6.3. Разработка концепции создания мелкозернистых
бесцементных золошлакобетонов

Поскольку для бесцементных бетонов с нетрадиционными заполнителями у нас не существует формул, ГОСТов и Рекомендаций на подбор составов и технологию их приготовления с оптимальными характеристиками, то в работе использовали натурно-модельный подход. Такой же подход предлагают в своей недавно опубликованной работе "Развитие теории формирования структуры и свойств бетонов с техногенными отходами" крупные ученые в области бетоноведения Ю.М.Баженов, Л.А.Алимов и В.В. Воронин [105].

Было проведено два этапа исследований с применением компьютерной техники, а именно:

  • 1) разработка интегральной трехмерной схемы подбора состава бетона, состоящего из трех основных компонентов (зола-унос, шлаковый песок и микрокремнезем);
  • 2) оптимизация режимов термообработки бетонов.

116

Традиционные методы имитационного моделирования с использованием моделей внутренней структуры бетонов, полученных на основе фундаментальных закономерностей и регрессивных моделей, построенных по экспериментальным данным имеют ряд существенных недостатков. Поэтому и был выбран натурно-модельный подход [106], где объект исследования и оптимизации представляется комплексным натурно-модельным блоком из неразрывно связанных:

  • 1) натурных блоков или представляющих их типопредставительных базовых сценариев в виде информационного отображения, например, динамики внешних условий (компонент исходной смеси), технологических режимов приготовления и показателей свойств бетонов;
  • 2) пересчетных математических моделей вариаций внешних условий (компонент смеси) и технологических режимов в вариациях свойств бетона в окрестностях базовых сценариев.

Так как процесс производства бетона состоит из совокупности многих технологических процессов, то полная имитационная модель включает в различной компоновке натурно-модельные блоки [107] процессов дозирования (компонент смеси), перемешивания, формования изделий и их тепловой обработки, а также последующего применения готовых изделий. В нашей работе мы использовали два основных процесса, которые отличаются от обычных бетонов, а именно: соотношение компонентов смеси и термообработка бетона.

В ходе исследования и оптимизации свойств бетона описанное имитационное моделирование объединялось со специальными натурными экспериментами и поисковыми оптимизационными процедурами [108]. Так, например, в окрестности полученных натурных результатов варьировали по плану эксперимента соотношения компонентов смеси и рассчитывали соответствующие новым соотношениям показатели свойств бетона за счет перриориентировки натурных показателей. При больших значениях варьируемых соотношений проводился уже натурный эксперимент. Эффективность вариантов решений оценивали по прочностным свойствам и средней плотности бетонов.

Использование в исследованиях компьютерной техники позволило значительно сократить время и трудозатраты, а также получить более эффективные результаты по составу компонентов бетона и прогнозированию его свойств.

Описанная процедура исследования и оптимизации конкретизирована для определения оптимального соотношения

117

компонентов в процессе приготовления смеси (ПС) и режимов термообработки (ТБ).

Схема системы оптимизации двух последовательно соединенных натурно-модельных блоков представлена на рисунке 6.5.

 Рис. 6.5. Схема системы автоматизации
Рис. 6.5. Схема системы автоматизации

В состав векторов натурных VН ПС и модельных YМ ПС компонентов включены: количество высококальциевой золы, количество ферросплавной пыли и количество вводимого шлакового песка. Процесс приготовления смеси охарактеризован векторами YН ПС и

118

YМ ПС, включающими соотношение между компонентами смеси.

Процесс термообработки блока (ТБ) характеризуется временем выдержки перед термообработкой, температурой прогрева и временем изотермической выдержки. Качество бетона YН ТБ и YМ ТБ оценивается его прочностью на сжатие.

Пересчетные математические модели в окрестности натурнореализованных процессов приготовления смеси и термообработки бетона были приняты в следующем виде:

YМТБ - YНТБ(i) + 
JТБ
Σ
VТБ = 1
 kNjТБ (i) [VМ ТБ (i) – VНТБ (i) ];
(1)

VНТБ (i) ∈ { YН ПС (i), δ VН ТБ (i) } ;(2)

VМТБ (i) ∈ {YМПС (i), δ VМТБ (i) };(3)

YМПС (i) = YН ПС (i) + 
JПС
Σ
VПС = 1
 kN jПС (i) [VМПС (i) - VН ПС (i)],
(4)

где kN jТБ (i) и kN jПС (i) - коэффициенты пересчета вариаций входных действий [VМ ТБ (i) – VНТБ (i) ] и [VМПС (i) - VН ПС (i)] в вариации входных воздействий δY (i) и δYПС (i) для каждого i-того цикла приготовления бетона.
Эти коэффициенты уточняются для каждого натурно-реализованного режима приготовления бетона (N - номер натурного эксперимента);
JТБ и JПС - число учитываемых факторов для процесса термообработки бетона и приготовления смеси.

Коэффициенты kjТБ и kjПС пересчитанных математических моделей использовали для определения YМТБ и YМПС в заданной окрестности. Если вариации [VМ ТБ (i) – VНТБ (i) ] и [VМПС (i) - VН ПС (i)] превышали заранее заданным интервалам, то проводился натурный эксперимент. Причем значения VН ТБ и VН ПС новом натурном эксперименте отличались от значений этих же факторов в предыдущем натурном эксперименте на величину, равную двум заданным интервалам.

119

После проведения натурного эксперимента уточнялись значения коэффициентов kN JТБ и kN jПС по выражениям:

kN J  = k N-1 j   + δkN j(5) δkN j
[(YN - YN-1)-
Y
Σ
j = 1
 (VN j - V N-1 j )](VN j - V N-1 j )
γ + 
N
Σ
j = 1
 (VN j - V N-1 j )2
(6)

где γ - постоянный коэффициент, выбираемый исходя из желаемой сходимости процедуры (6).

Уточненные значения коэффициентов использовались вновь в окрестностях натурно-реализованного режима.

В качестве оптимизационной процедуры был выбран симплексный поиск [108].

Применение представленной процедуры исследования и оптимизации позволяет в 5-10 раз сократить число натурных экспериментов практически без потери точности получаемых результатов.

120

Rambler's Top100
Lib4all.Ru © 2010.