Планирование эксперимента

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Экспериментальные методы познания - важнейшая составная часть методологического арсенала современной науки. От уровня их развития существенным образом зависят не только количественные, но и качественные характеристики роста научного знания, а также та быстрота, с которой они находят свое применение в различных сферах человеческой жизнедеятельности.

Эксперимент можно изучать с различных точек зрения: истории возникновения, развитие, классификации, описание особенностей и так далее. В данной работе остановимся на таких важных элементах рассмотрения как виды эксперимента, роль и методы.

Среди многих методов, которыми пользуется современная наука, особое значение имеет эксперимент, ставший в руках ученых наиболее действенным средством познания. А поскольку наука представляет собой одну из наиболее динамических частей человеческой культуры, то вместе с ней меняются и средства познания. Методология как своего рода разведочная наука должна отслеживать эти изменения и в определенной мере предсказывать их.

Современные средства изучения объектов исследований дополнены еще методиками, которые раньше использовались узким кругом специалистов - математическим моделированием и планированием эксперимента математическими методиками. Освоение этих методик сокращает количество экспериментов, показывает тенденцию развития явления и делает исследовательский процесс более результативным и наглядным.



1. Состояние вопроса

Важнейшей составной частью научных исследований является эксперимент, основой которого является научно поставленный опыт с точно учитываемыми и управляемыми условиями. В научном языке и исследовательской работе термин "эксперимент" обычно используется в значении, общем для целого ряда сопряженных понятий: опыт, целенаправленное наблюдение, воспроизведение объекта познания, организация особых условий его существования, проверка предсказания. В это понятие вкладывается научная постановка опытов и наблюдение исследуемого явления в точно учитываемых условиях, позволяющих следить за ходом его развития и воссоздавать его каждый раз при повторении этих условий. Само по себе понятие "эксперимент" означает действие, направленное на создание условий в целях воспроизведения того или иного явления и, по возможности, наиболее чистого, т.е. не осложняемого другими явлениями [1].

Основной целью эксперимента являются выявление свойств исследуемых объектов, проверка справедливости гипотез и на этой основе широкое и глубокое изучение темы научного исследования. Постановка и организация эксперимента определяются его назначением. Эксперименты, которые проводятся в различных отраслях науки, являются отраслевыми и имеют соответствующие названия: химические, биологические, физические, психологические, социальные и т.п. Они различаются [3]:

* по способу формирования условий (естественный и искусственный);

* по целям исследования (преобразующие, констатирующие, контролирующие, поисковые, решающие);

* по организации проведения (лабораторные, натурные, полевые, производственные и т.п.);

* по структуре изучаемых объектов и явлений (простые, сложные);

* по характеру внешних воздействий на объект исследования (вещественные, энергетические, информационные);

* по характеру взаимодействия средства экспериментального исследования с объектом исследования (обычный и модельный);

* по типу моделей, исследуемых в эксперименте (материальный и мысленный);

* по контролируемым величинам (пассивный и активный);

* по числу варьируемых факторов (однофакторный и много­факторный);

* по характеру изучаемых объектов или явлений (технологический, социометрический) и т.п.

Для классификации экспериментов могут быть использованы и другие признаки [3]:

* естественный эксперимент предполагает проведение опытов в естественных условиях существования объекта исследования (чаще всего используется в биологических, социальных, педагогических и психологических науках).

* искусственный эксперимент - предполагает формирование искусственных условий (широко применяется в естественных и технических науках).

* преобразующий (созидательный) эксперимент включает активное изменение структуры и функций объекта исследования в соответствии с выдвинутой гипотезой, формирование новых связей и отношений между компонентами объекта или между исследуемым объектом и другими объектами. Исследователь в соответствии с раскрытыми тенденциями развития объекта исследования преднамеренно создает условия, которые должны способствовать формированию новых свойств и качеств объекта.

* констатирующий эксперимент используется для проверки определенных предположений. В процессе этого эксперимента констатируется наличие определенной связи между воздействием на объект исследования и результатом, выявляется наличие определенных фактов.

* контролирующий эксперимент сводится к контролю за результатами внешних воздействий над объектом исследования с учетом его состояния, характера воздействия и ожидаемого эффекта.

* поисковый эксперимент проводится в том случае, если затруднена классификация факторов, влияющих на изучаемое явление вследствие отсутствия достаточных предварительных (априорных) данных. По результатам поискового эксперимента устанавливается значимость факторов, осуществляется отсеивание незначимых.

