Экспериментальное исследование процесса проектирования бетонных смесей на имитационной модели

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Орловский государственный технический университет

Экспериментальное исследование процесса проектирования бетонных смесей на имитационной модели

Д-р техн. наук, проф. Суздальцев А.И.

The experimental outcomes of concrete mix design simulation models are given in this issue. The comparison of the concrete mix designing methods is indicated by the authors within the graphics and tables. The advantages of fuzzy simulation model with quality forecast in terms of decreasing the time for concrete mix composition designing are also given.

С целью сокращения времени, затрачиваемого на проектирование составов бетонных смесей, а также материальных и людских ресурсов, авторами были разработаны компьютерные имитационные модели, в основу которых положены типовые методы проектирования составов бетонных смесей и теория нечетких множеств. Эксперимент проводился на базе строительной лаборатории ОАО «Мостострой-66»(г.Орел).

Для эксперимента был выбран следующий вариант входных данных:

активность цемента - 500 кг/см²;

требуемая прочность готового изделия - 375 кг/см²;

влажность песка - 1%;

требуемая подвижность смеси (ОК) - 12 см.

Традиционно, если считать, что состав с входными данными указанными выше, является новым на производстве, то первоначально необходимо провести экспериментальные исследования для него. Первоначально осуществляется проектирование состава расчетным методом длительностью t₁ = 4 часа. Затем планирование эксперимента с использованием факторного анализа длительностью t₂ = 8 часам. Далее образцы выдерживаются в течении 28 суток согласно требованиям к определению прочности образцов бетона. Данные испытаний подвергаются статистической обработке - t₄ = 12 часов, в результате чего мы имеем уравнение регрессии, отражающее зависимость качества бетона от некоторых характеристик. Общее время проведения всех вышеперечисленных операций Т в этом случае будет приблизительно равняться 31 суткам.

В соответствии с ГОСТ 10180-90 были проведены испытания 5 образцов бетона. Результаты прочности измерялись молотком для испытаний бетона DIGI-Schmidt2, предназначенным для неразрушающего контроля прочности на сжатие бетонных и железобетонных изделий с возможностью отображения информации на ЖК-дисплее. Средняя прочность рассчитывалась исходя из 50 результатов измерений для каждого образца. Данные о средней прочности каждого из 5 образцов на 28 сутки занесены в таблицу 1.

Таблица 1. Результаты экспериментального определения прочностных характеристик.

Графически результаты эксперимента представлены на Рисунке 1, где R_треб - требуемая прочность бетона на 28 сутки (375 кг/см²); R_треб±Д - допустимая прочность на 28 сутки согласно ГОСТ 10180-90 (375±6.75 кг/см²). Из рисунка и таблицы видно, что максимальное отклонение от заданной прочности составляет 17 кг/см² или 4,5%. Время, затраченное на подготовку к испытаниям и обработку данных равняется 3 дням.

Рисунок 1. Сравнение результатов экспериментальных данных и требуемой прочности образцов бетона.

Параллельно те же самые входные данные подверглись обработке с помощью, разработанных компьютерных программ «ФоБеС-01»[1,2] - этап проектирования состава бетонной смеси и «Эксперимент»[3,4] - этап планирования и обработки данных. На это ушло суммарное время равное 1 дню. В итоге суммарное время процесса сократилось до 29 дней.

Рисунок 2. Сравнение результатов экспериментальных данных и требуемой прочности образцов бетона при использовании программ «ФоБеС» и «Эксперимент».

проектирование бетонная смесь

И, наконец, все те же входные данные подверглись обработке на разработанной имитационной компьютерной модели, основанной на математической модели нечеткого проектирования составов с прогнозированием качества[5]. Нечеткая модель состоит из двух нечетких моделей:

нечеткая модель проектирования составов бетонных смесей;

нечеткая модель прогнозирования качества готового бетона.

Четкие входные данные преобразовывались в лингвистические и с помощью нечетких правил первого рода определялся состав бетонной смеси в нечеткой форме, по которому согласно нечетких правил второго рода получали первое значение прогноза Результат прогноза преобразовывался в четкое значение прочности и сравнивался с заданной прочностью. При рассогласовании данных о прочности больше заданного допуска виртуально изменялся состав бетонной смеси и по нечетким правилам второго рода осуществлялся второй шаг прогноза и т.д. до того момента, пока прогнозируемое значение прочности отличалось от заданного не более значения заданного допуска.

Время проектирования и прогнозирования составляет 2-3 минуты. Результаты нечеткого моделирования представлены в Таблице 2.

Таблица 2. Результаты определения прочностных характеристик на имитационной модели.

Графически результаты исследования на имитационной модели и требуемая прочность представлены на Рисунке 3, где R_тax - максимальное значение прочности для нечеткого диапазона, соответствующего требуемой прочности (390 кг/см²); R_тin - минимальное значение прочности для нечеткого диапазона.

Рисунок 3. Результаты нечеткого проектирования с прогнозированием прочности прогнозирования на имитационной модели.

На оси абсцисс отложены значения, представляющие собой последовательность шагов операции прогнозирования. Из графика видно, как изменяла свое значение прогнозируемая прочность бетона с каждым шагом изменения количественного состава заполнителей. На первом шаге прогнозирования (точка а) отклонение от требуемого значения составляло 6,7%, затем после корректировки состава смеси значение прогноза изменялось до тех пор, пока не совпало с требуемым значением прочности (точки b, c, d, e). Использование модели прогнозирования дает возможность определить итоговую прочность и своевременно внести корректировки в состав бетонной смеси.

Таким образом, использование для проектирования составов, планирования и проведения испытаний образцов компьютерных программ «ФоБеС» и «Эксперимент» позволяет сократить время до испытаний на двое суток в сравнении с типовой методикой, а использование компьютерной модели, основанной на теории нечетких множеств, позволяет исключить испытания образцов и довести общее время проектирования составов бетонных смесей до нескольких секунд, исключая операцию ввода исходных данных. Внедрение данной компьютерной модели позволяет говорить об автоматизации высокого уровня проектирования составов бетонных смесей, позволяющей ускорить процедуры подготовки и проведения испытаний экспериментальных образцов, т.е. значительно сократить время проектирования составов бетонных смесей, материальные и людские ресурсы.

Литература

1. Свидетельство № 2002611417 об официальной регистрации программы подбора состава и параметров бетонной смеси «ФоБеС-01» - 2002.

2. Лихачев Д.В. Прогнозирование состава бетонных смесей по физико-механическим характеристикам заполнителей, химических добавок и конечного продукта. //Труды региональной научно-технической конференции Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве. Воронеж: Изд-во «КВАРТА», 2002. - С.93 - 94.

3. Лихачев Д.В. Планирование эксперимента для подбора состава бетонной смеси с использованием компьютерных технологий //Технологические комплексы, оборудование предприятий строительных материалов и стройиндустрии: Материалы международной интернет-конференции. Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г.Шухова, 2003.- С.106 - 108.

4. Лихачев Д.В. Сокращение брака, энергетических и временных затрат при планировании экспериментов для испытаний опытных образцов бетонной смеси. Энерго- и ресурсосбережение - XXI век. / Материалы Первой региональной научно-практической конференции. - Орел: ОрелРЦЭ, 2001. - с.291-293.

5. Суздальцев А.И., Лихачев Д.В. Об одном подходе к проектированию составов бетонных смесей с прогнозируемой моделью оценки качества. Известия ОрелГТУ Серия «Машиностроение. Приборостроение». - Орел: ОрелГТУ, 2003.- №4.-С.57 -61.

Размещено на Allbest.ru