components mixtures. The corresponding volumes of cement, fine aggregate and coarse aggregate for the point corresponding to the maximum packing density of particles are determined in the form of variables V C (MP) , V F (MP) and V CA (MP) , the sum of which is 1.0. After that, the volume of cement is maintained at a constant level, the volume of fine-grained aggregate increases by an amount called the cohesion margin, and the volume of coarse aggregate decreases by the same amount. Thus, the parameters of the mixture move horizontally to the left on the graph of packing density. The corresponding mixture is called the starting mixture.

Соответствующие объемы компонентов исходной смеси определяются с помощью уравнений:
VC = VC(Mp) (8)
VF = VF(MP) + CF (9)
VCA = VCA(MP) - CF (10)
Переменная CF представляет собой коэффициент запаса когезии и обычно равна примерно 0,5. Использование коэффициента запаса когезии обеспечивает наличие в смеси достаточного количества мелкозернистого заполнителя, что позволит получить смесь с достаточной когезией, что предотвращает расслоение или выступание цементного молока. В смесях, расположенных на графике плотности упаковки справа от исходной смеси, обычно будет происходить расслоение или выступание цементного молока. Коэффициент запаса когезии может меняться в диапазоне примерно от 0 до 0,15 в зависимости от типа бетона. Для низкопрочных бетонов требуется высокий коэффициент запаса когезии, доходящий примерно до 0,15, тогда как для высокопрочного бетона требуется низкий коэффициент запаса когезии, составляющий менее 0,05 .
The corresponding volumes of the components of the initial mixture are determined using the equations:
V C = V C (Mp) (8)
V F = V F (MP) + CF (9)
V CA = V CA (MP) - CF (10)
The CF variable is the cohesion margin and is usually about 0.5. Using the cohesion margin ensures a sufficient amount of fine-grained aggregate in the mixture, which will make it possible to obtain a mixture with sufficient cohesion, which prevents the separation or protrusion of cement milk. In mixtures located on the packing density graph to the right of the initial mixture, delamination or protrusion of cement milk will usually occur. The cohesion margin can vary from about 0 to 0.15, depending on the type of concrete. For low-strength concrete, a high coefficient of safety of cohesion is required, reaching approximately 0.15, while for high-strength concrete, a low coefficient of safety of cohesion of less than 0.05 is required.

Соотношение мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя в исходной смеси определяется по линии псевдочастиц, проходящей от вершины треугольника на графике плотности упаковки через точку исходной смеси к линии крупнозернистого заполнителя. Ниже описывается способ определения оптимальной бетонной смеси вдоль этой конкретной линии псевдочастиц. The ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate in the initial mixture is determined by the line of pseudoparticles passing from the top of the triangle on the packing density graph through the point of the initial mixture to the line of coarse-grained aggregate. The following describes a method for determining the optimum concrete mix along this particular line of pseudoparticles.

2 (b). Плотность упаковки частиц исходной бетонной смеси определяется способом, описанным для этапа 1. 2 (b). The packing density of the particles of the initial concrete mixture is determined by the method described for stage 1.

2 (с). Определяется количество подмешиваемой воды, необходимое для обеспечения заранее заданной осадки для исходной бетонной смеси. Это количество воды определяется в два приема. Сначала определяется количество воды, необходимое для обеспечения осадки смеси, составляющей 1 см, для чего используется следующая формула:

Figure 00000005

Здесь φ - - плотность упаковки частиц смеси, определенная на этапе 2(с), и W1 - объем воды, требуемый для обеспечения осадки смеси, составляющей 1 см. Значение W1 представляет собой долю от объема твердых веществ в составе смеси.2 (s). The amount of mixed water required to provide a predetermined precipitation for the initial concrete mixture is determined. This amount of water is determined in two doses. First, the amount of water necessary to ensure a precipitation of the mixture of 1 cm is determined, for which the following formula is used:
Figure 00000005

Here, φ is the packing density of the particles of the mixture, determined in step 2 (c), and W 1 is the volume of water required to ensure precipitation of the mixture, which is 1 cm. The value of W 1 is a fraction of the volume of solids in the mixture.

Исследованиями установлено, что уравнение (11) обычно является наиболее точным при определении количества воды, требуемой для того, чтобы осадка смеси составила 1 см. Хотя, как было установлено, фактическая осадка может иметь разброс, доходящий до 2,5 см, выбор осадки в 1 см не является критически важным, так как на этапе 9 по настоящему изобретению производится корректировка расхождений между количеством добавленной воды и фактической осадкой. Studies have found that equation (11) is usually the most accurate when determining the amount of water required for a sediment mixture to be 1 cm. Although, as it has been established, the actual precipitation can have a range of up to 2.5 cm, the choice of precipitation in 1 cm is not critical since in step 9 of the present invention, the discrepancies between the amount of added water and the actual sediment are corrected.

После того, как будет рассчитано значение W1 для осадки в 1 см, количество воды, необходимое для обеспечения заданной осадки, рассчитывается по формуле Поповича (Popovic) следующим образом:

Figure 00000006

Здесь W1 - ранее определенный объем воды, необходимый для обеспечения осадки в 1 см,
W2 - объем воды, необходимый для обеспечения заданной осадки,
S1 - 1,0, что отображает осадку в 1,0 см, и
S2 - заданная осадка в см.After the value of W 1 for the precipitation of 1 cm is calculated, the amount of water required to provide the specified precipitation is calculated by the Popovic formula as follows:
Figure 00000006

Here W 1 is the previously determined volume of water necessary to ensure a precipitation of 1 cm,
W 2 - the amount of water necessary to ensure a given precipitation,
S 1 - 1.0, which displays a draft of 1.0 cm, and
S 2 - the specified draft in cm

2(d). На основе результатов этапов 2(а)-2(с) можно определить прочность получаемой бетонной смеси на сжатие после отверждения в течение 28 дней, для чего используется уравнение Фере (Fere):

Figure 00000007

Здесь σ - - теоретическая прочность бетонной смеси на сжатие после отверждения в течение 28 дней, выраженная в МПа,
VC - объем цемента в смеси,
W2 - объем воды, требуемой для обеспечения заданной осадки смеси, определенный на этапе 2(с),
K = постоянная Фере.2 (d). Based on the results of steps 2 (a) -2 (c), it is possible to determine the compressive strength of the resulting concrete mixture after curing for 28 days, for which the Fere equation is used:
Figure 00000007

Here σ - is the theoretical compressive strength of the concrete mixture after curing for 28 days, expressed in MPa,
V C is the volume of cement in the mixture,
W 2 - the amount of water required to provide a given precipitation of the mixture, determined in step 2 (c),
K = Feret constant.

Постоянная Фере, применяемая в соответствии с настоящим изобретением, не является истинной константой, а зависит от типа используемого смешивающего аппарата. Было установлено, что значение этой постоянной обычно составляет примерно от 250 до 600. Для смесителей с поддонами типичное значение этой постоянной составляет 280; для мешалок с обратным направлением вращения ротора типичное значение составляет около 340; а для смесителей с высоким усилием сдвига - порядка 340-450. Смесители с высоким усилием сдвига и методы их применения описаны в патенте Соединенных Штатов Америки N 4 225 247 "Устройство для смешивания и перемешивания" и патенте Соединенных Штатов Америки N 4 552 463 "Метод и аппарат для приготовления коллоидных растворов". Значение постоянной K для данного смесителя можно получить путем разрешения вышеприведенного уравнения относительно K с использованием эмпирических значений σ, полученных при использовании соответствующего смесителя. Значение K также может меняться в зависимости от типа заполнителя, а значение VA (объем воздуха в смеси) определяется по следующему уравнению:

Figure 00000008

Здесь %ВОЗД - оценка объемного содержания воздуха в смеси. Объем воздуха в смеси меняется в зависимости от типа используемого смесителя, объема мелкозернистого заполнителя в смеси и типов присадок, добавляемых в смесь. Объем воздуха может быть оценен специалистами в данной отрасли и обычно составляет около 1-2% при осадке свыше 10 см и около 2-4% при осадке менее 10 см.The Feret constant used in accordance with the present invention is not a true constant, but depends on the type of mixing apparatus used. It has been found that the value of this constant is usually from about 250 to 600. For mixers with pallets, the typical value of this constant is 280; for agitators with a reverse direction of rotation of the rotor, a typical value is about 340; and for mixers with high shear, about 340-450. High shear mixers and methods for their use are described in United States Patent No. 4,225,247 "Mixing and Stirring Device" and United States Patent No. 4,552,463 "Method and Apparatus for Preparing Colloidal Solutions". The value of the constant K for this mixer can be obtained by solving the above equation for K using empirical values of σ obtained using the appropriate mixer. The value of K can also vary depending on the type of aggregate, and the value of V A (air volume in the mixture) is determined by the following equation:
Figure 00000008

Here% RET is an estimate of the volumetric air content in the mixture. The volume of air in the mixture varies depending on the type of mixer used, the volume of fine aggregate in the mixture and the types of additives added to the mixture. The volume of air can be estimated by specialists in this industry and usually is about 1-2% with a draft of more than 10 cm and about 2-4% with a draft of less than 10 cm.

На фиг. 6 приводятся результаты сравнения значений прочности бетонной смеси после отверждения в течение 28 дней, полученные по уравнению Фере и путем фактических измерений прочности бетона. Как можно видеть на фиг. 6, линия наилучшего совпадения отклоняется от линии прямой пропорциональности. Посредством корреляции значений теоретически рассчитанной прочности и экспериментальной (или фактической) прочности можно обеспечить более точное определение прочности с помощью следующего корректирующего уравнения:
σC= 1,351σT-7,930 (15)
Вводя теоретические значения прочности σT, полученные по уравнению Фере, можно получить откорректированное значение прочности σC. Погрешность уравнения для корректировки значений прочности показана на фиг. 7, на котором приводятся графики экспериментальных значений прочности в сравнении с теоретической прочностью, полученной с помощью корректирующего уравнения. В оставшейся части настоящего патентного описания все ссылки на применение и результаты уравнения Фере будут подразумевать также и применение корректирующего уравнения, невзирая на то, упоминается об этом или нет.
In FIG. Figure 6 shows the results of comparing the strength of a concrete mixture after curing for 28 days, obtained by the Fere equation and by actual measurements of the strength of concrete. As can be seen in FIG. 6, the line of best fit deviates from the line of direct proportionality. By correlating the values of theoretically calculated strength and experimental (or actual) strength, it is possible to provide a more accurate determination of strength using the following correction equation:
σ C = 1.351σ T -7.930 (15)
Introducing the theoretical values of the strength σ T obtained by the Fere equation, we can obtain the adjusted value of the strength σ C. The error of the equation for adjusting the strength values is shown in FIG. 7, which plots experimental strength values versus theoretical strength obtained using a correction equation. In the remainder of this patent description, all references to the application and results of the Fere equation will also imply the use of a correction equation, regardless of whether or not this is mentioned.

Постоянные, использованные в корректирующем уравнении (уравнение (15)), частично основаны на экспериментальных данных по прочности и, следовательно, могут меняться в зависимости от количества и точности опытов. Кроме того, уравнение (13) для прочности после отверждения в течение 28 дней основано на предположении, что частицы крупнозернистого заполнителя и мелкозернистого заполнителя обладают большей прочностью, чем застывшая цементная паста, что обычно справедливо, если используются доброкачественные заполнители. Исключением является случай использования известняка, который является весьма непрочным заполнителем. The constants used in the correction equation (equation (15)) are partially based on experimental strength data and, therefore, can vary depending on the number and accuracy of experiments. In addition, equation (13) for strength after curing for 28 days is based on the assumption that coarse aggregate particles and fine aggregate particles are more durable than hardened cement paste, which is usually true if benign aggregates are used. An exception is the use of limestone, which is a very weak aggregate.

Уравнение Фере также основано на предположении об использовании стандартных или нормализованных методов смешивания, заливки, отделки и отверждения бетона, описанных Американским институтом бетона ("ACI") в документе ACI 304-85 "Инструкции по дозированию, смешиванию, транспортировке и заливке бетона", отчет комитета 304 ACI (Американский институт бетона, 1985 год); и в документе ACI 308-81 "Стандартные методы отверждения бетона", отчет комитета 308 ACI (Американский институт бетона, пересмотренная редакция 1986 года), которые включаются в настоящее патентное описание посредством данной ссылки. The Feret equation is also based on the assumption of using standard or normalized methods for mixing, pouring, finishing and curing concrete, described by the American Concrete Institute ("ACI") in ACI 304-85 "Instructions for dispensing, mixing, transporting and pouring concrete", report ACI Committee 304 (American Concrete Institute, 1985); and in ACI 308-81, Standard Concrete Curing Methods, ACI Committee 308 (American Concrete Institute, Revised 1986) report, which are incorporated herein by reference.

2(e). Полученное значение прочности на сжатие σ/ сравнивается с заданной прочностью. Если теоретическая прочность смеси будет меньше заданной, то этапы 2(b) - 2(e) повторяются путем замены исходной смеси новой смесью с соответствующей новой плотностью упаковки. Состав новой смеси, необходимый для обеспечения заданной прочности, определяют путем повышения или снижения объема цемента. Ориентировочная оценка объема цемента, необходимого для обеспечения заданной прочности, определяется путем подстановки значения заданной прочности в уравнение Фере и его разрешения относительно соответствующего объема цемента в соответствии со следующим уравнением:

Figure 00000009

Здесь VC(N) - объем цемента в новой смеси,
W2 - объем воды, необходимый для обеспечения заданной осадки для исходной или предыдущей смеси,
%ВОЗД = оценка объемного содержания воздуха в смеси,
K = постоянная Фере, зависящая от типа смесителя, и
σD= заданная прочность в МПа.2 (e). The obtained value of compressive strength σ / is compared with a given strength. If the theoretical strength of the mixture is less than the specified, then steps 2 (b) - 2 (e) are repeated by replacing the original mixture with a new mixture with the corresponding new packing density. The composition of the new mixture, necessary to ensure a given strength, is determined by increasing or decreasing the volume of cement. A rough estimate of the volume of cement required to provide a given strength is determined by substituting the value of the specified strength in the Fere equation and its resolution relative to the corresponding volume of cement in accordance with the following equation:
Figure 00000009

Here V C (N) is the volume of cement in the new mixture,
W 2 - the amount of water required to provide a given precipitation for the original or previous mixture,
% AIR = Estimated air volume in the mixture,
K = Feret constant, depending on the type of mixer, and
σ D = specified strength in MPa.

При изменении объема цемента для новой смеси необходимо нормализовать объем мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя, так чтобы общий объем мелкозернистого заполнителя, крупнозернистого заполнителя и цемента в сумме составлял 1,0. Однако соотношение мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя сохраняется постоянным. В соответствии с этим, объем мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя в новой смеси определяется с помощью уравнений:
VF(N) = rF - (1 -VC(N)) (17)
VCA(N) = rCA - (1-VC(N)) (18)
Здесь rF и rCA представляют собой соответственно пропорции мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя и являются константами для каждой линии псевдочастиц. Эти соотношения определяются по уравнениям:
rF = VF/(VF + VCA) (19)
rCA = VCA/(VF + VCA) (20)
Эта новая смесь соответствует той точке на графике плотности упаковки, где линия псевдочастиц, описанная в этапе 2(а), пересекается с горизонтальной линией, проведенной от точки нового объемного содержания цемента, определяемой по уравнению (16). По мере изменения объема цемента осуществляется перемещение вверх или вниз по линии псевдочастиц.
When changing the volume of cement for a new mixture, it is necessary to normalize the volume of fine aggregate and coarse aggregate, so that the total volume of fine aggregate, coarse aggregate and cement in the amount of 1.0. However, the ratio of fine to coarse aggregate remains constant. In accordance with this, the volume of fine-grained aggregate and coarse-grained aggregate in the new mixture is determined using the equations:
V F (N) = r F - (1 -V C (N) ) (17)
V CA (N) = r CA - (1-V C (N) ) (18)
Here r F and r CA are respectively proportions of fine-grained and coarse-grained aggregate and are constants for each line of pseudoparticles. These relationships are determined by the equations:
r F = V F / (V F + V CA ) (19)
r CA = V CA / (V F + V CA ) (20)
This new mixture corresponds to the point on the packing density graph where the line of pseudoparticles described in step 2 (a) intersects the horizontal line drawn from the point of the new cement volume determined by equation (16). As the volume of cement changes, it moves up or down along the line of pseudoparticles.

Этапы 2(b)-2(d) неоднократно повторяются до тех пор, пока теоретическая прочность смеси не будет равна заданной прочности. Полученная смесь для данного соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя будет обладать заданной осадкой и прочностью при использовании минимального количества цемента и воды. Steps 2 (b) -2 (d) are repeatedly repeated until the theoretical strength of the mixture is equal to the specified strength. The resulting mixture for a given ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate will have a given precipitate and strength when using a minimum amount of cement and water.

Для некоторых низкопрочных бетонов требуемый объем цемента может быть весьма небольшим. Однако для создания достаточно когезивной матрицы бетонной смеси, что требуется для предотвращения расслоения компонентов, смесь обычно должна содержать не менее 10% цемента. Таким образом, объем цемента может снижаться только до тех пор, пока полученная прочность не станет равной заданной прочности или пока объем цемента не станет равным 10%. Однако, как описывается ниже, в случае использования наполнителей объем цемента может составлять менее 10%. For some low-strength concrete, the amount of cement required can be very small. However, to create a sufficiently cohesive matrix of the concrete mixture, which is required to prevent separation of the components, the mixture should usually contain at least 10% cement. Thus, the volume of cement can only be reduced until the resulting strength becomes equal to the specified strength or until the volume of cement becomes equal to 10%. However, as described below, in the case of fillers, the volume of cement may be less than 10%.

Вышеописанный процесс также может применяться для строительного раствора путем замены значений, использованных для соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя, соответствующими значениями для заполнителей, использованных в составе строительного раствора. Определяемый состав, включающий цемент, заполнитель и воду, позволяет получить строительный раствор с требуемыми характеристиками осадки и прочности при использовании минимального количества цемента. Предполагается также, что получаемая смесь для строительного раствора будет оптимизирована по стоимости. Хотя можно сформулировать такие смеси с повышенным процентным содержанием и цемента и пониженным процентным содержанием крупнозернистого заполнителя, которые будут обладать требуемой осадкой и, как минимум, требуемой прочностью, такие смеси практически никогда не бывают более дешевыми, что обусловлено относительно высокой стоимостью цемента. The above process can also be used for mortar by replacing the values used for the ratio of fine-grained and coarse aggregate with the corresponding values for the aggregates used in the mortar. The determined composition, including cement, aggregate and water, allows you to get a mortar with the required characteristics of precipitation and strength using a minimum amount of cement. It is also assumed that the resulting mortar mix will be cost optimized. Although it is possible to formulate such mixtures with a high percentage of cement and a low percentage of coarse aggregate, which will have the required sludge and at least the required strength, such mixtures are almost never cheaper, due to the relatively high cost of cement.

Этап 3: Оптимизация по стоимости
Как указывалось выше, на этом этапе описывается метод определения удельной стоимости оптимальной бетонной смеси и сравнения значений, полученных для каждого соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя, что позволяет составить смесь, оптимальную во всех отношениях. В общих чертах, для этого сначала надо определить значение удельной стоимости исходной оптимальной смеси, выявленной на этапе 2. Затем определяют оптимальный состав и соответствующую удельную стоимость для второй оптимальной смеси, имеющей новое соотношение мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя.
Stage 3: Cost Optimization
As mentioned above, at this stage, a method is described for determining the unit cost of the optimal concrete mix and comparing the values obtained for each ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate, which allows us to make a mixture that is optimal in all respects. In general terms, for this, we first need to determine the value of the unit cost of the initial optimal mixture identified in stage 2. Then we determine the optimal composition and the corresponding unit cost for the second optimal mixture having a new ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate.

Новое соотношение мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя получают путем снижения объемного содержания крупнозернистого заполнителя на 1% и соответствующего увеличения объемного содержания мелкозернистого заполнителя. Затем удельная стоимость второй оптимальной смеси сравнивается с удельной стоимостью исходной смеси. Если цена исходной смеси будет меньше цены второй смеси, то состав исходной смеси является наиболее экономичным и процесс завершается. Если же вторая смесь окажется дешевле исходной, то производится следующее изменение соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя, чтобы получить третью оптимальную смесь. Затем сопоставление стоимости повторяется до тех пор, пока не будет получена самая дешевая смесь. A new ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate is obtained by reducing the volumetric content of coarse aggregate by 1% and a corresponding increase in the volumetric content of fine-grained aggregate. Then the unit cost of the second optimal mixture is compared with the unit cost of the initial mixture. If the price of the initial mixture is less than the price of the second mixture, then the composition of the initial mixture is the most economical and the process ends. If the second mixture turns out to be cheaper than the initial one, then the next change in the ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate is made to obtain a third optimal mixture. Then, the cost comparison is repeated until the cheapest mixture is obtained.

Более конкретно, процесс стоимостной оптимизации производится с помощью следующих этапов:
3(а). Определить удельную стоимость оптимальной смеси, полученной по этапу 2, основываясь на удельной стоимости цемента, мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя, используемых в смеси.
More specifically, the cost optimization process is performed using the following steps:
3 (a). Determine the unit cost of the optimal mixture obtained in step 2 based on the unit cost of cement, fine aggregate and coarse aggregate used in the mixture.

3(b). С помощью того же графика плотности упаковки, который применялся на этапе 2, определить новое значение соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя путем снижения объема крупнозернистого заполнителя на 0,01 и увеличения объема мелкозернистого заполнителя на 0,01. Это новое соотношение мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя определяется с помощью линии псевдочастиц, соединяющей вершину треугольника со значением объемного содержания крупнозернистого заполнителя, которое будет на 1% меньше этого значения для исходной смеси (смещено влево). 3 (b). Using the same packing density graph that was used in stage 2, determine the new ratio of fine-grained and coarse aggregate by reducing the volume of coarse aggregate by 0.01 and increasing the volume of fine-grained aggregate by 0.01. This new ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate is determined using the line of pseudoparticles connecting the top of the triangle with the volume content of coarse aggregate, which will be 1% less than this value for the initial mixture (shifted to the left).

3(с). Повторять этап 2 вдоль новой линии псевдочастиц до тех пор, пока не будет определена оптимальная смесь для нового соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя. Такая смесь именуется второй оптимальной смесью. Исходная смесь, использованная на новой линии псевдочастиц, имеет такой же объем цемента, как оптимальная смесь на предыдущей линии псевдочастиц. 3 (s). Repeat step 2 along a new line of pseudoparticles until the optimal mixture for the new ratio of fine-grained and coarse aggregate is determined. Such a mixture is called the second optimal mixture. The initial mixture used on the new line of pseudoparticles has the same volume of cement as the optimal mixture on the previous line of pseudoparticles.

3(d). Определить удельную стоимость второй оптимальной смеси, определенной на этапе 3(с). Если цена второй оптимальной смеси будет больше цены исходной оптимальной смеси, то состав исходной смеси является наиболее экономичным и процесс завершается. Если же цена второй оптимальной смеси будет меньше цены исходной оптимальной смеси, то производится следующее изменение соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя, как описано для этапа 3(b), и определяется состав третьей оптимальной смеси в соответствии с этапами 2(b)-2(e). Стоимость третьей оптимальной смеси сравнивается со стоимостью предыдущей (в данном случае - второй) оптимальной смеси, чтобы выявить более дешевую смесь. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет найден наиболее экономичный состав или не будет достигнуто максимальное процентное содержание мелкозернистого заполнителя. 3 (d). Determine the unit cost of the second optimal mixture determined in step 3 (c). If the price of the second optimal mixture is higher than the price of the initial optimal mixture, then the composition of the initial mixture is the most economical and the process ends. If the price of the second optimal mixture is less than the price of the initial optimal mixture, then the next change in the ratio of fine-grained and coarse aggregate is performed, as described for step 3 (b), and the composition of the third optimal mixture is determined in accordance with steps 2 (b) -2 (e ) The cost of the third optimal mixture is compared with the cost of the previous (in this case, the second) optimal mixture to reveal a cheaper mixture. This process continues until the most economical composition is found or the maximum percentage of fine aggregate is reached.

В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения процентное содержание песка в смеси для бетона не должно превышать 80%, даже если такой состав будет более дешевым. Это связано с тем, что по мере перемещения влево по графику плотности упаковки за счет увеличения объема мелкозернистого заполнителя или песка возрастает пористость получаемого бетона, что соответственно снижает долговечность смеси. In a preferred embodiment of the present invention, the percentage of sand in the concrete mixture should not exceed 80%, even if such a composition would be cheaper. This is due to the fact that as you move left along the packing density graph due to an increase in the volume of fine aggregate or sand, the porosity of the resulting concrete increases, which accordingly reduces the durability of the mixture.

При 80-процентном содержании песка долговечность бетона становится настолько низкой, что это делает его непригодным практически для любых областей применения, за исключением тех, где задается особо низкая прочность, а также за исключением строительных растворов, в которых отсутствует заполнитель. Таким образом, бетонная смесь, оптимальная во всех отношениях, определяется как смесь, обладающая заданными характеристиками и минимальной удельной стоимостью, либо как смесь, обладающая заданными характеристиками и содержащая 80% песка. Однако, как указывалось выше, настоящая система может быть видоизменена для расчета строительных растворов, содержащих только цемент и один заполнитель. В таких случаях объем песка может превышать 80%. Кроме того, допустимое количество мелкозернистого заполнителя может задаваться пользователем системы с учетом требуемой долговечности бетона и размера частиц заполнителя. At 80 percent sand content, the durability of concrete becomes so low that it makes it unsuitable for almost any application, except for those where a particularly low strength is specified, as well as for mortars in which there is no aggregate. Thus, a concrete mixture that is optimal in all respects is defined as a mixture with specified characteristics and a minimum unit cost, or as a mixture with specified characteristics and containing 80% sand. However, as mentioned above, the present system can be modified to calculate mortars containing only cement and one aggregate. In such cases, the volume of sand may exceed 80%. In addition, the permissible amount of fine aggregate can be set by the user of the system, taking into account the required durability of concrete and particle size of the aggregate.

Сочетание этапов 1-3 характеризует методы определения состава смеси цемента, воды и заполнителя, обладающей заданной осадкой и прочностью. Количество воды, добавляемой в смесь, можно свести к минимуму с целью максимизации прочности. Пропорции мелкозернистого заполнителя, крупнозернистого заполнителя и цемента можно оптимизировать с целью минимизации стоимости смеси. Более того, с помощью вышеописанного процесса можно единообразно и точно составлять смеси, обладающие заданными характеристиками независимо от изменения параметров сырья. The combination of steps 1-3 characterizes the methods for determining the composition of a mixture of cement, water and aggregate, which has a given draft and strength. The amount of water added to the mixture can be minimized in order to maximize strength. The proportions of fine aggregate, coarse aggregate and cement can be optimized to minimize the cost of the mixture. Moreover, using the above process, it is possible to uniformly and accurately formulate mixtures having predetermined characteristics regardless of changes in raw material parameters.

Этапы 1-3 также можно использовать для определения состава смеси, обладающей наибольшей долговечностью. Как будет описано позже для этапа 11, смесь с наибольшей долговечностью определяется как смесь с минимальной пористостью. Это объясняется тем, что, как правило, по мере увеличения пористости долговечность смеси снижается. Исследованиями установлено, что пористость смеси сокращается по мере повышения плотности упаковки частиц. Следовательно, смеси с плотностью упаковки, близкой к максимальной, будут иметь наибольшую долговечность. Steps 1-3 can also be used to determine the composition of the mixture with the highest durability. As will be described later for step 11, the mixture with the highest durability is defined as the mixture with the lowest porosity. This is because, as a rule, as the porosity increases, the durability of the mixture decreases. Studies have established that the porosity of a mixture decreases as particle packing density increases. Consequently, mixtures with a packing density close to maximum will have the greatest durability.

Этап 4. Летучая зола. Stage 4. Fly Ash.

Присадками или добавками называются те ингредиенты бетона, которые отличны от цемента, мелкозернистого заполнителя, крупнозернистого заполнителя и воды и добавляются в смесь до ее смешивания или во время смешивания, чтобы изменить характеристики или стоимость бетона. Настоящее изобретение включает математическую модель для отображения эффекта добавления в бетонную смесь следующих присадок: пуццоланы (такие как летучая зола и микрозернистый кремнезем), реагенты для сокращения количества воды, реагенты для захвата воздуха и наполнители. За счет включения этих моделей в ранее описанный процесс оптимизации можно определять состав оптимальных бетонных смесей, в которые включены такие присадки. Additives or additives are those ingredients of concrete that are different from cement, fine aggregate, coarse aggregate and water and added to the mixture before mixing or during mixing to change the characteristics or cost of concrete. The present invention includes a mathematical model for displaying the effect of adding the following additives to a concrete mix: pozzolans (such as fly ash and silica fume), reagents for reducing the amount of water, reagents for trapping air and fillers. Due to the inclusion of these models in the previously described optimization process, it is possible to determine the composition of optimal concrete mixtures in which such additives are included.

Пуццолан представляет собой кремниевый или кремний-алюминиевый материал, который сам по себе почти не обладает свойствами цемента, но в мелкодисперсной форме и в присутствии воды вступает в химическую реакцию с гидроокисями кальция, натрия и калия, выделяющимися при гидратации цемента, и образует составы, обладающие свойствами цемента. Двумя из пуццоланов, которые чаще всего используются в этой отрасли промышленности и которые предусматриваются настоящим изобретением, являются летучая зола (зольная пыль) и микрозернистый кремнезем (кремнеземная пыль). Pozzolan is a silicon or silicon-aluminum material, which in itself almost does not have the properties of cement, but in a finely divided form and in the presence of water enters into a chemical reaction with calcium, sodium and potassium hydroxides released during cement hydration, and forms compounds with cement properties. Two of the pozzolans that are most commonly used in this industry and which are contemplated by the present invention are fly ash (fly ash) and micrograin silica (silica dust).

Летучая зола представляет собой минеральную присадку, получаемую при сжигании порошкового угля на электростанциях. В состав летучей золы, в основном, входит силикатное стекло, содержащее кремнезем, глинозем, железо и кальций. В меньшей пропорции в состав летучей золы также входят магний, сера, натрий, калий и углерод. В отличие от частиц, получаемых в результате помола, таких как цементные частицы, имеющие острые грани, летучая зола состоит из сферических частиц. Размер частиц может колебаться от 1 мкм до 100 мкм, но как правило составляет менее 20 мкм. Fly ash is a mineral additive obtained by burning powdered coal in power plants. The composition of fly ash mainly includes silicate glass containing silica, alumina, iron and calcium. In a smaller proportion, fly ash also contains magnesium, sulfur, sodium, potassium and carbon. Unlike particles obtained by grinding, such as cement particles having sharp edges, fly ash consists of spherical particles. Particle sizes can range from 1 micron to 100 microns, but typically less than 20 microns.

Для смеси, в которой часть цемента заменена равным объемом летучей золы, обычно требуется меньше воды для получения такого же значения осадки, как в смеси, содержащей только цемент. Это объясняется пониженной активностью летучей золы при реакции гидратации, а также сферической формой частиц летучей золы, что в совокупности обеспечивает снижение сил трения между частицами смеси. Таким образом, летучую золу можно применять в качестве заменителя цемента для повышения осадки и формуемости смеси без увеличения объема добавляемой воды. В альтернативном варианте летучая зола может служить заменителем цемента с целью сокращения количества воды, добавляемой в смесь при сохранении той же осадки, что позволяет снизить соотношение воды и цемента. Кроме повышения формуемости смеси, летучая зола обладает некоторыми характеристиками гидравлического цемента, что способствует повышению прочности получаемого бетона. For a mixture in which part of the cement is replaced with an equal volume of fly ash, usually less water is required to obtain the same sludge value as in a mixture containing only cement. This is due to the reduced activity of fly ash during the hydration reaction, as well as the spherical shape of the fly ash particles, which together provides a reduction in the friction forces between the particles of the mixture. Thus, fly ash can be used as a substitute for cement to increase the sediment and formability of the mixture without increasing the amount of added water. Alternatively, fly ash can serve as a substitute for cement in order to reduce the amount of water added to the mixture while maintaining the same sludge, thereby reducing the ratio of water to cement. In addition to increasing the formability of the mixture, fly ash has some characteristics of hydraulic cement, which helps to increase the strength of the resulting concrete.

Если в состав бетонной смеси будет включена летучая зола, то для определения наиболее экономичного состава смеси можно использовать тот же процесс, который был описан для этапов 1-3. Однако для определения количества воды, требуемой для обеспечения заданной осадки и получаемой прочности, применяются несколько видоизмененные формулы. If fly ash is included in the concrete mix, the same process as described for steps 1-3 can be used to determine the most economical mix composition. However, several modified formulas are used to determine the amount of water required to provide a given draft and the resulting strength.

