РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ, ИЗГОТОВЛЕНИЕ
И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОРОШКОВ ЦЕМЕНТОВ
В настоящем разделе выработана общая методика и построена блок-схема исследований, разработана тактика экспериментов и получены цементы, модифицированные добавками пластификатора и ускорителя твердения, определены характеристики порошков полученных цементов.
2.1. Методические особенности и блок-схема исследований
С современных позиций строительные материалы рассматриваются как сложные системы, к которым для целей оптимизации применимы принципы системного анализа [92]. Это в полной мере должно относится к цементным бетонам, которые отличаются многокомпонентностью состава и сложностью организации внутренней структуры [93,94].
В границах содержательных выводов в системе бетона обычно выделяют подсистемы раствора и цемента [94,95]. Бетон, в свою очередь, входит отдельной подсистемой в систему конструкции [93]. Оптимизация структуры последовательно на каждом из уровней обеспечивает эффективное функционирование всей системы в целом [92].
Однако недостаточность физико-химических знаний о процессах в системе "цемент - минеральная добавка - ПАВ - смесь техногенных отходов", особенно в условиях механохимической активации, значительно усложняет поиск оптимальных составов исходя только из физико-химических представлений, и требует экспериментального обоснования принимаемых рецептурно-технологических решений.
Поэтому физико-химический анализ модифицированных цементов и бетонов на их основе целесообразно расширить за счет построения феноменологических зависимостей в виде экспериментально-статистических моделей (ЭС-моделей), устанавливающих количественные взаимосвязи между концентрациями добавок, другими рецептурно-технологическими факторами, и показателями качества цементных систем [96-100]. Важно, что ЭС-моделирование обеспечивает сокращение расхода временных и материальных ресурсов при поиске инженерно полезного результата (что ускоряет внедрение новых материалов), а также повышает достоверность и информативность экспериментальных исследований.
В работах проф. В.А.Вознесенского и его школы [96-103] изложены основные принципы построения ЭСМ и принятия по ним инженерных решений в типовых и специфических ситуациях, анализируемых при создании новых композиционных материалов на основе неорганических и полимерных вяжущих, в том числе показана возможность реализации описываемых методов и алгоритмов при помощи компьютеров.
Анализ показал, что влияние рецептурных и технологических факторов, в том и числе химических и минеральных добавок, в большинстве ситуаций хорошо описываются полиномами второго порядка [96, 102]. Выбор второй степени апроксимирующих полиномов обусловлен литературными данными о влиянии на свойства цемента и бетона добавок в рассматриваемых диапазонах их варьирования и результатами специальных поисковых экспериментов, а также стремлением получить простые адекватные количественные описания при минимальных экспериментальных затратах.
Поэтому для описания, в частности, влияния варьируемых концентраций трех добавок Х1, Х2, Х3 (или х1, х2, х3 в кодированных по методике [96-98] переменных) использованы модели вида:
где [b] - статистические оценки коэффициентов модели (bo -свободный член, характеризующий значения показателя качества Y в центре факторного пространства).
Оценка технологической эффективности добавок, как правило, ведется при сравнении свойств бетона с добавкой Yд и эталонаYэ по приросту ?Y=Yд /Yэ. В качестве эталона обычно принимается бетон с нулевой концентрацией добавок Д=0, а концентрация добавки изменяется в некоторых априори установленных пределах. При постоянных прочих факторах ( В/Ц, расход цемента, режимы твердения и др.) расчет прироста ведется для одной точке факторного пространства и получается в виде одной числовой оценки. В то же время известно, что эффективность любой добавки находится в зависимости от уровней многих факторов технологии (состав цемента и бетона, режимы твердения и др.), а также изменяется при совмещении с другими добавками [61,63]. Поэтому целесообразно учитывать не одну оценку эффективности, а множество таких оценок при изменении факторов хi [102-103], что иллюстрирует схема на рис.2.1.
Для комплексной добавки изменение эффективности обусловлено "наложением" различных механизмов действия ингредиентов, их совместимостью между собой и конкретным видом цемента и т.д. [34,63].
В случае положительного влияния возможны процессы, приводящие к синергетическим взаимодействиям, когда эффект комплексной добавки ?Y(А+В+С) становится больше, чем сложенный (аддитивный) эффект от введения каждого ингредиента в отдельности, что может быть записано как ?Y(А+В+С) ??Y(А)+?Y(В)+?Y(С) [103].
Фиксация нулевой концентрации добавки Д=0 на уровне х=-1 позволяет построить отдельные модели свойств эталонного бездобавочного композита (расчет ведется при подстановке в модели хi=-1 [97]), а затем "вторичные" модели-отношения в безразмерных единицах ?Y [99,101], показывающие "насколько изменяется свойство Y при регулировании добавкой А в поле действия добавок B и С" (рис.2.1). В этом случае возникает множество шкал со своими единицами отсчета, определяемыми моделью Yэ, что, естественно, приводит к трансформации относительных моделей ?Yэ, по сравнению с моделью измеренных показателей Y[102].
Следует отметить, что при моделировании безразмерный критерий Yэ будет всегда соответствовать единице на эталонной плоскости Д=0 (на рис.2.1. эта плоскость выделена цветом) вне зависимости от степени точности "первичных" моделей измеренных показателей.
При интерпретации результатов многофакторного моделирования, предпочтительно представление информации в наглядной графической