Адаптация расчетных составов бетона к производственным условиям
Расчетные составы можно рассматривать как базовые, подлежащие экспериментальному корректированию в лаборатории и адаптации в условиях реального производства. Базовые составы должны рассчитываться на стадии технологической подготовки производства с проработкой возможных оптимизационных решений, связанных с выбором исходных материалов, экономии цемента, энергозатрат и т.д. Результаты этих расчетов могут быть использованы также для решения задач материально-технического обеспечения производства и формирования производственной программы.
В зависимости от возможной продолжительности технологической подготовки производства нового вида бетона или конструкций, цикличности и других параметров производственного процесса, материальной базы заводской или строительной лаборатории глубина лабораторного обоснования расчетных составов может быть различной. Например, в одних случаях она может заключаться лишь в уточнении необходимой водопотребности и В/Ц бетонных смесей, в других дополнительно включать корректирование соотношения заполнителей и др. Однако, учитывая, что реальные строительно-технологические процессы являются стохастическими системами с неизбежными колебаниями большинства их параметров, даже предварительно откорректированные в лаборатории составы необходимо адаптировать в условиях производства.
Задача адаптации составов заключается в их коррекции с уточнением эмпирических коэффициентов используемых для расчетов усредненных зависимостей на основе "обратной связи" т.е. результатов текущих испытаний бетона производственного изготовления. Периодичность адаптации зависит от стабильности исходных материалов и производственных параметров и направлена на достижение проектных показателей качества бетона при минимально возможном коэффициенте их вариации. Для адаптации составов возможно использование обычных, экспрессных и автоматических способов измерения нормируемых показателей и технологических параметров.
Составы бетонной смеси могут регулироваться с помощью различных алгоритмов и измерительных комплексов при изменении таких технологических параметров как активность цемента, влажность и гранулометрия заполнителей, температура и длительность тепловой обработки и др.
Адаптация составов и их регулирование позволяют радикально повысить эффективность статистического контроля качества бетона, направить его не только на обеспечение надежности изготавливаемой продукции, но и на существенную экономию цемента и других ресурсов.
Важнейшей задачей адаптации расчетных и лабораторных составов бетона является достижение необходимых показателей удобоукладываемости производственных бетонных смесей и регистрация их фактической водопотребности. На первом этапе адаптации до получения информации о прочности и других свойствах затвердевшего бетона в зависимости от фактической водопотребности пересчитываются расход цемента при Ц/В=const и соотношение заполнителей при соответствующем изменении расчетных значений доли песка в смеси заполнителей r или коэффициента раздвижки Кр.
Целью корректирования состава бетона по гранулометрии и влажности заполнителей является перерасчет расходов заполнителей соответственно по их влажности и содержанию в заполнителе одной фракции другой (например содержания щебня в песке, более крупной фракции щебня в более мелкой и т.д.). Исходными данными для такого расчета являются количество фракций или видов заполнителей, их расчетное содержание (для чистых и сухих заполнителей), содержание влаги и примесей других фракций.
Предложенную методику корректирования расходов заполнителей по их гранулометрии и влажности можно использовать и для большего количества фракций песка и щебня.
Корректирование Ц/В может быть одно- или многоступенчатым. Последнее производится сначала для достижения необходимой отпускной, затем проектной прочности, водонепроницаемости и т.д.
При адаптации соответствующих расчетных формул для определения Ц/В типа для условий конкретного производства необходимо уточнение коэффициентов А и в.
Корректирование расчетных зависимостей, применяемых для определения параметров нестационарных технологических процессов с учетом информации “обратной связи”, является задачей адаптивных систем управления. В замкнутый контур современных адаптивных систем входят оперативный идентификатор – устройство или программа вычислительного комплекса, использующие данные текущих изменений и специальные (рекуррентные) алгоритмы для их обработки. Оперативная идентификация – уточнение расчетных зависимостей и моделей – дает возможность как прогнозировать свойства функционируемого объекта по мере изменения исходных условий, так и управлять ими с помощью управляющих устройств-регуляторов.
Теория идентификации располагает большим числом алгоритмов, основанных на настройке пропорционально градиенту функции ошибок, методе наименьших квадратов, стохастической аппроксимации. Для корректирования эмпирических коэффициентов в расчетных зависимостях различной степени сложности удобно использование алгоритма Чадеева-Качманжа. В работе этот алгоритм использован для корректирования коэффициентов формулы прочности бетона Боломея-Скрамтаева.
Решение задач многопараметрического проектирования составов бетона целесообразно выполнять с помощью набора компьютерных программ или компьютерных систем, позволяющих рассчитывать базовые составы, корректировать их с учетом производственной информации, проводить статистический контроль прочности и других нормируемых свойств бетона с построением технологических карт и решать ряд смежных задач, связанных с материально-техническим обеспечением производства, учета расходуемых материалов и др.
Авторами разработан ряд компьютерных систем для управления составами бетонных смесей (КСУБС) , которые позволяют:
• Рассчитать базовый номинальный состав бетонной смеси (БНС), обеспечивающий на сухих материалах заданную удобоукладываемость бетонной смеси, прочность, морозостойкость, водонепроницаемость и другие нормируемые свойства бетона. При пропаривании бетона с последующим его выдерживанием на складе БНС обеспечивает также достижение требуемой отпускной прочности бетона.
Для снижения расхода цемента и соответственно стоимости бетонных и железобетонных изделий КСУБС предлагают и определяют эффективность для расчета БНС использование различных технологических приемов: увеличения марки цемента (при отсутствии ограничений по морозостойкости и водонепроницаемости); изменения проектного возраста бетона; введения воздухововлекающей добавки, золы-унос, добавок пластификаторов или суперпластификаторов и др.
• Корректировать состав бетонной смеси по влажности заполнителей, а также при изменении их гранулометрического состава (доли песка в щебне или гравии и щебня или гравия в песке). КСУБС позволяет также корректировать состав бетона по цементно-водному отношению и фактически достигаемой прочности для обеспечения необходимой проектной прочности.
• Производить статистический контроль прочности выпускаемого бетона. На основе вводимой информации о фактической прочности КСУБС рассчитывает необходимые статистические параметры и строит контрольные карты прочности бетона. Статистический контроль позволяет проследить изменение качества бетона в процессе производства и способствует принятию необходимых мер для улучшения качественных показателей.
Общие принципы функционирования и построения компьютерных систем управления составами бетонных смесей (КСУБС) представляются следующими:
1. При получении нового задания на производство бетона, проектируется базовый номинальный состав бетона (БНС), обеспечивающий набор требуемых проектных свойств. Расчетный БНС корректируется в лабораторных условиях.
2. По данным испытаний свойств бетона на производственных замесах БНС дополнительно адаптируется [64] для получения состава, обеспечивающего заданную удобоукладываемость бетонной смеси и проектные свойства бетона. По мере изменения производственных условий (влажности и крупности заполнителей, активности цемента, температуры пропаривания изделий и т.д.), соответствующим образом корректируется и базовый состав бетона.
3. По данным фактических значений контролируемых параметров и статистических показателей, характеризующих их изменчивость строятся соответствующие контрольные карты. Производственные составы бетонной смеси корректируются при необходимости, когда величина контролируемого свойства выходит за предупредительные границы, что позволяет минимизировать появление производственного брака и уменьшить коэффициент вариации.