В общих чертах, на начальном этапе процесса повторяют операции по этапам 1 и 2 для определения оптимального состава смеси (без присадки), обладающей заданными характеристиками прочности и осадки при определенном соотношении мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя. С учетом состава полученной оптимальной смеси часть объемного содержания цемента небольшими приращениями заменяется летучей золой. По мере возрастания процентного содержания летучей золы рассчитывается удельная стоимость каждой смеси и производится ее сравнение со стоимостью предыдущей смеси, чтобы выявить самую дешевую смесь для данного соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя. In general, at the initial stage of the process, the operations of steps 1 and 2 are repeated to determine the optimal composition of the mixture (without additives), which has the specified strength and precipitation characteristics at a certain ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate. Taking into account the composition of the resulting optimal mixture, part of the volumetric cement content is replaced in small increments with fly ash. As the percentage of fly ash increases, the unit cost of each mixture is calculated and compared with the cost of the previous mixture to determine the cheapest mixture for a given ratio of fine-grained and coarse aggregate.

Затем значение соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя изменяется путем перемещения влево на 1% на графике плотности упаковки. Вышеописанный процесс повторяется для определения самой дешевой смеси с использованием летучей золы при новом значении соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя. Затем сравнивают значения удельной стоимости оптимальных смесей при разных значениях соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя, чтобы выявить самую дешевую смесь. Процесс продолжается путем перемещения влево по графику плотности упаковки до тех пор, пока не будет получена полностью оптимизированная смесь, содержащая летучую золу и обладающая заданными характеристиками. Then the value of the ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate is changed by moving to the left by 1% on the graph of packing density. The above process is repeated to determine the cheapest mixture using fly ash with a new ratio of fine to coarse aggregate. Then, the unit cost values of the optimal mixtures are compared for different values of the ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate to reveal the cheapest mixture. The process continues by moving to the left along the graph of the packing density until a completely optimized mixture is obtained containing fly ash and possessing predetermined characteristics.

Конкретный процесс стоимостной оптимизации смеси, содержащей летучую золу, включает следующие этапы:
4(а). Определение состава оптимальной смеси (без присадок), обладающей заданными характеристиками осадки и прочности при исходном значении соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя - это тот же процесс, который описан для этапов 1 и 2.
A specific process of cost optimization of a mixture containing fly ash includes the following steps:
4 (a). Determining the composition of the optimal mixture (without additives) that has the specified characteristics of sludge and strength at the initial value of the ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate is the same process that is described for steps 1 and 2.

4(b). Определение состава оптимальной смеси с добавлением летучей золы при исходном значении соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя. На основе состава, полученного на этапе 2, заменить 1% объема цемента равным объемом летучей золы и рассчитать получаемую прочность. Что касается графика плотности упаковки, то объем летучей золы включается вместе с объемом цемента. Экспериментально установлено, что частицы летучей золы имеют практически такой же средний диаметр d и такую же естественную плотность упаковки φ, как частицы цемента. Таким образом, объемное содержание цементного материала остается постоянным, несмотря на замену цемента летучей золой. Однако, если средний размер и естественная плотность упаковки частиц летучей золы будут существенно отличаться от аналогичных характеристик цемента, то цемент, как было описано для этапа 1, можно будет представить в виде псевдочастицы, соответствующей сочетанию цемента и летучей золы. Тот же принцип применяется при добавлении микрозернистого кремнезема, наполнителей и других пуццоланов, как будет описано ниже. Определение существенности отличий зависит от требуемой точности результатов. 4 (b). Determination of the composition of the optimal mixture with the addition of fly ash at the initial value of the ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate. Based on the composition obtained in stage 2, replace 1% of the cement volume with an equal volume of fly ash and calculate the resulting strength. As for the packing density graph, the volume of fly ash is included with the volume of cement. It has been experimentally established that fly ash particles have practically the same average diameter d and the same natural packing density φ as cement particles. Thus, the volumetric content of the cement material remains constant, despite the replacement of cement with fly ash. However, if the average size and natural packing density of the particles of fly ash will differ significantly from the similar characteristics of cement, then cement, as described for stage 1, can be represented as a pseudoparticle corresponding to the combination of cement and fly ash. The same principle applies when adding silica fume, fillers and other pozzolans, as will be described below. Determining the significance of differences depends on the required accuracy of the results.

Исследованиями установлено, что в том случае, если в общем объеме цемента и летучей золы содержание летучей золы составит 37%, то при этом обеспечивается примерно 6-процентное сокращение количества воды, необходимой для получения требуемой осадки. Фактическое сокращение потребления воды может несколько меняться в зависимости от различных типов летучей золы и поддается эмпирическому определению. Поэтому объем воды, необходимой для обеспечения заданной осадки бетонной смеси, содержащей летучую золу, определяется с помощью модифицированного уравнения Поповича:

Figure 00000010

Здесь WFA - достигаемое за счет применения летучей золы сокращение объема воды, необходимой для обеспечения заданной осадки, которое определяется по уравнению:
Figure 00000011

Здесь W1 = ранее определенный объем воды, необходимой для обеспечения осадки в 1 см для стандартной смеси, и
%FA = объемное содержание летучей золы в смеси цемента и летучей золы.Studies have established that if the total volume of cement and fly ash contains fly ash of 37%, then this provides an approximately 6 percent reduction in the amount of water needed to obtain the required sludge. Actual reductions in water consumption may vary slightly depending on different types of fly ash and can be empirically determined. Therefore, the volume of water necessary to ensure a given precipitation of a concrete mixture containing fly ash is determined using the modified Popovich equation:
Figure 00000010

Here, W FA is the reduction in the volume of water required to ensure a given precipitation, achieved by using fly ash, which is determined by the equation:
Figure 00000011

Here W 1 = a previously determined volume of water necessary to provide a precipitation of 1 cm for a standard mixture, and
% FA = volumetric content of fly ash in a mixture of cement and fly ash.

Затем значение W2 можно использовать для расчета прочности, достигаемой после отверждения в течение 28 дней. Хотя летучая зола и обладает некоторыми характеристиками гидратируемого материала, но ее вклад в общую прочность смеси будет меньшим, чем вклад равного объема цемента. В соответствии с этим для расчета прочности бетона, достигаемой после отверждения в течение 28 дней, в случае использования летучей золы применяется модифицированная формула Фере:

Figure 00000012

Здесь K2 - постоянная, известная под названием показателя прочностных реакций и характеризующая прочность, обеспечиваемую единицей объема летучей золы, в сравнении с прочностью, обеспечиваемой равным объемом цемента. Обычно значение этой постоянной составляет от 0,3 до 0,6 и может быть определено конкретно для используемого типа летучей золы, W2 и VA - те же величины, которые ранее были определены на этапе 2(d), и VFA - объем летучей золы в смеси, рассчитываемый с помощью следующего уравнения:
VFA = %FA • (VC+FA/100) (24)
Здесь VC+FA - общий объем цемента и летучей золы, который можно определить по графику плотности упаковки, где он представлен в виде объема цемента, и
VC - объем цемента в смеси, рассчитываемый с помощью следующего уравнения:
VC = VC+FA - VFA (25)
4(с). Сравнение значения прочности, получаемой для смеси с использованием летучей золы, с заданным значением прочности. Если получаемая прочность будет отличаться от заданной, то составляют новую смесь, оценивая объем цемента и летучей золы, необходимый для обеспечения требуемой прочности смеси, причем в новой смеси будет использовано то же соотношение объемов цемента и летучей золы. Новый объем цемента рассчитывается по следующему уравнению:
Figure 00000013

Здесь σD= = заданная прочность в МПа, и K, K2, VA, W2 и %FA были ранее определены на этапе 4(b).Then the value of W 2 can be used to calculate the strength achieved after curing within 28 days. Although fly ash has some characteristics of a hydratable material, its contribution to the overall strength of the mixture will be less than the contribution of an equal volume of cement. In accordance with this, to calculate the strength of concrete achieved after curing within 28 days, in the case of the use of fly ash, the modified Fere formula is used:
Figure 00000012

Here K 2 is a constant, known under the name of the indicator of strength reactions and characterizing the strength provided by the unit volume of fly ash, in comparison with the strength provided by an equal volume of cement. Typically, the value of this constant is from 0.3 to 0.6 and can be determined specifically for the type of fly ash used, W 2 and V A are the same values that were previously determined in step 2 (d), and V FA is the volume fly ash in a mixture calculated using the following equation:
V FA =% FA • (V C + FA / 100) (24)
Here V C + FA is the total volume of cement and fly ash, which can be determined from the packing density graph, where it is presented as the volume of cement, and
V C - the volume of cement in the mixture, calculated using the following equation:
V C = V C + FA - V FA (25)
4 (s). Comparison of the strength value obtained for a mixture using fly ash with a given strength value. If the obtained strength will differ from the set, then make up a new mixture, estimating the volume of cement and fly ash, necessary to ensure the required strength of the mixture, and in the new mixture will use the same ratio of the volumes of cement and fly ash. The new cement volume is calculated by the following equation:
Figure 00000013

Here, σ D = = the specified strength in MPa, and K, K 2 , V A , W 2 and% FA were previously determined in step 4 (b).

Объем летучей золы в новой смеси рассчитывается по уравнению:

Figure 00000014

Определения всех переменных были приведены выше.The volume of fly ash in the new mixture is calculated by the equation:
Figure 00000014

The definitions of all variables were given above.

Соответствующие нормализованные объемы мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя можно рассчитать в соответствии с уравнениями (17) и 18, применяемыми на этапе 2(e). После этого этапы 4(b) и 4(с) повторяют до тех пор, пока не будет получена смесь, у которой расчетная прочность будет равна заданной прочности. The corresponding normalized volumes of fine aggregate and coarse aggregate can be calculated in accordance with equations (17) and 18 used in step 2 (e). After this, steps 4 (b) and 4 (c) are repeated until a mixture is obtained in which the calculated strength is equal to the specified strength.

4(d). Рассчитать удельную стоимость смеси по этапу 4(с), в которой содержится 1% летучей золы, и сравнить со стоимостью смеси по этапу 4(а), не содержащей летучей золы. Если стоимости смеси по этапу 4(с) будет меньше, то этапы 4(b)-4(d) повторяются путем замены летучей золой еще 1% объема цемента в смеси по этапу 4(а). Этапы 4(b)-4(d) повторяются с увеличением объема летучей золы до тех пор, пока не будет получена самая дешевая смесь с использованием летучей золы или пока объемное содержание летучей золы не превысит 30%. В смесях, где содержание летучей золы превышает 30%, гелеобразование цемента недостаточно для того, чтобы предотвратить расслоение компонентов и выступание цементного молока из бетона. Кроме того, поскольку для гидратации летучей золы требуются гидроксильные ионы, поступающие из цемента, большая дозировка летучей золы не может быть рекомендована для обеспечения требуемой прочности. 4 (d). Calculate the unit cost of the mixture in step 4 (c), which contains 1% fly ash, and compare with the cost of the mixture in step 4 (a), which does not contain fly ash. If the cost of the mixture in step 4 (c) is less, then steps 4 (b) -4 (d) are repeated by replacing with fly ash another 1% of the volume of cement in the mixture in step 4 (a). Steps 4 (b) -4 (d) are repeated with an increase in the volume of fly ash until the cheapest blend using fly ash is obtained or the volume content of fly ash exceeds 30%. In mixtures where the fly ash content exceeds 30%, the gelation of cement is not enough to prevent the separation of components and the protrusion of cement milk from concrete. In addition, since hydroxyl ions from cement are required for hydration of fly ash, a large dosage of fly ash cannot be recommended to provide the required strength.

4(e). Как и в случае этапа 3, процесс продолжается путем изменения значений соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя за счет сокращения объемного содержания крупнозернистого заполнителя на 1%, что соответствует перемещению влево на 1% по графику плотности упаковки. Используя смеси, основанные на новом значении соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя, этапы 4(a)-4(d) повторяются до тех пор, пока не будет определена самая дешевая смесь, включающая летучую золу и обладающая заданными характеристиками прочности и осадки. 4 (e). As in the case of stage 3, the process continues by changing the ratio of fine-grained and coarse aggregate by reducing the volume content of coarse aggregate by 1%, which corresponds to a left shift of 1% according to the packing density graph. Using mixtures based on the new fine to coarse aggregate ratio, steps 4 (a) -4 (d) are repeated until the cheapest mixture, including fly ash and having the specified strength and precipitation characteristics, is determined.

4(f). Рассчитать удельную стоимость смеси по этапу 4(e) и сравнить ее со стоимостью смеси по этапу 4(d). Если смесь по этапу 4(e) будет дешевле, то этап 4(e) повторяют, перемещаясь еще на 1% по графику плотности упаковки, тем самым меняя значение соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя. Этот процесс продолжается путем изменения соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя до тех пор, пока не будет получена самая дешевая смесь, включающая летучую золу, или пока объемное содержание мелкозернистого заполнителя не достигнет 80%, как упоминалось выше. 4 (f). Calculate the unit cost of the mixture in step 4 (e) and compare it with the cost of the mixture in step 4 (d). If the mixture in step 4 (e) is cheaper, then step 4 (e) is repeated, moving another 1% according to the packing density graph, thereby changing the value of the ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate. This process continues by changing the ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate until the cheapest mixture, including fly ash, is obtained or until the volume content of fine-grained aggregate reaches 80%, as mentioned above.

Другие пуццоланы, добавляемые в бетонную смесь, демонстрируют аналогичное поведение. В качестве примера (но не в качестве ограничения объема изобретения), к числу таких пуццоланов можно отнести доменный шлак, пирекс, диатомную землю, опаловый черт, глину, сланец, вулканический туф и пемзу. Такие пуццоланы могут быть включены в оптимизационный процесс с помощью вышеприведенных уравнений, в которые следует вводить соответствующие значения коэффициентов сокращения количества воды и показателей прочностных реакций. Как правило, в бетонную смесь добавляют не более двух пуццоланов, так как дополнительное увеличение их количества не дает ни экономического эффекта, ни улучшения характеристик материала. Other pozzolans added to the concrete mix exhibit similar behavior. By way of example (but not as limiting the scope of the invention), such pozzolans include blast furnace slag, pyrex, diatomaceous earth, opal trait, clay, slate, volcanic tuff and pumice. Such pozzolans can be included in the optimization process using the above equations, into which the corresponding values of the coefficients of reduction in the amount of water and indicators of strength reactions should be introduced. As a rule, no more than two pozzolans are added to the concrete mixture, since an additional increase in their quantity does not give either an economic effect or an improvement in the characteristics of the material.

Этап 5: Микрозернист и кремнезем
Микрозернистый кремнезем, также называемый кремнеземной пылью, тоже входит в число пуццолановых присадок, но отличается от других пуццоланов своей особо большой удельной площадью поверхности и тем способом, которым он воздействует на бетонную смесь. Микрозернистый кремнезем является продуктом восстановления кварца высокой очистки при обжиге вместе с углем в электродуговой печи при изготовлении кремния или феррокремниевых сплавов. Фактически, микрозернистый кремнезем представляет собой двуокись кремния в аморфной форме. Поскольку частицы этого материала формируются во взвешенном в воздухе состоянии, они имеют сферическую форму, подобно частицам летучей золы. Однако частицы микрозернистого кремнезема являются чрезвычайно мелкими и обычно имеют диаметр менее 1 мкм, причем средний диаметр составляет 0,1 мкм.
Stage 5: Micrograin and Silica
Silica fume, also called silica dust, is also among the pozzolanic additives, but differs from other pozzolans in its particularly large specific surface area and the way it affects the concrete mix. Silica fume is a product of the recovery of highly purified quartz during firing together with coal in an electric arc furnace in the manufacture of silicon or ferrosilicon alloys. In fact, silica fume is silica in an amorphous form. Since particles of this material form in a state suspended in air, they have a spherical shape, like particles of fly ash. However, the particles of silica fume are extremely small and usually have a diameter of less than 1 μm, with an average diameter of 0.1 μm.

Состав оптимальной смеси с использованием микрозернистого кремнезема можно определить тем же способом, который использовался при определении надлежащего количества летучей золы по этапу 4; однако при этом следует использовать другие формулы для определения требуемого количества воды и конечной прочности. В отличие от летучей золы, микрозернистый кремнезем требует больше воды для обеспечения той же осадки, но кремнезем придает цементной смеси более высокую прочность. Что касается графика плотности упаковки, то объем микрозернистого кремнезема также считается частью объема цемента в смеси. При желании можно использовать псевдочастицы, отображающие сочетание цемента и микрозернистого кремнезема. The composition of the optimal mixture using silica fume can be determined in the same way that was used to determine the proper amount of fly ash from step 4; however, other formulas should be used to determine the required amount of water and ultimate strength. Unlike fly ash, silica fume requires more water to provide the same sludge, but silica gives the cement mixture a higher strength. Regarding the packing density graph, the volume of silica fume is also considered part of the volume of cement in the mixture. If desired, you can use pseudoparticles that display a combination of cement and silica fume.

Исследованиями установлено, что замена 20 об.% цемента соответствующим объемом микрозернистого кремнезема приведет примерно к 20-процентному увеличению количества воды, требуемой для обеспечения заданной осадки. (Фактическое увеличение количества воды может меняться для разных видов микрозернистого кремнезема, но этот параметр легко определить эмпирически). В соответствии с этим расчетом процентное содержание воды, необходимое для получения смеси, включающей микрозернистый кремнезем и обладающей заданной осадкой, определяется с помощью следующего уравнения:

Figure 00000015

Здесь WSF - требуемое за счет применения микрозернистого кремнезема увеличение объема воды, необходимой для обеспечения заданной осадки, которое определяется по уравнению:
Figure 00000016

Здесь %SF = объемное содержание микрозернистого кремнезема в смеси цемента и микрозернистого кремнезема.Studies have found that replacing 20 vol.% Cement with an appropriate volume of silica fume will result in an approximately 20 percent increase in the amount of water required to provide the desired precipitation. (The actual increase in the amount of water may vary for different types of silica fume, but this parameter is easy to determine empirically). In accordance with this calculation, the percentage of water required to obtain a mixture including silica fume and having a given precipitate is determined using the following equation:
Figure 00000015

Here W SF is the increase in water volume required by the use of silica fume, necessary to ensure a given precipitation, which is determined by the equation:
Figure 00000016

Here,% SF = volumetric content of microgranular silica in the mixture of cement and microgranular silica.

Затем значение W2 можно использовать для расчета прочности бетона, достигаемой после отверждения в течение 28 дней. С учетом цементирующих характеристик микрозернистого кремнезема модифицированное уравнение Фере для расчета прочности бетона с микрозернистым кремнеземом, достигаемой после отверждения в течение 28 дней, выглядит следующим образом:

Figure 00000017

Здесь VSF - объем микрозернистого кремнезема в смеси, рассчитываемый с помощью следующего уравнения:
VSF = %SF • (VC+SF/100) (31)
Здесь VC+SF - общий объем цемента и микрозернистого кремнезема, который можно определить по графику плотности упаковки, где он представлен в виде объема цемента, и
VC - объем цемента в смеси, рассчитываемый с помощью следующего уравнения:
VC = VC+SF - VSF , (32)
K3 - постоянная активности, характеризующая прочность, обеспечиваемую единицей объема микрозернистого кремнезема, в сравнении с прочностью, обеспечиваемой равным объемом цемента. Обычно значение этой постоянной составляет от 1,5 до 4, причем предпочтительным значением является 2. Фактическое значение этой постоянной может определяться для данного типа микрозернистого кремнезема эмпирическим способом. K, W2 и VA - те же величины, которые ранее были определены на этапе 2(d).Then the value of W 2 can be used to calculate the strength of concrete, achieved after curing within 28 days. Taking into account the cementing characteristics of microgranular silica, the modified Feret equation for calculating the strength of concrete with microgranular silica, achieved after curing for 28 days, is as follows:
Figure 00000017

Here, V SF is the volume of silica fume in the mixture, calculated using the following equation:
V SF =% SF • (V C + SF / 100) (31)
Here, V C + SF is the total volume of cement and micrograin silica, which can be determined from the packing density graph, where it is presented as the volume of cement, and
V C - the volume of cement in the mixture, calculated using the following equation:
V C = V C + SF - V SF , (32)
K 3 - constant activity, characterizing the strength provided by the unit volume of silica fume, in comparison with the strength provided by an equal volume of cement. Typically, the value of this constant is from 1.5 to 4, with a preferred value of 2. The actual value of this constant can be determined empirically for a given type of silica fume. K, W 2 and V A are the same quantities that were previously determined in step 2 (d).

Эти формулы для расчета количества воды и прочности можно включить в процесс, описанный на этапе 4, чтобы определить оптимальный состав бетонной смеси, включающей микрозернистый кремнезем и обладающей заданной осадкой и прочностью при минимальной стоимости. These formulas for calculating the amount of water and strength can be included in the process described in step 4 in order to determine the optimal composition of the concrete mixture, including micro-grained silica and having a given precipitate and strength at a minimum cost.

Как указывалось для этапа 4(с), если расчетная прочность не будет равна заданной, то можно рассчитать ориентировочные объемы цемента и микрозернистого кремнезема, необходимые для достижения заданной прочности. Новый объем цемента рассчитывается по следующему уравнению:

Figure 00000018

Здесь σD = заданная прочность в МПа;
K, K3, VA, W2 и %SF были определены ранее.As indicated for stage 4 (c), if the design strength is not equal to the specified, then it is possible to calculate the approximate volumes of cement and silica fume necessary to achieve the specified strength. The new cement volume is calculated by the following equation:
Figure 00000018

Here, σ D = specified strength in MPa;
K, K 3 , V A , W 2 and% SF were previously determined.

Объем микрозернистого кремнезема в новой смеси рассчитывается по следующему уравнению, так чтобы обеспечить постоянное значение соотношения цемента и микрозернистого кремнезема:

Figure 00000019

Определения всех переменных были указаны выше. Соответствующие нормализованные объемы мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя можно рассчитать в соответствии с уравнениями, приведенными для этапа 2(e).The volume of micrograin silica in the new mixture is calculated according to the following equation, so as to ensure a constant value for the ratio of cement to micrograin silica:
Figure 00000019

The definitions of all variables were indicated above. The corresponding normalized volumes of fine aggregate and coarse aggregate can be calculated in accordance with the equations given for step 2 (e).

Аналогично летучей золе объем микрозернистого кремнезема не должен превышать 20% от совокупного объема цемента и микрозернистого кремнезема. Концентрации, превышающие 20%, могут привести к ограничению упрочнения смеси и к усадочному растрескиванию при высыхании, что обусловлено большой удельной площадью поверхности частиц микрозернистого кремнезема. Similarly to fly ash, the volume of microgranular silica should not exceed 20% of the total volume of cement and microgranular silica. Concentrations in excess of 20% can lead to a limitation of the hardening of the mixture and to shrinkage cracking upon drying, which is due to the large specific surface area of the particles of silica fume.

Этап 6. Реагент для сокращения количества воды. Step 6. Reagent for reducing the amount of water.

Присадки для сокращения количества воды используются для снижения расхода подмешиваемой воды, необходимой для получения бетона с заданной осадкой или формуемостью. Типичные реагенты для сокращения количества воды содержат 30 вес. % активных компонентов, включая лигносульфаты, гидроксилированные карбоксильные кислоты и сульфонированный конденсат нафталин-формальдегида, которые позволяют примерно на 15% сократить количество воды, необходимой для получения требуемой осадки. Особо активные реагенты для сокращения количества воды, также именуемые суперпластификаторами, обычно содержат 40 вес.% активных компонентов, включая сульфонированный конденсат меламин-формальдегида, сульфонированный конденсат нафталин-формальдегида и лигносульфонат, которые позволяют примерно на 30% сократить количество воды, необходимой для получения требуемой осадки. Реагенты для сокращения количества воды также могут включать замедлитель схватывания, который замедляет процесс упрочнения бетона. Однако в отличие от летучей золы реагенты для сокращения количества воды не обладают цементирующими свойствами и поэтому в основном влияют на прочность цемента только за счет изменения соотношения воды и цемента. Additives to reduce the amount of water are used to reduce the consumption of mixed water, necessary to obtain concrete with a given sediment or formability. Typical reagents for reducing the amount of water contain 30 weight. % of active components, including lignosulfates, hydroxylated carboxylic acids and sulfonated condensate of naphthalene-formaldehyde, which can reduce the amount of water required to obtain the desired precipitate by about 15%. Particularly active reagents for reducing the amount of water, also referred to as superplasticizers, usually contain 40% by weight of active components, including a sulfonated condensate of melamine-formaldehyde, a sulfonated condensate of naphthalene-formaldehyde and lignosulfonate, which can reduce the amount of water needed to obtain the required amount by about 30% precipitation. Reagents for reducing the amount of water may also include a setting retarder that slows down the hardening process of concrete. However, unlike fly ash, the reagents to reduce the amount of water do not have cementing properties and therefore mainly affect the strength of cement only by changing the ratio of water to cement.

Реагенты для сокращения количества воды обычно функционируют путем их адсорбции в поверхность цементных частиц. При этом на поверхностях частиц создается отрицательный заряд, что приводит к их взаимному отталкиванию. В силу такого механизма действия реагенты для сокращения количества воды могут рассматриваться как некоторый вид дисперсантов. Было установлено, что нормальные и особо активные реагенты для сокращения количества воды обеспечивают одинаковое снижение количества воды при эквивалентной концентрации активных ингредиентов. Reagents to reduce the amount of water usually function by adsorbing them to the surface of cement particles. In this case, a negative charge is created on the surfaces of the particles, which leads to their mutual repulsion. Due to this mechanism of action, reagents for reducing the amount of water can be considered as some kind of dispersant. It was found that normal and especially active reagents to reduce the amount of water provide the same reduction in the amount of water at an equivalent concentration of active ingredients.

Основное различие между нормальными и особо активными реагентами для сокращения количества воды состоит в том, что особо активные реагенты для сокращения количества воды промышленного изготовления обычно имеют повышенную концентрацию активных диспергирующих ингредиентов и пониженную концентрацию замедлителей схватывания. Таким образом, тип применяемого в данной смеси реагента для сокращения количества воды можно учесть в ходе оптимизационного процесса с помощью процесса нормализации, описанного ниже. The main difference between normal and especially active reagents for reducing the amount of water is that especially active reagents for reducing the amount of industrial water usually have a higher concentration of active dispersing ingredients and a lower concentration of setting retarders. Thus, the type of reagent used in this mixture to reduce the amount of water can be taken into account during the optimization process using the normalization process described below.

Кроме того, так как реагенты для сокращения количества воды содержат замедлитель схватывания, обычно в бетонную смесь добавляют не более 1% (от веса цемента) раствора нормальных реагентов для сокращения количества воды и не более 2% особо активных реагентов для сокращения количества воды. Если превысить эти концентрации, то бетон может вообще не застыть. Особо активные реагенты для сокращения количества воды можно использовать в большей концентрации, так как они содержат меньшую концентрацию замедлителей схватывания. In addition, since reagents for reducing the amount of water contain a setting retarder, usually no more than 1% (by weight of cement) of a normal reagent solution is added to the concrete mixture to reduce the amount of water and no more than 2% of particularly active reagents are used to reduce the amount of water. If these concentrations are exceeded, then the concrete may not harden at all. Particularly active reagents to reduce the amount of water can be used in higher concentrations, since they contain a lower concentration of setting retarders.

Если предположить, что в стандартную бетонную смесь добавляются только реагенты для сокращения количества воды, то процесс определения оптимальной смеси будет таким же, как тот, что использовался на этапе 4 для определения оптимальной смеси с включением летучей золы. Единственное отличие заключается в изменении формул для расчета требуемого количества подмешиваемой воды и прочности. Процесс начинается с определения оптимального состава смеси для первого значения соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя. Затем в смесь добавляются постепенно наращиваемые объемы реагентов для сокращения количества воды. Затем выполняется расчет и сравнение удельной стоимости этих смесей, чтобы определить оптимальный состав смеси, включающей реагенты для сокращения количества воды, при исходном значении соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя. Затем изменяют значение соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя и процесс повторяется. Путем сопоставления значений удельной стоимости оптимальных смесей при каждом значении соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя можно определить оптимальный состав смеси, содержащей реагенты для сокращения количества воды. Assuming that only reagents are added to the standard concrete mixture to reduce the amount of water, the process for determining the optimal mixture will be the same as that used in step 4 to determine the optimal mixture with the inclusion of fly ash. The only difference is the change in the formulas for calculating the required amount of mixed water and strength. The process begins by determining the optimal composition of the mixture for the first value of the ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate. Then gradually added volumes of reagents are added to the mixture to reduce the amount of water. Then, the calculation and comparison of the unit cost of these mixtures is performed to determine the optimal composition of the mixture, including reagents to reduce the amount of water, at the initial value of the ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate. Then change the value of the ratio of fine-grained and coarse aggregate and the process is repeated. By comparing the unit cost values of the optimal mixtures for each value of the ratio of fine-grained and coarse aggregate, it is possible to determine the optimal composition of the mixture containing reagents to reduce the amount of water.

Поскольку общий процесс определения оптимального состава смеси с использованием реагента для сокращения количества воды будет таким же, как процесс, описанный для этапа 4, ниже подробно рассматриваются только модифицированные формулы этапа 4. После определения оптимального состава смеси при исходном значении соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя выполняется добавка реагента для сокращения количества воды в количестве 0,1% от веса цемента в оптимальной смеси. Конечная прочность рассчитывается с помощью уравнения Фере. Однако для расчета конечной прочности необходимо определить количество воды, требуемой для обеспечения заданной осадки смеси, содержащей реагент для сокращения количества воды. Since the general process of determining the optimal composition of the mixture using a reagent to reduce the amount of water will be the same as the process described for stage 4, only the modified formulas of stage 4 are discussed in detail below. After determining the optimal composition of the mixture, the additive is added with the initial ratio of fine-grained to coarse-grained aggregate reagent to reduce the amount of water in an amount of 0.1% by weight of cement in an optimal mixture. The ultimate strength is calculated using the Fere equation. However, to calculate the final strength, it is necessary to determine the amount of water required to provide a given precipitation of the mixture containing the reagent to reduce the amount of water.

Для составления формулы расчета количества воды, требуемой для смеси с использованием такого реагента, необходимо нормализовать различные типы реагентов для сокращения количества воды. Особо активные реагенты для сокращения количества воды обычно содержат 40 вес.% активных ингредиентов. Добавление в цементную смесь такого реагента в количестве 2% (от веса цемента) приводит к 30-процентному сокращению количества воды, требуемой для обеспечения заданной осадки. Исследованиями установлено, что зависимость между концентрацией добавляемого реагента для сокращения количества воды и сокращением требуемого количества воды является практически линейной. Если вышеописанный особо активный реагент для сокращения количества воды принять в качестве стандартного, то в соответствии с этим можно нормализовать все такие реагенты. Например, добавление 1% реагента, в котором концентрация активных ингредиентов составляет только 30%, считается аналогичным добавлению 0,75% стандартного реагента для сокращения количества воды. Это объясняется сокращением на 0,25% концентрации активного ингредиента в новом реагенте для сокращения количества воды. To formulate a formula for calculating the amount of water required for a mixture using such a reagent, it is necessary to normalize various types of reagents to reduce the amount of water. Particularly active reagents for reducing the amount of water typically contain 40% by weight of the active ingredients. The addition of such a reagent to the cement mixture in an amount of 2% (based on the weight of cement) leads to a 30 percent reduction in the amount of water required to provide a given precipitate. Studies have found that the relationship between the concentration of the added reagent to reduce the amount of water and the reduction in the required amount of water is almost linear. If the above-described especially active reagent for reducing the amount of water is taken as standard, then in accordance with this, all such reagents can be normalized. For example, adding 1% reagent, in which the concentration of active ingredients is only 30%, is considered similar to adding 0.75% of a standard reagent to reduce the amount of water. This is due to a 0.25% reduction in the concentration of the active ingredient in the new reagent to reduce the amount of water.

Основываясь на параметрах стандартного реагента для сокращения количества воды, процентное содержание воды, требуемой для обеспечения заданной осадки смеси, содержащей такой реагент, определяется с помощью следующего уравнения:

Figure 00000020

Здесь WWR - достигаемое за счет применения такого реагента снижение объема воды, необходимого для обеспечения заданной осадки, которое определяется по уравнению:
Figure 00000021

Здесь W1 = ранее определенный объем воды, необходимый для обеспечения осадки в 1 см, и
%WR = объемное содержание реагента для сокращения количества воды в смеси, выраженное в процентах от веса цемента.Based on the parameters of a standard reagent to reduce the amount of water, the percentage of water required to provide a given precipitation of a mixture containing such a reagent is determined using the following equation:
Figure 00000020

Here W WR is the reduction in water volume achieved through the use of such a reagent, necessary to ensure a given precipitation, which is determined by the equation:
Figure 00000021

Here W 1 = a previously determined volume of water necessary to ensure a precipitation of 1 cm, and
% WR = volumetric reagent content to reduce the amount of water in the mixture, expressed as a percentage of the weight of cement.

