Проектирование составов бетона по комплексу заданных параметров. Исходные материалы и общая схема решения задач

Разработка способов расчетного прогнозирования свойств бетона и создание базы количественных зависимостей, связывающих свойства бетона, его структуру и состав, позволили достичь существенных успехов в развитии методологии решения ключевой проблемы технологии - проектирования оптимальных составов бетона, обеспечивающих при рациональном использовании ресурсов его соответствие условиям эксплуатации конструкций и сооружений и достаточную долговечность.

Системный подход и условия оптимизации

В современной технологии под проектированием составов бетона понимают обоснование выбора вида исходных материалов и их соотношений, обеспечивающих при заданном критерии оптимальности, нормированные проектные требования к бетонной смеси и бетону. При использовании методологии системного подхода проектирование составов бетона может включать ряд дополнительных задач, связанных с оптимизацией технологических параметров производства и проектных требований к конструкциям и сооружениям.

Д. Абрамс впервые предложил два метода проектирования составов бетона: т.н. "пробный метод" или экспериментальный подбор и метод предварительных вычислений. Как показала практика, оба метода имеют право на существование и развитие.

В настоящее время в технологической практике проектирование составов бетона осуществляется на базе достаточно большого количества методов, основанных на различных теоретических и технологических предпосылках. Все эти методы могут успешно применяться на практике, если они решают поставленные задачи. Как показало время, стремление универсализировать методологию проектирования составов и дискуссия о предпочтительности одних подходов над другими оказались не конструктивными.

Актуальными направлениями развития методологии проектирования составов бетона являются:

  • - увеличение “разрешающей способности” расчетных методик, т.е. возможности более полного учета технологических факторов и проектных требований к бетону;
  • - повышение эффективности алгоритмов расчетных методик, их точности и быстродействия.

Развитие этих направлений возможно за счет реализации современных представлений бетоноведения о формировании строительнотехнических свойств бетона в сочетании с системным анализом.

Системный анализ предполагает всестороннее количественное сравнение возможных альтернатив и выбор оптимальных решений. Общая схема при оптимальном обеспечении свойств бетона показана на рис. 3.1. На первом этапе она допускает определение оптимальных составов бетона, обеспечивающих комплекс необходимых свойств бетона при некоторых заданных проектных параметрах, а на следующих - оптимизацию исходных компонентов, технологических режимов и, при необходимости, самих проектных параметров, вызывающих целесообразность соответствующей корректировки составов.

Задачи оптимизации при системном подходе решаются поэтапно и завершаются общей оптимизацией системы. В зависимости от постановки задач в конкретных условиях отдельные блоки этой схемы можно не включать в анализ эффективности и выбор оптимальных решений.

Для каждой задачи формулируются критерии оптимальности и ограничения. По мере углубления задач системного анализа усложняются и критерии оптимальности. При оптимальном обеспечении свойств бетона наиболее простым критерием оптимальности является минимальный расход цемента, наиболее сложным - минимальные удельные затраты на конструкцию «в деле», то есть суммарные расходы, включающие затраты на ее изготовление и, при необходимости, транспортировку и монтаж, а также ремонтные работы во время эксплуатации.

Критерий минимума затрат в задачах выбора оптимальных технологических решений в реальных условиях может применяться с учетом ограничений имеющихся ресурсов (цемента, топлива, рабочей силы и т.п.), а также уровня требуемой производительности.

Блок-схема системного анализа при оптимальном обеспечении

Рис. 3.1 Блок-схема системного анализа при оптимальном обеспечении

свойств бетона.

Условные обозначения: Ц / В, В, т, Д - соответственно цементно-водное отношение, водопотребность, продолжительность тепловой обработки, содержание добавки.

Принятые решения при этом часто имеют компромиссный характер. Ограничивая количество рассмотренных альтернатив при анализе эффективности обеспечения необходимых свойств бетона, связанных с выбором цемента, добавок и наполнителей, условий и продолжительности твердения, удобоукладываемости смеси, критерии минимальных затрат, рационального использования цемента и топлива упрощаются. В этом случае решение задачи оптимизации приобретает характер поиска единственного варианта, при котором этот критерий имеет экстремальное (минимальное) значение.

Практикой допускается применение различных простых и комплексных, технических, экономических и техникоэкономических критериев оптимальности. Критерии оптимальности в задачах оптимизации составов бетона могут стремиться к некоторому абсолютному или условному экстремуму, а в многокритериальных задачах они находятся в компромиссной области.

Зависимости между прочностью бетона и объемом вовлеченного воздуха V (1), между морозостойкостью бетона и объемом вовлеченного воздуха (2)

Рис.3.2. Зависимости между прочностью бетона и объемом вовлеченного воздуха VBB (1), между морозостойкостью бетона и объемом вовлеченного воздуха (2).

Оптимальная структура бетона находится в компромиссной области, когда она определяется двумя или более критериями оптимальности. Из рис.3.2, например, следует, что для рассматриваемого бетона прочность при сжатии ^*>45 МПа и морозостойкость (число циклов) F>400 обеспечиваются при содержании вовлеченного воздуха VBX=2,3...4 %. При большем содержании VBX увеличивается F, однако снижается R^.

При постановке оптимизационных задач необходимо учитывать взаимосвязи различных критериев оптимизации. Когда критериями оптимизации служат определенные показатели свойств бетона, то зависимости между ними обусловлены взаимосвязями соответствующих структурных параметров, обусловливающих рассматриваемые свойства.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >