РАЗДЕЛ 2
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, ПРИБОРЫ, ОБОРУДОВАНИЕ И МАТЕРИАЛЫ
2.1. Блок - схема исследований
Анализ научно-технической и нормативной литературы показывает, что стойкость покрытий зависит от многочисленных факторов воздействия окружающей среды. Поэтому максимальный учет всех действующих факторов и их сочетание позволяет не только улучшить качество покрытий, но и увеличить их стойкость [47].
Ответственным моментом, влияющим на стойкость покрытий на основе портландцемента, является процесс нанесения и период твердения. В процессе формирования покрытий основным фактором является качество смеси (однородность, подвижность и т.д.) В период твердения на качество покрытий влияют физико-механические свойства смеси и затвердевшего раствора.
К ним следует отнести водоудерживающую способность и пластическую прочность для покрытий на основе минеральных вяжущих, особенно с применением портландцемента значительное влияние оказывают усадочные явления, которые являются причиной появления сетки мелких трещин. Это приводит и к снижению физико-механических свойств покрытий, так как возникает необходимость проводить дополнительные операции по затирке трещин [48].
Для решения проблемы в соответствии с целью и задачами работы была разработана методология и блок-схема исследований, схема которого представлена на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Блок - схема исследований
2.2. Планирование экспериментов и статистическая обработка результатов исследований
Исследование различных видов моделей значительно сокращает время проведения экспериментальных исследований. Математические модели являются универсальными и позволяют решать наиболее сложные задачи. Поэтому при проведении экспериментов в работе использовались различные методы планирования в зависимости от цели поставленных задач.
На основании проведенного анализа в разделе 1 установлено, что основными проблемами при изготовлении наружных покрытий на основании минеральных вяжущих являются усадочные явления, происходящие при твердении, недостаточная прочность, снижение прочности при изменении внешних факторов: температуры и влажности.
С целью улучшения приведенных характеристик в работе предложена гипотеза использования дисперсного армирования органическими волокнами, в качестве которых были выбраны полипропиленовые волокна. Их производителем является ОАО "Харьковполимернить".
Также, при изготовлении наружных покрытий, например, штукатурных, предъявляются специальные требования по водо -, газо - и паронепроницаемости [29]. При введении дисперсных волокон эти показатели существенно изменяются. Поэтому была предложена вторая гипотеза, цель которой достичь требуемых показателей за счет введения в ССС редиспергируемых порошков.
На основании представленных гипотез были предложены методики проведения экспериментов, рассмотренные в параграфе 2.1. Основная суть их состоит в определении целесообразности армирования покрытий на основе высокомарочных и низкомарочных цементов. Для этого были проведены исследования свойств неармированных покрытий; влияние параметров волокон на структурные свойства смесей и физико-механические свойства цементного камня; модифицирование составов покрытий за счет введения РПП.
Основные задачи, которые решались - это определение оптимального соотношения компонентов с целью получения высоких физико-механических свойств покрытий на основе минеральных вяжущих.
В настоящей работе использовались различные методы планирования для проведения одно- и многофакторных экспериментов. Так, например, определение оптимального соотношения компонентов планирования проводилось на диаграммах состав - свойство, в частности использовались симплекс - решетчатые планы [50, 51]. В многокомпонентных смесях, где учитывалось также влияние факторов приготовления смеси, применяли планирование по полному факторному эксперименту (ПФЭ).
Симплекс - решетчатый план обеспечивает равномерный разброс экспериментальных точек по D - 1 мерному симплексу. Точками планов являются узлы Din симплекс решетки. В такой решетке для каждого компонента используются n + 1 равнорасположенных уровней от 0 до 1 и берутся всевозможные комбинации CD + 1 - 1. В работе использовалась квадратичная решетка, математическая модель которой:
? Xi = 1, xi > 0; i = 1, 2, ...., n.
y = ? ?i xi + ? ?i xi xj + ? ?ij xi xj x, (2.2)
где xi, xj - относительное содержание компонентов;
у - значение выхода.
Применение планирования с помощью полного факторного эксперимента применялось с целью определения влияния 4 и более факторов на свойства покрытий. Среди планов экстремального эксперимента наиболее простыми являются планы полного факторного эксперимента (ПФЭ), в случае реализации которых определяется значение параметров состояния объекта у при всех возможных сочетаниях уровней варьирования их факторов zi. Если мы имеем дело с n факторами, каждый из которых устанавливается на q уровнях, то для того, чтобы осуществить полный факторный эксперимент, необходимо поставить m = q опытов. Наибольшее распространение получили планы экспериментов типа 2, двухуровневые планы.
Установление минимального количества измерений проводилось перед проведением каждой серии экспериментов или после предварительных испытаний. Необходимое количество заключается в нахождении такого объема п - выборки, при котором вероятность отклонений выборочной средней от генеральной средней на величину, превышающую значение ? была бы очень мала (меньше заданного Pt). Приняв Pt равным, например, 0,95, по специальным таблицам [47-52] находим величину (при Pt = 0,95, t = 1,96). Необходимое количество измерений тогда определяется по формуле:
n = t2? ? / ?2 , (2.3)
где n - количество измерений;
? - среднеквадратичное отклонение;
? - значение средней ошибки;
t - коэффициент, зависящий от вероятности.
Последовател