Затем значение W2 можно использовать для расчета прочности бетона, достигаемой после отверждения в течение 28 дней. Поскольку реагенты для сокращения количества воды не вносят своего независимого вклада в прочность бетона, для расчета прочности бетона, достигаемой после отверждения в течение 28 дней, можно использовать те же формулы, которые применялись на этапе 2. Обычно объем реагента для сокращения количества воды в смеси настолько мал, что изменение объема смеси в результате добавления этого реагента не учитывается. Однако при желании можно учесть объем реагента для сокращения количества воды. Ту часть состава этого реагента, которую составляет вода, можно вычесть из количества воды, добавляемой в смесь. Оставшаяся часть реагента для сокращения количества воды представляет собой твердые вещества, которыми можно заменить часть цемента, аналогично тому, как цемент заменялся летучей золой и микрозернистым кремнеземом на этапах 4 и 5, соответственно.Then the value of W 2 can be used to calculate the strength of concrete, achieved after curing within 28 days. Since reagents for reducing the amount of water do not independently contribute to the strength of concrete, the same formulas used in step 2 can be used to calculate the strength of concrete achieved after curing within 28 days. Typically, the volume of reagent used to reduce the amount of water in a mixture is so it is small that the change in the volume of the mixture as a result of the addition of this reagent is not taken into account. However, if desired, the amount of reagent to reduce the amount of water can be taken into account. That part of the composition of this reagent, which is water, can be subtracted from the amount of water added to the mixture. The remainder of the reagent to reduce the amount of water is solids, which can replace part of the cement, similar to how the cement was replaced with fly ash and silica fume in steps 4 and 5, respectively.

Поскольку количество воды, требуемой для обеспечения заданной осадки, при использовании реагента для сокращения количества воды уменьшается, соотношение воды и цемента в смеси также снижается, что приводит к повышению прочности получаемой смеси. Таким образом, количество цемента может сокращаться до тех пор, пока не будет определен состав смеси, обладающей требуемой прочностью и осадкой и содержащей 0,1% реагента для сокращения количества воды. Затем выполняется стоимостный анализ, и если смесь с реагентом для сокращения количества воды окажется дешевле, то к смеси добавляется еще 0,1% реагента для сокращения количества воды. Вышеописанный процесс повторяется в порядке, описанном на этапе 4, до тех пор, пока не будет найдена оптимальная смесь, включающая реагент для сокращения количества воды. Однако, как упоминалось выше, реагенты для сокращения количества воды обычно добавляются в концентрации, не превышающей 2% от веса цемента. Превышение этой концентрации может привести к увеличению продолжительности отверждения бетона до практически неприемлемого уровня. Since the amount of water required to ensure a given precipitation decreases when using a reagent to reduce the amount of water, the ratio of water to cement in the mixture also decreases, which leads to an increase in the strength of the resulting mixture. Thus, the amount of cement can be reduced until the composition of the mixture with the required strength and sludge and containing 0.1% of the reagent to reduce the amount of water is determined. Then a cost analysis is performed, and if the mixture with the reagent to reduce the amount of water is cheaper, then another 0.1% of the reagent is added to the mixture to reduce the amount of water. The above process is repeated in the order described in step 4 until an optimal mixture is found that includes a reagent to reduce the amount of water. However, as mentioned above, reagents to reduce the amount of water are usually added at a concentration not exceeding 2% by weight of cement. Exceeding this concentration can lead to an increase in the duration of concrete curing to an almost unacceptable level.

Как правило, реагенты для сокращения количества воды не добавляются в бетон низкой прочности. Поскольку для таких смесей требуется лишь минимальное количество цемента, добавление дорогих реагентов для сокращения количества воды является экономически неэффективным. Однако в случае высокопрочного бетона, добавление реагента для сокращения количества воды может обеспечить существенное сокращение требуемого количества цемента, что, в свою очередь, обуславливает экономическую эффективность использования таких реагентов. Typically, reagents to reduce the amount of water are not added to low strength concrete. Since such mixtures require only a minimal amount of cement, the addition of expensive reagents to reduce the amount of water is economically inefficient. However, in the case of high-strength concrete, the addition of a reagent to reduce the amount of water can provide a significant reduction in the required amount of cement, which, in turn, determines the economic efficiency of using such reagents.

Этап 7. Наполнители
Наполнители являются другим видом присадок, которые могут учитываться в оптимизационном процессе. Содержание цемента, требуемое для обеспечения когезии (внутреннего сцепления) бетонной смеси и для соответствующего предотвращения расслоения компонентов и выступания цементного молока, обычно составляет, как минимум, 10% от общего объема цемента, мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя. Однако некоторые бетоны низкой прочности, могут достигать заданной прочности при концентрации цемента, меньшей чем 10%. В таких случаях можно использовать недорогие наполнители с частицами, размеры которых примерно равны размерам частиц цемента, что позволяет скомпенсировать разницу между количеством цемента, необходимым для достижения заданной прочности, и 10%, необходимыми для получения когезивной смеси.
Stage 7. Fillers
Fillers are another type of additive that can be considered in the optimization process. The cement content required to ensure cohesion (internal adhesion) of the concrete mixture and to prevent the separation of components and protrusion of cement milk, is usually at least 10% of the total volume of cement, fine aggregate and coarse aggregate. However, some low strength concrete can achieve a given strength at a cement concentration of less than 10%. In such cases, you can use inexpensive fillers with particles whose sizes are approximately equal to the size of the cement particles, which allows you to compensate for the difference between the amount of cement necessary to achieve a given strength, and 10% required to obtain a cohesive mixture.

Наполнители обычно не обладают цементирующими свойствами и не вносят непосредственного вклада в прочность получаемого бетона. Однако, так же как летучая зола, наполнители позволяют (в сравнении с цементом) сократить количество воды, требуемой для обеспечения заданной осадки, и, соответственно, могут косвенно влиять на осадку и прочность получаемого бетона. Например (но не в качестве ограничения объема изобретения), к числу таких наполнителей могут относиться карбонат кальция, доломит, гранит, базальт и рудные породы, размолотые до получения частиц, размеры которых аналогичны размерам частиц летучей золы - диаметром менее 100 мкм. Сокращение количества воды, требуемого для получения заданной осадки, обеспечивается за счет примерно сферической формы частиц наполнителей и отсутствия реакций гидратации. Fillers usually do not have cementitious properties and do not directly contribute to the strength of the resulting concrete. However, just like fly ash, fillers allow (in comparison with cement) to reduce the amount of water required to ensure a given precipitation, and, accordingly, can indirectly affect the sediment and the strength of the resulting concrete. For example (but not as a limitation on the scope of the invention), such fillers may include calcium carbonate, dolomite, granite, basalt, and ore rocks milled to produce particles that are similar in size to particles of fly ash - less than 100 microns in diameter. The reduction in the amount of water required to obtain a given precipitate is achieved due to the approximately spherical shape of the filler particles and the absence of hydration reactions.

Наполнители обычно вводятся в бетонную смесь независимо от пуццоланов или других присадок. Поскольку наполнители используются только для низкопрочных бетонов, добавление пуццоланов, у которых прочность вдвое меньше, чем у цемента, а стоимость более чем в два раза выше, приведет лишь к увеличению стоимости смеси. Fillers are usually introduced into the concrete mix regardless of pozzolan or other additives. Since fillers are used only for low-strength concrete, the addition of pozzolans, in which the strength is half that of cement and more than twice as high, will only increase the cost of the mixture.

Как указывалось при рассмотрении предыдущих этапов, минимальное объемное содержание цемента, необходимое для предотвращения расслоения компонентов и выступания цементного молока, составляет около 10%. Однако благодаря наполнителям объемное содержание цемента можно снижать и далее, для чего часть цемента заменяется наполнителем. Что касается графика плотности упаковки, то несмотря на замену цемента наполнителями процентное содержание цемента остается постоянным и составляет 10%, поскольку частицы наполнителей обладают теми же характеристиками упаковки, что и частицы цемента. Однако, как уже упоминалось, в тех случаях, когда средние диаметры частиц и естественная плотность упаковки частиц наполнителей будут существенно отличаться от аналогичных параметров цемента, то сочетание наполнителей и цемента может быть отображено в виде псевдочастиц. As indicated in the consideration of the previous stages, the minimum volumetric cement content necessary to prevent the separation of components and protrusion of cement milk is about 10%. However, due to the fillers, the volumetric content of cement can be further reduced, for which a part of the cement is replaced by the filler. As for the packing density graph, despite the replacement of cement with fillers, the percentage of cement remains constant at 10%, since the filler particles have the same packing characteristics as the cement particles. However, as already mentioned, in cases where the average particle diameters and the natural packing density of the filler particles will differ significantly from the similar cement parameters, the combination of fillers and cement can be displayed in the form of pseudoparticles.

При использовании наполнителей количество подмешиваемой воды, требуемой для обеспечения заданной осадки, сокращается примерно на ту же величину, что и в случае добавления летучей золы. Таким образом, количество воды, требуемой для обеспечения заданной осадки смеси, содержащей наполнители, определяется с помощью следующего уравнения:

Figure 00000022

Здесь WF - достигаемое за счет применения наполнителей сокращение объема воды, необходимой для обеспечения заданной осадки, которое определяется по уравнению:
Figure 00000023

Здесь %FIL = объемное содержание наполнителей в смеси цемента и летучей золы.When using fillers, the amount of mixed water required to ensure a given precipitation is reduced by about the same amount as in the case of the addition of fly ash. Thus, the amount of water required to provide a given precipitation of the mixture containing fillers is determined using the following equation:
Figure 00000022

Here W F - achieved through the use of fillers, the reduction in the volume of water necessary to ensure a given precipitation, which is determined by the equation:
Figure 00000023

Here% FIL = volumetric content of fillers in the mixture of cement and fly ash.

Затем значение W2 можно использовать для расчета прочности, достигаемой после отверждения в течение 28 дней. Так как наполнители не вносят своего вклада в прочность бетона, для расчета прочности бетона, достигаемой после отверждения в течение 28 дней, и для оценки объема цемента, необходимого для получения заданной прочности, применяются те же формулы, которые использовались на этапе 2.Then the value of W 2 can be used to calculate the strength achieved after curing within 28 days. Since the fillers do not contribute to the strength of concrete, the same formulas used in stage 2 are used to calculate the strength of concrete achieved after curing for 28 days and to estimate the volume of cement required to obtain a given strength.

Этап 8. Система оптимизации общей структуры
После изучения процесса оптимизации бетонной смеси с одной присадкой, используемой в сочетании с цементом, мелкозернистым заполнителем, крупнозернистым заполнителем и водой, различные процессы можно объединить в систему с применением внутренних циклов, что позволяет определить оптимальный состав смеси, включающей определенные комбинации присадок, включая летучую золу, микрозернистый кремнезем и реагент для сокращения количества воды. Ниже в качестве примера (но не для ограничения объема настоящего изобретения) такая система описывается с помощью логической блок-схемы, показанной на фиг. 8 (А)-(В).
Stage 8. The system of optimization of the overall structure
After studying the optimization process of a concrete mixture with one additive, used in combination with cement, fine aggregate, coarse aggregate and water, the various processes can be combined into a system using internal cycles, which allows you to determine the optimal composition of the mixture, including certain combinations of additives, including fly ash , silica fume and reagent to reduce the amount of water. Below, by way of example (but not to limit the scope of the present invention), such a system is described using the logic block diagram shown in FIG. 8 (A) - (B).

Разумеется, существуют различные способы построения и реализации настоящей системы. Однако данная система построена на единой теоретической основе, заключающейся в расчете всех возможных комбинаций цемента, мелкозернистого заполнителя, крупнозернистого заполнителя и различных присадок, обеспечивающих заданные характеристики прочности и осадки. Затем выполняется сравнение стоимости каждой смеси, чтобы определить самую дешевую из всех смесей. Таким образом, соответствующий состав будет являться наилучшим из всех возможных составов. На практике не потребуется производить расчет для всех смесей. В соответствии с нижеописанной системой, как только будет установлено, что смесь становится дороже после увеличения доли мелкозернистого заполнителя в соотношении мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя, дальнейшее изменение соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя становится нецелесообразным, поскольку все новые смеси для данного объема цемента будут более дорогими. Of course, there are various ways to build and implement a real system. However, this system is built on a unified theoretical basis, consisting in the calculation of all possible combinations of cement, fine-grained aggregate, coarse aggregate and various additives that provide the specified characteristics of strength and precipitation. A comparison is then made of the cost of each mixture to determine the cheapest of all mixtures. Thus, the appropriate composition will be the best of all possible compositions. In practice, no calculation is required for all mixtures. In accordance with the system described below, as soon as it is established that the mixture becomes more expensive after increasing the proportion of fine-grained aggregate in the ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate, a further change in the ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate becomes impractical, since all new mixtures for a given volume of cement will be more expensive.

На фиг. 8 (А)-(В) в прямоугольник 34 вводится перечень всех типов цемента, мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя, которые будут использоваться в составе смеси. Типы компонентов классифицируются по среднему диаметру частиц d' и плотности упаковки φ, как показано в прямоугольнике 36. Как упоминалось при рассмотрении этапа 1, все типы мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя сводятся к единым псевдочастицам мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя, как показано в прямоугольнике 38. In FIG. 8 (A) to (B), a list of all types of cement, fine aggregate and coarse aggregate to be used as part of the mixture is entered into box 34. The types of components are classified according to the average particle diameter d 'and packing density φ, as shown in box 36. As mentioned in Step 1, all types of fine aggregate and coarse aggregate are reduced to single pseudoparticles of fine aggregate and coarse aggregate, as shown in rectangle 38.

Затем в ромбе 40 система задает вопрос о том, будет ли микрозернистый кремнезем включаться в состав смеси. Если микрозернистый кремнезем не включается, то в прямоугольнике 42 максимальное количество микрозернистого кремнезема равно 0. Если микрозернистый кремнезем может использоваться, то в прямоугольник 44 следует ввести его максимальное количество. Как упоминалось при рассмотрении этапа 5, объем микрозернистого кремнезема, как правило, не превышает 20% от объема цементного материала. Применительно к описываемой здесь системе, термин "цементные материалы" включает цемент, летучую золу и микрозернистый кремнезем. В ромбе и прямоугольниках 46-50 та же информация запрашивается относительно реагентов для сокращения количества воды, а в ромбе и прямоугольниках 52-56 та же информация запрашивается относительно летучей золы. Then, in rhombus 40, the system asks whether micrograin silica will be included in the mixture. If the microgranular silica is not included, then in the rectangle 42 the maximum amount of the microgranular silica is 0. If the microgranular silica can be used, then its maximum number should be entered in the rectangle 44. As mentioned in the consideration of stage 5, the volume of silica fume, as a rule, does not exceed 20% of the volume of cement material. In relation to the system described here, the term "cement materials" includes cement, fly ash and silica fume. In rhombus and rectangles 46-50, the same information is requested for reagents to reduce the amount of water, and in rhombus and rectangles 52-56 the same information is requested for fly ash.

После выбора присадок определяют исходные параметры, для чего значение предыдущей наилучшей стоимости XBEST приравнивают к бесконечности, а объемы реагента для сокращения количества воды, летучей золы и микрозернистого кремнезема приравнивают к нулю, как показано в прямоугольниках 58-62. Теперь система подготовлена к определению состава и стоимости исходной смеси, обладающей заданными характеристиками прочности и осадки. Этот процесс осуществляется по логической схеме 64, показанной на фиг. 9.After selecting the additives, the initial parameters are determined, for which the value of the previous best cost X BEST is equal to infinity, and the volumes of the reagent to reduce the amount of water, fly ash and silica fume are equal to zero, as shown in rectangles 58-62. Now the system is prepared to determine the composition and cost of the initial mixture, which has the specified characteristics of strength and precipitation. This process is carried out according to the logic circuit 64 shown in FIG. nine.

Процесс оптимизации начинается с прямоугольника 66, где производится расчет максимальной плотности упаковки частиц для данного сочетания цемента, мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя. Значение максимальной плотности упаковки частиц определяется в соответствии с процессом, описанным при рассмотрении этапа 1. Затем состав смеси при максимальной плотности упаковки частиц уточняется с помощью коэффициента запаса когезии, показанного в прямоугольнике 68, что позволяет определить показанный в прямоугольнике 70 состав исходной смеси, в которой не будет наблюдаться расслоение компонентов или выступание цементного молока. В прямоугольнике 69 задается исходное значение оптимальной стоимости, равное бесконечности, предназначенное для последующего сравнения с фактической стоимостью. The optimization process begins with box 66, where the maximum particle packing density for a given combination of cement, fine aggregate and coarse aggregate is calculated. The value of the maximum packing density of the particles is determined in accordance with the process described in the consideration of step 1. Then, the composition of the mixture at the maximum packing density of the particles is specified using the cohesion factor shown in rectangle 68, which makes it possible to determine the composition of the initial mixture shown in rectangle 70, in which no delamination of components or protrusion of cement milk will be observed. In box 69, the initial value of the optimal cost is set equal to infinity, intended for subsequent comparison with the actual cost.

В прямоугольнике 72 осуществляется расчет количества воды, требуемой для обеспечения заданной осадки. На основе требуемого количества воды определяется конечная прочность смеси, показанная в прямоугольнике 74. В ромбе 76 выполняется сравнение рассчитанной и заданной прочности. Если предположить, что рассчитанная прочность не будет равна заданной, то ориентировочный объем цемента, требуемого для обеспечения заданной прочности, рассчитывается в прямоугольнике 78. In box 72, the amount of water required to provide a given precipitation is calculated. Based on the required amount of water, the final strength of the mixture is determined, shown in rectangle 74. In rhombus 76, the calculated and specified strengths are compared. If we assume that the calculated strength will not be equal to the specified, then the approximate volume of cement required to ensure the given strength is calculated in rectangle 78.

Далее, в прямоугольнике 78 производится нормализация объема мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя, так чтобы в новой смеси объемы цемента, мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя в общей сложности составили 1,0 при сохранении соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя. Все вышеописанные расчеты выполняются с помощью уравнений, приведенных при рассмотрении этапа 2. Next, in box 78, the volume of fine-grained aggregate and coarse-grained aggregate is normalized, so that in the new mixture the volumes of cement, fine-grained aggregate and coarse-grained aggregate total 1.0, while maintaining the ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate. All the above calculations are performed using the equations given in the consideration of stage 2.

Введя новый состав смеси, система возвращается к прямоугольнику 72 по циклическому ответвлению 79, после чего процесс повторяется для новой смеси путем расчета требуемого количества воды и конечной прочности и последующего сравнения рассчитанной прочности с заданной. Цикл 79 повторяется до тех пор, пока рассчитанная прочность не станет равна заданной, после чего в прямоугольнике 80 выполняется расчет стоимости полученной смеси. Затем в ромбе 82 стоимость смеси по прямоугольнику 80 сравнивается со стоимостью оптимальной смеси. Поскольку исходное значение оптимальной стоимости было приравнено к бесконечности, первая смесь, обладающая заданными характеристиками, будет считаться оптимальной, и значения объема цемента, мелкозернистого заполнителя, крупнозернистого заполнителя, а также стоимости смеси заносятся как оптимальные в прямоугольник 84. Having introduced the new composition of the mixture, the system returns to rectangle 72 by cyclic branch 79, after which the process is repeated for the new mixture by calculating the required amount of water and final strength and then comparing the calculated strength with the given. The cycle 79 is repeated until the calculated strength becomes equal to the specified one, after which the cost of the mixture is calculated in rectangle 80. Then, in rhombus 82, the cost of the mixture in rectangle 80 is compared with the cost of the optimal mixture. Since the initial value of the optimal cost was equated to infinity, the first mixture with the specified characteristics will be considered optimal, and the values of the volume of cement, fine-grained aggregate, coarse-grained aggregate, as well as the cost of the mixture are entered as optimal in rectangle 84.

Затем в ромбе 86 система сравнивает объем мелкозернистого заполнителя с максимальным допустимым объемом мелкозернистого заполнителя. Как указывалось при рассмотрении этапа 2, это значение обычно составляет около 80% от объема твердых веществ. Если объем мелкозернистого заполнителя в смеси будет меньше максимально допустимого объема мелкозернистого заполнителя, то система переходит к прямоугольнику 88, где определяется новое значение соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя путем увеличения объема мелкозернистого заполнителя на 1% и соответствующего снижения объема крупнозернистого заполнителя; объем цемента сохраняется постоянным. Затем система возвращается к прямоугольнику 70 по цикличному ответвлению 89, и процесс повторяется, начиная с определения того содержания цемента, мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя при новом значении соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя, которое обеспечит равенство расчетной и заданной прочности смеси. Then, in rhombus 86, the system compares the volume of fine aggregate with the maximum allowable volume of fine aggregate. As indicated in the consideration of step 2, this value is usually about 80% of the volume of solids. If the volume of fine-grained aggregate in the mixture is less than the maximum permissible volume of fine-grained aggregate, the system moves to box 88, where a new value for the ratio of fine-grained and coarse aggregate is determined by increasing the volume of fine-grained aggregate by 1% and a corresponding decrease in the volume of coarse-grained aggregate; cement volume is kept constant. Then the system returns to rectangle 70 by cyclic branch 89, and the process is repeated, starting from determining the content of cement, fine-grained aggregate and coarse-grained aggregate with a new ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate, which will ensure equality of the calculated and specified strength of the mixture.

После того как будет определен состав смеси с заданными характеристиками при новом значении соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя, в прямоугольнике 80 рассчитывается стоимость этой смеси и осуществляется сравнение полученного значения со стоимостью ранее определенной оптимальной смеси. Если стоимость новой смеси будет ниже, то новая смесь становится оптимальной и цикл 89 продолжается путем задания нового значения соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя в прямоугольнике 88. Цикл 89 продолжается до тех пор, пока он не будет завершен через ромб 82 или ромб 86. Цикл 89 заканчивается через ромб 86 в том случае, если объем мелкозернистого заполнителя в новой оптимальной смеси будет не меньше заданного максимального объема мелкозернистого заполнителя. Цикл 89 также может закончиться через ромб 82, если стоимость новой смеси будет выше стоимости ранее определенной оптимальной смеси. В точке завершения цикла 89 оптимальный состав представляет собой наилучшую во всех отношениях смесь цемента, мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя, обладающую заданной прочностью и осадкой при минимальной стоимости. After the composition of the mixture with the specified characteristics is determined with the new ratio of fine-grained to coarse aggregate, the cost of this mixture is calculated in box 80 and the obtained value is compared with the value of the previously determined optimal mixture. If the cost of the new mixture is lower, the new mixture becomes optimal and cycle 89 continues by setting a new ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate in box 88. Cycle 89 continues until it is completed through diamond 82 or diamond 86. Cycle 89 ends through rhombus 86 if the volume of fine-grained aggregate in the new optimal mixture is not less than the specified maximum volume of fine-grained aggregate. Cycle 89 can also end through rhombus 82 if the cost of the new mixture is higher than the value of the previously determined optimal mixture. At the point of completion of cycle 89, the optimal composition is the best in all respects mixture of cement, fine aggregate and coarse aggregate, which has a given strength and sludge at a minimum cost.

В ромбе 90 осуществляется сравнение стоимости оптимальной смеси, определенной в прямоугольнике 84, со стоимостью самой дешевой смеси. Поскольку начальное значение наименьшей стоимости в прямоугольнике 58 первоначально приравнивается к бесконечности, значение наименьшей стоимости в прямоугольнике 84 сначала приравнивается к стоимости оптимальной смеси по прямоугольнику 84 на момент выхода из цикла 89. В прямоугольнике 92 хранятся данные о составе и стоимости наилучшей смеси. In rhombus 90, a comparison is made of the cost of the optimal mixture defined in rectangle 84 with the cost of the cheapest mixture. Since the initial value of the lowest cost in rectangle 58 is initially equated to infinity, the value of the lowest cost in rectangle 84 is first equal to the cost of the optimal mixture in rectangle 84 at the time of exit from cycle 89. Box 92 contains data on the composition and cost of the best mixture.

Затем система начинает выполнять серию внутренних циклов, в которых осуществляются приращения объемов микрозернистого кремнезема, летучей золы и реагента для сокращения количества воды. Сравниваются значения стоимости каждой из оптимальных смесей, после чего параметры наилучшей смеси записываются в прямоугольник 92. В ромбе 94 выясняется, меньше ли содержание микрозернистого кремнезема в смеси, чем заданное максимальное значение содержания микрозернистого кремнезема. Если ответ будет положительным, то объем микрозернистого кремнезема в цементном материале увеличивается на 1%, как показано в прямоугольнике 96. Затем система через циклическое ответвление 97 возвращается к циклу 64. С помощью формул, указанных на этапе 5, в цикле 64 посредством изменения соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя теперь осуществляется определение состава и стоимости смесей, содержащих микрозернистый кремнезем и обладающих заданными характеристиками; при этом значение отношения объема микрозернистого кремнезема к объему цементных материалов остается постоянным для каждой смеси. Then the system begins to carry out a series of internal cycles in which increments of volumes of microgranular silica, fly ash and reagent are carried out to reduce the amount of water. The values of the cost of each of the optimal mixtures are compared, after which the parameters of the best mixture are written in box 92. In rhombus 94, it is found out whether the content of fine-grained silica in the mixture is less than the specified maximum value for the content of fine-grained silica. If the answer is yes, the volume of silica fume in the cementitious material increases by 1%, as shown in box 96. Then, through cyclic branch 97, the system returns to cycle 64. Using the formulas in step 5, in cycle 64, by changing the ratio of fine-grained and coarse aggregate now determines the composition and cost of mixtures containing microgranular silica and having the desired characteristics; while the value of the ratio of the volume of fine-grained silica to the volume of cement materials remains constant for each mixture.

Цикл 89 продолжается посредством измерения соотношения мелкозернистого и крупнозернистого заполнителя до тех пор, пока новая смесь не станет дороже предыдущей смеси, что будет выявлено при сравнении стоимостей в ромбе 82, либо до тех пор, пока не будет достигнуто максимальное допустимое значение объема мелкозернистого заполнителя. После выполнения любого из этих условий система возвращается к ромбу 90, и стоимость оптимальной смеси по прямоугольнику 84 сравнивается со стоимостью предыдущей оптимальной смеси. Если стоимость оптимальной смеси будет меньше, то состав этой оптимальной смеси становится новым наилучшим составом. Затем система проверяет, не достигнуто ли максимальное допустимое значение объема микрозернистого кремнезема. Если это значение не достигнуто, то еще 1% цементного материала заменяется микрозернистым кремнеземом. Затем цикл 98 повторяется, чтобы выявить новую оптимальную смесь при вновь заданном соотношении объема микрозернистого кремнезема и объема цементного материала. Цикл 98 непрерывно повторяется до тех пор, пока объем микрозернистого кремнезема в смеси не достигнет максимального допустимого значения. Cycle 89 continues by measuring the ratio of fine-grained and coarse-grained aggregate until the new mixture becomes more expensive than the previous mixture, which will be revealed by comparing the values in diamond 82, or until the maximum allowable value of the volume of fine-grained aggregate is reached. After fulfilling any of these conditions, the system returns to rhombus 90, and the cost of the optimal mixture in rectangle 84 is compared with the cost of the previous optimal mixture. If the cost of the optimal mixture is less, then the composition of this optimal mixture becomes the new best composition. The system then checks to see if the maximum allowable volume of silica fume has been reached. If this value is not achieved, then another 1% of the cement material is replaced by fine-grained silica. Then, cycle 98 is repeated to reveal a new optimal mixture with the newly set ratio of the volume of microgranular silica and the volume of cement material. Cycle 98 is continuously repeated until the volume of silica fume in the mixture reaches the maximum allowable value.

После достижения максимального допустимого объема микрозернистого кремнезема в ромбе 100 выясняется, достигнуто ли максимальное допустимое содержание летучей золы в смеси. Если максимальное содержание еще не достигнуто, то в прямоугольнике 102 1% цементного материала заменяется летучей золой. Затем система по циклическому ответвлению 104 возвращается к прямоугольнику 62, где объем микрозернистого кремнезема сбрасывается на нуль и осуществляется новый вход в цикл 64. After reaching the maximum allowable volume of silica fume in the rhombus 100, it is determined whether the maximum allowable content of fly ash in the mixture has been reached. If the maximum content has not yet been reached, then in the rectangle 102 1% of the cement material is replaced by fly ash. Then, the system returns to rectangle 62 via cyclic branch 104, where the volume of microgranular silica is reset to zero and a new entry into cycle 64 is made.

Теперь в цикле 64 используются формулы, описанные при рассмотрении этапа 4, чтобы определить оптимальный состав смеси, состоящей из цемента, 1% летучей золы (от объема цементного материала) микрозернистого кремнезема, мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя. После того как объем микрозернистого кремнезема достигнет максимального допустимого значения, система выходит из цикла 98, и объемное содержание летучей золы вновь увеличивается на 1%. Затем объем микрозернистого кремнезема вновь сбрасывается на нуль и постепенно повышается по мере прогона цикла 98 для состава с двумя процентами летучей золы. Этот цикл продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто максимальное допустимое содержание летучей золы. Now, in cycle 64, the formulas described in Step 4 are used to determine the optimal composition of the mixture consisting of cement, 1% fly ash (based on the volume of cement material) of micro-silica, fine-grained aggregate and coarse-grained aggregate. After the volume of silica fume is reached the maximum permissible value, the system exits cycle 98 and the volume content of fly ash is again increased by 1%. Then the volume of silica fume is again reset to zero and gradually increases as cycle 98 is run for a composition with two percent fly ash. This cycle continues until the maximum permissible content of fly ash is reached.

Затем в ромбе 106 выясняется, не превышено ли максимально допустимое значение объема реагента для сокращения количества воды. Если максимальное содержание не превышено, то в смесь добавляется реагент для сокращения количества воды в концентрации 0,1% от веса цементного материала. Затем система повторяет циклы 98 и 10 для каждого приращения концентрации реагента для сокращения количества воды. Then, in rhombus 106, it is determined whether the maximum allowable value of the volume of the reagent is exceeded to reduce the amount of water. If the maximum content is not exceeded, then a reagent is added to the mixture to reduce the amount of water at a concentration of 0.1% by weight of the cement material. The system then repeats cycles 98 and 10 for each increment of reagent concentration to reduce the amount of water.

Каждый раз, когда выявляется состав оптимальной смеси, стоимость сравнивается со значением стоимости наилучшей смеси, хранящимся в прямоугольнике 92. Таким образом, когда будет достигнуто максимально допустимое значение объема реагента для сокращения количества воды и система заканчивает свою работу путем выхода через овал 112, параметры наилучшей смеси, хранящиеся в прямоугольнике 92, представляют собой параметры самой дешевой смеси, обладающей заданными характеристиками осадки и прочности и выбранной на основе всех возможных сочетаний цемента, летучей золы, микрозернистого кремнезема, реагента для сокращения количества воды, мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя. Each time the composition of the optimal mixture is revealed, the cost is compared with the value of the best mixture stored in box 92. Thus, when the maximum allowable value of the volume of the reagent is reached to reduce the amount of water and the system finishes its work by exiting through oval 112, the parameters of the best the mixtures stored in rectangle 92 are the parameters of the cheapest mixture with the specified characteristics of precipitation and strength and selected on the basis of all possible combinations cement, fly ash, silica fume, a reagent for reducing the amount of water, fine aggregate and coarse aggregate.

Если цемент сочетается только с летучей золой или только с микрозернистым кремнеземом, то расчет требуемого объема воды и конечной прочности смеси осуществляют с помощью формул по этапам 4 и 5 соответственно. Однако в тех случаях, когда в одной и той же смеси используются цемент, летучая зола и микрозернистый кремнезем, следует использовать нижеприведенные уравнения. Объем воды, требуемой для обеспечения заданной осадки смеси, содержащей микрозернистый кремнезем и летучую золу, определяется по уравнению:

Figure 00000024

Здесь WSF и WFA соответствуют определениям, приведенным при рассмотрении этапов 4 и 5.If cement is combined only with fly ash or only with micrograin silica, then the calculation of the required volume of water and the final strength of the mixture is carried out using the formulas in steps 4 and 5, respectively. However, in cases where cement, fly ash and silica fume are used in the same mixture, the equations below should be used. The volume of water required to ensure a given precipitation of the mixture containing silica fume and fly ash is determined by the equation:
Figure 00000024

Here, W SF and W FA correspond to the definitions given in steps 4 and 5.

