Эффективность химических добавок в бетонах

Дворкин О. Эффективность химических добавок в бетонах // Бетон и железобетон. 2003 . №4. C. 23-24



Характерной особенностью современной строительной технологии является широкое применение химических добавок для достижения необходимых свойств бетона, снижения расхода материальных и энергетических ресурсов при изготовлении этого материала и при применении его для производства конструкций, возведения зданий и сооружений. В настоящее время предприятия по изготовлению бетона, изделий и конструкций на его основе наряду со сравнительно дешевыми добавками, получаемыми часто из промышленных отходов, все шире применяют специально синтезируемые добавки на основе дорогого химического сырья. Такие добавки-модификаторы позволяют обеспечить высокое качество бетона и в широком диапазоне регулировать его свойства, однако при оценке целесообразности их введения, замены ими традиционных дешевых добавок приходится достигаемый технический эффект соизмерять с необходимыми дополнительными затратами.

Эффективность любых технических решений, в том числе и введения химических добавок в бетон, должна определяться экономическим эффектом (Э) и коэффициентом эффективности затрат (Кэ ). Последний представляет собой отношение экономического эффекта к затратам, необходимым для его получения. Затраты на добавку (3 ) при получении бетона легко рассчитываются




где Сд - стоимость добавки на 1. м 3 бетона с учетом необходимых транспортных расходов; Д - удельный расход добавки - удельные расходы, связанные с дополнительной обработкой добавки, ее хранением, дозированием, изменением состава бетонной смеси и др.

Достигаемый экономический эффект от введения добавки (Эд ) может быть реализован как при производстве бетона, изделий, конструкций и сооружений на его основе, так и при их эксплуатации в соответствии с проектом. Полный экономический эффект от введения добавки в бетоны является смешанным, расчет его достаточно сложен и на практике обычно не выполняется.

Для производителей бетона (бетонной смеси, изделий и конструкций) важно дифференцировать экономический эффект, обеспечиваемый добавкой за счет экономии других ресурсов в процессе производства (Эд1 ), и эффект, достигаемый при применении бетона (Эд2 ). Первый непосредственно сказывается на себестоимости бетона, второй должен учитываться при назначении цены на него. Как Эд1, так и Эд2 через изменение себестоимости и цены на бетон должны активно влиять на прибыль и рентабельность предприятий-производителей. Для потребителей бетона эффективность использования добавок определяется величиной Эд2 . В зависимости от целевой установки введение одной и той же добавки может быть направлено преимущественно на достижение эффекта Эд1 или Эд2 . Известно, например, что добавки-пластификаторы могут быть использованы или для экономии цемента без ухудшения свойств бетона, или для повышения пластичности бетонной смеси и облегчения ее укладки.

В общем случае, не учитывая удельные капитальные вложения, экономический эффект от применения добавок можно найти по формуле




где Сб.д и Сб.о - стоимость бетона (бетонной смеси, изделий и конструкций) соответственно с добавкой и без нее.



На стадии изготовления бетона введение добавки позволяет удешевить его главным образом за счет уменьшения стоимости необходимых материальных ресурсов, например в результате снижения расхода цемента, перехода на другие его виды или марки и др. Неучет, однако, дополнительных затрат на добавку и нерациональность технологических решений может не позволить снизить стоимость бетона. На рис. 1 приведены для примера возможные варианты изменения эффективности введения добавки в бетонную смесь.






Пусть нормируемые свойства бетона обеспечиваются без добавки при расходе цемента Ц3 (I, рис. 1). При введении добавки можно обеспечить необходимые свойства бетона при расходе цемента Ц1 (II, рис. 1), но это будет невыгодно, т.к. стоимость бетона будет выше, чем бетона без добавки. Уменьшив расход добавки (III, рис. 1) можно обеспечить необходимые свойства бетона при компромиссном расходе цемента, и это будет самый выгодный вариант. Подобрать оптимальный расход добавки в данном случае можно перебором вариантов, основываясь на результатах подборов составов или при использовании эмпирических зависимостей, связывающих нормируемые показатели свойств с расходом добавки и другими параметрами состава [1, 2].

Затраты на добавку (Зд ) при производстве бетонной смеси оказываются оправданными, если соблюдается условие




где Зн и З'м - затраты на исходные материалы бетонной смеси без добавки и с добавкой; З пр и 3' - прочие затраты на производство бетонной смеси без добавки и с добавкой.



При выполнении условия (3) предполагается, что показатели свойств бетонной смеси с добавкой не ниже показателей без добавки.

Аналогично можно рассчитать допустимые затраты при производстве изделий, конструкций и возведении сооружений, учтя дополнительно стоимость арматуры, тепловой энергии, строительных работ.

Эффективность затрат на добавку, с позиций экономии ресурсов, можно выразить коэффициентом




где Сэ р - стоимость сэкономленных ресурсов; и ? достигаемые при введении добавки и нормируемые показатели свойств бетона.

Несмотря на значения для ряда предприятий при сложностях, связанных с поставкой цемента, топлива, пара, на первый план может выдвигаться эффект физической экономии соответствующих ресурсов при введении добавок в бетон.

Для потребителей бетона с добавками приемлемость уровня цены на него вытекает из условия




где - разность цены на бетон с добавкой и без нее; коэффициент эффективности цены на бетон с добавкой.



Качественные преимущества бетонов с добавками в конкретных условиях применения бетона могут использоваться с различной целью. Так, повышение прочности бетона может быть использовано для изменения сечения конструкций, уменьшения расхода арматуры, ускорения ввода строительных объектов в эксплуатацию и т.д. Соответственно изменяется стоимость сэкономленных ресурсов и величина коэффициента эффективности.

Для непосредственной оценки эффективности изменения тех или свойств бетона с помощью добавки при постоянных показателях других свойств или параметров состава может служить соотношение




где -сравниваемое свойство бетона с добавкой и без добавки; = (ОК-ОКО)/(СД Д), где ОК и ОКО ? осадка конуса бетонной смеси с добавками и без добавок (ОКО = 2 см).

Коэффициент эффективности качественных показателей бетона позволяет не просто указать на определенный технический эффект введения добавки (пластифицирующий, ускоряющий твердение, антиморозный и т.д.), но и определить "цену" такого эффекта. В некоторых случаях она может быть такой, что традиционные сравнительно дешевые добавки могут оказаться эффективнее, чем новейшие "супердобавки" (рис.2). Однако такой вывод является справедливым лишь когда не обязательна, при сравнении различных добавок, примерная одинаковость величины достигаемого технического эффекта. В последнем случае, т.е. при const, оценочным критерием при сравнении различных добавок являются необходимые удельные затраты на них.

Библиографический список

1. Руководство по применению химических добавок в бетоне. М.: Стройиздат, 1980.

2. Дворкин Л.И. Снижение расхода цемента и топлива в производстве сборного железобетона. К.: Вища школа, 1985. -99 с.

3. Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Проектирование составов бетона с заданными свойствами. Ровно, Изд-во РДТУ, 1999. -202 с.



О.Л..ДВОРКИН, канд. техн. наук, доц. (Украинский государственный университет водного хозяйства и природопользования, г. Ровно)