Статья опубликована в рамках: Научного журнала «Студенческий» № 22(192)
Рубрика журнала: Технические науки
Секция: Архитектура, Строительство
Скачать книгу(-и): скачать журнал часть 1, скачать журнал часть 2, скачать журнал часть 3, скачать журнал часть 4, скачать журнал часть 5, скачать журнал часть 6, скачать журнал часть 7, скачать журнал часть 8, скачать журнал часть 9
ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА БЕТОНА МЕТОДОМ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ПЛАНИРОВАНИЯ
Обеспечение снижения себестоимости строительной конструкции, выпускаемой строительной организацией, является основой устойчивого развития организации в условиях рыночной экономики. Одним из путей снижения себестоимости является оптимизация сырьевых материалов с соблюдением требуемого качества.
Целью данной работы является оптимизация используемого состава бетона В30 с применение математического планирования, а также с изменением добавки для бетона, с последующим выбором наиболее экономически эффективного состава.
Расход цемента В30 на 1 м3: цемент М500 0,47 тн, щебень фракции 5-20мм 1,28 тн, песок мелкий 0,56 тн, вода 0,185 м3, хим. добавка ПФМ-НЛК 3,76 кг.
Анализ применяемого состава бетона показывает, что расход цемента 470 кг/м3 является несколько завышенным, о чем свидетельствуют опубликованные данные [1 с. 14] для класса бетона В30.
Для оптимизации состава метод математического планирования моделью выбран двухфакторный трёхуровневый план эксперимента. С учетом цели проводимого исследования варьируемыми факторами приняты: Х1 – расход цемента, кг/м3; Х2 – доля песка в смеси заполнителей. Условия планирования эксперимента показаны в табл. 1.
Таблица 1.
Условия планирования эксперимента
|
Факторы |
Уровни варьирования |
Интервал варьирования |
|||
|
Натуральный вид |
Кодированный вид |
- 1 |
0 |
+ 1 |
|
|
Расход цемента, Ц, кг/м3 |
Х1 |
500 |
470 |
440 |
30 |
|
Доля песка в смеси заполнителя, r, м3 |
Х2 |
0,37 |
0,40 |
0,43 |
0,03 |
В качестве сырьевых данных использовались местные строительные материалы: портландцемент АО ПО «Якутцемент» ЦЕМ I 42,5Н, песок речной из поймы реки Лена, относящийся к группе «очень мелкий», известняковый щебень Бестяхского месторождения фракции 5-20 мм, полифункциональный модификатора бетона ПФМ-НЛК (0,8% от массы цемента), также в качестве альтернативе хим. добавке использовался суперпластификатор Polisintonol 101 в расходе 0,3% от массы цемента.
Изготовление образцов размерами 100х100х100 мм, 70х70х70 мм и определение прочности на сжатие выполнены в соответствии ГОСТ10180-2012. Образцы твердели в камере нормально-влажностного хранения и испытаны в возрасте 28 суток.
Матрица планирования оптимизации, экспериментальные и расчетные данные для определения коэффициентов уравнения регрессии прочности на сжатие даны в табл. 2.
Таблица 2.
Матрица планирования, экспериментальные и расчетные данные для прочности на сжатие в возрасте 28 суток [МПа]
|
Точки плана |
Факторы |
Экспериментальные значения, МПа |
Расчетные параметры для определения коэффициентов при |
|||||
|
линейных членах |
квадратичных членах |
взаимодействии |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
+1 |
+1 |
35,9 |
35,9 |
35,9 |
35,9 |
35,9 |
35,9 |
|
2 |
+1 |
-1 |
38,5 |
38,5 |
-38,5 |
38,5 |
38,5 |
-38,5 |
|
3 |
-1 |
+1 |
38,5 |
-38,5 |
38,5 |
38,5 |
38,5 |
-38,5 |
|
4 |
-1 |
-1 |
31,5 |
-31,5 |
-31,5 |
31,5 |
31,5 |
31,5 |
|
5 |
+1 |
0 |
41,4 |
41,4 |
0,0 |
41,4 |
0 |
0 |
|
6 |
-1 |
0 |
36,4 |
-36,4 |
0,0 |
36,4 |
0 |
0 |
|
7 |
0 |
+1 |
31 |
0,0 |
31,0 |
0 |
31,0 |
0 |
|
8 |
0 |
-1 |
34,1 |
0,0 |
-34,1 |
0 |
34,1 |
0 |
|
9 |
0 |
0 |
42,1 |
0,0 |
0,0 |
0 |
0 |
0 |
|
10 |
0 |
0 |
40,9 |
0,0 |
0,0 |
0 |
0 |
0 |
|
11 |
0 |
0 |
38,5 |
0,0 |
0,0 |
0 |
0 |
0 |
|
Сумма |
408,8 |
9,4 |
1,3 |
222,2 |
209,5 |
2,5 |
||
|
Коэффициенты |
31,55 |
1,57 |
0,22 |
|
|
-2,4 |
||
1,09
-5,26
В результате математической обработки экспериментальных данных получены следующие уравнения, описывающие зависимость прочности бетона:
|
|
(1) |
Для определения адекватности моделей определено, что табличное значение 
. Из расчета выявлено значение 
. Так как 
полученное уравнение регрессии является адекватной.
