РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ, ПРИМЕНЯЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И МАТЕРИАЛЫ
2.1.Блок-схема исследования
В рамках общей методологии [14,16] и с учетом цели и задач данной работы [124]
разработана блок-схема исследования (рис.2.1), которая представляет собой
алгоритм, позволяющий на базе математической теории эксперимента изготавливать
опытные образцы, проводить поиск путей оптимизации, интерпретации и принятия
решений по полиномиальным статистическим моделям.
Этап I - методическая часть исследования. Исходя из
профессионально-логического анализа информации, накопленной к началу работы,
по этапу I приняты следующие решения:
I.A. В качестве объекта исследования выбран пенобетон средней плотностью 600
кг/м3. В качестве основных структурных элементов приняты к рассмотрению
следующие: твердая составляющая, пористость материала межпоровых перегородок
(микропористость) и ячеистая пористость (макропористость). Структурными
параметрами при этом установлены: общее объемное содержание в материале каждого
структурного элемента, толщина и общая протяженность межпоровых перегородок,
размер газовых ячеек и распределение их по размерам. Опытные образцы
конструкционно-теплоизоляционного пенобетона изготавливаются по стандартному
трехуровневому плану типа В-3. В эксперименте изменяются количество воды
затворения, вид и количество наполнителя.
I.Б. Выбор экспериментальных методов и устройств для определения структурных
характеристик и свойств изучаемого объекта. Для исследования параметров твердой
составляющей предложено применить метод
Рис. 2.1. Блок- схема исследования
Рис. 2.1. Блок - схема исследования
микроскопического анализа, а для изучения дифференциальной макропористости -
метод лазерной порометрии.
Определение теплозащитных свойств ячеистого материала производится методом
плоского теплового импульса, прочности и влажности – стандартными методами.
Экспериментальная часть (этап II) включает в себя:
II.А. Изготовление и исследование физических моделей, имитирующих ячеистую
структуру пенобетона.
II.Б. Изготовление опытных образцов пенобетона по плану.
II.В. Определение структурных параметров и свойств пенобетона по оригинальным,
стандартным и усовершенствованным методикам.
На этапе III выполняется математическое моделирование и анализ результатов:
III.А. Моделирование без учета технологических факторов
включает оценку взаимосвязей между структурными параметрами и
свойствами пенобетона;
III.Б. Моделирование с учетом технологических факторов - анализ влияния
количества воды, количества наполнителя и вида наполнителя на параметры
макроструктуры пенобетона, в том числе: на характер распределения твердой
составляющей, макро- и микропористости (III.Б.1), а также на ряд свойств
пенобетона: плотность, теплопроводность, прочность (III. Б.2).
Этап IV - решение инженерных задач оптимизации и физической интерпретации по
моделям:
IV.А - Выполняется модельный анализ свойств пенобетона в условиях изопараметрии
(т.е. при постоянном значении одного из показателей, в частности - плотности).
IV.Б - Решается компромиссная задача выбора рациональных рецептурно –
технологических режимов, обеспечивающих получение пенобетона с минимальным
коэффициентом теплопроводности при сохранении достаточно высоких значений
прочности.
На этапе V выполняется экспериментально-производственная проверка результатов.
2.2. Методы исследования структурных параметров ячеистых бетонов
Разработанные и применяемые в настоящее время исследователями методы
определения характеристик пористости строительных материалов могут быть
сгруппированы следующим образом: а) механические, б) основанные на
взаимодействии материала с жидкостями и газами, в) оптические, г)
электрофизические, д) фотоэлектронные (или фотометрические).
К механическим методам определения размеров пор относится, например, метод
дробления [36,133], основанный на дроблении образцов до определенных фракций и
последующем определении их удельных объёмов. Авторы отмечают трудоёмкость этого
метода определения истинных размеров и процентного соотношения пор разных
диаметров.
Методы взаимодействия с жидкостью и газами. Из этой группы методов наибольшее
распространение получили метод водонасыщения (в качестве рабочей жидкости может
применяться керосин) и ртутная порометрия [36]. Насыщение жидкостью пор
материала может производиться под вакуумом, либо при кипячении образца в воде.
Более предпочтительным является определение пористости под вакуумом. Этим
способом определяется кажущаяся пористость (или, что то же самое, объёмное
водопоглощение материала) по формуле:
, (2.1)
где (G1 - вес образца до насыщения, г; G2 и G3 - вес образца после насыщения
при взвешивании, соответственно, на воздухе и при гидростатическом взвешивании,
г.
При распределении пор по радиусам методом вдавливания ртути используется
выражение:
, (2.2)
где r - радиус цилиндрических пор; у - поверхностное нагяжение; и - краевой
угол между ртутью и несмачиваемым образцом; P - давление.
Определяется зависимость объёма входящей в поры ртути oт давления Р и строится
дифференциальная кривая распределения радиусов пор от занимаемого ими объёма.
При исследовании ячеистых бетонов метод ртутной порометрии может давать
существенные отклонения от истинных значений, поскольку наряду с капиллярами
заполняются и более крупные поры.
Работа прибора ГЭДД-1-73 (НИИСМИ,г.Киев) для определения гидравлической