На основе рассчитанного значения W2 конечная прочность для прямоугольника 74 может быть рассчитана с помощью модифицированного уравнения Фере:

Figure 00000025

Здесь
VSF = %SF • (VT/100) (41)
VFA = %FA • (VT/100) (42)
VC = VT - VSF - VFA (43)
Здесь VT - общий объем цемента, мелкозернистого заполнителя и летучей золы в смеси. Другие переменные ранее были определены на этапах 4 и 5.Based on the calculated value of W 2, the final strength for rectangle 74 can be calculated using a modified Fere equation:
Figure 00000025

Here
V SF =% SF • (V T / 100) (41)
V FA =% FA • (V T / 100) (42)
V C = V T - V SF - V FA (43)
Here V T is the total volume of cement, fine aggregate and fly ash in the mixture. Other variables were previously defined in steps 4 and 5.

Если расчетная прочность не будет равна заданной, то ориентировочные значения для новых объемов цемента, летучей золы и микрозернистого кремнезема могут быть рассчитаны соответственно с помощью следующих уравнений:

Figure 00000026

Figure 00000027

Figure 00000028

где все переменные были ранее определены на этапах 4 и 5.If the design strength is not equal to the specified value, then the indicative values for new volumes of cement, fly ash and silica fume can be calculated using the following equations, respectively:
Figure 00000026

Figure 00000027

Figure 00000028

where all the variables were previously defined in steps 4 and 5.

При использовании вышеприведенных уравнений отношения объемов цемента, летучей золы и микрозернистого кремнезема к общему объему цементных материалов остаются постоянными. Соответствующие объемы цемента и крупнозернистого заполнителя можно определить с помощью уравнений по этапу 2. When using the above equations, the ratios of volumes of cement, fly ash and silica fume to the total volume of cement materials remain constant. The corresponding volumes of cement and coarse aggregate can be determined using the equations in step 2.

И наконец, как более подробно описывается при рассмотрении этапа 6, добавки реагента для сокращения количества воды учитываются только при определении объема воды, требуемой для обеспечения заданной осадки. Таким образом, независимо от того, добавляется ли реагент для сокращения количества воды к смеси цемента и летучей золы, смеси цемента и микрозернистого кремнезема, либо к смеси цемента, летучей золы и микрозернистого кремнезема, вышеприведенные уравнения изменяются только путем вычитания объема воды, требуемой для обеспечения заданной осадки, сокращающегося в результате добавки этого реагента. And finally, as described in more detail when considering step 6, reagent additives to reduce the amount of water are taken into account only when determining the amount of water required to provide a given precipitation. Thus, regardless of whether the reagent to reduce the amount of water is added to a mixture of cement and fly ash, a mixture of cement and microgranular silica, or to a mixture of cement, fly ash and microgranular silica, the above equations are changed only by subtracting the amount of water required to provide predetermined precipitation, reduced as a result of the addition of this reagent.

Например, объем воды, требуемой для обеспечения заданной осадки для смеси, содержащей цемент, летучую золу, микрозернистый кремнезем, реагент для сокращения количества воды, мелкозернистый заполнитель и крупнозернистый заполнитель, определяется с помощью следующего уравнения:

Figure 00000029

Здесь значения WFA, WSF и WWR были определены соответственно на этапах 4, 5 и 6.For example, the volume of water required to provide a given precipitation for a mixture containing cement, fly ash, silica fume, reagent to reduce the amount of water, fine aggregate and coarse aggregate is determined using the following equation:
Figure 00000029

Here, the values of W FA , W SF and W WR were determined in steps 4, 5, and 6, respectively.

Следует отметить, что в оптимизационном процессе также можно учитывать воздействия других пуццоланов или присадок, для чего в процесс итеративного расчета просто добавляется еще один цикл. Аналогично, вышеописанная система может учитывать и добавку наполнителей, но поскольку наполнители практически никогда не вводятся в смеси, содержащие другие присадки, будет получен тот же результат. It should be noted that in the optimization process, you can also take into account the effects of other pozzolans or additives, for which another cycle is simply added to the iterative calculation process. Similarly, the above system can take into account the addition of fillers, but since fillers are almost never introduced into mixtures containing other additives, the same result will be obtained.

Этап 9. Реагент для захвата воздуха. Step 9. Reagent for trapping air.

В отличие от вышеописанных присадок реагенты для захвата воздуха не моделируются в рамках оптимизационного процесса и поэтому соответствующая корректировка вносится по факту. Реагенты для захвата воздуха представляют собой присадки, стабилизирующие воздушные пузырьки, которые образуются в процессе смешивания. Для этого используется снижение коэффициента поверхностного натяжения воды. Реагент для сокращения количества воды образует водоотталкивающую пленку, прочность которой достаточна для удержания и стабилизации пузырьков воздуха. В отличие от естественных воздушных пузырьков пузырьки, образующиеся благодаря применению реагента для сокращения количества воды имеют чрезвычайно малые размеры - их диаметр составляет от 10 до 1000 мкм. In contrast to the additives described above, reagents for capturing air are not modeled as part of the optimization process, and therefore, the corresponding adjustment is made on the fact. Reagents for capturing air are additives that stabilize the air bubbles that are formed during the mixing process. For this, a decrease in the surface tension coefficient of water is used. The reagent to reduce the amount of water forms a water-repellent film, the strength of which is sufficient to hold and stabilize air bubbles. Unlike natural air bubbles, the bubbles formed through the use of a reagent to reduce the amount of water are extremely small - their diameter is from 10 to 1000 microns.

Основные преимущества повышения процентного содержания воздушных пустот в бетонной смеси состоят в повышении морозостойкости (стойкости к замораживанию и оттаиванию бетона во влажной среде), а также в улучшении формуемости бетонной смеси. Вода, замерзающая во влажном бетоне, обуславливает осмотическое и гидравлическое давление в капиллярах и порах цементной пасты и заполнителя. Эти циклические давления, возникающие в процессе замерзания и оттаивания, могут привести к разбуханию бетонной конструкции и потере ее прочности. Воздушные пустоты обеспечивают снижение этих давлений, так как они играют роль пустых камер, в которые оттаивающая вода может поступать без создания нежелательного внутреннего давления в бетонной конструкции. The main advantages of increasing the percentage of air voids in the concrete mixture are the increase in frost resistance (resistance to freezing and thawing of concrete in a humid environment), as well as in improving the formability of the concrete mixture. Water freezing in wet concrete causes osmotic and hydraulic pressure in the capillaries and pores of the cement paste and aggregate. These cyclic pressures that occur during freezing and thawing can cause the concrete structure to swell and lose its strength. Air voids provide a reduction in these pressures, since they play the role of empty chambers into which thawing water can enter without creating undesirable internal pressure in the concrete structure.

Реагенты для захвата воздуха несколько увеличивают осадку и улучшают формуемость бетонной смеси за счет формирования воздушных пузырьков, по которым могут перемещаться частицы смеси, что обеспечивает снижение сил трения между частицами. Кроме того, за счет включения воздушных пузырьков в цементную пасту, возрастает объем пасты, благодаря чему увеличивается количество пасты, обволакивающей частицы заполнителя и снижающей силы трения между ними. К типичным реагентам для сокращения количества воды относятся соли древесных смол (винзоловая смола), некоторые синтетические детергенты, соли сульфонированного лигнина, соли нефтяных кислот, соли белковых материалов, жирные и смолистые кислоты и их соли, сульфонаты алкил-бензола и соли сульфонированных углеводородов. Reagents for capturing air slightly increase the sediment and improve the formability of the concrete mixture due to the formation of air bubbles through which the particles of the mixture can move, which reduces the friction forces between the particles. In addition, due to the inclusion of air bubbles in the cement paste, the volume of the paste increases, which increases the amount of paste that envelops the aggregate particles and reduces the friction between them. Typical reagents for reducing water include wood resin salts (vinzol resin), some synthetic detergents, sulfonated lignin salts, petroleum acid salts, protein materials salts, fatty and resinous acids and their salts, alkyl benzene sulfonates and sulfonated hydrocarbon salts.

Обычно реагенты для захвата воздуха добавляются в концентрации от 0,02% до 0,2% от веса цемента (в зависимости от типа и количества твердых веществ в составе реагента для захвата воздуха), что обеспечивает повышение содержания воздуха до 4-10% от объема бетона. Требуемая концентрация реагента для захвата воздуха зависит от когезионных характеристик бетонной смеси. В процессе оптимизации обычно используется такая дозировка добавок к смеси, которая соответствует рекомендациям предприятий-поставщиков. Реагент для захвата воздуха Sika Aer® компании Sika добавляется в концентрации 0,04% от веса цемента и обеспечивает концентрацию воздуха, составляющую около 5% от объема бетона.Typically, reagents for capturing air are added at a concentration of 0.02% to 0.2% by weight of cement (depending on the type and amount of solids in the composition of the reagent for capturing air), which provides an increase in air content to 4-10% of the volume concrete. The required concentration of reagent for capturing air depends on the cohesive characteristics of the concrete mixture. In the optimization process, a dosage of additives to the mixture is usually used that meets the recommendations of the supplier enterprises. Sika's Sika Aer ® Air Capture Reagent is added at a concentration of 0.04% by weight of cement and provides an air concentration of about 5% of concrete volume.

После фактического получения оптимальной смеси можно определить реальное содержание воздуха в смеси. Если после завершения оптимизационного процесса содержание воздуха при данной осадке будет выше или ниже в сравнении со значением содержания воздуха, принятым во время этапа 2(с), то оптимизационный процесс может быть повторно проведен с использованием откорректированного значения содержания воздуха в смеси, либо смесь может быть переформулирована с применением соответствующего количества реагента для захвата воздуха. Содержание воздуха также может моделироваться в соответствии с описанием, приведенным для этапа 10. Как и в случае реагента для сокращения количества воды, процентное содержание реагента для захвата воздуха в смеси обычно настолько невелико, что сам этот реагент не учитывается при определении объема смеси. Однако конечное увеличение объема воздуха в смеси учитывается при определении прочности смеси. After actually obtaining the optimal mixture, you can determine the actual air content in the mixture. If, after the completion of the optimization process, the air content in a given draft will be higher or lower in comparison with the value of the air content adopted during step 2 (c), then the optimization process can be repeated using the adjusted value of the air content in the mixture, or the mixture may be reformulated using an appropriate amount of reagent to capture air. The air content can also be modeled as described for step 10. As with the reagent for reducing the amount of water, the percentage of reagent for trapping air in the mixture is usually so small that this reagent itself is not taken into account when determining the volume of the mixture. However, the final increase in air volume in the mixture is taken into account when determining the strength of the mixture.

Этап 10. Корректировка систем. Stage 10. Adjustment of systems.

После разработки системы по этапу 8 можно применить метод линейной регрессии для повышения точности результатов, даваемых системой. В общих чертах, это выполняется путем построения графика теоретически рассчитанного объема подмешиваемой воды, требуемой для обеспечения заданной осадки, в зависимости от фактического объема подмешиваемой воды, требуемой для обеспечения заданной осадки. After developing the system in step 8, you can apply the linear regression method to increase the accuracy of the results provided by the system. In general terms, this is accomplished by plotting a theoretically calculated volume of mixed water required to provide a given draft, depending on the actual volume of mixed water required to provide a given draft.

На практике вышеописанный процесс включает следующие этапы:
10(а). Определить теоретический объем воды, требуемой для обеспечения заданной осадки оптимальной смеси, определенной на этапе 8. Этот объем соответствует значению W2 по формуле Поповича и является тем же объемом, который используется при определении конечной прочности оптимальной смеси после отверждения в течение 28 дней.
In practice, the above process includes the following steps:
10 (a). Determine the theoretical volume of water required to ensure a given precipitation of the optimal mixture determined at step 8. This volume corresponds to the value of W 2 according to the Popovich formula and is the same volume that is used to determine the final strength of the optimal mixture after curing for 28 days.

10(b). Физически добавить теоретический объем воды в оптимальную смесь по этапу 8. Затем экспериментально определить фактическую осадку и содержание воздуха в смеси. В результате аппроксимаций, использованных в оптимизационном процессе, зачастую могут наблюдаться расхождения между фактическими и теоретическими значениями осадки и содержания воздуха. 10 (b). Physically add the theoretical volume of water to the optimal mixture in step 8. Then, experimentally determine the actual precipitation and air content in the mixture. As a result of the approximations used in the optimization process, discrepancies between the actual and theoretical values of precipitation and air content can often be observed.

10(с). С помощью формулы Поповича определить количество воды W2, необходимой для того, чтобы заданная смесь имела фактическую осадку, определенную на этапе 10(b). Таким образом, после этапов 10(b) и 10(с) будут получены фактические и теоретические значения для объема воды, требуемой для обеспечения заданной осадки для заданной смеси.10 (s). Using the Popovich formula, determine the amount of water W 2 necessary for the given mixture to have the actual sediment determined in step 10 (b). Thus, after steps 10 (b) and 10 (c), the actual and theoretical values for the volume of water required to provide a given precipitation for a given mixture will be obtained.

10(d). Повторить этапы 10(a)-10(d) для различных значений заданной осадки. Эти этапы следует повторить не менее трех раз, причем точность окончательных результатов будет тем выше, чем больше раз повторялись эти этапы. Таким образом будут получены два набора значений, соответствующих фактическим и теоретическим объемам воды, требуемой для обеспечения заданной осадки. 10 (d). Repeat steps 10 (a) -10 (d) for different values of a given draft. These steps should be repeated at least three times, and the accuracy of the final results will be the higher, the more times these steps are repeated. In this way, two sets of values will be obtained corresponding to the actual and theoretical volumes of water required to provide a given precipitation.

10(е). Построить график на основе значений, полученных на этапе 10(d), причем фактические объемы воды, требуемой для обеспечения заданной осадки, будут откладываться по оси y, а теоретические объемы воды, требуемой для обеспечения заданной осадки, будут откладываться по оси x. Исследованиями установлено, что такой график обычно является линейным. 10 (e). Build a graph based on the values obtained in step 10 (d), where the actual volumes of water required to provide a given precipitation will be deposited along the y axis, and the theoretical volumes of water required to provide a given precipitation will be deposited along the x axis. Studies have found that such a graph is usually linear.

10(f). Сформулировать линейную зависимость по этапу 10(е) в следующем виде:
W2C = (W2 • m) + b (48)
Здесь W2c - фактическое количество воды, требуемой для обеспечения заданной осадки (на практике это значение представляет собой откорректированное теоретическое количество воды, требуемой для обеспечения заданной осадки)
W2 - теоретическое количество воды, требуемой для обеспечения заданной осадки,
m - наклон прямой на графике по этапу 10(е), и
b - точка пересечения с осью y.
10 (f). Formulate a linear relationship in step 10 (e) as follows:
W 2C = (W 2 • m) + b (48)
Here W 2c is the actual amount of water required to provide a given precipitation (in practice, this value is the adjusted theoretical amount of water required to provide a given precipitation)
W 2 - theoretical amount of water required to provide a given precipitation,
m is the slope of the line on the graph in step 10 (e), and
b is the point of intersection with the y axis.

10(g). Построить график экспериментально определенного содержания воздуха в зависимости от экспериментально определенных значений осадки для соответствующих смесей. Определить корреляцию в виде следующей зависимости:
ВОЗДФАКТ = (ОСАДКА • m) + b (49)
Здесь ВОЗДфакт - объем воздуха в смеси с соответствующей осадкой,
ОСАДКА - осадка данной смеси,
m - наклон линии, отображающей зависимость фактической осадки от соответствующего содержания воздуха, и
b - точка пересечения этой наклонной линии с осью y.
10 (g). Build a graph of experimentally determined air content depending on experimentally determined precipitation values for the respective mixtures. Define the correlation as the following relationship:
RETURN FACT = (DRAFT • m) + b (49)
Here, the air fact is the volume of air in the mixture with the corresponding precipitation,
SEDIMENT - sediment of this mixture,
m is the slope of the line showing the dependence of the actual precipitation on the corresponding air content, and
b is the intersection point of this oblique line with the y axis.

10(h). Формула по этапу 10(f) включается в оптимизационный процесс так, чтобы после определения с помощью уравнения Поповича теоретического объема воды, требуемой для обеспечения заданной осадки, полученное значение W2 вводилось в уравнение (48) по этапу 10(f). Затем определяется откорректированное или уточненное значение W2c, определяющее объем воды, требуемой для обеспечения заданной осадки. Затем заданное значение осадки вводится в уравнение (49) с целью определения объема воздуха в составе смеси. Полученные значения объема воздуха и откорректированного объема воды вводятся в уравнение Фере для расчета прочности смеси. После этого процесс оптимизации продолжается в вышеописанном порядке. Таким образом величину осадки можно оценить с погрешностью ± 2 см.10 (h). The formula in step 10 (f) is included in the optimization process so that after determining the theoretical volume of water required to ensure a given precipitation using the Popovich equation, the obtained value of W 2 is entered into equation (48) in step 10 (f). Then, a corrected or refined value of W 2c is determined, which determines the amount of water required to provide a given precipitation. Then, the predetermined precipitation value is entered into equation (49) in order to determine the volume of air in the mixture. The obtained values of the air volume and the corrected volume of water are introduced into the Fere equation to calculate the strength of the mixture. After that, the optimization process continues in the above order. Thus, the amount of precipitation can be estimated with an error of ± 2 cm.

Этап 11. Долговечность. Stage 11. Durability.

Вышеописанный процесс оптимизации может также использоваться для того чтобы выбранная смесь обладала достаточной долговечностью, соответствующей ее назначению. Долговечность определяется как способность конструкции сохранять свою целостность в течение длительного периода времени и в настоящем патенте измеряется посредством показателя пористости. Смеси с высокой пористостью обычно имеют избыточную концентрацию воды или мелкозернистого заполнителя и, следовательно, обладают низкой долговечностью. Общая пористость смеси может быть определена с помощью следующего уравнения, в предположении, что гидратация цемента уже завершена на 80%. The above optimization process can also be used to ensure that the selected mixture has sufficient durability appropriate to its purpose. Durability is defined as the ability of a structure to maintain its integrity over a long period of time and is measured in this patent by a measure of porosity. Mixtures with high porosity usually have an excessive concentration of water or fine aggregate and, therefore, have low durability. The total porosity of the mixture can be determined using the following equation, assuming that the hydration of the cement is already 80% complete.

Figure 00000030

Здесь WW - вес воды на один кубический метр бетона,
WC - вес цемента на один кубический метр бетона, и
%ВОЗД - процентное содержание воздуха в смеси, определяемое относительно содержания твердых веществ в составе смеси.
Figure 00000030

Here W W is the weight of water per cubic meter of concrete,
W C is the weight of cement per cubic meter of concrete, and
% AIR - the percentage of air in the mixture, determined relative to the solids content in the mixture.

Таким образом, вышеприведенное уравнение можно использовать при определении осадки и прочности, чтобы обеспечить надлежащие характеристики смеси. Это осуществляется следующим образом: после того, как будет выяснено, что смесь обладает достаточной прочностью и осадкой, можно рассчитать значение общей пористости, чтобы определить, соответствует ли оно заданной пористости. Если заданная пористость недостаточна, то можно увеличить процентное объемное содержание цемента, что позволяет снизить пористость конструкции и обеспечить ее достаточную долговечность. Thus, the above equation can be used in determining precipitation and strength to ensure proper mixture characteristics. This is done as follows: after it becomes clear that the mixture has sufficient strength and sediment, the total porosity can be calculated to determine whether it corresponds to a given porosity. If the specified porosity is insufficient, it is possible to increase the percentage volumetric content of cement, which allows to reduce the porosity of the structure and ensure its sufficient durability.

Этап 12. Выход продукта. Step 12. Product Yield.

После определения пропорций полностью оптимизированной компонентов смеси желательно предусмотреть возможность такого расчета объема компонентов, который позволит обеспечить требуемый выход или объем смеси. В применяемых в настоящее время технологических процессах выход смеси обычно переоценивается. Как правило, объем предлагаемой смеси рассчитывается путем деления веса каждого компонента на его соответствующую плотность, чтобы получить объем каждого компонента. Затем объемы всех компонентов складываются, чтобы получить суммарный объем получаемой смеси. After determining the proportions of the fully optimized components of the mixture, it is desirable to provide the possibility of such a calculation of the volume of the components, which will ensure the required output or volume of the mixture. In currently used processes, the yield of the mixture is usually overestimated. Typically, the volume of the proposed mixture is calculated by dividing the weight of each component by its corresponding density in order to obtain the volume of each component. Then the volumes of all components are added up to obtain the total volume of the resulting mixture.

Однако такой метод не учитывает плотность упаковки частиц и, следовательно, не учитывает объем пространства, остающегося между частицами в смеси. В результате фактический объем смеси превышает расчетное значение. Приготовление излишнего количества бетона является не только дорогостоящим процессом в смысле напрасного расходования материалов, времени и энергии, но также приводит к проблемам при безопасном удалении излишков материала. However, this method does not take into account the packing density of particles and, therefore, does not take into account the amount of space remaining between the particles in the mixture. As a result, the actual volume of the mixture exceeds the calculated value. Excessive concrete is not only an expensive process in the sense of wasting materials, time and energy, but also causes problems in the safe disposal of excess material.

В отличие от этого настоящее изобретение включает метод расчета выхода смеси, учитывающий объем воздуха, содержащегося в смеси. Процесс включает деление объема каждого компонента (определенного с помощью вышеописанного процесса оптимизации) на общий объем смеси и последующее умножение соответствующих долей на требуемый объем смеси. Эти расчеты позволяют определить фактический объем каждого компонента, который должен быть введен в смесь, чтобы получить заданный объем смеси. В свою очередь, объем компонентов можно умножить на их соответствующий удельный вес, чтобы определить вес каждого компонента, который следует ввести в смесь с целью получения заданного весового выхода смеси. In contrast, the present invention includes a method for calculating the yield of a mixture, taking into account the volume of air contained in the mixture. The process involves dividing the volume of each component (determined using the optimization process described above) by the total volume of the mixture and then multiplying the respective fractions by the required volume of the mixture. These calculations allow you to determine the actual volume of each component that must be introduced into the mixture in order to obtain a given volume of the mixture. In turn, the volume of the components can be multiplied by their respective specific gravity to determine the weight of each component that should be introduced into the mixture in order to obtain a given weight yield of the mixture.

Например, объем цемента, требуемый для получения 100 м3 заданной смеси, можно определить с помощью следующего уравнения:
Объем цемента = (VC/VT) • 100 (51)
Здесь VC - объем цемента в смеси, определенный на этапе 10 оптимизационного процесса и представленный в виде долевого содержания твердых веществ в смеси. Суммарное содержание твердых веществ (т. е. цемента, мелкозернистого заполнителя, крупнозернистого заполнителя и (если используются) летучей золы и микрозернистого кремнезема) составляет 1,0.
For example, the volume of cement required to produce 100 m 3 of a given mixture can be determined using the following equation:
Cement volume = (V C / V T ) • 100 (51)
Here V C is the volume of cement in the mixture, determined at stage 10 of the optimization process and presented in the form of fractional solids in the mixture. The total solids content (i.e., cement, fine aggregate, coarse aggregate, and (if used) fly ash and silica fume) is 1.0.

VT - общий объем оптимизированной смеси, определенный на этапе 8. Значение VT получают путем добавления объема вводимой в смесь воды W к объему твердых веществ (который в сумме равен 1,0) и деления полученной суммы на объем воздуха, содержащегося в смеси. Таким образом, общий объем рассчитывается по следующей формуле:

Figure 00000031

Здесь процентное содержание воздуха в смеси (%ВОЗД) можно определить эмпирически с помощью пробного замеса. Используя вышеприведенное уравнение для каждого из компонентов смеси, можно точно определить объем каждого компонента, требуемый для получения заданного выхода смеси.V T is the total volume of the optimized mixture determined in step 8. The value of V T is obtained by adding the volume of water W introduced into the mixture to the volume of solids (which is 1.0 in total) and dividing the resulting amount by the volume of air contained in the mixture. Thus, the total volume is calculated by the following formula:
Figure 00000031

Here, the percentage of air in the mixture (% UHP) can be determined empirically using a trial batch. Using the above equation for each of the components of the mixture, you can accurately determine the volume of each component required to obtain a given yield of the mixture.

К настоящему времени были выполнены многочисленные опыты для сравнения бетонных смесей, рассчитываемых обычными способами, с теми, у которых состав определялся с помощью вышеописанного процесса оптимизации. Ниже приводятся конкретные примеры использования оптимизационного процесса по изобретению, а также производится сравнение обычных и оптимизированных смесей. To date, numerous experiments have been performed to compare concrete mixtures calculated by conventional methods with those in which the composition was determined using the optimization process described above. The following are specific examples of the use of the optimization process according to the invention, as well as a comparison of conventional and optimized mixtures.

Пример 1
Песок и мелкий гравий смешивались с портландцементом типа 1 для получения бетонной смеси для фундамента, содержащей мелкий гравий. Сначала были определены характеристики заполнителей, чтобы определить значения d' и плотности упаковки каждого компонента (см. табл. 3):
Упаковка двухкомпонентной смеси песка и крупнозернистого заполнителя была рассчитана по модели Туфара и скоррелирована с экспериментальными значениями, как было описано выше при рассмотрении этапа 1. На фиг. 10 показана корреляция между скорректированной теоретической плотностью упаковки и экспериментальным значением плотности упаковки смеси пески и мелкого гравия. Тот факт, что линия наилучшей аппроксимации соответствует прямо пропорциональной зависимости, свидетельствует о точности математической модели. На фиг. 11 показана корреляция между скорректированными значениями теоретической плотности упаковки трехкомпонентной смеси и экспериментальными значениями плотности упаковки трехкомпонентной смеси цемента, песка и мелкого гравия. Из фиг. 11 можно видеть, что модель для оценки характеристик упаковки частиц является точной.
Example 1
Sand and fine gravel were mixed with Type 1 Portland cement to form a concrete mix for the foundation containing fine gravel. First, the characteristics of the aggregates were determined in order to determine the values of d 'and the packing density of each component (see table 3):
The packing of a two-component mixture of sand and coarse aggregate was calculated according to the Tufar model and correlated with experimental values, as described above when considering Step 1. In FIG. 10 shows the correlation between the adjusted theoretical packing density and the experimental packing density of a mixture of sand and fine gravel. The fact that the line of best approximation corresponds to a directly proportional dependence indicates the accuracy of the mathematical model. In FIG. 11 shows the correlation between the adjusted values of the theoretical packing density of the three-component mixture and the experimental values of the packing density of the three-component mixture of cement, sand and fine gravel. From FIG. 11, it can be seen that the model for evaluating particle packing characteristics is accurate.

На основе вышеуказанных входных параметров ранее описанные модели использовались для оценки состава смеси с мелким гравием, содержащей максимально 55% песка от общего объема цемента, песка и мелкого гравия и обладающей прочностью 24 МПа. Предполагаемое значение осадки составляло 5 см, а содержания воздуха - 2,0 об.%. Первый оптимизированный состав смеси имел следующий вид:
Цемент - 289,9 кг/м3
Песок - 1109,3 кг/м3
Мелкий гравий - 693,1 кг/м3
Вода - 200,5 кг/м3
φ - 0,804
После добавления дополнительного количества воды, равного объему поглощения заполнителями (1,01% от веса песка и 1,42% от веса мелкого гравия) бетонная смесь перемешивалась в барабанной мешалке в течение 3 минут, после чего измерялись значения осадки и содержания воздуха:
Фактическая осадка - 5,0 см
Фактическое содержание воздуха - 3,8 об.%
С учетом зарегистрированных опытных значений осадки и содержания воздуха было рассчитано теоретическое количество воды по методу, описанному на этапе 2, чтобы откорректировать и смоделировать фактическое соотношение осадки и содержания воды.
Based on the above input parameters, the previously described models were used to evaluate the composition of the mixture with fine gravel, containing a maximum of 55% sand of the total volume of cement, sand and fine gravel and having a strength of 24 MPa. The estimated precipitation was 5 cm and the air content was 2.0 vol.%. The first optimized mixture composition was as follows:
Cement - 289.9 kg / m 3
Sand - 1109.3 kg / m 3
Fine gravel - 693.1 kg / m 3
Water - 200.5 kg / m 3
φ - 0.804
After adding an additional amount of water equal to the absorption volume by aggregates (1.01% by weight of sand and 1.42% by weight of fine gravel), the concrete mixture was mixed in a drum mixer for 3 minutes, after which the values of precipitation and air content were measured:
Actual draft - 5.0 cm
Actual air content - 3.8 vol.%
Based on the registered experimental values of precipitation and air content, the theoretical amount of water was calculated by the method described in step 2 in order to correct and simulate the actual ratio of precipitation and water content.

Те же материалы были использованы для имитации второго состава смеси с максимальным содержанием песка 55 об.%, прочностью 25 МПа, осадкой 15 см и ожидаемым содержанием воздуха 2,0%. Была получена следующая оценка состава смеси:
Цемент - 309,2 кг/м3
Песок - 1076,0 кг/м3
Мелкий гравий - 672,3 кг/м3
Вода - 215,1 кг/м3
φ - 0,807
После добавления дополнительного количества воды, равного объему поглощения заполнителями (1,01% от веса песка и 1,42% от веса мелкого гравия), бетонная смесь перемешивалась в барабанной мешалке в течение 3 минут, после чего измерялись значения осадки и содержания воздуха:
Фактическая осадка - 22,0 см
Фактическое содержание воздуха - 3,3 об.%
С учетом зарегистрированных опытных значений осадки и содержания воздуха было рассчитано теоретическое количество воды по методу, описанному на этапе 2, чтобы откорректировать и смоделировать фактическое соотношение осадки и содержания воды. На фиг. 12 показана зависимость между фактическим и теоретическим количеством воды для первых двух замесов (отмечены цифрами 1 и 2). На основе первых двух точек графика фактический объем воды коррелируется с теоретическим объемом воды с учетом наблюдаемой осадки в соответствии со следующим уравнением:
Wact = 0,609Wтеор + 0,116
Это уравнение теперь используется для корректировки расчетного теоретического количества воды по этапу 2.
The same materials were used to simulate the second composition of the mixture with a maximum sand content of 55 vol.%, Strength 25 MPa, draft 15 cm and an expected air content of 2.0%. The following assessment of the composition of the mixture was obtained:
Cement - 309.2 kg / m 3
Sand - 1076.0 kg / m 3
Fine gravel - 672.3 kg / m 3
Water - 215.1 kg / m 3
φ - 0.807
After adding an additional amount of water equal to the absorption volume by aggregates (1.01% by weight of sand and 1.42% by weight of fine gravel), the concrete mixture was mixed in a drum mixer for 3 minutes, after which the values of precipitation and air content were measured:
Actual draft - 22.0 cm
Actual air content - 3.3 vol.%
Based on the registered experimental values of precipitation and air content, the theoretical amount of water was calculated by the method described in step 2 in order to correct and simulate the actual ratio of precipitation and water content. In FIG. 12 shows the relationship between the actual and theoretical amount of water for the first two batches (marked with numbers 1 and 2). Based on the first two points of the graph, the actual water volume is correlated with the theoretical water volume, taking into account the observed precipitation in accordance with the following equation:
W act = 0.609W theory + 0.116
This equation is now used to adjust the calculated theoretical amount of water in step 2.

На фиг. 4 показана зависимость фактического замеренного содержания воздуха от фактической осадки для первых двух замесов (обозначенных цифрами 1 и 2). На основе первых двух точек графика фактическое содержание воздуха коррелируется с осадкой в соответствии с уравнением:
ВОЗДфакт = -0,029 • ОСАДКА + 3,947
Это уравнение теперь используется для прогнозирования величины фактического содержания воздуха, вводимой в уравнение Фере.
In FIG. 4 shows the dependence of the actual measured air content on the actual precipitation for the first two batches (indicated by numbers 1 and 2). Based on the first two points of the graph, the actual air content is correlated with precipitation in accordance with the equation:
UZD fact = -0.029 • DRAINAGE + 3.947
This equation is now used to predict the actual air content entered into the Fere equation.

После первоначального моделирования значений фактической осадки и фактического содержания воздуха в бетоне, производные модели теперь могут использоваться для точной оценки осадки бетона. С использованием тех же вышеуказанных материалов были получены нижеуказанные оценки осадки и содержания воздуха для бетона с максимальным содержанием песка 55 об.% и прочностью 25 МПа (см. табл.4). After the initial simulation of actual settlement values and actual air content in concrete, derived models can now be used to accurately estimate concrete settlement. Using the same materials mentioned above, the following estimates of precipitation and air content for concrete were obtained with a maximum sand content of 55 vol.% And a strength of 25 MPa (see table 4).