* решающий эксперимент ставится для проверки справедливости основных положений фундаментальных теорий в том случае, когда две или несколько гипотез одинаково согласуются со многими явлениями. Это согласие приводит к затруднению, какую именно из гипотез считать правильной. Решающий эксперимент дает такие факты, которые согласуются с одной из гипотез и противоречат другой.

* лабораторный эксперимент проводится в лабораторных условиях с применением типовых приборов, специальных моделирующих установок, стендов, оборудования и т.д. Чаще всего в лабораторном эксперименте изучается не сам объект, а его образец (модель). Этот эксперимент позволяет доброкачественно, с требуемой повторностью изучить влияние одних характеристик при варьировании других, получить хорошую научную информацию с минимальными затратами времени и ресурсов. Однако такой эксперимент не всегда полностью моделирует реальный ход изучаемого процесса, поэтому возникает потребность в проведении натурного эксперимента.

* натурный эксперимент проводится в естественных условиях и на реальных объектах. Этот вид эксперимента часто используется в процессе натурных испытаний изготовленных систем. В зависимости от места проведения испытаний натурные эксперименты подразделяются на производственные, полевые, полигонные, полунатурные и т.п. Натурный эксперимент всегда требует тщательного продумывания и планирования, рационального выбора методов исследования. Практически во всех случаях основная научная проблема натурного эксперимента -- обеспечить достаточное соответствие (адекватность) условий эксперимента реальной ситуации, в которой будет работать впоследствии создаваемый объект. Поэтому центральными задачами натурного эксперимента являются: изучение характеристик воздействия среды на испытуемый объект; идентификация статистических и динамических параметров объекта; оценка эффективности функционирования объекта и проверка его на соответствие заданным требованиям.

Эксперименты могут быть открытыми и закрытыми, они широко распространены в психологии, социологии, педагогике. В открытом эксперименте его задачи открыто объясняются испытуемым, в закрытом - в целях получения объективных данных эти задачи скрываются от испытуемого. Любая форма открытого эксперимента влияет (часто активизирует) на субъективную сторону поведения испытуемых. В этой связи открытый эксперимент целесообразен только тогда, когда имеются возможность и достаточная уверенность в том, что удастся вызвать у испытуемого живое участие и субъективную поддержку намечаемой работе [4].

* закрытый эксперимент характеризуется тем, что его тщательно маскируют; испытуемый не догадывается об эксперименте, и работа протекает внешне в естественных условиях. Такой эксперимент не вызывает у испытуемых повышенной настороженности и излишнего самоконтроля, стремления вести себя не так, как обычно.

* простой эксперимент используется для изучения объектов, не имеющих разветвленной структуры, с небольшим количеством взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, выполняющих простейшие функции.

В сложном эксперименте изучаются явления или объекты с разветвленной структурой (можно выделить иерархические уровни) и большим количеством взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, выполняющих сложные функции. Высокая степень связности элементов приводит к тому, что изменение состояния какого-либо элемента или связи влечет за собой изменение состояния многих других элементов системы. В сложных объектах исследования возможно наличие нескольких разных структур, нескольких разных целей. Но все же конкретное состояние сложного объекта может быть описано. В очень сложном эксперименте изучается объект, состояние которого по тем или иным причинам до сих пор не удается подробно и точно описать. Например, для описания требуется больше времени, чем то, которым располагает исследователь между сменами состояний объекта, или когда современный уровень знаний недостаточен для проникновения в существо связей объекта [9].

* информационный эксперимент используется для изучения воз­действия определенной (различной по форме и содержанию) информации на объект исследования. Чаще всего информационный эксперимент используется в биологии, психологии, социологии, кибернетике и т.п. С помощью этого эксперимента изучается изменение состояния объекта исследования под влиянием сообщаемой ему информации.

* вещественный эксперимент предполагает изучение влияния различных вещественных факторов на состояние объекта исследования. Например, влияние различных пластифицирующих добавок на подвижность бетонной смеси, прочность бетона и т.п.

* энергетический эксперимент используется для изучения воздействия различных видов энергии (электромагнитной, механической, тепловой и т.д.) на объект исследования. Этот тип эксперимента широко распространен в естественных науках.

