НАУЧНЫЕ ПРИНЦИПЫ И ОБЩИЙ МЕТОД ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОСТАВА ИСК ОПТИМАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ
Оптимизацию структуры и научно-обоснованное определение вещественного состава различных искусственных конгломератов осуществляют общим (единым) методом проектирования. Могут быть методы и специфические, разработанные применительно к каждой разновидности конгломерата. Некоторые специфические особенности выделяются и при применении общего (единого) метода. Однако остаются неизменными научные принципы, лежащие в основе проектирования состава любым методом. К главным научным принципам относятся: наибольшее приближение технологических режимов и параметров, используемых в лабораторной практике проектирования состава, к реальной технологии производства конгломератной смеси и изделий; обеспечение возможно большей равномерности распределения частиц разной крупности, пор, поверхностей раздела фаз и других структурных элементов по объему материала; обеспечение заданных свойств на уровне числовых значений экстремумов при оптимальной структуре; применение общих объективных закономерностей, присущих конгломератным материалам оптимальной структуры и, в том числе, закона конгруэнции, закона створа, закона прочности и других; использование общего метода и средств проектирования оптимального состава, и точная реализация проектного состава на производстве.
Практическая цель проектирования заключается в определении расхода исходных компонентов (по массе) на одну тонну или один кубический метр плотной смеси. После формования, уплотнения и отвердевания смесь приобретает оптимальную структуру ИСК, которому придана форма изделия или конструкции, используемых при монтаже зданий и сооружений в строительстве.
Реализация общего метода проектирования оптимального состава ИСК является существенной частью технологического процесса, которая в свою очередь является гарантом высшего качества изготовляемой продукции в соответствии с полученным проектным составом. Этот метод включает три этапа.
Рис. 3.14. Зависимость насыпной плотности смеси заполнителей (ρн) от содержания в ней песка (П)
Первый этаппредусматривает выполнение ряда исходных операций: обоснование главных показателей строительно-эксплуатационных свойств конгломерата, исходя из тщательного анализа реальных условий работы его в конструкциях; выбор исходных материалов, соответствующих их функциональному назначению как компонентов конгломерата; определение или проверка, если были указаны, технических свойства принятых материалов с привлечением стандартных нормативов и с учетом производственных или назначаемых по проекту технологических параметров и режимов. Для ответственных строительных объектов результаты первого этапа проектирования состава конгломерата могут быть рассмотрены совместно со строительной организацией (заказчиком) как своеобразное техническое задание.
Второй этап — расчетно-экспериментальный и предназначен для определения расхода принятых компонентов на одну тонну, или на 1 м3, или на другое количество смеси (например, на один замес смеси в объеме смесительного аппарата). Он выполняется в определенной последовательности операций, исходя из основных зависимостей в их математических выражениях, которые можно использовать в программах, реализуемых в дальнейшем с помощью машинной техники. Первая операция в этой последовательности — определение расчетной активности принятого вяжущего вещества и минимального фазового отношения, т. е. R* и с*/ф. Впрочем, определение расчетной активности более часто относят к первому этапу проектирования состава при технической оценке исходных материалов. Вместо прочности может быть принято другое свойство материала — упругая деформация, плотность, вязкость, морозостойкость и т. п., в зависимости от назначения ИСК. Второй операцией на этом этапе проектирования служит определение состава плотной смеси заполнителя ρн (рис. 3.14). Третья и наиболее емкая операция — выявление количества исходных компонентов в смеси, из которой формуют конгломерат. Она выполняется с помощью формул и расчетных характеристик, безмашинным способом или с привлечением электронно-вычислительных машин. При необходимости определяют показатели тех же свойств при других значениях Т и ν.
Третий этап — изготовление пробного замеса проектного состава, по возможности в производственных условиях, например в смесительном цехе завода. С помощью лабораторных испытаний устанавливают качество смеси и отформованного конгломерата по всем предусмотренным свойствам. Особо устанавливают наличие оптимальной структуры, например по индикатору подобия или по кривым оптимальных структур. Если отмечены отклонения, то производят корректирование состава. Последнее может потребоваться и при выпуске массовой продукции на заводе, если исходные материалы получают время от времени другого состава и других свойств, чем были приняты в лаборатории на стадии проектирования состава.
Ниже детализируется рациональная последовательность проектирования состава ИСК в общем виде с изложением в некоторых последующих главах конкретных примеров при безмашинном и машинном способах.
