Construction MaterialsConstruction MaterialsСтроительные материалы0585-430X2658-6991Stroymaterialy63575110.31659/0585-430X-2024-822-3-25-30Modern concretesСовременные бетоныResearch ArticleModeling of Accelerated Hardening of Self-Compacting Concrete by Methods of Mathematical Experiment PlanningМоделирование процессов ускоренного твердения самоуплотняющегося бетона методами математического планирования экспериментаKastornykhL. I.КасторныхЛ. И.
Russian Federation

Candidate of Sciences (Engineering)

канд. техн. наук

likas9@mail.ruGikaloM. A.ГикалоМ. А.
Russian Federation

Graduate Student

Магистрант

gikalo_max@mail.ruKaklyuginA. V.КаклюгинА. В.
Russian Federation

Candidate of Sciences (Engineering)

канд. техн. наук

kaklugin@gmail.comSerebryanayaI. A.СеребрянаяИ. А.
Russian Federation

Candidate of Sciences (Engineering)

канд. техн. наук

silveririna@mail.ruKuzmenkoD. V.КузьменкоД. В.
Russian Federation

Graduate Student

Магистрант

89001270357@mail.ruDon State Technical UniversityДонской государственный технический университет07032024325300609202406092024Copyright ©; 2024,Copyright ©; 2024, ООО РИФ "СТРОЙМАТЕРИАЛЫ"2024ООО РИФ "СТРОЙМАТЕРИАЛЫ"https://journals.eco-vector.com/0585-430X/article/view/635751

Studies have been performed simulating the processes of accelerated hardening of self-sealing concrete prepared on sulfate-resistant Portland cement with a polycarboxylate superplasticizer. As part of the concrete mix, construction waste was used – sand from crushed concrete as an enlarging component in an amount of 10% of the mass of fine aggregate. The Polyplast PC anionactive superplasticizer was used as a universal additive for precast and monolithic self-sealing concrete with a dosage consistent with the mineralogical and dispersed composition of sulfate-resistant Portland cement. For mathematical modeling of concrete hardening intensification processes, a two-factor simplex was adopted-a summarized plan on a hexagon inscribed in a circle, as the most convenient for solving prescription and technological problems of building materials science. The factors that most affect the physico-mechanical properties of self-sealing concrete after heat treatment were the duration of preliminary holding of concrete without coolant supply and the maximum heating temperature of concrete. During the implementation of the full factor experiment, the conditions of comparability were observed: a self–sealing mixture of the same composition was prepared, the rate of temperature rise was 10оC/h, and the total duration of thermal exposure was 15 hours. It has been found that the presence of an anionactive chemical additive and a mineral additive, which is part of Portland cement, slow down the setting processes of cement paste and concrete mixture. It was revealed that the retarding effect of the “sulfate-resistant Portland cement-superplasticizer” pair is explained by the spatial effect of the chemical additive and the grain characteristics of cement containing an easily grindable mineral additive. It is proved that the application of methods of mathematical planning of the experiment makes it possible to comprehensively assess the influence of prescription and technological factors on the strength characteristics of heat-treated self-sealing concrete. It was found that for the studied self-sealing concrete on sulfate-resistant Portland cement, the holding time before applying the coolant should be 4.8 hours, and the maximum heating temperature of concrete should not exceed 48оC.

Выполнены исследования, моделирующие процессы ускоренного твердения самоуплотняющегося бетона, приготовленного на сульфатостойком портландцементе с поликарбоксилатным суперпластификатором. В составе бетонной смеси использовали строительные отходы – песок из дробленого бетона в качестве укрупняющего компонента в количестве 10% от массы мелкого заполнителя. Анионактивный поликарбоксилатный суперпластификатор применяли как универсальную добавку для сборного и монолитного самоуплотняющегося бетона с дозировкой, согласованной с минералогическим и дисперсным составом сульфатостойкого портландцемента. Для математического моделирования процессов интенсификации твердения бетона приняли двухфакторный симплекс-суммированный план на шестиугольнике, вписанном в окружность, как наиболее удобный для решения рецептурных и технологических задач строительного материаловедения. В качестве факторов, в наибольшей степени влияющих на физико-механические свойства самоуплотняющегося бетона после термообработки, приняли продолжительность предварительного выдерживания бетона без подачи теплоносителя и максимальную температуру обогрева бетона. В ходе реализации полного факторного эксперимента соблюдали условия сопоставимости: готовили самоуплотняющуюся смесь одного состава, скорость подъема температуры составляла 10оС/ч, а общая продолжительность теплового воздействия – 15 ч. Установлено, что наличие анионактивной химической и минеральной добавки, входящей в состав портландцемента, замедляет процессы схватывания цементного теста и бетонной смеси. Выявлено, что замедляющий эффект пары сульфатостойкий портландцемент – суперпластификатор объясняется пространственным эффектом действия химической добавки и зерновой характеристикой цемента, содержащего легкоразмалываемую минеральную составляющую. Обосновано, что применение методов математического планирования эксперимента позволяет комплексно оценить влияние рецептурных и технологических факторов на прочностные характеристики термообработанного самоуплотняющегося бетона. Установлено, что для исследованного самоуплотняющегося бетона на сульфатостойком портландцементе продолжительность выдерживания перед подачей теплоносителя должна составлять 4,8 ч, а максимальная температура обогрева бетона не превышать 48оC.

