Содержание к диссертации
Введение. Общая характеристика работы 4
Глава I Методологические основы многофакторного прогнозирования свойств бетона и анализа эффективности их обеспечения
1.1 Методы многофакторного прогнозирования и основные задачи оптимального обеспечения свойств бетона И
1.2 Системный анализ-методология решения задач оптимального обеспечения свойств бетона Глава 2 Структурно-критериальный метод многофакторного прогнозирования основных свойств бетона 35
2.1 Расчет показателей удобно укладываемоети бетонных смесей
2.2 Выбор оптимального соотношения заполнителей 6/
2.3 Прогноз прочности бетона, на основе структурно-физических представлений. 66
2.4 Прогноз морозостойкости бетона 422
2.5 Проектирование составов морозостойких бетонов J46
Глава 3 Основы кибернетического прогнозирования и обеспечения свойств бетона. J63
3.1 Опыт применения математического моделирования для прогнозирования и обеспечения свойств бетона./64
3.2 Качественная структура связей свойства режим-состав бетона. Исходные условия математического моделирования /73
3.3 Построение и технологический анализ математических моделей свойств бетонной смеси и бетона /79
3.4 Решение задач оптимизации составов бетона на основе комплекса полиномиальных моделей
3.5 Корректирование математических моделей в условиях не стационарности процесса 233
Глава 4 Системный анализ эффективности технологического обеспечения свойств бетона
4.1 Построение и анализ моделей приведенных затрат 44
4.2 Анализ эффективности составов бетонных смесей по приведенным затратам и коэффициенту рационального, использования цемента
4.3 Эффективность достижения требуемых свойств бетона.с позиций энергетических затрат 2/J
4 4 Выбор оптимальной длительности тепловой обработки.
4.5 Выбор оптимальной удобно укладываемости бетонной .смеси
Глава 5 Примеры решения производственных задач прогнозирования и оптимального управления, свойствами бетона 3/4
5.1 Гидротехнический бетон АЭС 3/4
5.2 Бетон монолитных сооружений, водохозяйственных, и. ГИДт-роэнергетических объектов ,
5 3 Бетон сборных железобетонных конструкций 345
5.4 Управление составами бетона с применением оперативного корректирования математических, моделей 353
Общие выводы. 36/
Список литературы
Приложения 304
Приложения к главе 2.
Приложения к главе 3
Приложения к главе 4
Приложения к главе 5.
Материалы внедрения
Введение к работе
Проблема, Актуальность работы. Главными направлениями развития всех отраслей народного хозяйства нашей страны на современном этапе являются всемерное повышение качества продукции и эффективности общественного производства. Применительно к промышленности по производству бетона и железобетонных конструкций с характерно высоким уровнем материалоемкости, трудоемкости, энергетических затрат эти направления имеют особую актуальность.
В отчетном докладе на ХХУІ съезде КПСС товарищ Л.И.Брежнев сказал: "Нацеленность на экономию, на более полное и рациональное использование того, чем располагает страна, требует нового подхода ко многим вопросам хозяйствования". Составной частью такого нового подхода к вопросам хозяйствования в производстве бетона и железобетонных конструкций должен служить всесторонний анализ эффективности достижения требуемого уровня качества продукции на основе объективных количественных зависимостей. Для выполнения такого анализа необходима разработка методологии многофакторного прогнозирования свойств бетона, критериев и принципов их оптимального обеспечения применительно к конкретным производственным условиям. Работа посвящена исследованию основных теоретических и практических аспектов этой проблемы, созданию системы необходимых технологических расчетов.
Развитие системы технологических расчетов должно базироваться как на основе теоретических положений, установленных при с \-изучении физического механизма процессов., так и на кибернетических представлениях, позволяющих создать математические модели, описывающие внешние функциональные зависимости бетона как сложной многофакторной системы. Целесообразность объединения этих двух подходов применительно к таким сложным объектам исследова - 5 ния как бетон и его технология следует из сущности диалектико-материалистической гносеологии, предполагавщей эффективное использование различных способов научного познания, направленных на выяснение внутренней природы и сущности предметов и явлений, законов их функционирования и развития.
