РАЗДЕЛ 2
ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Научная гипотеза и задачи исследований
Анализ применяемых способов контроля технологических свойств строительных
смесей с позиций возможного их применения для АСУ ТП показал, что в процессе
получения результатов с их помощью достаточно длителен, а область применения
каждого из них узка, что вызывает необходимость оснащать лаборатории
значительным количеством приборов. Основным препятствием является также то, что
во всех из них результаты измерений фиксируются визуально с занесением их в
журналы испытаний вручную и передаются лицам, принимающим технологические
решения.
Наличие субъективного человеческого фактора при определении показателей снижает
точность измерений, а оперативность использования полученных результатов с
целью корректировки процесса приготовления строительной смеси является
недостаточной. Для повышения точности измерений, оперативного и автоматического
регулирования технологического процесса приготовления строительных смесей
очевидна необходимость использования измерительных устройств, результат
измерений которых может быть представлен в виде электрических сигналов.
Для обеспечения необходимой точности измерений, корректности полученной
информации и ее сопоставимость с данными, полученными существующими методами,
следует разработать метод измерения реологических характеристик строительных
смесей, создать новый автоматизированный прибор с датчиком, работающем на
принципе непосредственного контакта со строительной смесью и выдающего
информацию о результате измерения в виде электрических сигналов. Анализ
применяемых методов контроля технологических и исследования реологических
характеристик строительных смесей позволил сформулировать научную гипотезу,
которая положена в основу разработки нового метода контроля и конструирование
прибора для его реализации.
Гипотеза заключается в следующем:
Сила тока в якорной обмотке двигателя постоянного тока, непосредственно
приводящего в равномерное движение сферический датчик в строительной смеси,
зависит от ее реологических характеристик.
Для доказательства гипотезы поставлены следующие задачи исследования:
1. Анализ существующих приборов и способов измерения реологических и
технологических характеристик строительных смесей с определением путей
получения управляющего электрического сигнала для автоматизированной системы
управления технологическим процессом.
2. Теоретическое обоснование преобразования реологических характеристик
строительных смесей в электрический сигнал.
3. Разработка электромеханического датчика, прибора и способа определения
реологических и технологических характеристик строительных смесей, которые
позволяют получать управляющий электрический сигнал для АСУ ТП.
4. Экспериментальные исследования реологических и технологических характеристик
строительных смесей с помощью разработанных и существующих способов и приборов
и тарировкой показателей разработанного прибора в распространенных единицах
технологических характеристик и анализом точности измерений и сопоставимости
измеряемых характеристик.
6. Опытно-промышленное внедрение прибора и нового способа определения
реологических и технологических характеристик строительных смесей.
2.2. Методы исследований
Исходные материалы испытывали стандартными методами [81]:
- цемент - в соответствии с ГОСТ 310;
- песок - в соответствии с ГОСТ 8735.
Для исследования реологических характеристик приготавливали смеси
цементно-песчаного раствора, пенобетона, тампонажного раствора различных
составов.
Технологические характеристики строительных смесей определяли с помощью
стандартных методов испытаний [68, 79ч81]:
- подвижность растворных смесей - в соответствии с ГОСТ 10181.1 с помощью
конуса СтройЦНИЛ (п.1.1);
- подвижность ячеистобетонных смесей - в соотвествии с ГОСТ 25485 с помощью
вискозиметра Суттарда (п.1.1).
- технологичность тампонажных растворов - в соответствии с ГОСТ ДСТУ Б
В.2.7-86с помощью конуса АзНИИ (п.1.1), а также с помощью вискозиметра Суттарда
и капиллярного вискозиметра ВЗ-1 (рис. 2.1).
а) б)
Рис. 2.1. Определение условной вязкости с помощью капиллярного вискозиметра
ВЗ-1: а - конструкция вискозиметра; б – определение условной вязкости
Физико-механические свойства затвердевших смесей определяли [144]:
- цементно-песчаного раствора - среднюю плотность rс, кг/м3, предел прочности
на сжатие R, МПа - испытанием образцов-кубов с размером ребра 70,7 мм в
соответствии с ДСТУ Б В.2.7-114-2002;
- ячеистого бетона - среднюю плотность rс, кг/м3, предел прочности на сжатие
Rb, МПа - испытанием образцов-кубов с размером ребра 100 мм в соответствии с
ГОСТ 18105.
При разработке эмпирических тарировочных зависимостей между показаниями
разработанного прибора x и показателями технологичности (условной вязкости по
вискозиметрам Суттарда, ВЗ-1 и т.п.) или водосодержания (В/Ц и т.п.)
строительных смесей y экспериментальные данные в виде пар значений (x, y) в
количестве n обрабатывали путем регрессионного анализа [135ч141]. При этом с
помощью аппроксимации методом наименьших квадратов определяли парные
корреляционные зависимости вида
yx = f(x). (2.1)
Так, линейную зависимость вида
Yx = ax + b (2.2)
получали расчетом коэффициентов
, (2.3)
, (2.4)
где е соответствует , а x и y - xi и yi.
Тесноту корреляции и достоверность аппроксимации оценивали с помощью
коэффициента корр