После выполнения каждого замеса рассчитывалось теоретическое содержание воды для фактической осадки и полученные значения наносились на график, представленный на фиг. 12. Увеличение числа точек обеспечивает повышение точности оценки фактической осадки. Аналогично, с целью повышения точности оценки содержания воздуха, значения фактического содержания воздуха наносились на график, представленный на фиг. 13. Зависимость фактической осадки от расчетной осадки показана на фиг. 14. Как можно видеть из фиг. 14, первые два значения осадки обычно являются неточными. Регистрируя фактические значения осадки и содержания воздуха и вводя эту информацию в модель по линии обратной связи, можно повысить точность, чтобы обеспечить более точную регистрацию последующих значений осадки. Погрешность составляет около 2,0 см. After each batch was completed, the theoretical water content for the actual precipitation was calculated and the obtained values were plotted on the graph shown in FIG. 12. An increase in the number of points provides an increase in the accuracy of estimating the actual draft. Similarly, in order to improve the accuracy of estimating the air content, the actual air content values were plotted on the graph shown in FIG. 13. The dependence of the actual draft on the design draft is shown in FIG. 14. As can be seen from FIG. 14, the first two precipitation values are usually inaccurate. By registering the actual values of precipitation and air content and entering this information into the model via the feedback line, accuracy can be improved to more accurately record subsequent precipitation values. The error is about 2.0 cm.

Как показано на этом примере, преимущество по сравнению с обычными методами расчета состоит в том, что теперь для уточнения модели и прогнозирования состава бетона с точными значениями прочности, содержания воздуха и осадки при минимальной возможной стоимости материалов практически требуется рассчитать только два состава смеси. As shown in this example, the advantage over conventional calculation methods is that now, to refine the model and predict the composition of concrete with exact values of strength, air content and precipitation at the lowest possible cost of materials, it is practically necessary to calculate only two composition of the mixture.

Пример 2
Песок и мелкий гравий смешивались с портландцементом типа 1 для получения бетонной смеси, предназначенной для фундаментов и содержащей мелкий гравий. При тех же исходных параметрах, что были указаны в примере 1, ранее описанные методы использовались для оценки состава смеси на базе мелкого гравия с максимальным содержанием песка 50 об.% от общего объема цемента, песка и мелкого гравия и с прочностью 25 МПа. Предлагаемое значение осадки составляло 5 см, а содержания воздуха - 2,5 об.%. Первый оптимизированный состав смеси имел следующий вид:
Цемент - 257,8 кг/м3
Песок - 1030,4 кг/м3
Мелкий гравий - 864,3 кг/м3
Вода - 171,0 кг/м3
φ - 0,804
После добавления дополнительного количества воды, равного объему поглощения заполнителями (1,2% от веса песка и 1,4% от веса мелкого гравия), бетонная смесь перемешивалась в барабанной мешалке в течение 3 минут, после чего измерялись значения осадки и содержания воздуха:
Фактическая осадка - 2,5 см
Фактическое содержание воздуха - 3,0 об.%
С учетом зарегистрированных опытных значений осадки и содержания воздуха было рассчитано теоретическое количество воды по методу, описанному на этапе 2, чтобы откорректировать и смоделировать фактическое соотношение осадки и содержания воды.
Example 2
Sand and fine gravel were mixed with Type 1 Portland cement to form a concrete mix intended for foundations containing fine gravel. With the same initial parameters that were indicated in example 1, the previously described methods were used to assess the composition of the mixture based on fine gravel with a maximum sand content of 50 vol.% Of the total volume of cement, sand and fine gravel and with a strength of 25 MPa. The proposed precipitation value was 5 cm and the air content 2.5 vol.%. The first optimized mixture composition was as follows:
Cement - 257.8 kg / m 3
Sand - 1030.4 kg / m 3
Fine gravel - 864.3 kg / m 3
Water - 171.0 kg / m 3
φ - 0.804
After adding an additional amount of water equal to the absorption volume by aggregates (1.2% by weight of sand and 1.4% by weight of fine gravel), the concrete mix was mixed in a drum mixer for 3 minutes, after which the values of precipitation and air content were measured:
Actual draft - 2.5 cm
Actual air content - 3.0 vol.%
Based on the registered experimental values of precipitation and air content, the theoretical amount of water was calculated by the method described in step 2 in order to correct and simulate the actual ratio of precipitation and water content.

Те же материалы были использованы для имитации второго состава смеси с максимальным содержанием песка 50 об.%, прочностью 25 МПа, осадкой 15 см и ожидаемым содержанием воздуха 2,0%. Была получена следующая оценка состава смеси:
Цемент - 275,3 кг/м3
Песок - 1025,4 кг/м3
Мелкий гравий - 819,6 кг/м3
Вода - 189,4 кг/м3
φ - 0,809
После добавления дополнительного количества воды, равного объему поглощения заполнителями (1,2% от веса песка и 1,4% от веса мелкого гравия), бетонная смесь перемешивалась в барабанной мешалке в течение 3 минут, после чего измерялись значения осадки и содержания воздуха:
Фактическая осадка - 5,5 см
Фактическое содержание воздуха - 2,7 об.%
С учетом зарегистрированных опытных значений осадки и содержания воздуха было рассчитано теоретическое количество воды по методу, описанному на этапе 2, чтобы откорректировать и смоделировать фактическое соотношение осадки и содержания воды. На фиг. 15 показана зависимость между фактическим и теоретическим количеством воды для первых двух замесов (отмечены цифрами 1 и 2). На основе первых двух точек графика фактический объем воды коррелируется с теоретическим объемом воды с учетом наблюдаемой осадки в соответствии со следующим уравнением:
Wact = 1,740Wтеор - 0,124
Это уравнение теперь используется для корректировки расчетного теоретического количества воды по этапу 2. Как можно видеть из фиг. 15, произошла какая-то ошибка при определении первого значения осадки - точка N 1 полностью смещена. К сожалению, модель для замеса N 3 теперь базируется на замесах N 1 и 2. Как будет показано ниже, опыты с увеличенным количеством замесов позволяют откорректировать модель и повысить точность прогнозирования осадки с помощью данной программы.
The same materials were used to simulate the second composition of the mixture with a maximum sand content of 50 vol.%, Strength 25 MPa, draft 15 cm and an expected air content of 2.0%. The following assessment of the composition of the mixture was obtained:
Cement - 275.3 kg / m 3
Sand - 1025.4 kg / m 3
Fine gravel - 819.6 kg / m 3
Water - 189.4 kg / m 3
φ - 0.809
After adding an additional amount of water equal to the absorption volume by aggregates (1.2% by weight of sand and 1.4% by weight of fine gravel), the concrete mix was mixed in a drum mixer for 3 minutes, after which the values of precipitation and air content were measured:
Actual draft 5.5 cm
Actual air content - 2.7 vol.%
Based on the registered experimental values of precipitation and air content, the theoretical amount of water was calculated by the method described in step 2 in order to correct and simulate the actual ratio of precipitation and water content. In FIG. 15 shows the relationship between the actual and theoretical amount of water for the first two batches (marked with numbers 1 and 2). Based on the first two points of the graph, the actual water volume is correlated with the theoretical water volume, taking into account the observed precipitation in accordance with the following equation:
W act = 1.740W theory - 0.124
This equation is now used to adjust the calculated theoretical amount of water in step 2. As can be seen from FIG. 15, there was some kind of error in determining the first precipitation value - point N 1 is completely offset. Unfortunately, the model for kneading N 3 is now based on kneading N 1 and 2. As will be shown below, experiments with an increased number of kneads allow you to adjust the model and improve the accuracy of predicting precipitation using this program.

После первоначального моделирования значений фактической осадки и фактического содержания воздуха в бетоне производные модели теперь могут использоваться для точной оценки осадки бетона. С использованием тех же вышеуказанных материалов были получены нижеуказанные оценки осадки и содержания воздуха для бетона с максимальным содержанием песка 50 об.% и прочностью 25 МПа (см. табл. 5). After the initial simulation of the actual settlement values and the actual air content in concrete, derivative models can now be used to accurately estimate concrete settlement. Using the same materials mentioned above, the following estimates of precipitation and air content were obtained for concrete with a maximum sand content of 50 vol.% And a strength of 25 MPa (see table 5).

После выполнения каждого замеса рассчитывалось теоретическое содержание воды для фактической осадки, и полученные значения наносились на график, представленный на фиг. 15. Увеличение числа точек обеспечивает повышение точности оценки фактической осадки. Аналогично, с целью повышения точности оценки содержания воздуха значения фактического содержания воздуха наносились на график, представленный на фиг. 16. На фиг. 17 показана зависимость фактической осадки от расчетной. Как можно видеть из фиг. 17, только значения осадки для замесов N1 и 2 оказались неточными. После корректировки отклонений модели остальные смеси давали правильную осадку. After each batch, the theoretical water content for the actual precipitation was calculated, and the obtained values were plotted on the graph shown in FIG. 15. The increase in the number of points provides an increase in the accuracy of estimating the actual precipitation. Similarly, in order to improve the accuracy of estimating the air content, the actual air content values were plotted on the graph shown in FIG. 16. In FIG. 17 shows the dependence of the actual draft on the calculated. As can be seen from FIG. 17, only the draft values for batches N1 and 2 were inaccurate. After correcting the deviations of the model, the remaining mixtures gave the correct draft.

В результате получен бетон с точными значениями прочности, содержания воздуха и осадки при минимальной возможной стоимости материалов. The result is concrete with the exact values of strength, air content and precipitation at the lowest possible cost of materials.

Пример 3
Песок и мелкий гравий смешивались с портландцементом типа 1 и летучей золой с целью получения бетонной смеси для фундамента, содержащей мелкий гравий. При тех же исходных параметрах, что были указаны в примере 1, ранее описанные модели для смесей, содержащих летучую золу, использовались для оценки состава смеси на базе мелкого гравия с максимальным содержанием песка 60 об. % от общего объема цемента, песка и мелкого гравия; с максимальным содержанием летучей золы, составляющим 30%; и с прочностью 30 МПа. Предлагаемое значение осадки составляло 5 см, а содержание воздуха 2,0 об.%. Первый оптимизированный состав смеси имел следующий вид:
Цемент - 298,8 кг/м3
Летучая зола - 128,0 кг/м3
Песок - 1220,4 кг/м3
Мелкий гравий - 461,9 кг/м3
Вода - 190,5 кг/м3
φ - 0,805
После добавления дополнительного количества воды, равного объему поглощения заполнителями (1,01% от веса песка и 1,42% от веса мелкого гравия), бетонная смесь перемешивалась в барабанной мешалке в течение 3 минут, после чего измерялись значения осадки и содержания воздуха::
Фактическая осадка - 3,5 см
Фактическое содержание воздуха - 3,1 об.%
С учетом зарегистрированных опытных значений осадки и содержания воздуха было рассчитано теоретическое количество воды по методу, описанному на этапе 4, чтобы откорректировать и смоделировать фактическое соотношение осадки и содержания воды.
Example 3
Sand and fine gravel were mixed with Type 1 Portland cement and fly ash to form a concrete mix for the foundation containing fine gravel. With the same initial parameters that were indicated in Example 1, the previously described models for mixtures containing fly ash were used to assess the composition of the mixture based on fine gravel with a maximum sand content of 60 vol. % of the total volume of cement, sand and fine gravel; with a maximum content of fly ash of 30%; and with a strength of 30 MPa. The proposed precipitation value was 5 cm and the air content was 2.0 vol.%. The first optimized mixture composition was as follows:
Cement - 298.8 kg / m 3
Fly ash - 128.0 kg / m 3
Sand - 1220.4 kg / m 3
Fine gravel - 461.9 kg / m 3
Water - 190.5 kg / m 3
φ - 0.805
After adding an additional amount of water equal to the absorption volume by aggregates (1.01% by weight of sand and 1.42% by weight of fine gravel), the concrete mixture was mixed in a drum mixer for 3 minutes, after which the values of precipitation and air content were measured:
Actual draft - 3.5 cm
Actual air content - 3.1 vol.%
Based on the registered experimental values of precipitation and air content, the theoretical amount of water was calculated by the method described in step 4 in order to correct and simulate the actual ratio of precipitation and water content.

Те же материалы были использованы для имитации второго состава смеси с максимальным содержанием песка 60 об.%, 30%-ным содержанием летучей золы, прочностью 30 МПа, осадкой 15 см и ожидаемым содержанием воздуха 2,0%. Была получена следующая оценка состава смеси:
Цемент - 333,8 кг/м3
Летучая зола - 134,8 кг/м3
Песок - 1188,1 кг/м3
Мелкий гравий - 397,5 кг/м3
Вода - 213,1 кг/м3
φ - 0,801
После добавления дополнительного количества воды, равного объему поглощения заполнителями (1,01% от веса песка и 1,42% от веса мелкого гравия), бетонная смесь перемешивалась в барабанной мешалке в течение 3 минут, после чего измерялись значения осадки и содержания воздуха::
Фактическая осадка - 19,5 см
Фактическое содержание воздуха - 1,8 об.%
С учетом зарегистрированных опытных значений осадки и содержания воздуха было рассчитано теоретическое количество воды по методу, описанному на этапе 4, чтобы откорректировать и смоделировать фактическое соотношение осадки и содержания воды. На фиг. 18 показана зависимость между фактическим и теоретическим количеством воды для первых двух замесов (отмечены цифрами 1 и 2). На основе первых двух точек графика фактический объем воды коррелируется с теоретическим объемом воды в соответствии со следующим уравнением:
Wact = 0,489Wтеор + 0,127
Это уравнение теперь используется для корректировки расчетного теоретического количества воды по этапу 4.
The same materials were used to simulate the second composition of the mixture with a maximum sand content of 60 vol.%, A 30% content of fly ash, a strength of 30 MPa, a draft of 15 cm and an expected air content of 2.0%. The following assessment of the composition of the mixture was obtained:
Cement - 333.8 kg / m 3
Fly ash - 134.8 kg / m 3
Sand - 1188.1 kg / m 3
Fine gravel - 397.5 kg / m 3
Water - 213.1 kg / m 3
φ - 0.801
After adding an additional amount of water equal to the absorption volume by aggregates (1.01% by weight of sand and 1.42% by weight of fine gravel), the concrete mixture was mixed in a drum mixer for 3 minutes, after which the values of precipitation and air content were measured:
Actual draft - 19.5 cm
Actual air content - 1.8 vol.%
Based on the registered experimental values of precipitation and air content, the theoretical amount of water was calculated by the method described in step 4 in order to correct and simulate the actual ratio of precipitation and water content. In FIG. 18 shows the relationship between the actual and theoretical amount of water for the first two batches (marked with numbers 1 and 2). Based on the first two points of the graph, the actual volume of water is correlated with the theoretical volume of water in accordance with the following equation:
W act = 0.489W theory + 0.127
This equation is now used to adjust the calculated theoretical amount of water in step 4.

На фиг. 19 показана зависимость фактического замеренного содержания воздуха от фактической осадки для первых двух замесов (обозначенных цифрами 1 и 2). На основе первых двух точек графика фактическое содержание воздуха коррелируется с осадкой в соответствии с уравнением:
ВОЗДфакт = -0,081 • ОСАДКА + 3,384
Это уравнение теперь используется для прогнозирования величины фактического содержания воздуха, используемой при определении прочности смеси.
In FIG. 19 shows the dependence of the actual measured air content on the actual precipitation for the first two batches (indicated by numbers 1 and 2). Based on the first two points of the graph, the actual air content is correlated with precipitation in accordance with the equation:
UZD fact = -0.081 • DRAINAGE + 3.384
This equation is now used to predict the actual air content used in determining the strength of the mixture.

После первоначального моделирования значений фактической осадки и фактического содержания воздуха в бетоне производные модели теперь могут использоваться для точной оценки осадки бетона. С использованием тех же вышеуказанных материалов были получены следующие оценки осадки и содержания воздуха для бетона с максимальным содержанием песка 60 об.%, содержанием летучей золы 30% и прочностью 30 МПа (см. табл.6). After the initial simulation of the actual settlement values and the actual air content in concrete, derivative models can now be used to accurately estimate concrete settlement. Using the same materials mentioned above, the following estimates of precipitation and air content for concrete were obtained with a maximum sand content of 60 vol.%, A fly ash content of 30% and a strength of 30 MPa (see table 6).

После выполнения каждого замеса рассчитывалось теоретическое содержание воды для фактической осадки, и полученные значения наносились на график, представленный на фиг. 18. Увеличение числа точек обеспечивает повышение точности оценки фактической осадки. Аналогично, с целью повышения точности оценки содержания воздуха, значения фактического содержания воздуха наносились на график, представленный на фиг. 19. На фиг. 20 также показана зависимость фактической осадки от расчетной. Как можно видеть из фиг. 20, значения фактической осадки оказались достаточно близкими к значениям расчетной осадки для большинства замесов. After each batch, the theoretical water content for the actual precipitation was calculated, and the obtained values were plotted on the graph shown in FIG. 18. The increase in the number of points provides an increase in the accuracy of the estimate of actual precipitation. Similarly, in order to improve the accuracy of estimating the air content, the actual air content values were plotted on the graph shown in FIG. 19. In FIG. 20 also shows the dependence of the actual draft on the calculated. As can be seen from FIG. 20, the values of the actual draft turned out to be quite close to the values of the estimated draft for most batches.

В результате получен бетон (содержащий летучую золу) с точными значениями прочности, содержания воздуха и осадки при минимальной возможной стоимости материалов. The result is concrete (containing fly ash) with the exact values of strength, air content and precipitation at the lowest possible cost of materials.

Пример 4
Песок и мелкий гравий смешивались с портландцементом типа 1 и реагентом для захвата воздуха с целью получения бетонной смеси для фундамента, содержащей мелкий гравий. При тех же исходных параметрах, что были указаны в примере 1, ранее описанные модели по этапам 9 и 10 использовались для оценки состава смеси на базе мелкого гравия с максимальным содержанием песка 60 об. % от общего объема цемента, песка и мелкого гравия, с содержанием реагента для захвата воздуха, составляющим 0,04%, и с прочностью 25 МПа. Предполагаемое значение осадки составляло 20 см, а содержание воздуха - 3,0 об.%. Первый оптимизированный состав смеси имел следующий вид:
Цемент - 347,6 кг/м3
Содержание реагента для захвата воздуха - 0,139 кг/м3
Песок - 1182,2 кг/м3
Мелкий гравий - 532,0
Вода - 208,6 кг/м3
φ - 0,806
После добавления дополнительного количества воды, равного объему поглощения заполнителями (1,01% от веса песка и 1,42% от веса мелкого гравия), бетонная смесь перемешивалась в барабанной мешалке в течение 3 минут, после чего измерялись значения осадки и содержания воздуха:
Фактическая осадка - 15,2 см
Фактическое содержание воздуха - 6,3 об.%
С учетом зарегистрированных опытных значений осадки и содержания воздуха было рассчитано теоретическое количество воды по методу, описанному на этапе 2, чтобы откорректировать и смоделировать фактическое соотношение осадки и содержания воды.
Example 4
Sand and fine gravel were mixed with Type 1 Portland cement and an air capture reagent to produce a concrete mix for the foundation containing fine gravel. With the same initial parameters that were indicated in example 1, the previously described models in steps 9 and 10 were used to assess the composition of the mixture based on fine gravel with a maximum sand content of 60 vol. % of the total volume of cement, sand and fine gravel, with a reagent content for air capture of 0.04%, and with a strength of 25 MPa. The estimated precipitation was 20 cm and the air content was 3.0 vol.%. The first optimized mixture composition was as follows:
Cement - 347.6 kg / m 3
The content of the reagent for capturing air - 0.139 kg / m 3
Sand - 1182.2 kg / m 3
Fine gravel - 532.0
Water - 208.6 kg / m 3
φ - 0.806
After adding an additional amount of water equal to the absorption volume by aggregates (1.01% by weight of sand and 1.42% by weight of fine gravel), the concrete mixture was mixed in a drum mixer for 3 minutes, after which the values of precipitation and air content were measured:
Actual draft - 15.2 cm
Actual air content - 6.3 vol.%
Based on the registered experimental values of precipitation and air content, the theoretical amount of water was calculated by the method described in step 2 in order to correct and simulate the actual ratio of precipitation and water content.

Те же материалы были использованы для имитации второго состава смеси с максимальным содержанием песка 60 об.%, содержанием реагента для захвата воздуха 0,04%, прочностью 25 МПа, осадкой 15 см и ожидаемым содержанием воздуха 4,0%. Была получена следующая оценка состава смеси:
Цемент - 339,2 кг/м3
Содержание реагента для захвата воздуха - 0,136 кг/м3
Песок - 1197,6 кг/м3
Мелкий гравий - 538,9 кг/м3
Вода - 192,8 кг/м3
φ - 0,806
После добавления дополнительного количества воды, равного объему поглощения заполнителями (1,01% от веса песка и 1,42% от веса мелкого гравия), бетонная смесь перемешивалась в барабанной мешалке в течение 3 минут, после чего измерялись значения осадки и содержания воздуха:
Фактическая осадка - 3,0 см
Фактическое содержание воздуха - 5,9 об.%
С учетом зарегистрированных опытных значений осадки и содержания воздуха было рассчитано теоретическое количество воды по методу, описанному на этапе 2, чтобы откорректировать и смоделировать фактическое соотношение осадки и содержания воды. На фиг. 21 показана зависимость между фактическим и теоретическим количеством воды для первых двух замесов (отмечены цифрами 1 и 2). На основе первых двух точек графика фактический объем воды коррелируется с теоретическим объемом воды в соответствии со следующим уравнением:
Wact = 0,893Wтеор + 0,083
Это уравнение теперь используется для корректировки расчетного теоретического количества воды по этапу 2.
The same materials were used to simulate the second composition of the mixture with a maximum sand content of 60 vol.%, A reagent content for air capture of 0.04%, a strength of 25 MPa, a draft of 15 cm and an expected air content of 4.0%. The following assessment of the composition of the mixture was obtained:
Cement - 339.2 kg / m 3
The content of the reagent for capturing air - 0.136 kg / m 3
Sand - 1197.6 kg / m 3
Fine gravel - 538.9 kg / m 3
Water - 192.8 kg / m 3
φ - 0.806
After adding an additional amount of water equal to the absorption volume by aggregates (1.01% by weight of sand and 1.42% by weight of fine gravel), the concrete mixture was mixed in a drum mixer for 3 minutes, after which the values of precipitation and air content were measured:
Actual draft - 3.0 cm
Actual air content - 5.9 vol.%
Based on the registered experimental values of precipitation and air content, the theoretical amount of water was calculated by the method described in step 2 in order to correct and simulate the actual ratio of precipitation and water content. In FIG. 21 shows the relationship between the actual and theoretical amount of water for the first two batches (marked with numbers 1 and 2). Based on the first two points of the graph, the actual volume of water is correlated with the theoretical volume of water in accordance with the following equation:
W act = 0.893W theory + 0.083
This equation is now used to adjust the calculated theoretical amount of water in step 2.

На фиг. 22 показана зависимость фактического замеренного содержания воздуха от фактической осадки для первых двух замесов (обозначенных цифрами 1 и 2). На основе первых двух точек графика фактическое содержание воздуха коррелируется с осадкой в соответствии с уравнением:
ВОЗДфакт = 0,033 • ОСАДКА + 5,802
Это уравнение теперь используется для прогнозирования величины фактического содержания воздуха, используемой при определении прочности смеси.
In FIG. 22 shows the dependence of the actual measured air content on the actual precipitation for the first two batches (indicated by numbers 1 and 2). Based on the first two points of the graph, the actual air content is correlated with precipitation in accordance with the equation:
UZD fact = 0,033 • DRAFT + 5,802
This equation is now used to predict the actual air content used in determining the strength of the mixture.

После первоначального моделирования значений фактической осадки и фактического содержания воздуха в бетоне, производные модели теперь могут использоваться для точной оценки осадки бетона. С использованием тех же вышеуказанных материалов были получены следующие оценки осадки и содержания воздуха для бетона с максимальным содержанием песка 60 об.%, содержанием реагента для захвата воздуха 0,04% и прочностью 25 МПа (см. табл. 7). After the initial simulation of actual settlement values and actual air content in concrete, derived models can now be used to accurately estimate concrete settlement. Using the same materials mentioned above, the following estimates of precipitation and air content for concrete were obtained with a maximum sand content of 60 vol.%, A reagent content for air capture of 0.04% and a strength of 25 MPa (see table 7).

После выполнения каждого замеса рассчитывалось теоретическое содержание воды для фактической осадки, и полученные значения наносились на график, представленный на фиг. 21. Как и в других случаях, увеличение числа точек обеспечивает повышение точности оценки фактической осадки. Аналогично, с целью повышения точности оценки содержания воздуха, значения фактического содержания воздуха наносились на график, представленный на фиг. 22. На фиг. 23 также показана зависимость фактической осадки от расчетной. Как можно видеть из фиг. 23, значения фактической осадки оказались достаточно близкими к значениям расчетной осадки для большинства замесов. After each batch, the theoretical water content for the actual precipitation was calculated, and the obtained values were plotted on the graph shown in FIG. 21. As in other cases, an increase in the number of points provides an increase in the accuracy of estimating the actual precipitation. Similarly, in order to improve the accuracy of estimating the air content, the actual air content values were plotted on the graph shown in FIG. 22. In FIG. 23 also shows the dependence of the actual draft on the calculated. As can be seen from FIG. 23, the actual draft values turned out to be quite close to the calculated draft values for most batches.

В результате получен бетон (содержащий реагент для захвата воздуха) с точными значениями прочности, содержания воздуха и осадки при минимальной возможной стоимости материалов. The result is concrete (containing a reagent for capturing air) with the exact values of strength, air content and precipitation at the lowest possible cost of materials.

Пример 5
Следовало определить состав низкопрочного бетона, в котором в качестве наполнителя используется карбонат кальция. Бетон был рассчитан на прочность 15 МПа и максимальное содержание песка 60 об.% от общего объема цемента, наполнителя, песка и мелкого гравия. Для обеспечения хорошей когезии следовало применить не менее 10% цемента и наполнителя от общего объема цемента, наполнителя, песка и мелкого гравия. После настройки модели по первым двум замесам, как описано в примере 1 и примере 2, была рассчитана следующая смесь для получения осадки 3,5 см:
Цемент - 201,4 кг/м3
Наполнитель - 74,1 кг/м3
Песок - 1220,4 кг/м3
Мелкий гравий - 461,9 кг/м3
Вода - 190,5 кг/м3
При использовании наполнителя в смесь вводится только то количество цемента, которое необходимо для обеспечения требуемой прочности; требуемая когезия обеспечивается за счет наполнителя. Если бы наполнитель не применялся, то чтобы обеспечить требуемую когезию, в смесь пришлось бы добавить дополнительное количество цемента, но в этом случае оптимальный бетон имел бы прочность 20,7 МПа. Сравнивая эти два состава, можно определить сокращение стоимости материалов за счет использования наполнителя, составляющее 3,60 доллара/м3.
Example 5
It was necessary to determine the composition of low-strength concrete, in which calcium carbonate is used as a filler. Concrete was designed for a strength of 15 MPa and a maximum sand content of 60 vol.% Of the total volume of cement, aggregate, sand and fine gravel. To ensure good cohesion, at least 10% of cement and filler of the total volume of cement, filler, sand and fine gravel should be used. After setting up the model for the first two batches, as described in example 1 and example 2, the following mixture was calculated to obtain a draft of 3.5 cm:
Cement - 201.4 kg / m 3
Filler - 74.1 kg / m 3
Sand - 1220.4 kg / m 3
Fine gravel - 461.9 kg / m 3
Water - 190.5 kg / m 3
When using filler, only the amount of cement that is necessary to provide the required strength is introduced into the mixture; the required cohesion is provided by the filler. If the filler were not used, then in order to provide the required cohesion, an additional amount of cement would have to be added to the mixture, but in this case the optimum concrete would have a strength of 20.7 MPa. Comparing these two compounds, it is possible to determine the reduction in the cost of materials through the use of filler, amounting to 3.60 dollars / m 3 .

Пример 6
Песок и мелкий гравий смешивались с портландцементом типа 1 и суперпластификатором с целью получения бетонной смеси для фундамента, содержащей мелкий гравий. При тех же исходных параметрах, что были указаны в примере 1, ранее описанные модели для реагентов для сокращения количества воды по этапу 8 использовались для оценки состава смеси на базе мелкого гравия с максимальным содержанием песка 50 об.% от общего объема цемента, песка и мелкого гравия, с максимальным содержанием WRDA-19, составляющим 2% от веса цемента, и с прочностью 35 МПа. Предлагаемое значение осадки составляло 2 см, а содержание воздуха - 9,0 об.%. Первый оптимизированный состав смеси имел следующий вид:
Цемент - 383,0 кг/м3
WRDA-19 - 7,7 кг/м3
Песок - 991,7 кг/м3
Мелкий гравий - 711,1 кг/м3
Вода - 142,0 кг/м3
φ - 0,813
После добавления дополнительного количества воды, равного объему поглощения заполнителями (1,01% от веса песка и 1,42% от веса мелкого гравия) и вычитания объема воды, содержащейся в WRDA-19 (60% воды), бетонная смесь перемешивалась в барабанной мешалке в течение 3 минут, после чего измерялись значения осадки и содержания воздуха:
Фактическая осадка - 5,0 см
Фактическое содержание воздуха - 7,9 об.%
С учетом зарегистрированных опытных значений осадки и содержания воздуха было рассчитано теоретическое количество воды по методу, описанному на этапе 8, чтобы откорректировать и смоделировать фактическое соотношение осадки и содержания воды.
Example 6
Sand and fine gravel were mixed with Type 1 Portland cement and superplasticizer to produce a concrete mix for the foundation containing fine gravel. With the same initial parameters that were indicated in Example 1, the previously described models for reagents for reducing the amount of water in step 8 were used to assess the composition of the mixture based on fine gravel with a maximum sand content of 50 vol.% Of the total volume of cement, sand and fine gravel with a maximum WRDA-19 content of 2% by weight of cement and with a strength of 35 MPa. The proposed precipitation value was 2 cm and the air content was 9.0 vol.%. The first optimized mixture composition was as follows:
Cement - 383.0 kg / m 3
WRDA-19 - 7.7 kg / m 3
Sand - 991.7 kg / m 3
Fine gravel - 711.1 kg / m 3
Water - 142.0 kg / m 3
φ - 0.813
After adding an additional amount of water equal to the absorption volume by aggregates (1.01% by weight of sand and 1.42% by weight of fine gravel) and subtracting the volume of water contained in WRDA-19 (60% water), the concrete mix was mixed in a drum mixer for 3 minutes, after which the values of precipitation and air content were measured:
Actual draft - 5.0 cm
Actual air content - 7.9 vol.%
Based on the registered experimental values of precipitation and air content, the theoretical amount of water was calculated according to the method described in step 8 in order to correct and simulate the actual ratio of precipitation and water content.

Те же материалы были использованы для имитации второго состава смеси с максимальным содержанием песка 50 об.%, 2% WRDA-19, прочностью 35 МПа, осадкой 4 см и ожидаемым содержанием воздуха 9,0%. Была получена следующая оценка состава смеси:
Цемент - 397,6 кг/м3
WRDA-19 - 8,0 кг/м3
Песок - 990,8 кг/м3
Мелкий гравий - 676,3 кг/м3
Вода - 150,9 кг/м3
фи - 0,813
После добавления дополнительного количества воды, равного объему поглощения заполнителями (1,01% от веса песка и 1,42% от веса мелкого гравия) и вычитания объема воды, содержащейся в WRDA-19 (60% воды), бетонная смесь перемешивалась в барабанной мешалке в течение 3 минут, после чего измерялись значения осадки и содержания воздуха:
Фактическая осадка - 7,3 см
Фактическое содержание воздуха - 0,5 об.%
С учетом зарегистрированных опытных значений осадки и содержания воздуха было рассчитано теоретическое количество воды по методу, описанному на этапе 8, чтобы откорректировать и смоделировать фактическое соотношение осадки и содержания воды. На фиг. 24 показана зависимость между фактическим и теоретическим количеством воды для первых двух замесов (отмечены цифрами 1 и 2). На основе первых двух точек графика фактический объем воды коррелируется с теоретическим объемом воды в соответствии со следующим уравнением:
Wфакт = 1,423Wтеор - 0,125
Это уравнение теперь используется для корректировки расчетного теоретического количества воды по этапу 8.
The same materials were used to simulate the second composition of the mixture with a maximum sand content of 50 vol.%, 2% WRDA-19, strength 35 MPa, draft 4 cm and an expected air content of 9.0%. The following assessment of the composition of the mixture was obtained:
Cement - 397.6 kg / m 3
WRDA-19 - 8.0 kg / m 3
Sand - 990.8 kg / m 3
Fine gravel - 676.3 kg / m 3
Water - 150.9 kg / m 3
fi - 0.813
After adding an additional amount of water equal to the absorption volume by aggregates (1.01% by weight of sand and 1.42% by weight of fine gravel) and subtracting the volume of water contained in WRDA-19 (60% water), the concrete mix was mixed in a drum mixer for 3 minutes, after which the values of precipitation and air content were measured:
Actual Draft - 7.3 cm
Actual air content - 0.5 vol.%
Based on the registered experimental values of precipitation and air content, the theoretical amount of water was calculated according to the method described in step 8 in order to correct and simulate the actual ratio of precipitation and water content. In FIG. 24 shows the relationship between the actual and theoretical amount of water for the first two batches (marked with numbers 1 and 2). Based on the first two points of the graph, the actual volume of water is correlated with the theoretical volume of water in accordance with the following equation:
W fact = 1.423W theory - 0.125
This equation is now used to adjust the calculated theoretical amount of water in step 8.