Анализ и оптимизация технологических решений в условиях современного производства бетона и железобетонных изделий с его многочисленными связями требуют применения системного подхода, сущность которого заключается в комплексном изучении объекта исследования, четком определении критериев эффективности, установлении и решении количественных зависимостей между ними и основными факторами с привлечением современной математической теории [5,43, 145, І20, J33, JV6,234 Jт.
Основными предпосылками постановки и решения проблемы являются результаты многолетних теоретических исследований закономерностей структура-состав-свойства бетона, выполненных как у нас в стране, так и за рубежом; методические обоснования и накопленный опыт математического моделирования в технологии бетона; создание в отрасли базы ЭВМ и другой вычислительной техники. Вместе с тем сложность процессов структурообразований, многообразие производственных факторов, определяющих эффективность технологических решений, обусловливают сложность и многоплановость рассматриваемой проблемы. Концепция работы заключается в том, что решение проблемы многофакторного прогнозирования свойств бетона и эффективного их обеспечения должно быть основано на рациональном сочетании струк-I турно-критериальных и кибернетических представлений, а также системном подходе.-,
Цель исследования - разработать научные основы прогнозирования и обеапечения свойств тяжелого цементного бетона, позволяющие:
оперативно учитывать в задачах прогнозирования и управления влияние наиболее важных технологических факторов на основные свойства бетонной смеси и бетона (подвижность, жесткость, прочность, морозостойкость, водонепроницаемость);
проводить анализ эффективности и выбирать наилучшие технологические решения при назначении составов бетона, определении вида исходных материалов и добавок, режимов тепловой обработки, удобоукладываемости смеси и других параметров в условиях различных критериев оптимальности, направленных на максимальную или рационально обусловленную экономию цемента, топлива, трудовых ресурсов и приведенных затрат.
Для реализации поставленной цели потребовалось решить следующие основные задачи:
обосновать комплексный подход при исследовании проблемы,применяя основные положения структурно-технологической теории и общей теории систем;
разработать систему структурно-критериальных и кибернетических моделей показателей свойств бетона, определить способы иж совместного решения и адаптации;
исследовать основные закономерности и получить количественные оценки комплексного влияния технологических фактороз на свойства бетона и технико-экономические параметры;
разработать принципы системного анализа эффективности обеспечения свойств бетона, критерии и условия принятия оптимальных решений при выборе требований к бетону, исходных компонентов бетонной смеси и их соотношения, режима твердения;
внедрить в практику разработанные методики и обосновать экономическую эффективность их применения.
Научная новизна:
разработаны теоретические основы структурно-критериального прогнозирования удобоукладываемости смеси, прочности и морозостой кости бетона, позволяющие учитывать влияние на свойства бетона особенностей цементного теста и цементного камня (нормальной густоты, верхнего предела тиксотропии, водоцементного отношения), характеристик заполнителей (пустотности, удельной поверхности, водопотребности), факторов состава смеси, в том числе содержания эмульгированного и защемленного воздуха, условий и длительности твердения;
обоснована возможность обеспечения требуемых свойств бетонной смеси и бетона с применением комплексов адаптируемых многофакторных математических моделей;
увеличена разрешающая способность способов проектирования составов .бетона (количество обеспечиваемых параметров и учитываемых факторов), разработаны алгоритмы совместного решения моделей показателей свойств бетона и введения их в традиционные схемы рас-четно-экспериментальных методов;
предложена система количественных зависимостей и критериев, позволяющих проводить анализ эффективности обеспечения свойств бетона и выбор технологических параметров при всесторонней оценке возможных альтернатив в различных условиях оптимальности.