* обычный (или классический) эксперимент включает экспериментатора как познающего субъекта, объект или предмет экспериментального исследования и средства (инструменты, приборы, экспериментальные установки), при помощи которых осуществляется эксперимент. В обычном эксперименте экспериментальные средства непосредственно взаимодействуют с объектом исследования. Они являются посредниками между экспериментатором и объектом исследования.

* модельный эксперимент в отличие от обычного имеет дело с моделью исследуемого объекта. Модель входит в состав экспериментальной установки, замещая не только объект исследования, но часто и условия, в которых изучается некоторый объект. Модельный эксперимент при расширении возможностей экспериментального исследования одновременно имеет и ряд недостатков, связан­ных с тем, что различие между моделью и реальным объектом может стать источником ошибок и, кроме того, экстраполяция результатов изучения поведения модели на моделируемый объект требует дополнительных затрат времени и теоретического обоснования пра­вомочности такой экстраполяции.

Различие между орудиями эксперимента при моделировании позволяет выделить мысленный и материальный эксперимент [11]:

* мысленный эксперимент является одной из форм умственной деятельности познающего субъекта, в процессе которой воспроизводится в воображении структура реального эксперимента. Орудиями мысленного (умственного) эксперимента являются мысленные модели исследуемых объектов или явлений (чувственные образы, образно-знаковые модели, знаковые модели). Для обозначения мысленного эксперимента иногда пользуются терминами: идеализированный или воображаемый эксперимент. Структура мысленного эксперимента включает: построение мысленной модели объекта исследования, идеализированных условий эксперимента и воздействий на объект; сознательное и планомерное изменение (комбинирование) условий эксперимента и воздействий на объект; сознательное и точное применение на всех стадиях эксперимента объективных законов науки, благодаря чему исключается абсолютный произвол. В результате такого эксперимента формируются выводы.

* материальный эксперимент имеет аналогичную структуру. Однако в материальном эксперименте используются материальные, а не идеальные объекты исследования. Основное отличие материального эксперимента от мысленного состоит в том, что реальный эксперимент представляет собой форму объективной материальной связи сознания с внешним миром, между тем как мысленный эксперимент является специфической формой теоретической деятельности субъекта. Сходство мысленного эксперимента с реальным в значительной мере определяется тем, что всякий реальный эксперимент, прежде чем быть осуществленным на практике, сначала проводится чело­веком мысленно в процессе обдумывания и планирования, поэтому мысленный эксперимент нередко выступает в роли идеального плана реального эксперимента, в известном смысле предваряя его.

Теория предполагает, что эксперимент может быть пассивным и активным [8]: бетон эксперимент математический исследование

* при пассивном эксперименте информация об исследуемом объекте накапливается путем пассивного наблюдения, то есть информацию получают в условиях обычного функционирования объекта. Активный эксперимент проводится с применением искусственного воздействия на объект по специальной программе. При пассивном эксперименте существуют только факторы в виде входных контролируемых, но неуправляемых переменных, и экспериментатор находится в положении пассивного наблюдателя. Задача планирования в этом случае сводится к оптимальной организации сбора информации и решению таких вопросов, как выбор количества и частоты измерений, выбор метода обработки результатов измерений. Наиболее часто целью пассивного эксперимента является построение математической модели объекта, которая может рассматриваться либо как хорошо, либо как плохо организованный объект. В хорошо организованном объекте имеют место определенные процессы, в которых взаимосвязи входных и выходных параметров устанавливаются в виде детерминированных функций. Поэтому такие объекты называют детерминированными. Плохо организованные или диффузные объекты представляют собой статистические модели. Методы исследования с использованием таких моделей не требуют детального изучения механизма процессов и явлений, протекающих в объекте. Примером пассивного эксперимента может быть анализ работы схемы, которая не имеет входов, только выходы, и повлиять на ее работу невозможно. Хорошим примером пассивного эксперимента с диффузным объектом являются измерения метеорологических параметров (температуры, скорости ветра и т.д.) при природных катаклизмах.