Первый этап: определение расчетной активности вяжущего вещества (R*) как матричной части ИСК и минимального значения с*/ф, обеспечивающего при принятых технологических параметрах оптимальную структуру. Для этого из смеси вяжущего вещества с 3—4 различными с/ф, отличающимися между собой обычно на величину 0,02—0,05, изготовляют образцы, установленные стандартами при оценках свойств испытуемого материала. Для первых прикидочных опытов образцы могут приниматься меньших размеров в целях экономного расходования исходных компонентов. После всех испытаний и графического построения функции R =f(с/ф) находят и, при необходимости, уточняют искомое значение с*/ф при наибольшей прочности вяжущего вещества R*.
На первом этапе устанавливают также состав плотной смеси заполнителя (крупного — К имелкого — М) расчетным или, что чаще, экспериментальным путем с определением соотношения по массе величины М/К.
Второй этап начинается с уточнения конкретных математических зависимостей, которыми предстоит воспользоваться в расчетах по составу конгломератной смеси. Здесь потребуется выполнить также две операции, одна из которых является вспомогательной (экспериментальной), другая — основной (расчетной).
Вспомогательная операция необходима для определения показателей степени n и m, используемых в формулах прочности и составов. Для этого по лабораторным данным строят кривую оптимальных структур (рис. 3.15) при произвольно выбранном значении (с/ф)A в точке А на этой кривой. Находят величину Rа на кривой ДВЕ, а также значение (с+ф)B в точке В. Прочность Rа имеется и на кривой KL, которой к началу эксперимента хотя еще и нет, но о ее вероятном существовании, как кривой оптимальных структур на плоскости х—у из теории ИСК известно. И тогда полученных данных Rа, (с/ф)B, (с/ф) достаточно, чтобы определить значения показателей степени n и m, согласно формулам (3.3) и (3.4), поскольку другие требуемые значения R* и с*/ф уже были определены на первом этапе проектирования, а именно:
Рис. 3.15. Графики кривых оптимальных структур в пространственной системе координат R=f(с/ф; с+ф) (а) и на плоскостях R=f1(с/ф); R=f2(с+ф1); с/ф=f3(с+ф1) (б); с+ф=100–(п+щ) в %
Здесь важно учитывать, что величина n является постоянной, тогда как m — переменная, требующая корректирования для других значений с/ф или R. На этом вспомогательная операция второго этапа завершена. Следует переход к основной операции этого этапа — начислению количества расходов компонентов в проектном составе смеси. Рациональная последовательность расчетов:
а) искомое фазовое отношение вяжущего вещества, пользуясь формулой (3.4), а именно: где Rзад – величина прочности ИСК, состав которого проектируется;
б) искомое с+ф конгломерата, пользуясь формулами (3.3) и (3.4), а именно: где mx отличается от ранее полученного значения m, так как определяется при новом значении (с/ф)иск, а не при прежнем (с/ф)А, а именно:
в) искомое количество жидкого компонента с на 1 т смеси:
г) искомое количество дисперсного твердого компонента смеси на 1 т:
д) искомое количество заполнителя: М+К=100 – (с+ф)иск;
е) искомое количество мелкого компонента в заполнителе при ранее найденном отношении М/К, а именно:
ж) искомое количество крупного компонента в заполнителе:
Все найденные значения с, ф, М, К умножены на 10 потому, что в 1 т (1000 кг) каждый 1% составляет 10 кг.
При необходимости производят перерасчет массы компонентов на 1 м3 конгломератной смеси (без учета воздушных пор) в следующей последовательности:
а) определение абсолютных объемов исходных материалов (при условии, что известны или были найдены на первом этапе проектирования значения их истинных плотностей δс, δф, δM и δK), необходимых для образования 1 тонны смеси (л):
10∙с/δс; 10∙ф/δф; 10∙M/δM; 10∙К/δК;
б) определение средней плотности конгломератной смеси (кг/м3):
в) определение материалов на 1 м3 конгломератной смеси (кг/м3):
жидкой среды: с∙γиск;
твердой фазы: ф∙γиск;
мелкого заполнителя: М∙γиск;
крупного заполнителя: К∙γиск.
Третий этап: приготовление контрольного замеса (лучше в производственных условиях) с оценкой его качественных характеристик. При необходимости корректируют проектный состав с учетом влажности используемых минеральных компонентов смеси. Запроектированный и откорректированный состав передают на производство для использования его в строительстве.
Дата добавления: 2015-09-18; просмотров: 784;