На фиг. 16 показана зависимость фактического замеренного содержания воздуха от фактической осадки для первых двух замесов (обозначенных цифрами 1 и 2). На основе первых двух точек графика фактическое содержание воздуха коррелируется с осадкой в соответствии с уравнением:
ВОЗДфакт = -0,174 • ОСАДКА+8,770
Это уравнение теперь используется для прогнозирования величины фактического содержания воздуха по этапу 8.
In FIG. 16 shows the dependence of the actual measured air content on the actual precipitation for the first two batches (indicated by numbers 1 and 2). Based on the first two points of the graph, the actual air content is correlated with precipitation in accordance with the equation:
UZD fact = -0.174 • DRAINAGE + 8.770
This equation is now used to predict the actual air content in step 8.

После первоначального моделирования значений фактической осадки и фактического содержания воздуха в бетоне алгоритмы и производные модели теперь могут использоваться для точной оценки осадки бетона. С использованием тех же вышеуказанных материалов были получены следующие оценки осадки и содержания воздуха для бетона с максимальным содержанием песка 50 об.%, содержанием WRDA-19, составляющим 2%, и прочностью 35 МПа (см. табл.8). After the initial simulation of the actual settlement values and the actual air content in concrete, algorithms and derived models can now be used to accurately estimate concrete settlement. Using the same materials mentioned above, the following estimates of precipitation and air content for concrete were obtained with a maximum sand content of 50 vol.%, A WRDA-19 content of 2%, and a strength of 35 MPa (see Table 8).

После выполнения каждого замеса рассчитывалось теоретическое содержание воды для фактической осадки и полученные значения наносились на график, представленный на фиг. 24. Увеличение числа точек обеспечивает повышение точности оценки фактической осадки. Аналогично, с целью повышения точности оценки содержания воздуха значения фактического содержания воздуха наносились на график, представленный на фиг. 25. На фиг. 26 также показана зависимость фактической осадки от расчетной. Как можно видеть из фиг. 26, значения фактической осадки оказались достаточно близкими к значениям расчетной осадки для большинства замесов. After each batch was completed, the theoretical water content for the actual precipitation was calculated and the obtained values were plotted on the graph shown in FIG. 24. The increase in the number of points provides an increase in the accuracy of the estimate of actual precipitation. Similarly, in order to improve the accuracy of estimating the air content, the actual air content values were plotted on the graph shown in FIG. 25. In FIG. 26 also shows the dependence of the actual draft on the calculated. As can be seen from FIG. 26, the actual draft values turned out to be quite close to the calculated draft values for most batches.

В результате получен бетон (содержащий реагент для сокращения количества воды) с точными значениями прочности, содержания воздуха и осадки при минимальной возможной стоимости материалов. The result is concrete (containing a reagent to reduce the amount of water) with exact values of strength, air content and precipitation at the lowest possible cost of materials.

Пример 7
Подрядчик потребовал привезти на строительную площадку бетон с потерей осадки, не превышающей 5,0 см за полчаса. Прочность бетона должна составлять 35 МПа, а осадка на стройплощадке - 10,0 см.
Example 7
The contractor demanded to bring concrete to the construction site with a loss of sludge not exceeding 5.0 cm in half an hour. The strength of concrete should be 35 MPa, and the sludge at the construction site should be 10.0 cm.

Расчет состава бетона проводился как в примере 6, но вместо использования максимальной концентрации суперпластификатора WRDA-19, составлявшей 2%, для сокращения потери осадки использовалась комбинация нормального реагента для сокращения количества воды и суперпластификатора. В нижеуказанном составе смеси использовалась максимальная рекомендованная дозировка в 1,0% нормального пластификатора (WRDA-79) и 1,0% суперпластификатора (WRDA-19), добавляемого с целью достижения максимальной расчетной концентрации, составлявшей 2,0%. The concrete composition was calculated as in Example 6, but instead of using the maximum WRDA-19 superplasticizer concentration of 2%, a combination of a normal reagent was used to reduce the amount of water and superplasticizer to reduce precipitation loss. The maximum recommended dosage of 1.0% normal plasticizer (WRDA-79) and 1.0% superplasticizer (WRDA-19) was added in order to achieve a maximum calculated concentration of 2.0%.

Цемент - 414 кг/м3
WRDA-19 - 4,1кг/м3
WRDA-77 - 4,1кг/м3
Песок - 967кг/м3
Мелкий гравий - 660 кг/м3
Вода - 142 кг/м3
Осадка - 15,5 см
Воздух - 10,3%
Через 0,5 часа после поставки па стройплощадку бетон имел осадку 11,5 см, тогда как осадка смеси, содержавшей только суперпластификатор, составила 8,5 см.
Cement - 414 kg / m 3
WRDA-19 - 4.1kg / m 3
WRDA-77 - 4.1kg / m 3
Sand - 967kg / m 3
Fine gravel - 660 kg / m 3
Water - 142 kg / m 3
Draft - 15.5 cm
Air - 10.3%
0.5 hours after the delivery to the construction site, the concrete had a draft of 11.5 cm, while the draft of the mixture containing only superplasticizer was 8.5 cm.

Этот результат демонстрирует предсказуемость осадки при использовании как нормального, так и особо активного реагента для сокращения количества воды. This result demonstrates the predictability of precipitation when using both normal and highly active reagents to reduce the amount of water.

Пример 8
Состав бетонной смеси определялся по стандарту ACI 211.1.89, "Практические рекомендации по выбору пропорций материалов для нормального, утяжеленного и массового бетона", чтобы обеспечить прочность на сжатие 25 МПа и осадку 5 см. Стоимость используемых материалов составила:
Цемент - 74,96 долл./тонну
Песок - 5,60 долл./тонну
Крупнозернистый заполнитель - 11,02 долл./тонну
Максимальный размер частиц крупнозернистого заполнителя составлял 10 мм, а модуль зернистости песка составлял 2,34 - 2,4.
Example 8
The composition of the concrete mixture was determined according to ACI 211.1.89, "Practical Recommendations on the Selection of Proportions of Materials for Normal, Heavy and Mass Concrete" to provide a compressive strength of 25 MPa and a settlement of 5 cm. The cost of the materials used was:
Cement - $ 74.96 / ton
Sand - $ 5.60 / ton
Coarse aggregate - 11.02 dollars / ton
The maximum particle size of the coarse aggregate was 10 mm, and the sand grain modulus was 2.34 - 2.4.

Нижеуказанная смесь разрабатывалась в соответствии с рекомендациями ACI:
Цемент - 330 кг/м3
Песок - 954 кг/м3
Крупнозернистый заполнитель - 762 кг/м3
Вода - 205 кг/м3
Воздух - 3 %
Осадка - 3-5 см
Стоимость - 38,39 долл./м3
В соответствии с вышеописанной системой был определен следующий состав смеси:
Цемент - 303 кг/м3
Песок - 1192 кг/м3
Крупнозернистый заполнитель - 573 кг/м3
Вода - 195 кг/м3
Воздух - 4,0%
Осадка - 4,7 см
Стоимость - 35,60 долл./м3
Значения осадки, содержания воздуха и прочности определялись экспериментально.
The following mixture was developed in accordance with ACI recommendations:
Cement - 330 kg / m 3
Sand - 954 kg / m 3
Coarse aggregate - 762 kg / m 3
Water - 205 kg / m 3
Air - 3%
Draft - 3-5 cm
Cost - 38.39 USD / m 3
In accordance with the above system, the following mixture was determined:
Cement - 303 kg / m 3
Sand - 1192 kg / m 3
Coarse aggregate - 573 kg / m 3
Water - 195 kg / m 3
Air - 4.0%
Draft - 4.7 cm
Cost - $ 35.60 / m 3
The values of precipitation, air content and strength were determined experimentally.

Данный пример демонстрирует преимущество вышеописанного метода в сравнении со стандартом АСI, заключающееся в том, что фактические значения осадки и прочности были получены при одновременной экономии затрат, составляющей 2,79долл./м3.This example demonstrates the advantage of the above method in comparison with the ACI standard, namely, that the actual values of precipitation and strength were obtained while saving costs of 2.79 dollars / m 3 .

Пример 9
Состав бетонной смеси определялся по стандарту ACI 211.1.89, "Практические рекомендации по выбору пропорций материалов для нормального, утяжеленного и массового бетона", чтобы обеспечить прочность на сжатие 25 МПа и осадку 10 см. Стоимость используемых материалов составила:
Цемент - 74,96 долл./тонну
Песок - 5,60 долл./тонну
Крупнозернистый заполнитель - 11,02 долл./тонну
Максимальный размер частиц крупнозернистого заполнителя составлял 10 мм, а модуль зернистости песка составлял 2,34 -2,4.
Example 9
The composition of the concrete mixture was determined according to ACI 211.1.89, "Practical Recommendations on the Selection of Proportions of Materials for Normal, Heavy and Mass Concrete," in order to provide a compressive strength of 25 MPa and a draft of 10 cm. The cost of the materials used was:
Cement - $ 74.96 / ton
Sand - $ 5.60 / ton
Coarse aggregate - 11.02 dollars / ton
The maximum particle size of the coarse aggregate was 10 mm, and the sand grain modulus was 2.34 -2.4.

Нижеуказанная смесь разрабатывалась в соответствии с рекомендациями ACI:
Цемент - 362 кг/м3
Песок - 875 кг/м3
Крупнозернистый заполнитель - 762 кг/м3
Вода - 225 кг/м3
Воздух - 3%
Осадка - 8-10 см
Стоимость - 40,35 долл./м3
В соответствии с вышеописанной системой был определен следующий состав смеси:
Цемент - 312 кг/м3
Песок - 1174 кг/м3
Крупнозернистый заполнитель - 565 кг/м3
Вода - 212 кг/м3
Воздух - 4,3%
Осадка - 11,2 см
Стоимость - 36,11 долл./м3
Значения осадки, содержания воздуха и прочности определялись экспериментально.
The following mixture was developed in accordance with ACI recommendations:
Cement - 362 kg / m 3
Sand - 875 kg / m 3
Coarse aggregate - 762 kg / m 3
Water - 225 kg / m 3
Air - 3%
Draft - 8-10 cm
Cost - $ 40.35 / m 3
In accordance with the above system, the following mixture was determined:
Cement - 312 kg / m 3
Sand - 1174 kg / m 3
Coarse aggregate - 565 kg / m 3
Water - 212 kg / m 3
Air - 4.3%
Draft - 11.2 cm
Cost - 36.11 USD / m 3
The values of precipitation, air content and strength were determined experimentally.

Данный пример демонстрирует преимущество вышеописанного метода в сравнении со стандартом ACI, заключающееся в том, что фактические значения осадки и прочности были получены при одновременной экономии затрат, составляющей 4,24 долл./м3
Пример 10
Состав бетонной смеси определялся по стандарту ACI 211.1.89, "Практические рекомендации по выбору пропорций материалов для нормального, утяжеленного и массового бетона", чтобы обеспечить прочность на сжатие 25 МПа и осадку 15 см. Стоимость используемых материалов составила:
Цемент - 74,96 долл./тонну
Песок - 5,60 долл./тонну
Крупнозернистый заполнитель - 11,02 долл./тонну
Максимальный размер частиц крупнозернистого заполнителя составлял 10 мм, а модуль зернистости песка составлял 2,34 - 2,4.
This example demonstrates the advantage of the above method in comparison with the ACI standard, namely, that the actual values of precipitation and strength were obtained while saving costs of $ 4.24 / m 3
Example 10
The composition of the concrete mixture was determined according to ACI 211.1.89, "Practical Recommendations on the Selection of Proportions of Materials for Normal, Heavy and Mass Concrete," in order to provide a compressive strength of 25 MPa and a settlement of 15 cm. The cost of the materials used was:
Cement - $ 74.96 / ton
Sand - $ 5.60 / ton
Coarse aggregate - 11.02 dollars / ton
The maximum particle size of the coarse aggregate was 10 mm, and the sand grain modulus was 2.34 - 2.4.

Был определен следующий состав смеси:
Цемент - 387кг/м3
Песок - 816 кг/м3
Крупнозернистый заполнитель - 762 кг/м3
Вода - 240 кг/м3
Воздух - 3,0%
Осадка - 15 -18 см
Стоимость - 41,90 долл./м3
В соответствии с вышеописанными алгоритмами был рассчитан следующий состав смеси:
Цемент - 303 кг/м3
Песок - 1192 кг/м3
Крупнозернистый заполнитель - 573 кг/м3
Вода - 195 кг/м3
Воздух - 4.0%
Осадка - 4.7 см
Стоимость - 35.6 долл./м3
Значения осадки, содержания воздуха и прочности определялись экспериментально.
The following composition of the mixture was determined:
Cement - 387kg / m 3
Sand - 816 kg / m 3
Coarse aggregate - 762 kg / m 3
Water - 240 kg / m 3
Air - 3.0%
Draft - 15-18 cm
Cost - 41.90 dollars / m 3
In accordance with the above algorithms, the following mixture composition was calculated:
Cement - 303 kg / m 3
Sand - 1192 kg / m 3
Coarse aggregate - 573 kg / m 3
Water - 195 kg / m 3
Air - 4.0%
Draft - 4.7 cm
Cost - 35.6 USD / m 3
The values of precipitation, air content and strength were determined experimentally.

Данный пример демонстрирует преимущество вышеописанного метода в сравнении со стандартом ACI, заключающееся в том, что фактические значения осадки и прочности были получены при одновременной экономии затрат, составляющей 6,30 долл./м3
Пример 11
Бетонный завод изготавливал насосную бетонную смесь на основе мелкого гравия, предназначенную для фундаментных работ. Смесь с осадкой 10 см и прочностью на сжатие 13,8 МПа имела следующий состав:
Цемент - 329 кг/м3
Песок - 1224 кг/м3
Мелкий гравий - 530 кг/м3
Вода - 214 кг/м3
Стоимость - 37,24 долл./м3
Состав смеси был изменен с помощью вышеописанной системы, чтобы получить осадку 10 см и прочность 16,6 МПа. Прочность была несколько завышена с целью создания расчетного запаса.
This example demonstrates the advantage of the above method in comparison with the ACI standard, namely that the actual values of precipitation and strength were obtained while saving costs of $ 6.30 / m 3
Example 11
The concrete plant produced pumping concrete mixture based on fine gravel, intended for foundation work. A mixture with a draft of 10 cm and a compressive strength of 13.8 MPa had the following composition:
Cement - 329 kg / m 3
Sand - 1224 kg / m 3
Fine gravel - 530 kg / m 3
Water - 214 kg / m 3
Cost - $ 37.24 / m 3
The composition of the mixture was changed using the above system to obtain a draft of 10 cm and a strength of 16.6 MPa. Strength was somewhat overstated in order to create a calculated margin.

Цемент - 242 кг/м3
Песок - 1165 кг/м3
Мелкий гравий - 602 кг/м3
Вода - 234 кг/м3
Стоимость - 31,20 долл./м3
С помощью предложенного метода расчета было сэкономлено 6,04 доллара на 1 м3 бетона.
Cement - 242 kg / m 3
Sand - 1165 kg / m 3
Fine gravel - 602 kg / m 3
Water - 234 kg / m 3
Cost - $ 31.20 / m 3
Using the proposed calculation method, 6.04 dollars per 1 m 3 of concrete were saved.

Пример 12
Бетонный завод изготавливал насосную бетонную смесь на основе мелкого гравия, предназначенную для фундаментных работ. Смесь с осадкой 10 см и прочностью на сжатие 17,2 МПа имела следующий состав:
Цемент - 368 кг/м3
Песок - 1205 кг/м3
Мелкий гравий - 517 кг/м3
Вода - 214 кг/м3
Стоимость - 39,93 долл./м3
Состав смеси был изменен с помощью вышеописанной системы, чтобы получить осадку 10 см и прочность 20,0 МПа (повышение прочности на 2,8 МПа). Прочность была несколько завышена с целью создания расчетного запаса.
Example 12
The concrete plant produced pumping concrete mixture based on fine gravel, intended for foundation work. A mixture with a draft of 10 cm and a compressive strength of 17.2 MPa had the following composition:
Cement - 368 kg / m 3
Sand - 1205 kg / m 3
Fine gravel - 517 kg / m 3
Water - 214 kg / m 3
Cost - 39.93 USD / m 3
The composition of the mixture was changed using the above system to obtain a draft of 10 cm and a strength of 20.0 MPa (increase in strength by 2.8 MPa). Strength was somewhat overstated in order to create a calculated margin.

Цемент - 277 кг/м3
Песок - 1172 кг/м3
Мелкий гравий - 574 кг/м3
Вода - 231 кг/м3
Стоимость - 33,60 долл./м3
С помощью предложенного метода расчета было сэкономлено 6,04 доллара на 1 м3 бетона, а также обеспечено хорошее качество бетона.
Cement - 277 kg / m 3
Sand - 1172 kg / m 3
Fine gravel - 574 kg / m 3
Water - 231 kg / m 3
Cost - $ 33.60 / m 3
Using the proposed calculation method, 6.04 dollars per 1 m 3 of concrete were saved, and good quality of concrete was also ensured.

Пример 13
Бетонный завод изготавливал насосную бетонную смесь на основе мелкого гравия, предназначенную для фундаментных работ. Смесь с осадкой 10 см и прочностью на сжатие 20,7 МПа имела следующий состав:
Цемент - 368 кг/м3
Песок - 1188 кг/м3
Крупнозернистый заполнитель - 513 кг/м3
Вода - 214 кг/м3
Воздух - 1,5%
Стоимость - 41,73 долл./м3
Состав смеси был изменен с помощью вышеописанной системы, чтобы получить осадку 10 см и прочность 23,5 МПа. Прочность была несколько завышена с целью создания расчетного запаса.
Example 13
The concrete plant produced pumping concrete mixture based on fine gravel, intended for foundation work. A mixture with a draft of 10 cm and a compressive strength of 20.7 MPa had the following composition:
Cement - 368 kg / m 3
Sand - 1188 kg / m 3
Coarse aggregate - 513 kg / m 3
Water - 214 kg / m 3
Air - 1.5%
Cost - 41.73 dollars / m 3
The composition of the mixture was changed using the above system to obtain a draft of 10 cm and a strength of 23.5 MPa. Strength was somewhat overstated in order to create a calculated margin.

Цемент - 307 кг/м3
Песок - 1177 кг/м3
Крупнозернистый заполнитель - 547 кг/м3
Вода - 229 кг/м3
Воздух - 1,5%
Стоимость - 35,57 долл./м3
С помощью предложенного метода расчета было сэкономлено 6,16 доллара на 1 м3 бетона, а также обеспечено хорошее качество бетона.
Cement - 307 kg / m 3
Sand - 1177 kg / m 3
Coarse aggregate - 547 kg / m 3
Water - 229 kg / m 3
Air - 1.5%
Cost - 35.57 USD / m 3
Using the proposed calculation method, 6.16 dollars per 1 m 3 of concrete were saved, and good quality of concrete was also ensured.

Пример 14
Бетонный завод изготавливал бетонную смесь на основе 1- дюймового щебня, обладавшую осадкой 10 см и прочностью на сжатие 13,8 МПа. Типичный состав смеси:
Цемент - 265 кг/м3
Песок - 820 кг/м3
Щебень - 972 кг/м3
Вода - 211 кг/м3
Воздух - 1,5%
Стоимость - 35,18 долл./м3
Состав смеси был изменен с помощью вышеописанной системы, чтобы получить осадку 10 см и прочность 16,6 МПа. Прочность была несколько завышена с целью создания расчетного запаса.
Example 14
The concrete plant produced concrete mix based on 1-inch crushed stone, having a draft of 10 cm and a compressive strength of 13.8 MPa. Typical mixture composition:
Cement - 265 kg / m 3
Sand - 820 kg / m 3
Crushed stone - 972 kg / m 3
Water - 211 kg / m 3
Air - 1.5%
Cost - 35.18 USD / m 3
The composition of the mixture was changed using the above system to obtain a draft of 10 cm and a strength of 16.6 MPa. Strength was somewhat overstated in order to create a calculated margin.

Цемент - 224 кг/м3
Песок - 1203 кг/м3
Щебень - 642 кг/м3
Вода - 210 кг/м3
Воздух - 1,5%
Стоимость - 32,00 долл./м3
С помощью предложенного метода расчета было сэкономлено 3,18 доллара на 1 м3 бетона, а также обеспечено хорошее качество бетона.
Cement - 224 kg / m 3
Sand - 1203 kg / m 3
Crushed stone - 642 kg / m 3
Water - 210 kg / m 3
Air - 1.5%
Cost - $ 32.00 / m 3
Using the proposed calculation method, 3.18 dollars per 1 m 3 of concrete were saved, and good quality of concrete was ensured.

Пример 15
Бетонный завод изготавливал бетонную смесь на основе 1-дюймового щебня, обладавшую осадкой 10 см и прочностью на сжатие 17,2 МПа. Типичный состав смеси:
Цемент - 294 кг/м3
Песок - 814 кг/м3
Щебень - 968 кг/м3
Вода - 206 кг/м3
Воздух - 1,5%
Стоимость - 37,08 долл./м3
Состав смеси был изменен с помощью вышеописанной системы, чтобы получить осадку 10 см и прочность 20,0 МПа. Прочность была несколько завышена с целью создания расчетного запаса.
Example 15
The concrete plant produced concrete mix based on 1-inch crushed stone, with a draft of 10 cm and a compressive strength of 17.2 MPa. Typical mixture composition:
Cement - 294 kg / m 3
Sand - 814 kg / m 3
Crushed stone - 968 kg / m 3
Water - 206 kg / m 3
Air - 1.5%
Cost - $ 37.08 / m 3
The composition of the mixture was changed using the above system to obtain a draft of 10 cm and a strength of 20.0 MPa. Strength was somewhat overstated in order to create a calculated margin.

Цемент - 252 кг/м3
Песок - 1211 кг/м3
Щебень - 615 кг/м3
Вода - 208 кг/м3
Воздух - 1,5%
Стоимость - 33,59 долл./м3
С помощью предложенного метода расчета было сэкономлено 3,49 доллара на 1 м бетона, а также обеспечено хорошее качество бетона.
Cement - 252 kg / m 3
Sand - 1211 kg / m 3
Crushed stone - 615 kg / m 3
Water - 208 kg / m 3
Air - 1.5%
Cost - 33.59 USD / m 3
Using the proposed calculation method, 3.49 dollars per 1 m of concrete were saved, and good quality of concrete was also ensured.

Пример 16
Бетонный завод изготавливал бетонную смесь на основе 1-дюймового щебня, обладавшую осадкой 10 см и прочностью на сжатие 20,7 МПа. Типичный состав смеси:
Цемент - 323 кг/м3
Песок - 810 кг/м3
Щебень - 962 кг/м3
Вода - 200 кг/м3
Воздух - 1,5%
Стоимость - 39,24 долл./м3
Состав смеси был изменен с помощью вышеописанной системы, чтобы получить осадку 10 см и прочность 23,5 МПа. Прочность была несколько завышена с целью создания расчетного запаса.
Example 16
The concrete plant produced concrete mix based on 1-inch crushed stone, having a draft of 10 cm and a compressive strength of 20.7 MPa. Typical mixture composition:
Cement - 323 kg / m 3
Sand - 810 kg / m 3
Crushed stone - 962 kg / m 3
Water - 200 kg / m 3
Air - 1.5%
Cost - $ 39.24 / m 3
The composition of the mixture was changed using the above system to obtain a draft of 10 cm and a strength of 23.5 MPa. Strength was somewhat overstated in order to create a calculated margin.

Цемент - 276 кг/м3
Песок - 1204 кг/м3
Щебень - 611 кг/м3
Вода - 204 кг/м3
Воздух - 1,5%
Стоимость - 35,18 долл./м3
С помощью предложенного метода расчета было сэкономлено 4,06 доллара на 1 м3 бетона, а также обеспечено хорошее качество бетона.
Cement - 276 kg / m 3
Sand - 1204 kg / m 3
Crushed stone - 611 kg / m 3
Water - 204 kg / m 3
Air - 1.5%
Cost - 35.18 USD / m 3
Using the proposed calculation method, 4.06 dollars per 1 m 3 of concrete were saved, and good quality of concrete was also ensured.

Пример 17
Бетонный завод изготавливал бетонную смесь на основе 1-дюймового щебня, обладавшую осадкой 10 см и прочностью на сжатие 27,6 МПа. Типичный состав смеси:
Цемент - 376 кг/м3
Песок - 783 кг/м3
Щебень - 936 кг/м3
Вода - 204 кг/м3
Воздух - 1,5%
Стоимость - 42,99 долл./м3
Состав смеси был изменен с помощью вышеописанной системы, чтобы получить осадку 10 см и прочность 30,4 МПа. Прочность была несколько завышена с целью создания расчетного запаса.
Example 17
The concrete plant produced concrete mix based on 1-inch crushed stone, having a draft of 10 cm and a compressive strength of 27.6 MPa. Typical mixture composition:
Cement - 376 kg / m 3
Sand - 783 kg / m 3
Crushed stone - 936 kg / m 3
Water - 204 kg / m 3
Air - 1.5%
Cost - 42,99 dollars / m 3
The composition of the mixture was changed using the above system to obtain a draft of 10 cm and a strength of 30.4 MPa. Strength was somewhat overstated in order to create a calculated margin.

Цемент - 336 кг/м3
Песок - 1168 кг/м3
Щебень - 593 кг/м3
Вода - 207 кг/м3
Воздух - 1,5%
Стоимость - 38,04 долл./м3
С помощью предложенного метода расчета было сэкономлено 4,95 доллара на 1 м3 бетона, а также обеспечено хорошее качество бетона.
Cement - 336 kg / m 3
Sand - 1168 kg / m 3
Crushed stone - 593 kg / m 3
Water - 207 kg / m 3
Air - 1.5%
Cost - 38.04 USD / m 3
Using the proposed calculation method, 4.95 dollars per 1 m 3 of concrete were saved, and good quality of concrete was also ensured.

Пример 18
При обычном порционном изготовлении бетона взвешивание отдельных компонентов производится со все возрастающей точностью. С помощью современного оборудования в настоящее время можно взвешивать воду с погрешностью не свыше 1 л/м3. Однако, несмотря на весьма точное взвешивание всех компонентов, при регистрации значений осадки наблюдался большой разброс результатов для разных замесов бетона. Если регистрируется слишком низкое значение осадки, то обычно доливают воду, что приводит к завышению соотношения воды и цемента и, следовательно, неконтролируемому снижению прочности на сжатие. Однако в случае завышенного значения осадки может наблюдаться расслоение компонентов и выступание цементного молока, что может привести к появлению внутренних дефектов и к общему ухудшению качества бетона.
Example 18
In conventional batch production of concrete, the weighing of individual components is carried out with ever increasing accuracy. With the help of modern equipment, it is now possible to weigh water with an error of not more than 1 l / m 3 . However, despite the very accurate weighing of all components, when registering the values of precipitation, there was a large scatter of results for different mixes of concrete. If a precipitation value that is too low is recorded, then usually water is added, which leads to an overestimation of the ratio of water to cement and, consequently, an uncontrolled decrease in compressive strength. However, if the precipitation value is too high, delamination of the components and protrusion of cement milk can be observed, which can lead to the appearance of internal defects and to a general deterioration in the quality of concrete.

Ряд опытов на бетонном заводе показал, что средний размер частиц d' и плотность упаковки φ имеют большой разброс. На фиг. 27 показана плотность упаковки мелкого гравия, проверявшаяся один раз в день. На фигуре показаны линии средней, минимальной и максимальной плотности упаковки. На фиг. 28 показано значение d' для образцов мелкого гравия по фиг. 27. И в этом случае на фигуре показаны линии среднего, минимального и максимального диаметра частиц. На основе фиг. 18 и 19 можно прийти к выводу, что наблюдаемый разброс характеристик мелкого гравия является большим и обуславливает наблюдаемый разброс осадки при изготовлении бетона. Результаты указывают на необходимость постоянного контроля разброса характеристик материалов, чтобы повысить общее качество бетона. A series of experiments at a concrete plant showed that the average particle size d 'and packing density φ have a large spread. In FIG. Figure 27 shows the packing density of fine gravel checked once a day. The figure shows the lines of the average, minimum and maximum packing density. In FIG. 28 shows the value of d ′ for the fine gravel samples of FIG. 27. And in this case, the figure shows the lines of the average, minimum and maximum particle diameter. Based on FIG. 18 and 19, it can be concluded that the observed dispersion of fine gravel characteristics is large and causes the observed dispersion of precipitation in the manufacture of concrete. The results indicate the need for continuous monitoring of the variation in the characteristics of materials in order to improve the overall quality of concrete.

Пример 19
Аналогично примеру 18, проводился ежедневный замер разброса характеристик типичного песка. Результаты показаны на фиг. 29 и 30. Как можно видеть, был обнаружен большой разброс значений d' и плотности упаковки.
Example 19
Analogously to example 18, a daily spread of the characteristics of typical sand was measured. The results are shown in FIG. 29 and 30. As you can see, a large scatter in the values of d 'and packing density was found.

Результаты указывают на необходимость постоянного контроля разброса характеристик материалов, чтобы повысить общее качество бетона. The results indicate the need for continuous monitoring of the variation in the characteristics of materials in order to improve the overall quality of concrete.

Пример 20
Аналогично примеру 19, проводился ежедневный замер разброса характеристик типичного песка. Результаты показаны на фиг. 31 и 32. Как можно видеть, был обнаружен большой разброс значений d' и плотности упаковки.
Example 20
Analogously to example 19, a daily spread of the characteristics of typical sand was measured. The results are shown in FIG. 31 and 32. As you can see, a large scatter in the values of d 'and packing density was found.

Результаты указывают на необходимость постоянного контроля разброса характеристик материалов, чтобы повысить общее качество бетона. The results indicate the need for continuous monitoring of the variation in the characteristics of materials in order to improve the overall quality of concrete.

Пример 21
Было установлено, что разброс характеристик материалов, продемонстрированный в примерах 18, 19 и 20, оказывает существенное влияние на осадку изготавливаемого бетона и, следовательно, на количество воды, требуемой для обеспечения заданной осадки, и на количество цемента, требуемого для обеспечения заданной прочности.
Example 21
It was found that the dispersion of the characteristics of the materials, shown in examples 18, 19 and 20, has a significant effect on the settlement of the concrete being produced and, therefore, on the amount of water required to provide a given precipitation, and on the amount of cement required to provide a given strength.

При расчете смеси на основе мелкого гравия, рассмотренной в примере 11, было установлено, что при сочетании песка и мелкого гравия в соответствии с разбросом характеристик, показанным на фиг. 27-32, т. е. при сочетании максимальной и минимальной плотности упаковки этих компонентов, стоимость расчетного бетона с осадкой в 10 см и прочностью 13,8 МПа составила бы:
При наихудшей упаковке - 32,17 долл./м3
Экономия в сравнении с нормальной смесью - 5,07 долл./м3
При наилучшей упаковке - 30,47 долл./м3
Экономия в сравнении с нормальной смесью - 6,77 долл./м3
Результаты указывают на экономическую эффективность разработки состава бетона с контролированием характеристик материалов.
When calculating the mixture based on fine gravel considered in Example 11, it was found that when sand and fine gravel are combined in accordance with the range of characteristics shown in FIG. 27-32, that is, with a combination of the maximum and minimum packing densities of these components, the cost of design concrete with a draft of 10 cm and a strength of 13.8 MPa would be:
With the worst packaging - 32.17 dollars / m 3
Savings in comparison with a normal mixture - 5.07 dollars / m 3
With the best packaging - $ 30.47 / m 3
Savings compared to the normal mixture - 6.77 dollars / m 3
The results indicate the cost-effectiveness of developing concrete composition with controlling the characteristics of materials.

Пример 22
Было установлено, что разброс характеристик материалов, продемонстрированный в примерах 18, 19 и 20, оказывает существенное влияние на осадку изготавливаемого бетона и, следовательно, на количество воды, требуемой для обеспечения заданной осадки, и на количество цемента, требуемого для обеспечения заданной прочности.
Example 22
It was found that the dispersion of the characteristics of the materials, shown in examples 18, 19 and 20, has a significant effect on the settlement of the concrete being produced and, therefore, on the amount of water required to provide a given precipitation, and on the amount of cement required to provide a given strength.