Практическое значение:
дана оценка эффективности различных видов и марок портландцемента , заполнителей бетона и добавок-регуляторов свойств,соотношения компонентов бетонной смеси, режимных параметров тепловой обработки, показателей подвижности и жесткости при различном сочетании проектных требований к бетону и условий оптимальности;
- получены базовые количественные зависимости расхода цемента, критериев рационального использования цемента и топлива, величины удельных приведенных затрат при изменении активности и нормальной густоты цемента, содержания эмульгированного воздуха, длительности тепловой обработки, величины отпускной прочности и возраста бетона для бетонов с различными проектными требованиями по прочности, морозостойкости и водонепроницаемости;
разработаны расчетно-экспериментальные методы проектирования и управления составами бетона с применением ЭВМ и номограмм, полученных при решении математических моделей;
определены объективно обусловленные соотношения показателей прочности, морозостойкости и водонепроницаемости бетона при использовании типовых материалов и варьировании основных технологических факторов.
Автор защищает:
экспериментально-теоретические обоснования интегральных структурных критериев основных нормируемых свойств бетонной смеси и бетона: удобоукладываемости, прочности на сжатие и морозостойкости;
систему критериальных уравнений для прогноза показателей подвижности и жесткости смеси, прочности и морозостойкости бетона при различных особенностях исходных материалов;
расчетные зависимости для определения коэффициента раздвижки зерен крупного заполнителя цементно-песчаным раствором и доли песка в смеси заполнителей,, отражающие влияние объема цементного теста и его консистенции, а также объема вовлеченного воздуха;
расчетные зависимости для определения водоцементного отношения цементного теста в бетоне с учетом влияния нормальной густоты и степени гидратации;
количественные зависимости коэффициентов в формуле прочности от основных параметров макро- и микроструктуры бетона;
комплекс квадратичных полиномиальных математических моделей свойств бетонной смеси и бетона на портландцементе с минеральными добавками и гидрофобном портландцементе, позволяющих получить системное представление о совместном влиянии основных технологических факторов на водопотребность бетонной смеси, объем эмульгированного воздуха, оптимальную долю песка в смеси заполнителей, прочность, морозостойкость и водонепроницаемость бетона в условиях тепловой обработки и нормального твердения;
алгоритмы проектирования оптимальных составов бетона по комплексу свойств, включая морозостойкость и водонепроницаемость, с применением ЭВМ, структурно-критериальных и кибернетических моделей ;
способ управления составами бетона с применением адаптируемых в нестационарных производственных условиях математических моделей;
критерии рационального использования цемента и топлива при производстве бетона и железобетонных изделий и математические модели приведенных затрат;
результаты системного анализа эффективности обеспечения свойств бетона и количественные зависимости для выбора исходных компонентов и удобоукладываемости бетонной смеси, а также режимных параметров твердения бетона.
Внедрение в производство. Внедрение результатов выполненных экспериментально-теоретических исследований, осуществлялось путем решения задач многофакторного прогнозирования свойств бетона и анализа эффективности их обеспечения при строительстве атомных электростанций, гидро- и теплоэнергетических, водохозяйственных объектов, объектов дорожного и сельского строительства, а также на заводах сборного железобетона. Для конкретных условий строительств Ровенской, Чернобыльской, Хмельницкой АЭС, Киевской ГАЭС и Трипольской ГРЭС, защитных сооружений г.Киева, объектов трестов "Ровнодорстрой" и "Ровносельстрой", Днепро-Брагинского и Стрыйского гидроузлов, заводов ІБЙ Минсельстроя УССР были обоснованы оптимальные решения при выборе проектных требований к бетону, вида цемента, заполнителей и добавок, составов бетонных смесей, технологических режимов. Разработанные количественные зависимости и номограммы использованы для оперативного управления свойствами бетона и повышения его качества.
Разработанные методики технологических расчетов вошли в пособия, а также справочник "Материалы и изделия в мелиоративном строительстве" (Киев, Будівельник, 1982) и применяются при обучении, студентов, строительных специальностей вузов.
Апробация исследований. Материалы исследований доложены на 20 Всесоюзных и Республиканских конференциях, координационных совещаниях и семинарах.
Результаты работы и разработанные методики нашли отражение в рекомендациях и руководствах, изданных институтами НИИІБ и ВНИИГиМ, трестом "Укроргтехсельстрой" Минсельстроя УССР. Основные материалы, диссертационной работы изложены в 58 публикациях.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и выводов; содержит 29.0 страниц машинописного текста, 74 рисунков, 64 таблиц и список литературы, включающий зоз наименований.
