Стабилизация прочности бетона в производственных условиях
Технологический процесс производства железобетонных изделий относится к классу многостадийных, в которых управления качеством готового изделия (например, его прочностью) является сложной зависимостью. В связи с этим возникает необходимость экспериментального поиска значении технологических факторов, обеспечивающих стабильность прочности бетона и оптимальные формы протекания процесса.
На практике, как правило, задача выбора значений технологических параметров решается методом проб. Такой подход исключает возможность гибкого управления технологическим процессом из-за возникновения фактора временной задержки введения корректив, что приводит к непроизводительным затратам материальных и энергетических ресурсов, увеличению стоимости изделий и, как следствие, к снижению эффективности производства, поэтому решение вопросов обеспечения прочности бетонов на заданном уровне, включающих разработку методов оперативных расчетов оптимальных технологических параметров, а также их допустимых отклонений для выпуска изделий проектного уровня прочности с требуемым коэффициентом вариации ЛСж бетона в изделиях, имеет важное значение.
На первых этапах создания методики стабилизации прочности бетона целесообразно исследовать отдельные технологические переделы. Реализация такого подхода при построении математической модели позволяет при необходимости ограничиться подбором оптимальных режимов для отдельных технологических участков, определением допустимых отклонений их параметров для обеспечения заданного коэффициента вариации прочности бетона. В то же время разработанные модели отдельных переделов (частные модели) позволяют при введении некоторых допущений «формировать общую математическую модель технологии и решить комплекс задач стабилизации прочности бетона с введением адаптивного управления режимами.
При использовании предложенного метода моделирования наиболее целесообразно разделять технологический процесс с выделением таких переделов (подпроцессов), как, например, приготовление бетонной смеси, виброуплотнение, тснловлажиостная обработка. Так, управляющими факторами в первом подпроцессе могут служить отношения вода/цемент (В/Д), песок/цемент (Л/Ц), щебенъ/цемент [ЩЩ) и т. п. В случае широкой номенклатуры используемых материалов, частого изменения характеристик вяжущего и заполнителей возможно построение обобщенной модели технологии первого передела, учитывающей изменение этих характеристик. Однако следует иметь в виду, что при этом возрастут погрешности моделирования технологии из-за введения операции аппроксимации.
В то же время для построения обобщенной математической модели, учитывающей изменение характеристик вяжущего и заполнителей, в любом случае необходимы экспериментальные данные. Поскольку для обеспечения достаточной оперативности управления определение оптимальных режимов процесса и вычисление корректирующих воздействий должно производиться с привлечением ЭВМ, более предпочтительным, на наш взгляд, является создание библиотеки моделей, объединяющей необходимый массив данных, хранящийся в памяти машины.
Управляющие факторы второго подпроцесса объединяют режимы операций по формованию изделий и зависят от применяемого метода формования. При внброуплотненни в качестве управляющих (факторов могут выступать; время выдержки бетонной смеси до начала приложения механических воздействий (ТБЫД ), время вибрирования (тВИбр). амплитуда вибрирования (Л0), время выдержки до начала процесса ускоренного твердения (твыдг).
Регулирование У1 в производственных условиях в настоящее время затруднительно. Этот фактор выбран переменным с целью расширения возможности получаемых моделей при использовании различного оборудования, а также для оценки других параметров технологии в случае изменения величины Ав.
В третьем подпроцессе управляющими факторами могут служить время подъема температуры (тЕ), время изотермического прогрева, температура изотермии и т. и.
Необходимость управления режимами может возникнуть при невозможности поддержания оптимальных параметров процесса по внешним причинам (например, пониженная f изотермы и т. п.), а также при отклонении Rem в готовых изделиях к границе допустимого отклонения. В этих случаях производится пересчет моделей с участием необходимых (факторов с зафиксированными параметрами (например, данными по составу и /). Результаты расчета представит необходимые зиачеинн остальных технологических факторов для обеспечения требуемой прочности бетона.
Для обеспечения необходимой оперативности расчетов разработанная методика реализована в внде алгоритма, по которому составлен пакет программ для ЭВМ ЕС. Результатом вычисления является массив данных, позволяющих оптимизировать технологический процесс с позиций эффективного расхода материалов и энергетических ресурсов. Для переделов виброуплотнения и тепловлажностной обработки предусмотрены одновременный расчет режимов, обеспечивающих минимизацию времени протекания процесса производства в целом.
Методика организации стабильного технологического процесса апробирована, в частности, на заводе сборного железобетона в Могилеве. Характеристика исходных материалов: портландцемент марки М 400 Кричевского завода: песок крупностью 2,1—3 мм; щебень Новоград-Волынского месторождения фракции 20—40 мм.
Для выяснения влияния параметров первого подпроцесса на прочность бетона был поставлен эксперимент по плану Бокса—Уилсона. Значения параметров в центре плана были зафиксированы на уровне: ВЩ = 0,5; П/Ц = = 1,69; 1ДЩ = 2,79. Диапазон варьирования переменных (Я) составлял 10%.
Параметры факторов второго и третьего подпроцессов имели следующие значения (в скобках показаны диапазоны (в %) изменения параметров): тШ1бр=120 с (±75); Дв = 0,4 мм (±50); Твыл2=2 Ч (±50); т = 2 ч (±50); t = 6 ч (±16,6); f=60°С (±12,5).
Для виброуплотнения и тепловлажностной обработки (второго и третьего подпроцессов) аналогичная задача решалась с использованием ПФЭ. Каждый подпроцесс исследовали при параметрах двух других подпроцессов, зафиксированных на указанных выше уровнях.
Массивы полученных данных позволили сформировать следующие частные математические модели влияния вариации технологических факторов отдельных переделов на стабильность прочности бетона:
Использование разработанной методики стабилизации прочности бетона позволило получить комплекс технологических расчетов, необходимых для совершенствования технологического процесса. Для рассматриваемого примера (первый подпроцесс) данные приведены в таблице. Расчет произведен из условия обеспечения Rex — 20 МПа
и коэффициента вариации прочности бетона 1 = 10%. )
Внедрение разработанной методики стабилизации режимов технологического: процесса позволило снизить расход вя=жущего на 3% в результате сниженw коэффициента вариации прочности бе тона [3], а также подобрать рациональные режимы его тепловлажностной обработки.
Подробнее с рассмотренной метод кой и опытом ее практического применения можно ознакомиться в ХИС” (310002, Харьков, Сумская, 40).