При расчете смеси на основе мелкого гравия, рассмотренной в примере 12, было установлено, что при сочетании песка и мелкого гравия в соответствии с разбросом характеристик, показанным на фиг. 27-32, т. е. при сочетании максимальной и минимальной плотности упаковки этих компонентов, расчетный бетон с осадкой в 10 см и прочностью 17,2 МПа стоил бы:
При наихудшей упаковке - 34,25 долл./м3
Экономия в сравнении с нормальной смесью - 5,68 долл./м3
При наилучшей упаковке - 32,16 долл./м3
Экономия в сравнении с нормальной смесью - 7,77 долл./м3
Результаты указывают на экономическую эффективность разработки состава бетона с контролированием характеристик материалов.
When calculating the mixture based on fine gravel considered in Example 12, it was found that when sand and fine gravel are combined in accordance with the range of characteristics shown in FIG. 27-32, i.e., with a combination of the maximum and minimum packing densities of these components, a calculated concrete with a draft of 10 cm and a strength of 17.2 MPa would cost:
At the worst packaging - $ 34.25 / m 3
Savings compared to the normal mixture - $ 5.68 / m 3
With the best packaging - $ 32.16 / m 3
Savings compared to the normal mixture - $ 7.77 / m 3
The results indicate the cost-effectiveness of developing concrete composition with controlling the characteristics of materials.

Пример 23
Было установлено, что разброс характеристик материалов, продемонстрированный в примерах 18, 19 и 20, оказывает существенное влияние на осадку изготавливаемого бетона и, следовательно, на количество воды, требуемой для обеспечения заданной осадки, и на количество цемента, требуемого для обеспечения заданной прочности.
Example 23
It was found that the dispersion of the characteristics of the materials, shown in examples 18, 19 and 20, has a significant effect on the settlement of the concrete being produced and, therefore, on the amount of water required to provide a given precipitation, and on the amount of cement required to provide a given strength.

При расчете смеси на основе мелкого гравия, рассмотренной в примере 13, было установлено, что при сочетании песка и мелкого гравия в соответствии с разбросом характеристик, показанным на фиг. 27-32, т. е. при сочетании максимальной и минимальной плотности упаковки этих компонентов, расчетный бетон с осадкой в 10 см и прочностью 20,7 МПа стоил бы:
При наихудшей упаковке - 36,19 долл./м3
Экономия в сравнении с нормальной смесью - 5,54 долл./м3
При наилучшей упаковке - 33,78 долл./м3
Экономия в сравнении с нормальной смесью - 7,95 долл./м3
Результаты указывают на экономическую эффективность разработки состава бетона с контролированием характеристик материалов.
When calculating the mixture based on fine gravel considered in Example 13, it was found that with a combination of sand and fine gravel in accordance with the range of characteristics shown in FIG. 27-32, i.e., with a combination of the maximum and minimum packing densities of these components, a calculated concrete with a draft of 10 cm and a strength of 20.7 MPa would cost:
With the worst packaging - $ 36.19 / m 3
Savings in comparison with a normal mixture - 5.54 dollars / m 3
With the best packaging - $ 33.78 / m 3
Savings compared to the normal mixture - $ 7.95 / m 3
The results indicate the cost-effectiveness of developing concrete composition with controlling the characteristics of materials.

Пример 24
Было установлено, что разброс характеристик материалов, продемонстрированный в примерах 18, 19 и 20, оказывает существенное влияние на осадку изготавливаемого бетона и, следовательно, на количество воды, требуемой для обеспечения заданной осадки, и на количество цемента, требуемого для обеспечения заданной прочности.
Example 24
It was found that the dispersion of the characteristics of the materials, shown in examples 18, 19 and 20, has a significant effect on the settlement of the concrete being produced and, therefore, on the amount of water required to provide a given precipitation, and on the amount of cement required to provide a given strength.

При расчете смеси на основе 1-дюймового щебня, рассмотренной в примере 14, было установлено, что при сочетании песка и щебня в соответствии с разбросом характеристик, показанным на фиг. 27-32, т. е. при сочетании максимальной и минимальной плотности упаковки этих компонентов, расчетный бетон с осадкой в 10 см и прочностью 13,8 МПа стоил бы:
При наихудшей упаковке - 32,70 долл./м3
Экономия в сравнении с нормальной смесью - 2,48 долл./м3
При наилучшей упаковке - 31,74 долл./м3
Экономия в сравнении с нормальной смесью - 3,44 долл./м3
Результаты указывают на экономическую эффективность разработки состава бетона с контролированием характеристик материалов.
When calculating the mixture based on 1-inch crushed stone, considered in Example 14, it was found that with a combination of sand and crushed stone in accordance with the range of characteristics shown in FIG. 27-32, i.e., with a combination of the maximum and minimum packing densities of these components, a calculated concrete with a draft of 10 cm and a strength of 13.8 MPa would cost:
At the worst packaging - $ 32.70 / m 3
Savings in comparison with a normal mixture - $ 2.48 / m 3
With the best packaging - $ 31.74 / m 3
Savings compared to the normal mixture - $ 3.44 / m 3
The results indicate the cost-effectiveness of developing concrete composition with controlling the characteristics of materials.

Пример 25
Было установлено, что разброс характеристик материалов, продемонстрированный в примерах 18, 19 и 20, оказывает существенное влияние на осадку изготавливаемого бетона и, следовательно, на количество воды, требуемой для обеспечения заданной осадки, и на количество цемента, требуемого для обеспечения заданной прочности.
Example 25
It was found that the dispersion of the characteristics of the materials, shown in examples 18, 19 and 20, has a significant effect on the settlement of the concrete being produced and, therefore, on the amount of water required to provide a given precipitation, and on the amount of cement required to provide a given strength.

При расчете смеси на основе 1-дюймового щебня, рассмотренной в примере 15, было установлено, что при сочетании песка и щебня в соответствии с разбросом характеристик, показанным на фиг. 27-32, т. е. при сочетании максимальной и минимальной плотности упаковки этих компонентов, расчетный бетон с осадкой в 10 см и прочностью 17,2 МПа стоил бы:
При наихудшей упаковке - 34,40 долл./м3
Экономия в сравнении с нормальной смесью - 2,68 долл./м3
При наилучшей упаковке - 33,34 долл./м3
Экономия в сравнении с нормальной смесью - 3,74 долл./м3
Результаты указывают на экономическую эффективность разработки состава бетона с контролированием характеристик материалов.
When calculating the mixture based on 1-inch crushed stone, considered in Example 15, it was found that with a combination of sand and crushed stone in accordance with the range of characteristics shown in FIG. 27-32, i.e., with a combination of the maximum and minimum packing densities of these components, a calculated concrete with a draft of 10 cm and a strength of 17.2 MPa would cost:
At the worst packaging - $ 34.40 / m 3
Savings in comparison with a normal mixture - 2.68 dollars / m 3
With the best packaging - 33.34 dollars / m 3
Savings compared to the normal mixture - $ 3.74 / m 3
The results indicate the cost-effectiveness of developing concrete composition with controlling the characteristics of materials.

Пример 26
Было установлено, что разброс характеристик материалов, продемонстрированный в примерах 18, 19 и 20, оказывает существенное влияние на осадку изготавливаемого бетона и, следовательно, на количество воды, требуемой для обеспечения заданной осадки, и на количество цемента, требуемого для обеспечения заданной прочности.
Example 26
It was found that the dispersion of the characteristics of the materials, shown in examples 18, 19 and 20, has a significant effect on the settlement of the concrete being produced and, therefore, on the amount of water required to provide a given precipitation, and on the amount of cement required to provide a given strength.

При расчете смеси на основе 1-дюймового щебня, рассмотренной в примере 16, было установлено, что при сочетании песка и щебня в соответствии с разбросом характеристик, показанным на фиг. 27-32, т. е. при сочетании максимальной и минимальной плотности упаковки этих компонентов, расчетный бетон с осадкой в 10 см и прочностью 20,7 МПа стоил бы:
При наихудшей упаковке - 36,10 долл./м3
Экономия в сравнении с нормальной смесью - 3,14 долл./м3
При наилучшей упаковке - 34,82 долл./м3
Экономия в сравнении с нормальной смесью - 4,42 долл./м3
Результаты указывают на экономическую эффективность разработки состава бетона с контролированием характеристик материалов.
When calculating the mixture based on 1-inch crushed stone, considered in example 16, it was found that with a combination of sand and crushed stone in accordance with the range of characteristics shown in FIG. 27-32, i.e., with a combination of the maximum and minimum packing densities of these components, a calculated concrete with a draft of 10 cm and a strength of 20.7 MPa would cost:
With the worst packaging - $ 36.10 / m 3
Savings in comparison with a normal mixture - $ 3.14 / m 3
With the best packaging - $ 34.82 / m 3
Savings compared to the normal mixture - 4.42 dollars / m 3
The results indicate the cost-effectiveness of developing concrete composition with controlling the characteristics of materials.

Пример 27
Было установлено, что разброс характеристик материалов, продемонстрированный в примерах 18, 19 и 20, оказывает существенное влияние на осадку изготавливаемого бетона и, следовательно, на количество воды, требуемой для обеспечения заданной осадки, и на количество цемента, требуемого для обеспечения заданной прочности.
Example 27
It was found that the dispersion of the characteristics of the materials, shown in examples 18, 19 and 20, has a significant effect on the settlement of the concrete being produced and, therefore, on the amount of water required to provide a given precipitation, and on the amount of cement required to provide a given strength.

При расчете смеси на основе 1-дюймового щебня, рассмотренной в примере 17, было установлено, что при сочетании песка и щебня в соответствии с разбросом характеристик, показанным на фиг. 27-32, т. е. при сочетании максимальной и минимальной плотности упаковки этих компонентов, расчетный бетон с осадкой в 10 см и прочностью 27,6 МПа стоил бы:
При наихудшей упаковке - 39,17 долл./м3
Экономия в сравнении с нормальной смесью - 3,82 долл./м3
При наилучшей упаковке - 37,58 долл./м3
Экономия в сравнении с нормальной смесью - 5,41 долл./м3
Результаты указывают на экономическую эффективность разработки состава бетона с контролированием характеристик материалов.
When calculating the mixture based on 1-inch crushed stone, considered in example 17, it was found that with a combination of sand and crushed stone in accordance with the range of characteristics shown in FIG. 27-32, i.e., with a combination of the maximum and minimum packing densities of these components, a calculated concrete with a draft of 10 cm and a strength of 27.6 MPa would cost:
At the worst packaging - $ 39.17 / m 3
Savings compared to the normal mixture - $ 3.82 / m 3
With the best packaging - $ 37.58 / m 3
Savings compared to the normal mixture - 5.41 dollars / m 3
The results indicate the cost-effectiveness of developing concrete composition with controlling the characteristics of materials.

Пример 28
Результаты, указанные в примерах 21-27, продемонстрировали, что оперативный контроль разброса значений d' и плотности упаковки материалов, используемых при изготовлении бетона, обеспечивает:
повышение однородности характеристик текучести,
повышение однородности характеристик прочности,
повышение однородности качественных характеристик бетона,
сокращение затрат на материалы.
Example 28
The results shown in examples 21-27, demonstrated that the operational control of the spread of the values of d 'and the packing density of the materials used in the manufacture of concrete, provides:
increasing the uniformity of flow characteristics,
increasing the uniformity of strength characteristics,
increasing the uniformity of the quality characteristics of concrete,
reduction in material costs.

Результаты показали, что динамический расчет смеси, при котором состав смеси меняется при изменении материалов, представляет собой новый метод разработки состава бетона. Этот метод гарантирует получение оптимальных характеристик бетона при изменении характеристик материалов. The results showed that the dynamic calculation of the mixture, in which the composition of the mixture changes with changing materials, is a new method for developing the composition of concrete. This method guarantees obtaining optimal concrete characteristics when changing the characteristics of materials.

Пример 29
Бетоны, запроектированные на различную осадку по примерам 1-7, продемонстрировали прекрасную когезию при отсутствии видимых признаков расслоения компонентов или выступания цементного молока.
Example 29
Concretes designed for different sludge according to examples 1-7, showed excellent cohesion in the absence of visible signs of separation of the components or protrusion of cement milk.

Пример 30
Бетоны, запроектированные по примерам 8-10, имели хорошую когезию и продемонстрировали незначительные признаки расслоения компонентов или выступания цементного молока в сравнении со смесями обычного состава, рассчитанного по рекомендациям Американского института бетона (ACI).
Example 30
Concrete designed in examples 8-10 had good cohesion and showed slight signs of separation of the components or protrusion of cement milk in comparison with mixtures of conventional composition, calculated according to the recommendations of the American Concrete Institute (ACI).

Пример 31
Бетоны, запроектированные по примерам 8-10, имели хорошую когезию и продемонстрировали незначительные признаки расслоения компонентов или выступания цементного молока в сравнении со смесями обычного состава, изготавливаемыми на бетонных заводах.
Example 31
Concretes designed according to examples 8-10 had good cohesion and showed slight signs of separation of the components or protrusion of cement milk in comparison with conventional mixes made in concrete plants.

Пример 32
Три типа крупнозернистого заполнителя (гранит с размером частиц в диапазоне 2-8 мм, гранит с размером частиц в диапазоне 8-16 мм и гранит с размером частиц в диапазоне 16-32 мм) предполагалось использовать при строительстве бетонного моста с высокой долговечностью и предлагаемым сроком службы 100 лет. По этой причине пористость следовало свести к минимуму, и бетон должен был обладать формуемостью при минимальном содержании воды.
Example 32
Three types of coarse aggregate (granite with a particle size in the range of 2-8 mm, granite with a particle size in the range of 8-16 mm and granite with a particle size in the range of 16-32 mm) were supposed to be used in the construction of a concrete bridge with high durability and the proposed term service for 100 years. For this reason, porosity should be minimized, and concrete should have formability with a minimum water content.

Поэтому была выполнена оптимизация упаковки частиц заполнителей, чтобы улучшить формуемость бетона. Значения плотности упаковки и среднего размера частиц приведены в табл. 4. Therefore, optimization of the packing of aggregate particles was performed to improve the formability of concrete. The values of packing density and average particle size are given in table. 4.

Ориентировочная упаковка трех типов крупнозернистого заполнителя показана на фиг. 33. Как можно видеть из рисунка, максимальная упаковка составляет 0,68 и достигается при следующем составе, приведенном в табл. 10. The indicative packaging of the three types of coarse aggregate is shown in FIG. 33. As can be seen from the figure, the maximum packing is 0.68 and is achieved with the following composition, given in table. ten.

При оптимальном сочетании заполнителей был получен бетон с весьма хорошей формуемостью, который отвечал техническим требованиям подрядчика, причем количество суперпластификатора могло быть снижено в сравнении с тем, что использовалось в стандартных смесях подрядчика, что было эквивалентно экономии на сумму 400 000,00 долларов. With an optimal combination of aggregates, concrete with very good formability was obtained, which met the technical requirements of the contractor, and the amount of superplasticizer could be reduced in comparison with that used in standard mixtures of the contractor, which was equivalent to saving $ 400,000.00.

С учетом вышеизложенного можно прийти к выводу о том, что настоящее изобретение предусматривает обладающие новизной процессы и методы единообразного и предсказуемого изготовления однородных цементных смесей и изделий, которые будут гарантированно соответствовать заданным требованиям к качеству и обладать заданными эксплуатационными характеристиками. Based on the foregoing, it can be concluded that the present invention provides novelty processes and methods for the uniform and predictable manufacture of homogeneous cement mixes and products that will be guaranteed to meet specified quality requirements and have specified performance characteristics.

Настоящее изобретение также обеспечивает единообразные и предсказуемые новые цементные составы и изделия, обладающие заданными расчетными и эксплуатационными характеристиками при сведении к минимуму необходимости в создании излишнего запаса прочности цементных материалов и, тем самым, при минимизации стоимости изготовления. The present invention also provides uniform and predictable new cement compositions and products having predetermined design and operational characteristics while minimizing the need to create an excessive margin of safety for cement materials and thereby minimizing manufacturing costs.

Настоящее изобретение также предусматривает методы для единообразного и предсказуемого изготовления таких однородных цементных составов и изделий, даже несмотря на использование сырья (т. е. цемента, песка, гравия, заполнителей, воды и присадок) с меняющимися качественными характеристиками и параметрами. The present invention also provides methods for the uniform and predictable manufacture of such uniform cement compositions and products, even though the use of raw materials (i.e. cement, sand, gravel, aggregates, water and additives) with varying quality characteristics and parameters.

Настоящее изобретение также обеспечивает новые составы и процессы для изготовления цементных составов и изделий, качество которых гарантированно будет таким, что водителям бетоновозов не потребуется изменять параметры смеси. The present invention also provides new compositions and processes for the manufacture of cement compositions and products, the quality of which is guaranteed to be such that concrete truck drivers do not need to change the parameters of the mixture.

Кроме того, настоящее изобретение предусматривает методы изготовления цементных составов и изделий, которые будут обладать достаточной долговечностью для их области назначения. In addition, the present invention provides methods for the manufacture of cement compositions and products that will have sufficient durability for their intended use.

Далее, настоящее изобретение предусматривает новые процессы для расчета состава, обеспечивающие получение требуемых характеристик прочности, осадки и долговечности цементных составов. Further, the present invention provides new processes for calculating the composition, providing the required characteristics of strength, precipitation and durability of cement compositions.

Настоящее изобретение также обеспечивает новые составы и процессы для расчета бетона, исключающие необходимость в использовании аппроксимации по методу проб и ошибок. The present invention also provides new compositions and processes for calculating concrete, eliminating the need for approximation by trial and error.

Более того, настоящее изобретение также обеспечивает новые составы и процессы для расчета бетона, обеспечивающие оптимальный состав смеси для определенного бетона, изготавливаемого из разнообразных компонентов и присадок, при одновременном обеспечении максимальной экономической эффективности. Moreover, the present invention also provides new compositions and processes for calculating concrete, providing an optimal mix for a particular concrete made from a variety of components and additives, while ensuring maximum economic efficiency.

И наконец, настоящее изобретение предусматривает новые процессы для изменения технологических процессов изготовления цементных составов и изделий "в режиме реального времени" при изменении характеристик сырьевых материалов, поступающих на место работ. And finally, the present invention provides new processes for changing technological processes for the manufacture of cement compositions and products "in real time" when changing the characteristics of raw materials entering the place of work.

Настоящее изобретение может реализовываться в других специфичных формах без отхода от его сути и важнейших характеристик. Описанные варианты реализации настоящего изобретения во всех отношениях должны рассматриваться как чисто иллюстративные и не ограничивающие объем изобретения. Следовательно, объем изобретения указан в прилагаемой патентной формуле, а не в предшествующем описании. Все изменения в рамках смысла и диапазона эквивалентности патентной формулы входят в объем изобретения. The present invention can be implemented in other specific forms without departing from its essence and essential characteristics. The described embodiments of the present invention in all respects should be considered as purely illustrative and not limiting the scope of the invention. Therefore, the scope of the invention is indicated in the attached patent claims, and not in the foregoing description. All changes within the meaning and range of equivalence of the patent claims are included in the scope of the invention.

Claims (36)

