Методы исследования свойств сырья для производства гиперпрессованного лего кирпича могут применяться разные. В этой статье мы рассмотрим варианты экспериментов, оборудование применяемое в ходе испытаний, а также коснемся методики математического моделирования свойств искусственного строительного камня
Химический анализ портландцементного клинкера выполнялся в соответствии с нормативно-технической документацией. Цемент, приготовленный помолом клинкера в лабораторной шаровой мельнице испытывался в соответствии с требованиями нормативно- технической документацией. Удельная поверхность цемента определялась на приборе Т-3.
В качестве основного сырья для лего кирпича рассматриваются отсевы дробления карбонатных пород, которые испытываются в соответствии с требованиями. Рентгенографический количественный фазовый анализ отсевов производится по инструкции Научного совета по методам минералогических исследований (НСОММИ) No 29 на дифрактометре D8 Advance фирмы Bruker. Количественный химический состав сырья определяется по инструкции Научного совета согласно аналитическим методам (НСАМ) No 313-РС на спектрометре СРМ 25М. Природный кварцевый песок испытывается в соответствии с установленными требованиями.
Исследования искусственного строительного камня типа лего кирпич на основе модифицированного сырья
Сопоставление и анализ свойств искусственных каменных материалов изготовленных по технологии гиперпрессования на основе сырья карбонатных пород, подвергаемых модифицированию посредством введения различных химических добавок, осуществляется из условия равной удобоформуемости.
Процесс приготовления смеси для лего кирпича из исследуемого сырья осуществляется в лабораторном смесителе. Используемые химические модификаторы по технологии их введения в состав исследуемой смеси можно подразделить на две категории:
- добавки, вводимые в состав вместе с водой затворения в процессе перемешивания;
- добавки, используемые для модификации отсевов дробления карбонатных пород на стадии предварительной обработки.
Проводимые исследования направлены на выявление закономерностей формирования основных свойств прессованного лего кирпича в зависимости от вида и количества вводимого химического модификатора.
Настоящие исследования выполняются на составах с содержанием цемента 10-50 % от массы сухих материалов. Используемое сырье для лего кирпича, по виду мелкого заполнителя, можно разделить на две группы:
первая группа - исследования, в которых 100 % мелкого заполнителя составляли отсевы дробления карбонатных пород;
вторая группа - исследования, в которых используется комбинация из отсевов карбонатных пород и кварцевого песка. При этом содержание песка, в смеси заполнителей варьируется от 10 % до 90 %.
Определение основных технических показателей и характеристик исследуемого материала, изготовленного по технологии гиперпрессования, осуществляется на образцах-кубах с длиной ребра 100 мм после 28 суток твердения в нормальных условиях. Для выявления основных свойств прессованного искусственного каменного материала используются образцы-цилиндры диаметром 70 мм и высотой 70 мм, а также на образцы балки сечением 20×20 мм длиной 60 мм после 28 суток твердения в нормальных условиях.
Математическое моделирование свойств лего кирпича на модифицированном карбонатном сырье
Математическое моделирование свойств каменного материала искусственно созданного по технологии гиперпрессования, предпринимается с целью оптимизации составов бетона по содержанию цемента и химических модификаторов.
Основным этапом исследования является планирование, проведение и анализ эксперимента. Данный этап строится по следующему принципу:
Ступень А – анализ накопленной информации, направленный на выделение из системы факторов, гипотетически влияющих на выходы (Yi), определенного ряда факторов Xi, роль которых в изменении Yi наиболее ощутима.
При помощи операции центрирования осуществляется перенос начала координат системы переменных факторов в центр эксперимента с координатами в натуральных переменных:
X0i=0,5x(Ximax+ Ximin)
При планировании эксперимента выявленные ранее факторы из натуральных переменных (Xi) переводится в кодированные (xi) с ограничением -1 ≤ xi ≤ +1. Таким образом, факторное пространство представляет собой К-мерный куб.
Ступень Б – эксперимент для описания поведения объекта и оптимизации его функционирования по нелинейным моделям. Ступень Б состоит из последовательных шагов статистического анализа:
- Оценка параметров распределения случайных величин Yi;
- Корреляция между Yi;
- Оценки коэффициентов и их ошибок;
- Последовательный регрессионный анализ и проверка адекватности модели;
- Поиск оптимальных условий работы объекта по каждому критерию качества Yi;
- Поиск компромиссных решений по всем критериям Yi;
- Построение графиков для оперативного управления объектом.
В конкретных экспериментальных исследованиях, представленные выше шаги могут выполняться лишь частично, в зависимости от преследуемых целей и задач.
Для анализа разрабатываемых систем в рамках проводимых экспериментальных исследований применяется локально интегральное моделирование в виде полинома n-го порядка.
Основное достоинство полиномиальных моделей (за исключением однофакторных) состоит в наличии эффекта взаимодействия (bij), позволяющего учитывать степень влияния сочетания определенных факторов и, соответственно, более полно и четко описывать сложные системы. Кроме того, модели подобного рода позволяют учитывать нелинейный характер влияния каждого конкретного фактора.
Схема организации эксперимента – эксперимент с сериями опытов в каждой точке. При использовании подобной схемы проведения экспериментального исследования в каждой из N точек К-мерного куба факторного пространства, обозначенного разработанным ранее планом эксперимента, производится m = const дублирующих измерений параметра выхода. Критерии, применяемые при построении и регрессионном анализе моделей, приведены на рис. 1.
Рис. 1. Статистические критерии
Анализ формирования набора основных характеристик гиперпрессованного лего кирпича, произведенного из модифицированного сырья отсевов дробления карбонатных пород, осуществляется на основе изучения характера изменения величины конкретного показателя качества конечного материала в зависимости от рецептурных или технологических параметров. Выбор начальных точек подобных экспериментов основывается на базе накопленных ранее теоретических и практических исследований.
В процессе проведения комплекса экспериментальных исследований решения об определенных изменениях в рецептуре составов или технологических параметрах формовки образцов принимаются на основании уровня качества результатов, достигнутых на предыдущем этапе эксперимента. Систематизация полученного ряда данных осуществляется путем построения графических зависимостей величины того или иного показателя качества прессованного лего кирпича от изменения конкретного рецептурного или технологического параметра.