self-sealing concretepolycarboxylate superplasticizersulfate-resistant Portland cementconstruction wasteconcrete hardening modemathematical planningexperimental and statistical modelsregression analysisсамоуплотняющийся бетонполикарбоксилатный суперпластификаторсульфатостойкий портландцементстроительные отходырежим твердения бетонаматематическое планированиеэкспериментально-статистические моделирегрессионный анализSakhibgareev R.R., Lomakina L.N., Sakhibgireev Rom.R., Sinitsin D.A., Ibraev A.A. Investigation of heavy concrete hardening processes under condition of alternate freezing and thawing during winter concreting. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2023. No. 4, pp. 51–59. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-812-4-51-59Сахибгареев Р.Р., Ломакина Л.Н., Сахибгареев Ром.Р., Синицин Д.А., Ибраев А.А. Исследование процессов твердения тяжелого бетона в условиях попеременного замораживания и оттаивания при зимнем бетонировании // Строительные материалы. 2023. № 4. С. 51–59. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-812-4-51-59Mozgalev K.M., Golovnev S.G., Mozgaleva D.A. Efficiency of application of self-compacting concretes in construction of cast-in-situ buildings in winter conditions. Vestnik of the South Ural State University. Architecture and Construction Series. 2014. Vol. 14. No. 1, pp. 33–36. (In Russian).Мозгалев К.М., Головнев С.Г., Мозгалева Д.А. Эффективность применения самоуплотняющихся бетонов при возведении монолитных зданий в зимних условиях // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Сер. Архитектура и строительство. 2014. Т. 14. № 1. С. 33–36.Kastornykh L.I., Kaklyugin A.V., Gikalo M.A. The effect of polycarboxylate-based superplasticizers on the efficiency of heat treatment of monolithic concrete. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2023. No. 4, pp. 35–41. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-812-4-35-41Касторных Л.И., Каклюгин А.В., Гикало М.А. Влияние суперпластификаторов на основе поликарбоксилатов на эффективность термообработки монолитного бетона // Строительные материалы. 2023. № 4. С. 35–41. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-812-4-35-41Smirnova O.M. Low-Heat Steaming Treatment of Concrete With Polycarboxylate Superplasticizers. Magazine of Civil Engineering. 2021. No. 2 (102). 10213. DOI: 10.34910/MCE.102.13Smirnova O.M. Low-heat steaming treatment of concrete with polycarboxylate superplasticizers // Magazine of Civil Engineering. 2021. No. 2 (102). 10213. DOI: 10.34910/MCE.102.13Kastornykh L.I., Trischenko I.V., Kakljugin A.V., Shershen D.R. Heat curing efficiency estimation of concrete with superplastificators on polycarboxylates basis. Materials Science Forum. 2019. Vol. 974, pp. 231–236. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.974.231Kastornykh L.I., Trischenko I.V., Kakljugin A.V., Shershen D.R. Heat curing efficiency estimation of concrete with superplastificators on polycarboxylates basis // Materials Science Forum. 2019. Vol. 974, pp. 231–236. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.974.231Smirnova O.M. Compatibility of Portland cement and polycarboxylate-based superplasticizers in high-strength concrete for precast constructions. Magazine of Civil Engineering. 2016. No. 6, рp. 12–22. DOI: 10.5862/MCE.66.2Smirnova O.M. Compatibility of Portland cement and polycarboxylate-based superplasticizers in high-strength concrete for precast constructions // Magazine of Civil Engineering. 2016. No. 6, pp. 12–22. DOI: 10.5862/MCE.66.2Kong F.R., Pan L.S., Wang C.M., Zhang D.L., Xu N. Effect of polycarboxylate superplasticizers with different molecular on the hydration behavior of cement paste. Construction and Building Materials. 2016. No. 105, рp. 545–553. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.12.178Kong F.R., Pan L.S., Wang C.M., Zhang D.L., Xu N. Effect of polycarboxylate superplasticizers with different molecular on the hydration behavior of cement paste // Construction and Building Materials. 2016. No. 105, pp. 545–553. