РАЗДЕЛ 2
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Блок-схема исследований
Принципы анализа сложных систем с вычленением основных элементов и взаимосвязей между ними необходимо применять не только к изучаемому объекту, но и к самому процессу научного исследования. Такой анализ позволяет обеспечить четкую логику исследования, обосновать его процедуру, выделить как эвристические (требующие существенного напряжения от исследователя), так и формализируемые до уровня стандарта его этапы (требующие не знания, а умения и допускающие с теми или иными затратами передачу функций исследователя иным инженерным подразделениям) [77, 83-84].
На рис. 2.1 представлена блок-схема исследований, ориентированная на исследование эффективности применения целлюлозных волокон Technocel? для специальных строительных работ на основе модифицированных сухих смесей. Она представляет собой замкнутый цикл от постановки проблемы, формирования цели и до ее реализации в условиях реального производства сухих смесей.
На первом этапе, на основе данных п. 1.1 выдвинута проблема - расширение номенклатуры специализированных отделочных материалов для повышения качества жилищного и гражданского строительства, и определены причины ее постановки, сформулированы направления ее решения.
На втором этапе сформулирована цель исследований - повышение эффективности сухих штукатурных смесей за счет рационального использования в них специальных целлюлозных волокон.
Методику экспериментальных исследований представляет третий этап.
Рис. 2.1. Блок-схема исследований.
Четвертый этап характеризует основные этапы проведенных исследований, а также варьируемые и стабилизируемые факторы.
Пятый этап представляет собой критерии качества технологической смеси и затвердевшего композита:
В качестве критериев качества технологической смеси приняты:
* dmix - объемная масса смеси;
* ?, Па?с - эффективная вязкость композиций в широком диапазоне градиентов скоростей деформаций, определялась на ротационном вискозиметре "Полимер РПЭ - 1М";
* m - темп разрушения структуры под действием градиента скорости деформаций;
* Ath, ?A - показатели тиксотропии технологической смеси;
* W/C- водопотребность при изовязкости ?{? = const};
* Wout - водоудерживающая способность растворной смеси;
Показатели затвердевших композитов, условно обозначенные как:
* K?, V{R}, сутки - скорость твердения;
* Rb, МПа - прочность на растяжение при изгибе;
* Rc , МПа - прочность при сжатии;
* К1с, МПа·м0.5 - критический коэффициент интенсивности напряжений;
* Wm, Wv, % - водопоглощение (по массе - m, по объему - v);
* Wс, % - капиллярный подсос.
* B (крупные), M (средние), F (мелкие) - распределение пор по размерам;
* kA - степень заполнения пор воздухом при ? = 95%;
* Kw - коэффициент водостойкости.
Важнейшим этапом исследования является шестой - опытно-промышленная проверка результатов моделирования. На этом этапе происходит перенос по аналогии всех выводов, полученных на модели в лабораторных условиях, на основной объект. Следует подчеркнуть, что полезность моделирования зависит от качества разработки всех этапов (I- VI), и что нередко исследователю при получении отрицательного результата на некотором этапе необходимо вернуться к предыдущим этапам и откорректировать принятое ранее решение.
По значениям допустимых уравнений качества установлены области рациональных составов. В качестве базового был принят полимерцементный композит, представляющий собой армированную волокнами Technocel композицию с добавками Vinnapas, метилцеллюлозы, суперпластификатора.
2.2. Планирование эксперимента, моделирование и принятие решений
Использование ЭС-моделирования при решении задачи получения дисперсно-армированных полимерцементных модифицированных строительных материалов для высококачественных штукатурных работ позволяет целенаправленно изменять реологические, физико-механические и эксплуатационные качества материалов, получать готовые растворы с заданным уровнем свойств.
Одним из действенных инструментов, повышающих качество и эффективность научно-исследовательских работ, является математическая теория эксперимента в строительном материаловедение [77-81].
Математическое описание технологических явлений требует минимального количества опытов, из которых информация извлекается с максимальной полнотой, что позволяет сократить расход времени и средств на экспериментальные работы [77, 78].
Однако неотъемлемым и ответственным этапом является проведение активного эксперимента. В соответствии с блок-схемой исследований штукатурных растворов из сухих смесей, содержащих целлюлозное волокно, проводилось три этапа исследований с возрастающей глубиной при сокращающейся размерности факторного пространства.
Проведение эксперимента проводилось по ступенчатому принципу. Основные технологические и эксплуатационные свойства материалов, предназначенных для штукатурных и отделочных работ, определяются реологическими показателями и параметрами структурообразования технологических смесей, в том числе тиксотропией, а также совокупностью структурно-механических свойств.
На этапе "А" - исследовано влияние Technocel? на реологические показатели известковых суспензий. Эксперимент поставлен по оптимальному симплекс-решетчатому плану неполного третьего порядка SLD37 и SLD415 [80].
Варьировалось соотношение по массе между четырьмя марками волокон (средний диаметр около 25 мкм). Три из них - белые волокна; марка 200 имеет номинальную длину 200 мкм, массовая доля "коротких" волокон (далее Fs) в исследуемых смесях волокон - w1; марки 1000-1 и 2500 имеют длины 1000 и 2500 мкм; доля "средних" волокон (FM) - w2, а "длинных" (FL) - w3. Одна марка 1004 - это волокно 1000 мкм необработанное (серое) доля - (w4), с иными поверхностными свойствами