Матрица планирования оптимизации с применением Polisintonol 101, экспериментальные и расчетные данные для определения коэффициентов уравнения регрессии прочности на сжатие даны в табл. 3.
Таблица 3.
Матрица планирования, экспериментальные и расчетные данные для прочности на сжатие в возрасте 28 суток [МПа]
|
Точки плана |
Факторы |
Экспериментальные значения, МПа |
Расчетные параметры для определения коэффициентов при |
|||||
|
линейных членах |
квадратичных членах |
взаимодействии |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
+1 |
+1 |
43,8 |
43,8 |
43,8 |
43,8 |
43,8 |
43,8 |
|
2 |
+1 |
-1 |
49,3 |
49,3 |
-49,3 |
49,3 |
49,3 |
-49,30 |
|
3 |
-1 |
+1 |
38,6 |
-38,6 |
38,6 |
38,6 |
38,6 |
-38,56 |
|
4 |
-1 |
-1 |
42,8 |
-42,8 |
-42,8 |
42,8 |
42,8 |
42,8 |
|
5 |
+1 |
0 |
47,3 |
47,3 |
0,0 |
47,3 |
0 |
0 |
|
6 |
-1 |
0 |
43,8 |
-43,8 |
0,0 |
43,8 |
0 |
0 |
|
7 |
0 |
+1 |
40,5 |
0,0 |
40,5 |
0 |
40,5 |
0 |
|
8 |
0 |
-1 |
43,1 |
0,0 |
-43,1 |
0 |
43,1 |
0 |
|
9 |
0 |
0 |
43,8 |
0,0 |
0,0 |
0 |
0 |
0 |
|
10 |
0 |
0 |
44,4 |
0,0 |
0,0 |
0 |
0 |
0 |
|
11 |
0 |
0 |
43,4 |
0,0 |
0,0 |
0 |
0 |
0 |
|
Сумма |
480,8 |
15,2 |
-12,4 |
265,6 |
258,1 |
-1,2 |
||
|
Коэффициенты |
43,85 |
2,54 |
-2,07 |
|
|
-0,3 |
||
В результате математической обработки экспериментальных данных получены следующие уравнения, описывающие зависимость прочности бетона:
|
|
(1) |
Для определения адекватности моделей определено, что табличное значение 
. Из расчета выявлено значение 
. Так как полученное уравнение регрессии является адекватной.
По результатам анализа полученных данных наиболее экономически эффективным составом после оптимизации оказался состав с применением суперпластификатора Polisintonol 101 расход цемента снизился на 60 кг/м3 до 410 кг/м3. Экономический эффект составил 19,9% - 1110,74 руб.
Список литературы:
- Дворкин, Л. И. Испытания бетонов и растворов. Проектирование их составов / Л. И. Дворкин, В. И. Гоц, О. Л. Дворкин. — : Инфра-Инженерия, 2014. — 432 c.
- Оптимизация состава цементного бетона для аэродромных покрытий / Н. М. Красиникова, Н. М. Морозов, О. В. Хохряков, В. Г. Хозин. // Известия КГАСУ. — 2014. — № 2(28). — С. 166-172.
- Усов, Б. А. Методы подбора модифицированных бетонов / Б. А. Усов. — : ИНФРА-М, 2018. — 162 c.
Оставить комментарий