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.12.178Kastornykh L.I., Kakljugin A.V., Kholodnyak M.G, Osipchuk I.V. Modified concrete mixes for monolithic construction. Materials Science Forum. 2021. Vol. 1043. pp. 81–91. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1043.81Kastornykh L.I., Kakljugin A.V., Kholodnyak M.G, Osipchuk I.V. Modified concrete mixes for monolithic construction // Materials Science Forum. 2021. Vol. 1043, pp. 81–91. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1043.81Nesvetaev G., Koryanova Y., Zhilnikova T., Kolleganov A. To the problem of assessing the level of self-stresses during the formation of the structure of self-compacting concrete. Materials Science Forum. 2019. Vol. 974, pp. 293–298. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.974.293Nesvetaev G., Koryanova Y., Zhilnikova T., Kolleganov A. To the problem of assessing the level of self-stresses during the formation of the structure of self-compacting concrete // Materials Science Forum. 2019. Vol. 974, pp. 293–298. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.974.293Voznesensky V.A., Lyashenko T.V., Ogarkov B.L. Chislennye metody resheniya stroitel’no-tekhnologicheskikh zadach na EVM [Numerical methods for solving construction and technological problems on a computer]. Kiev: Vischa shkola. 1989. 324 p.Вознесенский В.А., Ляшенко Т.В., Огарков Б.Л. Численные методы решения строительно-технологических задач на ЭВМ. Киев: Вища школа, 1989. 324 с.Nizina T.A., Balykov A.S. Construction of experimental statistical models “composition – property” of physical and mechanical characteristics of modified dispersed reinforced fine-grained concretes. Vestnik of the Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering. Series: Construction and Architecture. 2016. Iss. 45 (64), pp. 54–66. (In Russian).Низина Т.А., Балыков А.С. Построение экспериментально-статистических моделей «состав – свойство» физико-механических характеристик модифицированных дисперсно-армированных мелкозернистых бетонов // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер. Строительство и архитектура. 2016. Вып. 45 (64). С. 54–66.Nizina T.A., Balykov A.S., Makarova L.V. Application of composition-property models to study properties of modified dispersed reinforced fine-grained concretes. Vestnik of the BSTU named after V.G. Shukhov. 2016. No. 12, pp. 15–21. (In Russian).Низина Т.А., Балыков А.С., Макарова Л.В. Применение моделей «состав – свойство» для исследования свойств модифицированных дисперсно-армированных мелкозернистых бетонов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. № 12. С. 15–21.Sivkov S.P. Specific surface of cement and their properties. Sukhie stroitel’nye smesi. 2011. No. 3, pp. 39–41. (In Russian).Сивков С.П. Удельная поверхность цемента и их свойства // Сухие строительные смеси. 2011. № 3. С. 39–41.Lipilin A.B., Korenyugina N.V., Wexler M.V. Selective disintegrant activation of Portland cement (SDAP). Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2007. No. 7, pp. 74–76. (In Russian).Липилин А.Б., Коренюгина Н.В., Векслер М.В. Селективная дезинтеграторная активация портландцемента (СДАП) // Строительные материалы. 2007. № 7. С. 74–76.Bogdanov R.R., Pashaev A.V., Zhuravlev M.V. Influence of plasticizing additives based on polycarboxylate and poly-aryl on the physical and technical properties of cement compositions. Vestnik tekhnologicheskogo universiteta. 2018. Vol. 21. No. 11, pp. 45–49. (In Russian).Богданов Р.Р., Пашаев А.В., Журавлев М.В. Влияние пластифицирующих добавок на основе эфира поликарбоксилата и полиарила на физико-технические свойства цементных композиций // Вестник технологического университета. 2018. Т. 21. № 11. С. 45–49.Kaprielov S.S., Sheinfeld A.V., Dondukov V.G. Cements and additives for the production of high-strength concrete. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 11, pp. 4–10. (In Russian).Каприелов С.С., Шейнфельд А.В., Дондуков В.Г. Цементы и добавки для производства высокопрочных бетонов // Строительные материалы. 2017. № 11. С. 4–10.