* активный эксперимент позволяет быстрее и эффективнее решать задачи исследования, но более сложен, требует больших материальных затрат и может помешать нормальному ходу технологического процесса. Иногда отсутствует возможность проведения активного эксперимента (например, при исследовании явлений природы). Тем не менее, учитывая преимущества активного эксперимента, тогда, когда это возможно, предпочтение отдают ему. При активном эксперименте факторы должны быть управляемыми и независимыми. Активный эксперимент предполагает возможность воздействия на ход процесса и выбора в каждом опыте уровней факторов. При планировании активного эксперимента решается задача рационального выбора факторов, существенно влияющих на объект исследования, и определения соответствующего числа проводимых опытов. Увеличение числа включенных в рассмотрение факторов приводит к резкому возрастанию числа опытов, уменьшение - к существенному увеличению погрешности опыта. Фактор считается заданным только тогда, когда при его выборе указывается его область определения - совокупность значений, которые может принимать данный фактор. В эксперименте используется ограниченная часть области определения, задаваемая обычно в виде дискретного множества уровней. Выбранные факторы должны быть однозначно управляемыми и операциональными, то есть поддающимися регулированию с поддержанием на заданном уровне в течение всего опыта при соблюдении последовательности необходимых для этого действий. Должна быть назначена также точность измерения факторов в выбранном диапазоне измерения.

Совокупности факторов должны отвечать требованиям совместимости и независимости. Соблюдение первого требования означает, что все комбинации факторов осуществимы и безопасны, второго - возможность установления фактора на любом уровне независимо от уровней других факторов.

2. Роль и методы эксперимента

Эксперимент проводится для решения определенных познавательных задач, продиктованных состоянием теории, но и сам порождает новые проблемы, требующие своего разрешения в последующих экспериментах, т.е. является и мощным генератором нового знания.

Эксперимент позволяет [10]:

1) изучать явление в "чистом" виде, когда искусственно устраняются побочные (фоновые) факторы;

2) исследовать свойства предмета в искусственно создаваемых экстремальных условиях или вызывать явления, в естественных режимах слабо или вообще не проявляющиеся;

3) планомерно изменять и варьировать различные условия для получения искомого результата;

4) многократно воспроизводить ход процесса в строго фиксируемых и повторяющихся условиях.

К эксперименту обычно обращаются [10]:

1) когда пытаются обнаружить у объекта не известные ранее свойства для продуцирования знания, не вытекающего из наличного (исследовательские эксперименты);

2) когда необходимо проверить правильность гипотез или каких-либо теоретических построений (проверочные эксперименты);

3) когда в учебных целях "показывают" какое-либо явление (демонстрационные эксперименты).

Для проведения эксперимента любого типа необходимо [10]:

* разработать гипотезу, подлежащую проверке;

* создать программы экспериментальных работ;

* определить способы и приемы вмешательства в объект исследования;

* обеспечить условия для осуществления процедуры экспериментальных работ;

* разработать пути и приемы фиксирования хода и результатов эксперимента;

* подготовить средства эксперимента (приборы, установки, мо­дели и т.п.);

* обеспечить эксперимент необходимым обслуживающим персоналом.

Особое значение имеет правильная разработка методики эксперимента. Методика - это совокупность мыслительных и физических операций, размещенных в определенной последовательности, в соответствии с которой достигается цель исследования. При разработке методики проведения эксперимента необходимо предусматривать [11]:

* проведение предварительного целенаправленного наблюдения над изучаемым объектом или явлением с целью определения исходных данных (гипотез, выбора варьирующих факторов);

* создание условий, в которых возможно экспериментирование (подбор объектов для экспериментального воздействия, устранение влияния случайных факторов);

* определение пределов измерений;

* систематическое наблюдение за ходом развития изучаемого явления и точные описания фактов;

* проведение систематической регистрации измерений и оценок фактов различными средствами и способами;

* создание повторяющихся ситуаций, перекрестных воздействий, изменение их характера и условий;

* создание усложненных ситуаций с целью подтверждения или опровержения ранее полученных данных;

* переход от эмпирического изучения к логическим обобщениям, к анализу и теоретической обработке полученного фактического материала.

Правильно разработанная методика экспериментального исследования предопределяет его ценность. Поэтому разработка, выбор, определение методики должно проводиться особенно тщательно. При определении методики необходимо использовать не только личный опыт, но и опыт коллег и других коллективов. Необходимо убедиться в том, что она соответствует современному уровню науки, а также условиям, в которых выполняется исследование. Целесообразно проверить возможность использования методик, применяемых в смежных проблемах и науках. Выбрав методику эксперимента, исследователь должен удостовериться в ее практической пригодности. Это необходимо сделать даже в том случае, если методика давно апробирована другими лабораториями, так как она может оказаться неприемлемой или сложной в силу специфических особенностей климата, помещения, лабораторного оборудования, персонала, объекта исследования и т.п.

