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.

В состав векторов натурных V^Н _ПС и модельных Y^М _ПС компонентов включены: количество высококальциевой золы, количество ферросплавной пыли и количество вводимого шлакового песка. Процесс приготовления смеси охарактеризован векторами Y^Н _ПС и

118

Y^М _ПС, включающими соотношение между компонентами смеси.

Процесс термообработки блока (ТБ) характеризуется временем выдержки перед термообработкой, температурой прогрева и временем изотермической выдержки. Качество бетона Y^Н _ТБ и Y^М _ТБ оценивается его прочностью на сжатие.

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

Y^М_ТБ - Y^Н_ТБ(i) + 

JТБ

Σ

VТБ = 1

 k^N_jТБ (i) [V^М _ТБ (i) – V^Н_ТБ (i) ];(1)

V^Н_ТБ (i) ∈ { Y^Н _ПС (i), δ V^Н _ТБ (i) } ;(2)

V^М_ТБ (i) ∈ {Y^М_ПС (i), δ V^М_ТБ (i) };(3)

Y^М_ПС (i) = Y^Н _ПС (i) + 

JПС

Σ

VПС = 1

 k^N _jПС (i) [V^М_ПС (i) - V^Н _ПС (i)],(4)

где k^N _jТБ (i) и k^N _jПС (i) - коэффициенты пересчета вариаций входных действий [V^М _ТБ (i) – V^Н_ТБ (i) ] и [V^М_ПС (i) - V^Н _ПС (i)] в вариации входных воздействий δY_TБ (i) и δY_ПС (i) для каждого i-того цикла приготовления бетона.
Эти коэффициенты уточняются для каждого натурно-реализованного режима приготовления бетона (N - номер натурного эксперимента);
J_ТБ и J_ПС - число учитываемых факторов для процесса термообработки бетона и приготовления смеси.

Коэффициенты k_jТБ и k_jПС пересчитанных математических моделей использовали для определения Y^М_ТБ и Y^М_ПС в заданной окрестности. Если вариации [V^М _ТБ (i) – V^Н_ТБ (i) ] и [V^М_ПС (i) - V^Н _ПС (i)] превышали заранее заданным интервалам, то проводился натурный эксперимент. Причем значения V^Н _ТБ и V^Н _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 k^N _JТБ и k^N _jПС по выражениям:

k^N _J  = k ^N-1 _j   + δk^N _j(5) δk^N _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