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, в том числе закона конгруэнции, закона створа, закона прочности и т.д.; 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 на 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.

Первый этап предусматривает 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 свойств 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 1 т, или на 1 м³, или на иное 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 прочности 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 - в зависимости от назначения ИСК.

Второй операцией на этом этапе проектирования служит определение состава плотной смеси заполнителя рн.

Третья операция (и наиболее емкая) - 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 температуры и скорости приложения нагрузки.

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 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.

Рациональная последовательность проектирования состава ИСК в общем виде производится в несколько этапов. В последующих главах приведены конкретные примеры проектирования при безмашинном и машинном способах.

Первый этап состоит в определении расчетной прочности 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 и мелкого - М) расчетным или, что чаще, экспериментальным путем с определением соотношения по массе 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).

Деформационные свойства ИСК оптимальной структуры Строительное материаловедение Теория долговечности ИСК