Перед каждым экспериментом составляется его план (программа), который включает [3]:

* цель и задачи эксперимента;

* выбор варьируемых факторов;

* обоснование объема эксперимента, числа опытов;

* порядок реализации опытов;

* определение последовательности изменения факторов;

* выбор шага изменения факторов, задание интервалов между будущими экспериментальными точками;

* обоснование средств измерений;

* описание проведения эксперимента;

* обоснование способов обработки и анализа результатов эксперимента.

В методике подробно разрабатывается процесс проведения эксперимента, составляется последовательность (очередность) проведения операций измерений и наблюдений, детально описывается каждая операция в отдельности с учетом выбранных средств для проведения эксперимента, обосновываются методы контроля качества операций, обеспечивающие при минимальном (ранее установленном) количестве измерений высокую надежность и заданную точность. Разрабатываются формы журналов для записи результатов наблюдений и измерений. Важным разделом методики является выбор методов обработки и анализа экспериментальных данных. Обработка данных сводится к систематизации всех цифр, классификации и анализу. Результаты экспериментов должны быть сведены в таблицы, графики, формулы, номограммы, позволяющие быстро и качественно сопоставлять и анализировать полученные результаты. Все переменные должны быть оценены в единой системе единиц физических величин. Особое внимание в методике должно быть уделено математическим методам обработки и анализу данных, например, установлению эмпирических зависимостей, аппроксимации связей между варьирующими характеристиками, установлению критериев и доверительных интервалов и др. Диапазон чувствительности (нечувствительности) критериев должен быть стабилизирован (эксплицирован). На объем и трудоемкость проведения экспериментальных работ существенно влияет вид эксперимента. Например, натурные и полевые эксперименты, как правило, всегда трудоемкие, что следует учитывать при планировании. При разработке плана-программы эксперимента всегда необходимо стремиться к его упрощению без потери точности и достоверности.

По общему характеру исследований данные методы подразделяются на три группы [5]:

1) лабораторные исследования - коррозионные исследования металлических образцов в лабораторных, искусственно создаваемых условиях;

2) внелабораторные исследования - коррозионные исследования металлических образцов в естественных, эксплуатационных условиях (в том числе исследования в природных условиях: в атмосфере, в море, в грунте и др.);

3) эксплуатационные исследования - испытания машин, аппаратов, сооружений и средств защиты в эксплуатационных условиях. Таким образом, общим для лабораторных и внелабораторных исследований является их объект -- образцы, а отличаются они условиями исследований, в то время как общим для внелабораторных и эксплуатационных исследований являются их условия, а отличаются они объектом исследований.

Обычно вначале проводят лабораторные, затем внелабораторные и последними - эксплуатационные испытания. Различные виды исследований дополняют друг друга.

По продолжительности исследований методы подразделяются на две группы:

1) длительные - соответствующие по продолжительности эксплуатационным условиям;

2) ускоренные - проводимые в искусственных условиях, ускоряющих коррозионные процессы, протекающие в эксплуатационных условиях; ускорение испытаний достигается обычно путем облегчения протекания контролируемых процессов, но без изменения характера коррозионного процесса [3].

Ускоренные и длительные методы исследований дополняют и контролируют друг друга. Сопоставление результатов при этих исследованиях позволяет получить коэффициенты пересчета, что освобождает от необходимости проведения длительных испытаний.



3. Методики по определению химической стойкости антикоррозионных защитных покрытий бетона

Химическая стойкость - способность материала или покрытия сохранять свои защитные свойства при воздействии на них различных агрессивных (химических) сред [2].

Сущность методов испытаний химической стойкости покрытий или материалов заключается в определении изменений внешнего вида и параметров образцов покрытий и материалов, возникающих в результате воздействия на них химических реактивов, имитирующих агрессивную среду при эксплуатации.

Для определения изменений физических и геометрических параметров готовят не менее чем по три образца данного покрытия или материала, предназначенных для воздействия на них химических реактивов каждого вида, каждой концентрации и температуры и не менее чем три образца оставляют без воздействия химического реактива, для сравнения показателей.