1. Способ проектирования цементной смеси, включающей цемент, воду и заполнитель, с определением пропорции цемента, воды и заполнителя в соответствии с процедурой оптимизации состава, которая обеспечивает получение цементной смеси, обладающей заданной, прочностью и осадкой, без применения обычных испытаний путем проб и ошибок, причем этот способ включает следующие этапы: а) получение партии гидрвалического цемента и партии заполнителя, которые нужно смешать вместе для получения конечной гидратированной цементной смеси, причем партия гидравлического цемента содержит множество отдельных частиц, имеющих средний диаметр и плотность упаковки частиц, при этом партия заполнителя, также содержит множество отдельных частиц, имеющих средний диаметр и плотность упаковки частиц; б) выбор заданной осадки конуса для конечной гидратированной цементной смеси до затвердения и заданной прочности конечной гидратированной цементной смеси после отверждения, отличающийся тем, что он включает в себя также следующие этапы: в) измерение среднего диаметра частиц для отдельных частиц в партии гидравлического цемента; г) измерение плотности упаковки частиц в партии гидравлического цемента; д) измерение среднего диаметра частиц для отдельных частиц в партии заполнителя; е) измерение плотности упаковки частиц в партии заполнителя; ж) конструирование гипотетической cyxoй цементной смеси из полученных гидравлического цемента и заполнителя, имеющей начальную пропорцию гидравлического цемента и заполнителя; з) расчет плотности упаковки частиц гипотетической сухой цементной смеси на основании: 1) среднего диаметра отдельных частиц в партии гидравлического цемента; 2) плотности упаковки частиц а партии гидравлического цемента; 3) среднего диаметра отдельных частиц партии заполнителя; 4) плотности упаковки частиц партии заполнителя; и 5) пропорции гидравлического цемента и заполнителя з гипотетической сухой цементной смеси; и) расчет на ocновании плотности упаковки частиц гипотетической сухой цементной смеси, расчетного количества воды, дающего при перемешивании с гипотетической сухой цементной смесью гипотетическую гидратированную цементную смесь, имеющую заданную осадку конуса; к) расчет, на основании расчетного количества воды, рассчитанного на этапе (и), расчетной прочности гипотетической гидратированной цементной смеси после отверждения; л) расчет разности между расчетной прочностью гипотетической гидратированной цементной смеси после отверждения и заданной прочностью; и м) изменение начальной пропорции гидравлического цемента и заполнителя гипотетической сухой цементной смеси для проектирования одной или большого числа последующих гипотетических сухих цементных смесей и затем повторение этапов (з) - (л) для каждой последующей гипотетической сухой цементной смеси до тех пор, пока разность между расчетной прочностью и заданной прочностью, рассчитанной за одну или большее число последовательных итераций этапа (з), не окажется в приемлемом диапазоне отклонения в отношении заданной прочности, тем самым идентифицируя одно или большее число оптимальных пропорций гидравлического цемента и заполнителя. 1. The method of designing a cement mixture, including cement, water and aggregate, with the determination of the proportion of cement, water and aggregate in accordance with the optimization procedure of the composition, which provides a cement mixture with a given strength and sediment, without the usual tests by trial and error moreover, this method includes the following steps: a) obtaining a batch of hydraulic cement and a batch of aggregate that must be mixed together to obtain the final hydrated cement mixture, and the batch of guide a cement contains many individual particles having an average diameter and a packing density of particles, the batch of aggregate also contains many individual particles having an average diameter and a packing density of particles; b) the choice of a given cone precipitation for the final hydrated cement mixture before hardening and a given strength of the final hydrated cement mixture after curing, characterized in that it also includes the following steps: c) measuring the average particle diameter for individual particles in a batch of hydraulic cement; g) measuring the density of the packing of particles in a batch of hydraulic cement; e) measuring the average particle diameter for individual particles in a batch of aggregate; f) measuring the packing density of particles in a batch of aggregate; g) the construction of a hypothetical cyx cement mixture from the obtained hydraulic cement and aggregate having an initial proportion of hydraulic cement and aggregate; h) calculation of the packing density of particles of a hypothetical dry cement mixture based on: 1) the average diameter of individual particles in a batch of hydraulic cement; 2) the packing density of particles in a batch of hydraulic cement; 3) the average diameter of the individual particles of the batch of aggregate; 4) packing density of particles of a batch of aggregate; and 5) the proportions of hydraulic cement and aggregate in a hypothetical dry cement mixture; i) calculation based on the packing density of the particles of the hypothetical dry cement mixture, the calculated amount of water, which, when mixed with the hypothetical dry cement mixture, gives a hypothetical hydrated cement mixture having a predetermined cone settlement; j) calculation, based on the estimated amount of water calculated in step (s), of the calculated strength of the hypothetical hydrated cement mixture after curing; k) calculation of the difference between the calculated strength of the hypothetical hydrated cement mixture after curing and the specified strength; and m) changing the initial proportion of hydraulic cement and aggregate of the hypothetical dry cement mixture to design one or a large number of subsequent hypothetical dry cement mixtures and then repeating steps (h) - (l) for each subsequent hypothetical dry cement mixture until the difference between design strength and specified strength, calculated for one or more consecutive iterations of stage (h), will not be in an acceptable deviation range in relation to a given strength, and therefore entifitsiruya one or more optimal proportions of hydraulic cement and aggregate. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пропорция гидравлического цемента и заполнителя меняется при проектировании каждой последующей новой гипотетической сухой цементной смеси на этапе (м), так что разность между расчетной прочностью и заданной прочностью, рассчитанная на каждом последовательно повторяемом этапе (м), будет меньшей, чем разность между расчетной прочностью и заданной прочностью, рассчитанная на каждой предшествующей итерации этапа (м). 2. The method according to p. 1, characterized in that the proportion of hydraulic cement and aggregate changes during the design of each subsequent new hypothetical dry cement mixture in step (m), so that the difference between the calculated strength and the specified strength, calculated at each successively repeated stage ( m) will be less than the difference between the calculated strength and the specified strength, calculated at each previous iteration of the stage (m). 3. Способ п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя этап перемешивания вместе воды и, как минимум, части партии гидравлического цемента и части заполнителя для получения конечной цементной смеси, в которой пропорция гидравлического цемента и заполнителя в принципе аналогична, как минимум, одной из одной или нескольких оптимальных пропорций гидравлического цемента и заполнителя, указанных в п. 2. 3. The method of claim 1, characterized in that it further includes the step of mixing together water and at least part of the batch of hydraulic cement and part of the aggregate to obtain the final cement mixture, in which the proportion of hydraulic cement and aggregate is basically the same as at least one of one or more optimal proportions of hydraulic cement and aggregate specified in paragraph 2. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя этап перемешивания вместе, как минимум, части партии гидравлического цемента и части заполнителя для получения конечной сухой цементной смеси, в которой пропорция гидравлического цемента и заполнителя в принципе аналогична, как минимум, одной из одной или нескольких оптимальных пропорций гидравлического цемента и заполнителя, указанных в п.2. 4. The method according to p. 1, characterized in that it further includes the step of mixing together at least part of the batch of hydraulic cement and part of the aggregate to obtain the final dry cement mixture, in which the proportion of hydraulic cement and aggregate is basically the same as at least one of one or more optimal proportions of hydraulic cement and aggregate specified in paragraph 2. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя этап перемешивания воды с конечной сухой цементной смесью для образования конечной гидратированной цементной смеси, в которой осадка конуса в принципе аналогична заданной осадке конуса. 5. The method according to p. 4, characterized in that it further includes the step of mixing water with the final dry cement mixture to form the final hydrated cement mixture, in which the cone sediment is in principle similar to a predetermined cone precipitate. 6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что воду включают в количестве, в принципе аналогичном количеству воды, рассчитанному на этапе (и) для гипотетической сухой цементной смеси, имеющей пропорцию гидравлического цемента и заполнителя, близко соответствующую пропорции гидравлического цемента и заполнителя в конечной сухой цементной смеси. 6. The method according to p. 5, characterized in that the water is included in an amount essentially similar to the amount of water calculated in step (s) for a hypothetical dry cement mixture having a proportion of hydraulic cement and aggregate, closely corresponding to the proportion of hydraulic cement and aggregate in final dry cement mix. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве заполнителя используют мелкозернистый заполнитель. 7. The method according to p. 1, characterized in that the fine aggregate is used as a filler. 8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что мелкозернистый заполнителъ содержит отдельные частицы с разными диаметрами. 8. The method according to p. 7, characterized in that the fine-grained aggregate contains individual particles with different diameters. 9. Способ по п. 7, отличающийся тем, что в качестве мелкозернистого заполнителя используют песок. 9. The method according to p. 7, characterized in that sand is used as a fine-grained aggregate. 10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве заполнителя используют крупнозернистый заполнитель. 10. The method according to p. 1, characterized in that as a filler using coarse aggregate. 11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что крупнозернистый заполнитель содержит отдельные частицы с различными диаметрами. 11. The method according to p. 10, characterized in that the coarse aggregate contains individual particles with different diameters. 12. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидравлический цемент содержит много разных типов гидравлического цемента. 12. The method according to claim 1, characterized in that the hydraulic cement contains many different types of hydraulic cement. 13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пропорцию гидравлического цемента и заполнителя проектируют так, чтобы довести до максимума плотность упаковки частиц цементной смеси. 13. The method according to p. 1, characterized in that the proportion of hydraulic cement and aggregate is designed so as to maximize the packing density of the particles of the cement mixture. 14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап (ж) включает в себя замену пуццоланом части гидравлического цемента при проектировании гипотетической сухой цементной смеси, причем расчеты на этапах (и) и (к) регулируются для воздействия пуццолана на осадку конуса и прочность гипотетической гидратированной цементной смеси. 14. The method according to p. 1, characterized in that step (g) includes replacing a portion of hydraulic cement with pozzolan when designing a hypothetical dry cement mix, the calculations in steps (i) and (k) being adjusted for the effect of pozzolan on the cone sediment and the strength of a hypothetical hydrated cement mixture. 15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что в качестве пуццолана используют кремнеземную пыль. 15. The method according to p. 14, characterized in that silica dust is used as pozzolan. 16. Способ п. 14, отличающийся тем, что в качестве пуццолана используют зольную пыль. 16. The method of claim 14, characterized in that fly ash is used as pozzolan. 17. Способ по п. 14, отличающийся тем, что этап (ж) включает в себя проектирование такой гипотетической сухой цементной смеси, что изготовленная из нее гипотетическая гидратированная цементная смесь содержит реагент для сокращения количества воды, причем расчеты на этапах (и) и (к) регулируются для воздействия упомянутого реагента на осадку конуса и прочность гипотетической гидратированной цементной смеси. 17. The method according to p. 14, characterized in that step (g) includes designing such a hypothetical dry cement mixture that a hypothetical hydrated cement mixture made from it contains a reagent to reduce the amount of water, and the calculations in steps (i) and ( j) are regulated for the effect of said reagent on sediment cone and the strength of a hypothetical hydrated cement mixture. 18. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап (ж) включает в себя замещение наполнителем части гидравлического цемента при проектировании гипотетической сухой цементной смеси, при этом гипотетическая сухая цементная смесь имеет начальную пропорцию гидравлического цемента, заполнителя и наполнителя, а расчет на этапе (з) регулируется для воздействия наполнителя на плотность упаковки частиц гипотетической сухой цементной смеси. 18. The method according to p. 1, characterized in that step (g) includes filling a portion of the hydraulic cement with the filler when designing a hypothetical dry cement mixture, the hypothetical dry cement mixture having an initial proportion of hydraulic cement, aggregate and filler, and the calculation is stage (h) is adjusted to influence the filler on the packing density of the particles of the hypothetical dry cement mixture. 19. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя этап расчета, основанный на расчетном количестве воды из этапа (и) и пропорции гидравлического цемента и заполнителя, расчетной долговечности гипотетической гидратированной цементной смеси после отверждения. 19. The method according to p. 1, characterized in that it further includes a calculation step based on the estimated amount of water from step (s) and the proportion of hydraulic cement and aggregate, the estimated durability of the hypothetical hydrated cement mixture after curing. 20. Способ по п. 1, отличающийся тем, что конечная гидратированная цементная смесь представляет собой строительный раствор. 20. The method according to p. 1, characterized in that the final hydrated cement mixture is a mortar. 21. Способ по п. 1, отличающийся тем, что конечная гидратированная цементная смесь представляет собой штукатурный раствор. 21. The method according to p. 1, characterized in that the final hydrated cement mixture is a plaster mortar. 22. Способ по п. 1, отличающийся тем, что конечная гидратированная цементная смесь представляет собой бетон. 22. The method according to p. 1, characterized in that the final hydrated cement mixture is concrete. 23. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве гидравлического цемента используют портландцемент. 23. The method according to p. 1, characterized in that Portland cement is used as hydraulic cement. 24. Способ по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя этап сравнения себестоимости единицы продукции для каждой из одной или нескольких оптимальных пропорций гидравлического цемента, мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя, указанных на этапе (м), для определения пропорции гидравлического цемента, мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя, имеющей самую низкую себестоимость единицы продукции. 24. The method according to p. 1, characterized in that it further includes the step of comparing the unit cost of production for each of one or more optimal proportions of hydraulic cement, fine aggregate and coarse aggregate specified in step (m), to determine the proportion of hydraulic cement, fine aggregate and coarse aggregate having the lowest unit cost. 25. Способ до п. 1, отличающийся тем, что он включает в себя этап сравнения себестоимости единицы продукции для каждой из гипотетических сухих цементных смесей, спроектированных на этапах (ж) и (м) для определения пропорции гидравлического цемента, мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя, имеющей самую низкую себестоимость единицы продукции. 25. The method according to p. 1, characterized in that it includes the step of comparing the unit cost for each of the hypothetical dry cement mixtures designed in steps (g) and (m) to determine the proportion of hydraulic cement, fine aggregate and coarse aggregate having the lowest unit cost of production. 26. Способ проектирования цементной смеси, включающей цемент, воду, крупнозернистый заполнитель и мелкозернистый заполнитель, с определением пропорции цемента, воды, крупнозернистого заполнителя и мелкозернистого заполнителя в соответствии с процедурой оптимизации состава, которая обеспечивает получение цементной смеси, обладающей заданной прочностью и осадкой без применения обычных испытаний путем проб и ошибок; причем этот способ включает следующие этапы: а) получение партии гидравлического цемента, партии мелкозернистого зернистого заполнителя и партии крупнозернистого заполнителя, которые нужно перемешать вместе в выбранных пропорциях для образования конечной гидратированной цементной смеси, причем партия гидравлического цемента содержит множество отдельных частиц, имеющих средний диаметр и плотность упаковки частиц, причем партия мелкозернистого заполнителя содержит множество отдельных частиц, имеющих средний диаметр и плотность упаковки частиц, и партия крупнозернистого заполнителя содержит множество отдельных частиц, имеющих средний диаметр и плотность упаковки частиц; б) выбор заданной осадки конуса для конечной гидратированной цементной смеси до затвердения и заданной прочности конечной гидратированной цементной смеси после отверждения, отличающийся тем, что он включает в себя также следующие этапы: в) измерение среднего диаметра частиц для отдельных частиц в партии гидравлического цемента; г) измерение плотности упаковки частиц в партии гидравлического цемента; д) измерение среднего диаметра частиц для отдельных частиц в партии мелкозернистого заполнителя; е) измерение плотности упаковки частиц в партии мелкозернистого заполнителя; ж) измерение среднего диаметра отдельных частиц в партии крупнозернистого заполнителя; з) измерение плотности упаковки частиц в партии крупнозернистого заполнителя; и) конструирование гипотетической сухой цементной смеси из партии гидравлического цемента, партии мелкозернистого заполнителя и партии крупнозернистого заполнителя в выбранных пропорциях для получения начальной пропорции гидравлического цемента, мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя; к) расчет плотности упаковки частиц гипотетической сухой цементной смеси на основании: 1) среднего диаметра отдельных частиц в партии гидравлического цемента; 2) плотности упаковки частиц в партии гидравлического цемента; 3) среднего диаметра отдельных частиц в партии мелкозернистого заполнителя; 4) плотности упаковки частиц в партии мелкозернистого заполнителя; 5) среднего диаметра отдельных частиц в партии крупнозернистого заполнителя; 6) плотности упаковки частиц в партии крупнозернистого заполнителя; и 7) пропорции гидравлического цемента, мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя в гипотетической сухой цементной смеси; л) расчет на основе плотности упаковки частиц гипотетической сухой цементной смеси расчетного количества воды, дающего при смешивании с гипотетической сухой цементной смесью гипотетическую гидратированную цементную смесь, имеющую заданную осадку конуса; м) расчет на основе расчетного количества воды, рассчитанного на этапе (л), расчетной прочности гипотетической гидратированной цементной смеси после отверждения; н) расчет разности между расчетной прочностью для гипотетической гидратированной цементной смеси после отверждения и заданной прочностью; и о) изменение начальной пропорции гидравлического цемента, мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя гипотетической сухой цементной смеси для проектирования одной или большего числа последовательных гипотетичских сухих цементных смесей и повторение этапов (к) - (н) для каждой последующей гипотетической сухой цементной смеси до того момента, когда разность между прочностью и заданной прочностью, рассчитанная за одну или большее число последовательных итераций этапа (н), не скажется внутри приемлемого диапазона отклонения по отношению к заданной прочности, тем самым идентифицируя одно или большее число оптимальных пропорций гидравлического цемента и заполнителя. 26. A method for designing a cement mixture comprising cement, water, coarse aggregate and fine aggregate, with the proportion of cement, water, coarse aggregate and fine aggregate being determined in accordance with the composition optimization procedure, which provides a cement mixture having a predetermined strength and sludge without using routine trial by trial and error; moreover, this method includes the following steps: a) obtaining a batch of hydraulic cement, a batch of fine-grained particulate aggregate and a batch of coarse aggregate that must be mixed together in selected proportions to form the final hydrated cement mixture, and the batch of hydraulic cement contains many individual particles having an average diameter and the packing density of the particles, and the batch of fine aggregate contains many individual particles having an average diameter and density of up forging particles, and a batch of coarse aggregate contains many individual particles having an average particle diameter and packing density; b) the choice of a given cone precipitation for the final hydrated cement mixture before hardening and a given strength of the final hydrated cement mixture after curing, characterized in that it also includes the following steps: c) measuring the average particle diameter for individual particles in a batch of hydraulic cement; g) measuring the density of the packing of particles in a batch of hydraulic cement; e) measuring the average particle diameter for individual particles in a batch of fine aggregate; f) measuring the packing density of particles in a batch of fine aggregate; g) measuring the average diameter of individual particles in a batch of coarse aggregate; h) measuring the packing density of particles in a batch of coarse aggregate; i) the construction of a hypothetical dry cement mixture from a batch of hydraulic cement, a batch of fine aggregate and a batch of coarse aggregate in selected proportions to obtain the initial proportion of hydraulic cement, fine aggregate and coarse aggregate; j) calculation of the packing density of particles of a hypothetical dry cement mixture based on: 1) the average diameter of individual particles in a batch of hydraulic cement; 2) particle packing density in a batch of hydraulic cement; 3) the average diameter of individual particles in a batch of fine-grained aggregate; 4) the packing density of particles in a batch of fine-grained aggregate; 5) the average diameter of individual particles in a batch of coarse aggregate; 6) the packing density of particles in a batch of coarse aggregate; and 7) the proportions of hydraulic cement, fine aggregate and coarse aggregate in a hypothetical dry cement mixture; k) a calculation based on the packing density of the particles of a hypothetical dry cement mixture of the estimated amount of water that, when mixed with a hypothetical dry cement mixture, gives a hypothetical hydrated cement mixture having a predetermined cone settlement; l) calculation based on the estimated amount of water calculated in step (l), the estimated strength of the hypothetical hydrated cement mixture after curing; m) calculation of the difference between the calculated strength for a hypothetical hydrated cement mixture after curing and the specified strength; and o) changing the initial proportion of hydraulic cement, fine aggregate and coarse aggregate of a hypothetical dry cement mixture to design one or more consecutive hypothetical dry cement mixtures and repeating steps (k) to (n) for each subsequent hypothetical dry cement mixture until when the difference between the strength and the specified strength, calculated for one or more consecutive iterations of stage (n), does not affect the acceptable range eniya in relation to the desired strength, thereby identifying one or more optimal proportions of hydraulic cement and aggregate. 27. Способ по п. 26, отличающийся тем, что пропорцию гидравлического цемента, мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя меняют при проектировании каждой последующей новой гипотетической сухой цементной смеси на этапе (о), так что разность между расчетной прочностью и заданной прочностью, рассчитываемая на каждом последовательно повторяющемся этапе (о), будет рассчитана меньшей, чем разность между расчетной прочностью и заданной прочностью, рассчитанной в каждой предшествующей итерации этапа (о). 27. The method according to p. 26, characterized in that the proportion of hydraulic cement, fine aggregate and coarse aggregate is changed during the design of each subsequent new hypothetical dry cement mixture in step (o), so that the difference between the calculated strength and the specified strength, calculated at each sequentially repeating step (o) will be calculated less than the difference between the calculated strength and the specified strength calculated in each previous iteration of step (o). 28. Способ по п. 26, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя этап смешивания вместе в относительных пропорциях партии гидравлического цемента, партии мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя для получения конечной сухой цементной смеси, в которой пропорция гидравлического цемента, мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя в принципе аналогична как минимум одной из одной или большего числа оптимальных пропорций гидравлического цемента, мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя, указанных в п. 28. 28. The method according to p. 26, characterized in that it further includes the step of mixing together in relative proportions a batch of hydraulic cement, a batch of fine aggregate and coarse aggregate to obtain a final dry cement mixture in which the proportion of hydraulic cement, fine aggregate and coarse aggregate is in principle similar to at least one of one or more optimal proportions of hydraulic cement, fine aggregate and coarse fillers specified in Sec. 28. 29. Способ по п. 28, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя этап смешивания воды с конечной сухой цементной смесью для образования конечной гидратированной цементной смеси, в которой осадка конуса в принципе аналогична заданной осадке конуса. 29. The method according to p. 28, characterized in that it further includes the step of mixing water with the final dry cement mixture to form the final hydrated cement mixture, in which the sediment cone is basically similar to a given sediment cone. 30. Способ по п. 29, отличающийся тем, что воду включают в количестве, в принципе аналогичном количеству воды, рассчитанному на этапе (л) для гипотетической сухой цементной смеси, которая имеет пропорцию гидравлического цемента и заполнителя, наиболее близко соответствующую пропорции гидравлического цемента и заполнителя в конечной сухой цементной смеси. 30. The method according to p. 29, characterized in that the water is included in an amount essentially similar to the amount of water calculated in step (l) for a hypothetical dry cement mixture, which has a proportion of hydraulic cement and aggregate, most closely corresponding to the proportion of hydraulic cement and aggregate in the final dry cement mixture. 31. Способ по п. 26, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя этап сравнения себестоимости единицы продукции для каждой из одной или большего числа оптимальных пропорций гидравлического цемента, мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя, определенных на этапе (о), для определения пропорции гидравлического цемента, мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя, имеющей самую низкую себестоимость единицы продукции. 31. The method according to p. 26, characterized in that it further includes the step of comparing the unit cost of production for each of one or more optimal proportions of hydraulic cement, fine aggregate and coarse aggregate determined in step (o), to determine the proportion hydraulic cement, fine aggregate and coarse aggregate having the lowest unit cost. 32. Способ по п. 26, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя этап сравнения себестоимости единицы продукции для каждой из гипотетических сухих цементных смесей, спроектированных на этапах (и) и (о) для определения пропорции гидравлического цемента, мелкозернистого заполнителя и крупнозернистого заполнителя, имеющей самую низкую себестоимость единицы продукции. 32. The method according to p. 26, characterized in that it further includes the step of comparing the cost per unit of production for each of the hypothetical dry cement mixtures designed in steps (i) and (o) to determine the proportion of hydraulic cement, fine aggregate and coarse-grained aggregate having the lowest unit cost of production. 33. Способ изготовления конечной сухой цементной смеси, включающей цемент и заполнитель, с определением пропорции цемента и заполнителя в соответствии с процедурой оптимизации состава, которая обеспечивает получение впоследствии цементной смеси, обладающей заданной прочностью и осадкой без применения обычных испытании путем проб и ошибок; причем этот способ включает следующие этапы: а) получение партии гидравлического цемента и партии заполнителя, которые нужно смешать вместе для образования конечной гидратированной цементной смеси, причем партия гидравлического цемента содержит множество отдельных частиц, имеющих средний диаметр и плотность упаковки частиц, и партия заполнителя содержит множество отдельных частиц, имеющих средний диаметр и плотность упаковки частиц; б) выбор заданной осадки конуса для конечной гидратированной цементной смеси до затвердения и заданной прочности для конечной гидратированной цементной смеси после отверждения, отличающийся тем, что он включает в себя также следующие этапы: в) измерение среднего диаметра отдельных частиц в партии гидравлического цемента; г) измерение плотности упаковки частиц в партии гидравлического цемента; д) измерение среднего диаметра отдельных частиц в партии заполнителя; е) измерение плотности упаковки частиц в партии заполнителя; ж) проектирование гипотетической цементной смеси из партии гидравлического цемента и партии заполнителя, имеющей начальную пропорцию гидравлического цемента и заполнителя; з) расчет плотности упаковки частиц гипотетической сухой цементной смеси на основе: 1) среднего диаметра отдельных частиц в партии гидравлического цемента; 2) плотности упаковки частиц в партии гидравлического цемента; 3) среднего диаметра отдельных частиц в партии заполнителя; 4) плотности упаковки частиц в партии заполнителя; и 5) пропорции гидравлического цемента и заполнителя в гипотетической сухой цементной смеси; и) расчет на основе плотности упаковки частиц гипотетической сухой цементной смеси расчетного количества воды, дающего при перемешивании с гипотетической сухой цементной смесью гипотетическую гидратированную цементную смесь, имеющую заданную осадку конуса; к) расчет на основе расчетного количества воды, рассчитанного на этапе (и), расчетной прочности для гипотетической гидратированной цементной смеси после отверждения; л) расчет разности между расчетной прочностью гипотетической гидратированной цементной смеси после отверждения и заданной прочностью; м) изменение начальной пропорции гидравлического цемента и заполнителя гипотетической сухой цементной смеси для проектирования одной или большего числа последующих гипотетических сухих цементных смесей, с последующим повторением этапов (з) - (л) для каждой последующей гипотетической сухой цементной смеси до тех пор, пока разность между расчетной прочностью и заданной прочностью, рассчитанная в одной или большем числе последовательных итераций этапа (з), не будет находиться внутри приемлемого диапазона отклонения по отношению к заданной прочности, тем самым идентифицируя одно или большее число оптимальных пропорций гидравлического цемента и заполнителя; н) перемешивание вместе, как минимум, части партии гидравлического цемента и партии заполнителя для получения конечной сухой цементной смеси, в которой пропорция гидравлического цемента и заполнителя в принципе аналогична, как минимум, одной из одной или большего числа оптимальных пропорций гидравлического цемента и заполнителя, определенных на этапе (м). 33. A method of manufacturing a final dry cement mixture comprising cement and aggregate, with the determination of the proportion of cement and aggregate in accordance with the composition optimization procedure, which subsequently produces a cement mixture with a given strength and sludge without the use of conventional trial and error tests; moreover, this method includes the following steps: a) obtaining a batch of hydraulic cement and a batch of aggregate that must be mixed together to form the final hydrated cement mixture, and the batch of hydraulic cement contains many individual particles having an average particle diameter and packing density, and the batch of aggregate contains many individual particles having an average particle diameter and packing density; b) the choice of a given cone precipitation for the final hydrated cement mixture before hardening and a given strength for the final hydrated cement mixture after curing, characterized in that it also includes the following steps: c) measuring the average diameter of individual particles in the batch of hydraulic cement; g) measuring the density of the packing of particles in a batch of hydraulic cement; d) measurement of the average diameter of individual particles in the aggregate batch; f) measuring the packing density of particles in a batch of aggregate; g) designing a hypothetical cement mixture from a batch of hydraulic cement and a batch of aggregate having an initial proportion of hydraulic cement and aggregate; h) calculation of the packing density of particles of a hypothetical dry cement mixture based on: 1) the average diameter of individual particles in a batch of hydraulic cement; 2) particle packing density in a batch of hydraulic cement; 3) the average diameter of the individual particles in the aggregate batch; 4) the packing density of particles in a batch of aggregate; and 5) the proportions of hydraulic cement and aggregate in a hypothetical dry cement mixture; i) a calculation based on the packing density of the particles of the hypothetical dry cement mixture of the estimated amount of water that, when mixed with the hypothetical dry cement mixture, gives a hypothetical hydrated cement mixture having a predetermined cone settlement; j) calculation based on the estimated amount of water calculated in step (s), the design strength for the hypothetical hydrated cement mixture after curing; k) calculation of the difference between the calculated strength of the hypothetical hydrated cement mixture after curing and the specified strength; m) changing the initial proportion of hydraulic cement and aggregate of a hypothetical dry cement mixture to design one or more subsequent hypothetical dry cement mixtures, followed by repeating steps (h) - (l) for each subsequent hypothetical dry cement mixture until the difference between calculated strength and specified strength, calculated in one or more consecutive iterations of stage (h), will not be within the acceptable range of deviations relative to the specified th strength, thereby identifying one or more optimal proportions of hydraulic cement and aggregate; m) mixing together at least a portion of a batch of hydraulic cement and a batch of aggregate to obtain a final dry cement mixture in which the proportion of hydraulic cement and aggregate is in principle similar to at least one of one or more optimal proportions of hydraulic cement and aggregate defined at the stage (m). 34. Способ изготовления конечной цементной смеси, включающей цемент, воду и заполнитель, отличающийся тем, что пропорции цемента, воды и заполнителя определяются в соответствии с процедурой оптимизации состава, которая обеспечивает получение цементной смеси, обладающей заданной прочностью и осадкой без применения обычных испытаний путем проб и ошибок, причем этот способ включает следующие этапы: а) получение партии гидравлического цемента и партии заполнителя, которые нужно смешать вместе для образования конечной гидратированной цементной смеси, причем партия гидравлического цемента содержит множество отдельных частиц, имеющих средний диаметр и плотность упаковки частиц, и партия заполнителя содержит множество отдельных частиц, имеющих средний диаметр и плотность упаковки частиц; б) выбор заданной осадки конуса для конечной гидратированной цементной смеси до затвердевания и заданной прочности конечной гидратированной цементной смеси после отверждения; в) измерение среднего диаметра отдельных частиц в партии гидравлического цемента; г) измерение плотности упаковки частиц в партии гидравлического цемента; д) измерение среднего диаметра отдельных частиц в партии заполнителя; е) измерение плотности упаковки частиц а партии заполнителя; ж) проектирование гипотетической цементной смеси из партии гидравлического цемента и партии заполнителя, имеющей начальную пропорцию гидравлического цемента и заполнителя; з) расчет плотности упаковки частиц гипотетической сухой цементной смеси на основе: 1) среднего диаметра отдельных частиц в партии гидравлического цемента; 2) плотности упаковки частиц в партии гидравлического цемента; 3) среднего диаметра отдельных частиц в партии заполнителя; 4) плотности упаковки частиц в партии заполнителя; и 5) пропорции гидравлического цемента и заполнителя в гипотетической сухой цементной смеси; и) расчет на основе плотности упаковки частиц гипотетической сухой цементной смеси расчетного количества воды, дающего при перемешивании с гипотетической сухой цементной смесью гипотетическую гидратированную цементную смесь, имеющую заданную осадку конуса; к) расчет на основе расчетного количества воды, рассчитанного на этапе (и), расчетной прочности для гипотетической гидратированной цементной смеси после отверждения; л) расчет разности между расчетной прочностью гапотетической гидратированной цементной смеси после отверждения и заданной прочностью; м) изменение начальной пропорции гидравлического цемента и заполнителя гидравлической сухой цементной смеси для проектирования одной или большего числа последующих гипотетических сухих цементных смесей с последующим повторением этанов (з) - (л) для каждой последующей гипотетической сухой цементной смеси до тех пор, пока разность между расчетной прочностью и заданной прочностью, рассчитанная в одну или большее число последовательных итераций этапа (з), не окажется внутри приемлемого диапазона отклонения по отношению к заданной прочности, тем самым идентифицируя одно или большее число оптимальных пропорций гидравлического цемента и заполнителя; н) перемешивание вместе воды, как минимум, части партии гидравлического цемента и, как минимум, части партии заполнителя для получения конечной цементной смеси, в которой пропорция гидравлического цемента и заполнителя в принципе аналогична, как минимум, одной из одной или большего числа оптимальных пропорций гидравлического цемента и заполнителя, определенных на этапе (м). 34. A method of manufacturing a final cement mixture comprising cement, water and aggregate, characterized in that the proportions of cement, water and aggregate are determined in accordance with the composition optimization procedure, which provides a cement mixture with a given strength and sediment without the use of conventional tests by samples and errors, and this method includes the following steps: a) obtaining a batch of hydraulic cement and a batch of aggregate, which must be mixed together to form the final hydrated cement a mixture, the batch of hydraulic cement contains many individual particles having an average particle diameter and packing density, and the aggregate batch contains many individual particles having an average particle diameter and packing density; b) the choice of the specified cone precipitation for the final hydrated cement mixture before hardening and the specified strength of the final hydrated cement mixture after curing; c) measuring the average diameter of individual particles in a batch of hydraulic cement; g) measuring the density of the packing of particles in a batch of hydraulic cement; d) measurement of the average diameter of individual particles in the aggregate batch; f) measuring the packing density of particles in a batch of aggregate; g) designing a hypothetical cement mixture from a batch of hydraulic cement and a batch of aggregate having an initial proportion of hydraulic cement and aggregate; h) calculation of the packing density of particles of a hypothetical dry cement mixture based on: 1) the average diameter of individual particles in a batch of hydraulic cement; 2) particle packing density in a batch of hydraulic cement; 3) the average diameter of the individual particles in the aggregate batch; 4) the packing density of particles in a batch of aggregate; and 5) the proportions of hydraulic cement and aggregate in a hypothetical dry cement mixture; i) a calculation based on the packing density of the particles of the hypothetical dry cement mixture of the estimated amount of water that, when mixed with the hypothetical dry cement mixture, gives a hypothetical hydrated cement mixture having a predetermined cone settlement; j) calculation based on the estimated amount of water calculated in step (s), the design strength for the hypothetical hydrated cement mixture after curing; k) calculation of the difference between the calculated strength of the hapotetic hydrated cement mixture after curing and the specified strength; m) changing the initial proportion of hydraulic cement and aggregate hydraulic dry cement mixture for the design of one or more subsequent hypothetical dry cement mixtures with subsequent repetition of ethanes (h) - (l) for each subsequent hypothetical dry cement mixture until the difference between the calculated strength and a given strength, calculated in one or more consecutive iterations of stage (h), will not fall within an acceptable range of deviations with respect to a given strength and thereby identifying one or more optimal proportions of hydraulic cement and aggregate; m) mixing together water, at least a portion of the batch of hydraulic cement and at least a portion of the batch of aggregate to obtain the final cement mixture, in which the proportion of hydraulic cement and aggregate is in principle similar to at least one of one or more optimal proportions of hydraulic cement and aggregate identified in step (m). 35. Цементная смесь, отличающаяся тем, что она спроектирована способом по любому из пп. 1-32. 35. Cement mixture, characterized in that it is designed by the method according to any one of paragraphs. 1-32. 36. Конечная цементная смесь, отличающаяся тем, что она изготовлена способом по п. 33 или 34. 36. The final cement mixture, characterized in that it is made by the method according to p. 33 or 34.
RU96105708A 1993-08-18 1994-08-18 Method of designing cement mixture (variants), method of preparing final cement mix, method of preparing final dry cement mix, cement mex, and final cement mix RU2135427C1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10910093A 1993-08-18 1993-08-18
US109100 1993-08-18
US109,100 1993-08-18
PCT/US1994/009328 WO1995005350A1 (en) 1993-08-18 1994-08-18 Design optimized compositions and processes for microstructurally engineering cementitious mixtures

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU96105708A RU96105708A (en) 1998-06-27
RU2135427C1 true RU2135427C1 (en) 1999-08-27

Family

ID=22325767

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96105708A RU2135427C1 (en) 1993-08-18 1994-08-18 Method of designing cement mixture (variants), method of preparing final cement mix, method of preparing final dry cement mix, cement mex, and final cement mix

Country Status (15)

Country Link
EP (1) EP0714383A4 (en)
JP (1) JPH08511486A (en)
CN (1) CN1100395A (en)
AU (1) AU679784B2 (en)
BR (1) BR9407168A (en)
CA (1) CA2168643A1 (en)
CO (1) CO4520143A1 (en)
EG (1) EG20631A (en)
IL (1) IL110605A (en)
NZ (1) NZ273435A (en)
PE (1) PE33195A1 (en)
RU (1) RU2135427C1 (en)
WO (1) WO1995005350A1 (en)
ZA (1) ZA945497B (en)
ZW (1) ZW10394A1 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2446123C1 (en) * 2010-11-30 2012-03-27 Юлия Алексеевна Щепочкина Concrete mixture
RU2448214C1 (en) * 2011-02-07 2012-04-20 Василий Петрович Ягин Unit of ground dam coupling with concrete overflow weir
RU2474493C1 (en) * 2011-07-19 2013-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный архитектурно-строительный университет" (СГАСУ) Method of making cellular concrete mix
RU2513372C1 (en) * 2013-02-19 2014-04-20 Юлия Алексеевна Щепочкина Crude mixture for making material imitating natural stone
RU2540426C1 (en) * 2013-08-13 2015-02-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) Method to determine composition of dry construction mix for concrete
RU2633623C1 (en) * 2016-05-31 2017-10-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Concrete mixture
WO2019053495A1 (en) * 2017-09-13 2019-03-21 Saroj Vanijya Private Limited Method of producing raw materials for use in producing a dry mix construction material
RU2812138C1 (en) * 2022-12-20 2024-01-23 ООО Юго-западный научно-исследовательский институт "Китайской железнодорожной строительной корпорации" Freezing and thawing-resistant concrete material, method of its manufacture and application

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100316469B1 (en) * 1992-11-25 2002-02-28 에쌈 카소기 Highly inorganically filled compositions
DE19857728C2 (en) * 1998-12-12 2001-11-29 Maxit Holding Gmbh Self-leveling screed, plaster, concrete or mortar dry mix with at least two powdered flour particles and process for their production
US6379031B1 (en) 2000-01-20 2002-04-30 Aggregate Research Industries, Llc Method for manufacturing concrete
WO2003068708A1 (en) * 2002-02-16 2003-08-21 Services Petroliers Schlumberger Cement compositions for high temperature applications
CN1321787C (en) * 2004-05-14 2007-06-20 上海交通大学 Method for modelling mixed material fluid-solid two-phase flow in mixing cylinder of concrete mixer car
EP1899776A4 (en) * 2005-06-17 2011-03-30 Icrete Llc Methods and systems for redesigning pre-existing concrete mix designs and manufacturing plants and design-optimizing and manufacturing concrete
RU2578700C1 (en) * 2014-11-17 2016-03-27 Общество с ограниченной ответственностью "Химком" Method of determining composition of concrete mixture
US11225595B2 (en) 2017-02-22 2022-01-18 Halliburton Energy Services, Inc. Control heat of hydration by characterizing cementitious components
AU2020221924A1 (en) * 2019-02-11 2021-08-26 Construction Research & Technology Gmbh Systems and methods for formulating or evaluating a construction admixture
CN114790093B (en) * 2021-01-26 2022-12-02 中国石油天然气股份有限公司 Method for determining cement paste
CN113813839A (en) * 2021-02-24 2021-12-21 晋江华宝石业有限公司 Quick grading method and grading device for square stock
US11703499B2 (en) * 2021-09-24 2023-07-18 X Development Llc Method to produce evolving concrete mixture heuristic
CN114357723A (en) * 2021-12-10 2022-04-15 江苏中利集团股份有限公司 Method and system for evaluating material structure by auxiliary material in multi-component polymer production
CN117602855B (en) * 2023-12-12 2024-06-25 郑州大学 Method for preparing artificial aggregate by using yellow river sludge at different temperatures

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2250107A (en) * 1939-09-02 1941-07-22 Detroit Edison Co Concrete
US3927163A (en) * 1969-01-21 1975-12-16 Gabriel Willis Associates Altering the properties of concrete by altering the quality or geometry of the intergranular contact of filler materials
US3917781A (en) * 1969-12-19 1975-11-04 Lester H Gabriel Altering the properties of concrete by altering the quality or geometry of the intergranular contact of filler materials
US3754954A (en) * 1971-08-10 1973-08-28 Gabriel Willis Ass Altering the properties of concrete by altering the quality or geometry of the intergranular contact of filler materials
JPH0448743B2 (en) * 1980-05-01 1992-08-07 Denshito As
JPS63166424A (en) * 1986-12-27 1988-07-09 Daiyu Kensetsu Kk Automatic particle size blend control device
WO1991004837A1 (en) * 1989-09-28 1991-04-18 Hirose, Toshio Method and apparatus for regulating mixture of granular material such as sand, powder such as cement and liquid
AU7962291A (en) * 1990-05-18 1991-12-10 E. Khashoggi Industries Hydraulically bonded cement compositions and their methods of manufacture and use
AU8236891A (en) * 1990-08-10 1992-03-02 E. Khashoggi Industries Methods of manufacture and use for low density hydraulically bonded cement compositions
RU2004515C1 (en) * 1992-08-04 1993-12-15 Sviridov Nikolaj V Concrete mix
WO1994004330A1 (en) * 1992-08-11 1994-03-03 E. Khashoggi Industries Hydraulically settable containers
KR100316469B1 (en) * 1992-11-25 2002-02-28 에쌈 카소기 Highly inorganically filled compositions
ZW2894A1 (en) * 1993-02-17 1994-05-04 Khashoggi E Ind Methods and systems for manufacturing packaging materials, containers, and other articles of manufacture from hydraulically settable mixtures and highly inorganically filled compositions
AU6361394A (en) * 1993-03-08 1994-09-26 E. Khashoggi Industries, Llc Insulation barriers having a hydraulically settable matrix

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Миронов С.А. Справочник по строительным материалам для заводских и построечных лабораторий. М.: Государственное издательство литературы по строительным материалам, 1961, с.74 - 75, 91 - 92, 119 - 120. *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2446123C1 (en) * 2010-11-30 2012-03-27 Юлия Алексеевна Щепочкина Concrete mixture
RU2448214C1 (en) * 2011-02-07 2012-04-20 Василий Петрович Ягин Unit of ground dam coupling with concrete overflow weir
RU2474493C1 (en) * 2011-07-19 2013-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный архитектурно-строительный университет" (СГАСУ) Method of making cellular concrete mix
RU2513372C1 (en) * 2013-02-19 2014-04-20 Юлия Алексеевна Щепочкина Crude mixture for making material imitating natural stone
RU2540426C1 (en) * 2013-08-13 2015-02-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) Method to determine composition of dry construction mix for concrete
RU2633623C1 (en) * 2016-05-31 2017-10-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Concrete mixture
WO2019053495A1 (en) * 2017-09-13 2019-03-21 Saroj Vanijya Private Limited Method of producing raw materials for use in producing a dry mix construction material
RU2812138C1 (en) * 2022-12-20 2024-01-23 ООО Юго-западный научно-исследовательский институт "Китайской железнодорожной строительной корпорации" Freezing and thawing-resistant concrete material, method of its manufacture and application

Also Published As

Publication number Publication date
AU7670994A (en) 1995-03-14
WO1995005350A1 (en) 1995-02-23
BR9407168A (en) 1996-09-17
EP0714383A1 (en) 1996-06-05
ZA945497B (en) 1995-06-07
PE33195A1 (en) 1995-11-23
EG20631A (en) 1999-10-31
CO4520143A1 (en) 1997-10-15
IL110605A (en) 1998-08-16
CN1100395A (en) 1995-03-22
NZ273435A (en) 1997-10-24
IL110605A0 (en) 1994-11-11
CA2168643A1 (en) 1995-02-23
EP0714383A4 (en) 1998-04-01
AU679784B2 (en) 1997-07-10
ZW10394A1 (en) 1994-09-28
JPH08511486A (en) 1996-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2135427C1 (en) Method of designing cement mixture (variants), method of preparing final cement mix, method of preparing final dry cement mix, cement mex, and final cement mix
US5527387A (en) Computer implemented processes for microstructurally engineering cementious mixtures
Jiao et al. Mixture design of concrete using simplex centroid design method
Puri et al. Manual of ready-mixed concrete
Myadraboina et al. Pozzolanic Index and lime requirement of low calcium fly ashes in high volume fly ash mortar
Chang et al. Effects of key parameters on fluidity and compressive strength of ultra‐high performance concrete
Ma’aruf et al. Self-compacting concrete–A review
Tanyildizi et al. The effect of nano SiO2 on mechanical properties of underwater geopolymer mortar
Liu et al. Effect of filler type, fineness, and shape on the properties of nonfibrous UHPC matrix
Anderson et al. Manual of ready-mixed concrete
GEBEYEHU OPTIMIZATION OF SUPERPLASTICIZER DOSAGE AND EFFECTS WITH LOCALLY PRODUCED CEMENTS ON READY-MIX CONCRETE PROPERTIES
Singh et al. Evaluation of mechanical and durability properties along with flexural fatigue life of pavement quality geopolymer concrete
Daczko et al. ‘Self consolidating concrete (SCC)
Ioannides et al. Effect of Larger Sized Coarse Aggregates and of Microsilica on Environmental Properties of Portland Cement Concrete Pavements and Structures; Volume 1 of 2
Gao Assessing the Compressive Strength and Elastic Modulus of High-Performance GGBS Concrete
Gaur et al. Optimization of Binary Mixes for Ultra High Strength Concrete by Puntke Method
Chapman et al. Materials of Lightweight Concrete Research
Yang et al. Development and Performance Evaluation of Waste Concrete Powder-Based Geopolymer Recycled Concrete
Alkuhly Studies of self-compacting concrete containing GGBS
Soo EFFECT OF CONSTITUENT MATERIALS ON THE QUALITY OF CONCRETE: A CASE OF MATERIALS IN KAKAMEGA COUNTY, KENYA
MICHAEL EFFECT OF GRANITE DUST PARTICLES ON FRESH AND HARDENED PROPERTIES OF SELF-COMPACTING CONCRETE
Sadiq Physicochemical and Strength Assessment of Portland Limestone Cement in Nigeria
Mark et al. Empirical Modeling of High-Performance Self-Compacting Concrete with Induction-Furnace Slag
Muda The Properties and Flexural Behaviour of Self Compacting Concrete Using Rice Husk Ash and Admixture
Hou et al. Rheology of fiber-reinforced mortar for 3D printing construction: Effect of recycled hybrid powder and polyethylene fiber