Для определения изменений механических параметров готовят не менее чем по три образца данного покрытия или материала для воздействия на них химических реактивов каждого выбранного вида, концентрации, температуры и каждому установленному сроку выдерживания в реактиве, а также не менее чем по три образца для каждого из этих испытаний оставляют без воздействия агрессивных реактивов для сопоставления контрольных показателей.

При определении физических и геометрических параметров необходимо последовательно проводить следующие операции: кондиционирование образцов, измерение массы и размеров, погружение в реактив, выдерживание в реактиве, охлаждение (в случае испытания при температуре реактива выше 20 ± 2°С), извлечение из реактива, промывка и протирка, фиксация внешнего вида и состояния образца, измерения размеров и массы. Операции от погружения в реактив до измерения размеров и массы повторяют периодически в установленные сроки до окончания выдерживания в реактиве всех образцов.

При определении механических параметров необходимо последовательно проводить следующие операции: измерение размеров образцов, погружение в реактив, выдерживание в реактиве, извлечение из реактива, промывка и протирка, высушивание и кондиционирование, измерение размеров образцов, фиксация внешнего вида и состояния образцов, измерение и определение механических и геометрических параметров. Для определения механических свойств при каждом выбранном сроке выдерживания извлекают из реактива по три образца, а оставшиеся образцы выдерживают до следующих выбранных сроков испытаний.

1. Метод определения химической стойкости лакокрасочных покрытий на бетоне [2].

Испытания химической стойкости лакокрасочных покрытий проводят электрическим и визуальным лабораторными методами.

* Электрический метод позволяет оценить проницаемость покрытия после воздействия на него жидкого химического реактива по изменению силы тока, проходящего через образец с покрытием.

* Визуальный метод позволяет оценить стойкость покрытия к воздействию на него химического реактива по признакам изменения внешнего вида лакокрасочного покрытия (сморщивание, пузырение, отклеивание и т.п.) и контролировать по состоянию цементно-песчаного раствора под покрытием.

2. Метод определения химической стойкости мастичных и подстилающе - приклеивающих материалов [12].

Для определения химической стойкости мастичных материалов и покрытий, а также подстилающе - приклеивающих материалов для облицовочных покрытий следует использовать следующие лабораторные методы испытаний:

* количественный метод определения массы и размеров;

* количественный метод определения прочности на изгиб и на сжатие;

* качественный метод определения проницаемости мастичного покрытия;

* качественный метод определения внешнего вида покрытий и материала.

Метод определения химической стойкости оклеечных материалов [12].

Для определения показателей химической стойкости оклеечных материалов и их клеевых соединения к воздействию химических сред следует применять количественные лабораторные методы:

* метод определения массы и размеров;

* метод определения прочности на растяжение и относительного удлинения при разрыве.

Для определения показателей эластичности оклеенных материалов следует применять методы [12]:

* метод определения прочности на растяжение;

* метод относительного удлинения при разрыве.

Метод определения химической стойкости облицовочных элементов [2].

Сущность метода заключается в определении потери массы размельченного облицовочного элемента в результате воздействия агрессивной жидкости.

Метод определения адгезии лакокрасочных, мастичных и облицовочных покрытий к бетону [12].

Адгезия антикоррозионных покрытий - прочность сцепления между поверхностями слоя покрытия и бетонной основы [2].

Метод количественного определения адгезии заключается в измерении силы отрыва антикоррозионного покрытия от основы при помощи приклеенного к покрытию металлического диска и динамометра. Метод может быть применен в лаборатории на образцах, так и на строительной площадке непосредственно на элементах конструкций.

Метод качественной оценки адгезии (метод сетчатого надреза) заключается в нанесении на антикоррозионных покрытиях перпендикулярных один другому надрезов, образующих квадраты, отрыва надрезанного покрытия при помощи клейкой ленты и оценке адгезии по количеству оторвавшихся от основы квадратов.

Виды испытаний:

* лабораторные испытания проводят для выбора материалов и эффективной системы антикоррозионного покрытия, а также для оценки адгезии покрытий после воздействия на них агрессивных сред и после старения;

* производственные испытания на месте строительства проводятся для контроля и качественной оценки адгезии антикоррозионных покрытий.

6. Метод определения адгезии оклеечных покрытий к бетону [2].

Адгезия оклеечного покрытия - прочность сцепления между поверхностями пленочных приклеиваемых материалов и бетонной основы.

Метод количественного определения адгезии заключается в определении силы, необходимой для отрыва испытуемого покрытия от бетонного основания. Метод отрыва применяется для определения адгезии приклеиваемых пленочных материалов толщиной не менее 0,5 мм.

Метод качественного определения адгезии покрытия основывается на визуальной оценке адгезии по характеру отрыва вырезанной полосы покрытия.

Виды испытаний:

* лабораторные испытания - для выбора клея и системы защитного покрытия бетонных и железобетонных конструкций.

* производственные испытания - для контроля качества нанесения оклеечных покрытий на поверхность конструкций в условиях строительной площадки.

7. Метод определения водопроницаемости лакокрасочных, мастичных и оклеечных антикоррозионных покрытий на бетон [2].

Водопроницаемость лакокрасочного, мастичного или оклеечного антикоррозионного покрытия - способность покрытия пропускать воду или водяные растворы.

Сущность метода испытания под давлением заключается в оценке водопроницаемости антикоррозионного покрытия по давлению жидкости путем ступенчатого повышения давления на образец со стороны покрытия и выдержки до момента появления жидкости на противоположной стороне образца.

Сущность метода испытания без давления заключается в оценке водопроницаемости антикоррозионного покрытия на цементно-песчаном образце, помещенном в водный раствор, по изменению его массы или электропроводности. Изменение массы испытываемого образца, помещенного в коррозионную среду, дает количественную характеристику водопроницаемости покрытия. Изменение электропроводности образца под испытываемым покрытием служит для качественной оценки его водопроницаемости. Это испытание не применимо для электропроводящих покрытий.

Метод определения паропроницаемости антикоррозионных покрытий на бетон [2].

Паропроницаемость антикоррозионных покрытий - это их способность пропускать или задерживать поток паров воды, возникающий вследствие разности парциальных давлений водяного пара, при одинаковом атмосферном давлении по обоим сторонам покрытия. Проницаемость покрытия характеризуется величиной коэффициента паропроницаемости или сопротивления паропроницанию.

Паропроницаемость покрытия следует определять "сухим" или "мокрым" методами в зависимости от относительной влажности воздуха, воздействующей среды и направления потока водяного пара. Испытания носят количественный лабораторный характер.

Сущность "сухого" метода заключается в определении количества водяного пара, пропускаемого бетонными образцами с покрытиями и без покрытий, путем измерения массы влагопоглощающего вещества и последующего вычисления коэффициента паропроницаемости.

Сущность "мокрого" метода заключается в определении количества водяного пара по массе пропускаемого бетонными образцами с покрытиями и без покрытий, и пропускаемого материалом покрытия, нанесенного на стеклоткань, и последующего вычисления сопротивления паропроницанию покрытия.

Метод определения трещиностойкости антикоррозионных покрытий на бетоне [2].

Трещиностойкостью покрытия называется способность пленки покрытия деформироваться с сохранением защитных свойств над трещиной, образовавшейся в бетоне под покрытием, при однократном раскрытии.

Сущность метода заключается в том, что под покрытием, нанесенным на цементно - песчаную призму, создаются трещины путем растяжения армирующего стержня, и ведется наблюдение за целостностью деформируемой пленки над трещитой.

10. Метод испытания поверхности бетона под покрытием [12].

* Метод определения кубиковой или цилиндрической прочности бетона. Сущность метода состоит в измерении силы раздавливания образцов.

* Метод пластической деформации и упругости отскока. Сущность пластической деформации сводится к измерению отпечатка шарика при вдавливании его в бетон. Сущность упругого отскока заключается в измерении величины отскока бойка эталонного молотка.

* Определение щелочности. Щелочность определяется методом окрашивания индикатора, дающего цветную окраску на поверхности или по толщине скола цементного камня.

* Определение шероховатости. Сущность метода заключается в вычерчивании на масштабной ленте профиля неровностей поверхности бетона и расчете по нему величины поверхности в процентах к базовой длине замера.

* Метод определения класса шероховатости. Сущность метода заключается в измерении расстояний от вершины максимального выступа до дна максимальной впадины на базовой длине замера и определении класса шероховатости.

* Метод линейных измерений. Сущность метода заключается в измерении непосредственно на конструкции открытых раковин и углублений и расчете их суммарной площади.

* Определение поверхностной влажности. Сущность метода заключается в измерении весовым способом потери массы в результате высушивания пробы цементно - песчаного бетона, до состояния постоянной массы.

* " Электрический " метод. Влажность поверхности бетона измеряют емкостным датчиком электронного влагомера. Принцип действия прибора основан на измерении диэлектрической проницаемости, в зависимости от влажности поверхности бетона.

4. Математические методы планирования эксперимента

Математические методы планирования эксперимента - это новый кибернетический подход к инженерным исследованиям, имеющим экспериментальный характер [5].

Внедрение математических методов планирования эксперимента позволяет в значительной степени исключить слепой хаотический поиск, заменить его научно - обоснованной программой проведения экспериментального исследования, включающей объективную оценку результатов эксперимента на всех последовательных этапах исследования.

Задачи, которыми занимается планирование эксперимента [5]:

* задача поиска оптимальных условий протекания процессов;

* задача определения оптимальных составов различных веществ;

* задача выявления наиболее влияющих факторов;

* задача отыскания механизма процессов.

Планирование эксперимента - это процедура выбора числа и условий проведения опытов, необходимых и достаточных для решения поставленной задачи с требуемой точностью [6].

Планирование экспериментов имеет следующие цели [6]:

* сокращение общего времени моделирования при соблюдении требований к точности и достоверности результатов;

* увеличение информативности каждого наблюдения;

* создание структурной основы процесса исследования.

Использование теории планирования эксперимента является одним из путей существенного повышения эффективности многофакторных экспериментальных исследований. В планировании экспериментов применяются в основном планы первого и второго порядков. Планы более высоких порядков используются в инженерной практике редко. В связи с этим далее приводится краткое изложение методики составления планов эксперимента для моделей первого и второго порядка.

Под планом первого порядка понимают такие планы, которые позволяют провести эксперимент для отыскания уравнения регрессии, содержащего только первые степени факторов и их произведения [7]:

y = + + + +….

Планы второго порядка позволяют провести эксперимент для отыскания уравнения регрессии, содержащего и вторые степени факторов [7]:

y = + + + +….

Нахождение уравнения регрессии методом планирования экспериментов состоит из следующих этапов [7]:

* выбор основных факторов и их уравнений;

* планирование и проведение собственного эксперимента;

* определение коэффициентов уравнения регрессии;

* статистический анализ результатов эксперимента.



Заключение

1. Основываясь на теоретических постулатах о стойкости металлов в той или иной среде, для рекомендаций в условиях эксплуатации необходима постановка эксперимента.

2. Из множества возможных методик испытания выбираем наиболее доступные, стандартные методики для лабораторных исследований и натурных испытаний в среде эксплуатации.

3. Чтобы ограничить число экспериментов необходимо использовать методики планирования эксперимента, результаты которого наглядно показывают результат.



Библиографический список

1. Философия науки: Учебник для вузов / Под ред. С.А. Лебедева. М., 2004.-18c.

2. Сигаев В.Я. «Коррозия и методы оценки химической стойкости» учебное методическое пособие ,2008г.-45c., - 54c.

3. Степин В. С. Общие проблемы: учебник для аспирантов и соискателей ученой степени кандидата наук / Степин В. С. - М.: Гардарики, 2006.-31c.

4. Кохановский В. П. Философия науки. Учебное пособие / Кохановский В. П., Пржиленский В. И., Сергодеева Е. А. - М.: ИКЦ «МарТ», Ростов н/Д: Издательский центр «МарТ», 2005.-113c.

5. Кориков А.М. « Математические методы планирования эксперимента». Учебное пособие.- Томск, 1973.-282с.

6. Применение математических методов и ЭВМ. Планирование и обработка результатов эксперимента: Учебное пособие. А.Н. Останин, В.П.Тюленев, А.В.Романов. Под общ.ред.А.Н.Останина.-Мн.Выш.шк.,1989.-14с.,-218с.

7. Спирин Н.А, Лавров В.В. Методы планирования и обработки результатов инженерного эксперимента: конспект лекции Н.А. Спирина - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ _ УПИ, 2004.-257с.

8.http://knowledge.allbest.ru/emodel/2c0a65635b3ad68b5c43b88421206d37_0.html

9. http://www.bibliofond.ru

10. www.ur-ga.ru/science/?n=1594

11. http://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=114669

12. www.znaytovar.ru

Размещено на Allbest.ru

...